工業4.0時代,一條來自傳統制造商的機器人密碼
2022年1月25日,在廣州市第十六屆人民代表大會的政府報告中,第一次斬釘截鐵地出現了一句話——“堅持制造業立市不動搖”。
終于,歷盡千帆,廣州又回到了制造業這一原點。
大約十年前,廣東地區非常流行“退二進三”的說法。所謂“退二進三”,是上世紀90年代,國家為加快經濟結構調整,鼓勵一些沒有市場,或瀕臨破產的中小型國企從第二產業中退出來,從事第三產業的一種做法。
如今看來,這種做法更多是在短期內為迎合國家經濟發展的應急之策,但依然對廣州制造業發展帶來了不可逆的折損。2020年,廣州三大產業結構為1.15∶26.34∶72.51,第三產業占比超七成,第二產業占比三成不到。不僅如此,近十年來,廣州工業增加值占GDP比重一直呈下降趨勢。
廣州此次首提制造業立市,頗有一種刮骨療毒的氣魄。而廣州制造業的復蘇,實則是整個中國制造業復蘇的一個縮影。
2015年,中國提出的“2025智能制造戰略”為整個制造業的轉型升級畫出了一張宏偉藍圖;6年后,《“十四五”智能制造發展規劃》則將整塊“智能制造”的版圖分割為一塊塊拼圖,讓智能制造具化為一種可以觸摸的可能。
這一輪制造業的升級,帶有很明顯的“數字化”特征。智能機器人將成為人類的最強替身,化身為工業4.0時代的新興勞動力。
過去兩年,機器人市場向外界輻射出巨大的能量——企查查數據顯示,2020年,國內機器人領域的融資事件超過240起,總金額達267億元。據不完全統計,僅在2021年上半年,該領域的融資事件就已超過170起。
與此同時,國內科技巨頭首先給予了熱情的回應,對制造業展開擁抱。2021年,華為成立了面向實體經濟的5大軍團;騰訊近期發布了集團全新品牌片《助力實體經濟》;阿里釘釘更是將制造業稱為繼政務、教育之后“釘釘的第三大行業戰場”。
智能制造到底應該怎么做?不同的角色有不同的答案。在廣州,一家有近40年歷史的制造業老炮——廣州里工實業有限公司摸索出了一條獨特的路徑。
里工成立于1985年,最早是一家生產啤酒灌裝線和橡膠密封圈的橡塑五金廠。上世紀90年代末,里工開始轉型為一家精密制造商。2016年,里工開始涉足智能制造的AIoT業務。
作為一家從“舊時代”走來的制造業新玩家,里工對制造業的轉型升級有著自己的發言權。本文,「甲子光年」采訪了里工CEO李衛銃,來看一下一家有著37年歷史的傳統制造商站在“傳統”與“創新”、“過去”與“未來”的交界處,他們對于制造業的思考與行動。
01.沒有機器人,制造業很難再進步
“用工荒”是制造業轉型的現實邏輯。
2022年1月17日,國家統計局公布的一則數據引起廣泛討論——2021年全年,出生人口1062萬人,出生率7.52%。這是建國以來出生率最低的一年。這意味著未來能夠進入生產體系的勞動力將越來越少,勞動力缺口將成為一個結構性問題。
里工對此深有體會。“2002年我剛參加工作的時候,在公司門口擺張桌子就能招到人;后來我們需要開車去人才市場,再后來人才市場上也招不到一兩個技術工,我們就開始走校招路線,但招過來的學生也干不長,有些年輕人可能干一兩個月就轉去做服務業了,真正最后能夠留下來工作的只有5%~10%的比例。”里工CEO李衛銃回憶道。
面對此情此景,一些國內的制造業公司開啟了大規模的“機器人計劃”。
比如,三一集團,其在北京建立了中國風電行業第一條總裝脈動式超柔性生產線,線內配有工業機器人和各種先進的自動化設備,以及數據孿生可視化智慧大腦;秦川機床也已研制出5種機器人關節減速器核心零件專用加工設備,形成年產1萬套工業機器人關節減速器的能力;埃斯頓、匯川技術在伺服系統領域也都形成一定的市場份額。
里工也是從早期就開始探索智能制造的一員,這個想法來自一次美國之旅。
2014年,李衛銃去美國拜訪一家機器人生產商,見到的場景令他大受震撼:“他們生產機器人的工廠大概有五六個足球場那么大,當時還正在建一個比它大三倍的工廠。”當時美國的工業機器人生產基地幾乎已經遍布全球,歐洲、中國等地區都有他們的工廠。
實際上,美國制造業也同樣經歷了用工荒的問題,幾十年的“去工業化”發展透支了本應該在制造業的投入。2008年,金融危機戳破了發達國家虛擬經濟的神話,讓美國意識到重振制造業的必要性。于是,自2009年起,美國政府正式推出一系列相關政策及措施,包括《先進制造業伙伴計劃》等,以吸引制造業向美國回流并向高端發展。
在一系列政策引導下,美國制造業開始大規模的機器換人。這讓李衛銃開始思考,既然國外制造業可以用機器人代替人來工作,中國為何不可?
于是,里工效仿美國智能制造路線,引進了美國的工業機器人設備,并請美國的工程師來設計、安裝、調試,整套流程花費了半年時間。
但很快,照搬美國機器人方案的弊端逐漸顯露,并沒有起到“因地制宜”的效果。
究其原因,市面上的大多數工業機器人,包括四大家族ABB、發那科、安川電機、庫卡在內,更多是汽車超大規模化生產經濟下,重復批量生產的產物,強調標準化;而里工實業卻屬于“多品種、多批次、小批量”的離散型生產,有些零件可能一款只做50個或100個就需要切換夾具和程序等,且一天多換,任何一個零部件的生產進度不佳,都會影響到整個產品的生產進度。
可見,離散型制造業強調生產工藝的穩定性、靈活性和柔性生產,但里工最初引進的傳統機器人解決方案卻不夠“靈活”“柔性”。里工的產線員工需要頻繁更換“夾具”,并通過操作機器人來生產產品,但機器人的操作系統和傳統機床完全不同,很多人用不習慣。此外,美國設備全英文的操作系統,更是讓產線員工們用起來一頭霧水。
為此,里工還曾嘗試引入深度學習、機器視覺等技術,讓機械臂學習人的工作姿態,但類似產品反光等微小的問題都會影響機器視覺的精準度。此外,由于機器人位置固定,只能完成大約60%的工作,剩下40%需要產線員工使用編程來移動機械臂,反而又增加了工作量。
事實上,里工轉型初期的失敗經驗并非個例。2020年,埃森哲對包括中國在內的全球1550位制造和工業企業高管進行的一項調研顯示,三分之二的企業完全沒有看到數字化投資在促進收入增長方面的作用。
這便催生了制造業企業對合作伙伴更為嚴苛的要求——他們不僅要幫助企業進行現狀評估、建立智能制造的頂層規劃,設計整體框架,還要對數字化、智能化技術的應用進行總體設計,實現IT與OT系統的集成。但是市場上大部分供應商專注于單一或者部分領域的解決方案,不具備一站式的集成解決方案能力,對于缺乏自身系統集成能力的制造企業來說,推進智能制造的障礙很高。
既然沒有現成的解決方案,里工便做了一個大膽的決定——從底層自主研發,打造一體化產品。
02.既是開發者,又是使用者
里工自研機器人的底氣在于,這并非一次完全從零開始的創業,而是在雙元產品線上的“左右開弓”。
在自研機器人之前,里工已經在精密制造領域站穩了腳跟,這是里工的“左手”。
自2003年起,里工開始進軍精密制造領域。當時,里工就定下了一個內部規矩——一個行業只能有一個客戶,以抵抗不同行業周期波動帶來的不穩定因素。里工的精密制造業務客戶所涉及行業,包含了汽車產線自動化、精密夾具、機床核心部件、深海漁業設備、醫藥食品包裝設備、數字印刷包裝等。
其中,深海漁業、醫藥食品包裝設備等行業均有一定的封閉性,要獲得客戶的信任并不容易。為此,里工想出了一個“笨辦法”:先通過郵件、上門拜訪等最原始的渠道和客戶建立聯系,隨后將客戶邀請到里工的工廠進行實地考察,讓客戶真正看到里工現場生產管理和工藝,這是比任何話術都有說服力的一種“宣傳”。
多年來,里工漸漸在精密制造領域占據一席之地,業務版圖延伸至歐美等發達國家。其中,還有不少客戶為世界五百強企業。
不過,只做精密制造業也存在一定的業務天花板。2015年,里工已經強烈感受到,精品工廠的營收規模大約就在1.5億~2億元,而當時的里工已經十分接近這一天花板。
于是,里工在2018年決定開展“右手”業務線——自主研發機器人。
里工搭建了一支融合深度學習技術、機床通訊技術、機器人控制系統技術、IoT系統開發技術以及機械結構相關技術五大核心技術的研發團隊。完整的人才版圖加上自身在精密制造領域的積累,讓里工有能力從底層開始研發,軟硬件雙管齊下。
在軟件層面,里工自研了一套XOS人機交互操作系統。該系統由里工自己的團隊從最底層代碼開始搭建,包括機床通訊控制、云端存儲、深度學習視覺模塊、末端執行器等部分。
以機床通訊為例,里工自研的系統能夠做到過去不能實現的“高級別控制”,比如里工高侍和高尋機器人可直接向機床發一個指令,來實現機床的零件切換。這樣做的好處是兼容性好,運行穩定,軟件可以持續高效地進行OTA升級,并且可以為已經安裝的硬件做功能擴展升級。
此外,傳統機器人的操作系統注重代碼邏輯,無形之中提高了操作門檻。于是,里工從用戶使用場景中的實際需求出發,將場景中涉及到的功能全部圖形化,讓整個操作過程像拼樂高一樣簡單——也就是現在業內常提到的低代碼、零代碼,即使是沒有機器人編程經驗的員工,經過2小時培訓也可以快速上手。
硬件方面,里工則在機器人的各個“關節”處設有配套的自研產品,于細微之處平衡機器人的靈活性和穩定性。
例如,里工的“高快”夾具,底座不變,夾持力受自研XOS系統控制,但鉗口會根據用戶的產品變化,而鉗口的個性化成本不到整體夾具成本的5%-10%。這種方法不僅很好地迎合了工業4.0時代越來越趨向于定制化的客戶需求,也穩定了由此可能帶來的附加成本,可謂一石二鳥。
目前,里工的自研機器人已經多點開花,有高侍、高尋、高擎等多條自研產品線。其中,高侍為無人值守上下料機器人,可適配各類三軸、四軸、五軸的CNC銑床,以及各類車床、慢?絲設備、三坐標檢驗設備。
高尋為一款基于自動駕駛技術和工業4.0標準打造的用于標準工業環境的通用型協作式、復合自主移動機器人。
高快氣動夾持系統是一套結構緊湊且擁有高夾緊力的氣動雙卡爪夾持工具,廣泛適用于3軸、4軸及5軸加工中心、三坐標檢驗、EDM加工等。
高擎是一款基于自動駕駛技術和工業4.0標準打造的用于標準工業環境的通用型協作式自主移動機器人。
2020年,疫情突然爆發,全球各個行業被迫按下暫停鍵。在這場大考中,里工的自研機器人交上了一份近乎滿分的答卷。
疫情最為嚴峻之際,里工的機器人還處在內測階段,李衛銃看了看堆積如山的國外客戶訂單,臨時做出了決定——讓現有的十臺機器人“臨危受命”,走上產線。
可喜的是,在機器人投產后,生產的廢品率降低近70%,生產效率也得到35%的提升。同時,里工的研發團隊也在產線員工頻繁使用產品的過程中,對暴露出的新問題不斷調整,在短時間內,完成了產品的快速迭代。
目前,里工的自研設備實現了實現了從“0”到“1”的突破,已經規模化進入自家產線,整個機床產線的機器人覆蓋率接近90%。
而“既是開發者,又是使用者”雙輪驅動戰略更深層次的價值在于——幫助里工快速實現從內到外、從“1”到“10”的市場增值。
03.在車間里談成的合作
目前,里工的自研機器人產品以離散型精密制造、生物醫藥、航空航天三大領域為主打方向,進行商業化落地。
生物醫藥類客戶產品大多有多品種、多批次、小批量的生產需求,且對精度要求極高。此外,因為產品形態、材質的特殊性,在生產過程中對夾具的設計和配套性有很高的要求,通常需要配合獨特的工藝去研發定制。因此,想要取得這類客戶的信任并不容易。
大博醫療就是這樣一家公司,以骨科、神經外科、微創外科業務為主的綜合性醫療上市企業,該企業2019年市場占有率在國內創傷植入物市場份額排名中位列前五。在與里工實業接觸前,大博醫療有一支自動化團隊,調研、嘗試了很多年,投入了相當的資源,但都石沉大海,始終找不到合適的智能化方案。
終于,轉機出現在2020年。
當時,里工邀請大博醫療的廠長、總工等決策人到自家生產現場,向他們展示了里工是如何利用高侍機器人實現產線少人化的,當場就為大博醫療建立了信心。
此后,里工并未停留在紙面方案。里工的工程師們一一解決目前客戶關注的難點,將客戶的產品、產線在里工的車間進行了高度的現場還原,并做了一對一的加工驗證,最終贏得客戶的認可和信任。
2021年,相似的故事,被復制在航天領域。
2021年4月,一家航天器制造商如約出現在“北京機床展”上。
當時,這家航天器制造商正在被兩個問題困擾著——一是沒有足夠多的人員及時操控生產設備;二是設備切換過程中,間隔時間較長,有些設備甚至要用5~6個小時來切換產線。這就導致設備的OEE率(設備綜合效率)始終無法提高。
更棘手的是,由于行業特殊性,航天制造在飛行環境、飛行速度、工作時限、升降方式等技術環節均不能有偏差,航天器零件對精度要求極為苛刻。
而在展會上,里工高侍機器人展示了其“快速切線”的能力:操作人員輸入產品尺寸、重量信息后,機器人抓取位點自動完成調整,極速切換不同規格產品,最快1分鐘即可完成切線,15分鐘完成部署。
此外,得益于自研XOS系統帶來的“快速切線”能力,高侍機器人的OEE率目前已經穩定在92%-100%之間,且在高快夾具的配套下,零件放入機床內裝夾的重復定位精度有效控制在正負0.01mm——這套方案幾乎完美迎合了這家航天器制造商的μ級加工精度要求。
在后來的溝通中,里工還提出了許多專業建議,可見里工提供的不僅是一套機器人設備,而是一整套機械加工、甚至機床選型的解決方案。
北京機床展結束后,里工與該航天器制造商在3個月內便順利達成合作。至此,生物醫療之外,里工在航天器這一制造業中皇冠級別的領域內再下一城。
“當我們購買一臺設備的時候,我們真正想要的并不是這臺設備,而是希望能夠通過這套設備去生產出好的產品,進而完成后續的交易。那么如果供應鏈上的合作伙伴能夠提供全程服務,我們就可以把更多精力放在自身業務上,這當然是最好不過的。”李衛銃對「甲子光年」透露。
如今,愈發鮮明的制造商服務化轉型趨勢便是對這一觀點最好的印證。
2021「甲子引力」大會發布的《行至水深處:2021中國數字經濟50條判斷》主題報告中,有數據顯示,近幾年制造業服務的收入占比在不斷增大——
2017年,中國制造型企業服務性收入不足5%;2019年工信部最新的調研數據顯示,47.6%的企業服務性收入超過20%。一些著名制造企業的服務收入占比已經超過了50%。這其中,售后服務可以作為制造企業服務化轉型的有力支點,26%的銷售額產生了46%的利潤額。
某種程度上,制造業服務化轉型恰恰契合了數字經濟的核心特征——“XaaS”,其中的“X”即以“服務”形式進行交付,這已然是不可逆轉的趨勢。對此,李衛銃告訴「甲子光年」:“為客戶提供軟件服務將會變成一種常態,未來也會成為我們公司的業務之一,甚至可能會成為占比越來越大的一部分。”
目前,里工為客戶提供的服務細致而全面,幾乎能夠覆蓋整個產線——小到機床手動門的自動化改造,協助客戶進行夾具選型,優化加工工藝解決工件、刀具的纏屑問題;大到通過自動化升級促進客戶主動優化排產,標準化毛坯和夾具裝夾,并通過高侍的可靈活移動化部署幫助客戶實現一機多用,提升效率。
迄今為止,已有數十臺高侍無人值守機器人裝機應用在一線生產上。里工曾對不同類型的機加工用戶進行回訪,用戶普遍反饋是, 高侍投產后實現了7x24生產模式,整體產能提升幅度約在20%-50%之間;且有效避免了因人為因素導致的生產設備停機及人工裝夾錯誤產生的廢品問題,廢品率大大降低。
隨著國家對智能制造越來越重視,里工正處在最好的時代,一個行業爆發期正在到來。
04.大機會,誰的機會?
在里工自研機器人的這幾年,中國的機器人創業公司也如雨后春筍般涌現,一線美元基金和大型科技巨頭CVC活躍入場。
里工也感受到了資本的熱情高漲。李衛銃告訴「甲子光年」:“2021年我大約見了8-10個投資人,外資占了一半,之前不會有這么多。”
一個屬于機器人的時代已然來臨。據波士頓咨詢公司報告評估,2020年全球機器人市場規模大約250億美元左右,并將在2030年達到1600億至2600億美元。埃森哲在《技術展望2021》里更是總結道,每個領軍企業均必須將其企業(至少是企業的一部分)視為機器人公司。
在這一波機器人的熱潮中,也不乏一些工業巨頭的身影。比如,施耐德電氣已開始探索新協作模式,在轉型流程中部署220多個機器人作為數字化轉型的重要組成部分。
前有工業巨頭領銜沖鋒,后有創業公司步步急逼。盡管如此,在這場關于機器人的追逐中,里工依然有足夠的底氣——“既是開發者,又是使用者”的雙元驅動戰略便是里工最大的優勢。
近40年的精密制造經驗,讓里工能夠對制造供應鏈進行垂直化整合。在機器人制造環節做到自己設計、自己加工、自己組裝,這便能夠在降低成本的同時,更好地把控產品質量的穩定性。李衛銃告訴「甲子光年」:“重資產是我們最大的劣勢,但也是我們最大的優勢。”
智能化產品的質量穩定性不僅取決于軟件的智能程度,也與硬件的性能有很大關聯,這正是初創公司有所欠缺的地方。目前的初創公司大部分都是輕資產,重人才團隊的模式,產品的加工、測試等環節均需要外包,這無形之中拉長了產品的迭代周期。
當里工研發出一款新產品的時候,他們有足夠的資源對產品進行快速迭代。一般而言,里工的產品在完成內部研發后,會先行投入自己的車間使用,并對每天的使用情況進行記錄,當發現有問題需要修改時,能夠直接針對問題,對癥下藥,這使得里工的產品迭代能夠比其他初創公司快至少三個月。
這種模式也讓里工養成了用戶思維——以結果為導向,以用戶為中心。
正因里工自己就有“用戶”的身份在,所以他們非常清楚產線工人的使用要求和習慣。李衛銃在2002年加入公司時,就是先在車間開設備,后來去到加工中心,一點一滴積累起經驗,這和很多機器人公司的創始人經歷都有所不同。
因此,在研發過程中,里工并不會站在本科生、研究生的角度去看問題,而是站在產業工人的角度,去看產品夠不夠好用。這套系統一定要和已有的用戶習慣相吻合,而不是去改變他們的使用習慣,或是給他們創造一個新的操作環境。
可以看到,在精密制造領域30余年的深耕,讓里工能夠真正站在產業一線去看先進制造,同時也讓里工沉淀了足夠的硬件設施、生產場景、客戶資源和供應鏈整合的能力。
在里工的廠區內,有三個名字很有特色的車間,分別是“經典車間”“發現車間”和“未來車間”。
其中,經典車間幾乎貫穿了里工整個發展歷程。這里的配置更加傳統,有車床、銑床等傳統機械加工設備,還有相當一部分操作需要由人工進行。因此,從智能化的角度來講,經典車間是里工目前的主要改造對象。
發現車間則是里工的質檢部門。“因為這是我們發現問題的地方,所以我就把它的名字改了。”李衛銃解釋道。
發現車間和未來車間現均已部署智能化設備,但當下最值得關注的,還是未來車間。在智能化設備的加持下,未來車間已經實現了24小時不停歇作業,各種復雜的加工動作均由高侍和高尋、高擎機器人配合完成,產線員工只需要對機器進行監控。
某種程度上,三大車間的演變,正是里工30余年來在傳統制造領域不斷發展、深耕的縮影。如今,疫情不僅加速了里工產品走進產線的速度,更推動了整個制造業由傳統向數字化、智能化加速發展。
近年來,國內政策持續引領制造業發展,無論是《中國制造2025》,還是十四五規劃,都在政策上加大了對制造業發展支持力度。但與此相對的是,美國“實體清單”對中國前沿科技公司步步緊逼,全球市場競爭愈演愈烈,未來需要有更多的創新力和定力才能夠在全球市場中站穩腳跟。
這一切都預示著,未來無論是像里工一樣正在轉型中的老牌制造商,還是在先進制造浪潮中投入工業領域的初創公司,都將要“帶著鐐銬跳舞”,學會與“先機”和“危機”共存。
現在,作為一家有著37年歷史的傳統制造商,里工正站在“傳統”與“創新”、“過去”與“未來”的交界處;未來,則需要更多像里工一樣的中國制造公司,在先進制造的巨大版圖上占據一席之地, 卸下長久以來捆縛著中國制造的鐐銬。
本文來自微信公眾號“甲子光年”(ID:jazzyear),作者:劉楊楠,36氪經授權發布。
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