中國冶金報 中國鋼鐵新聞網
記者 樊三彩 報道
機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”，其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。
自“十三五”以來，我國機器人產業蓬勃發展，尤其是工業機器人。2021年中國工業機器人銷量為25.6萬臺，同比增長48.8%。《“十四五”機器人產業發展規劃》顯示，我國已經連續8年成為全球最大的工業機器人消費國。投融資也備受青睞，2021年，中國工業機器人融資金額達182.0億元，同比增長37.0%。
市場規模越來越大，機器人行業駛入一片“藍海”。據《中國冶金報》記者了解，國內外冶金行業機器人成熟應用工位已達20多個，近兩年發展勢頭較快，不斷有新產品出現。國內很多鋼鐵企業正積極布局機器人產業，中國寶武、南鋼、建龍、山鋼、馬鋼、鞍鋼等均已成立了獨立的機器人研發團隊，如寶信軟件智能裝備事業部、南鋼金恒科技機器人研發團隊（下稱金恒科技）、北京同創信通科技有限公司（下稱同創信通）、山信軟件機器人團隊、飛馬智科機器人研發團隊等，在冶金行業機器人研發及應用方面發展較快、成績顯著。
冶金機器人發展勢頭緣何如此迅猛？這些機器人的市場在哪里？各個團隊的優、劣勢是什么？未來有怎樣的發展規劃？帶著這些問題，《中國冶金報》記者與鋼企智能化有關負責人進行了深入交流。
勢在必行
當前，對于冶金企業來說，布局機器人產業已經到了非做不可的地步。原因主要有4個方面：
第一，時代原因。當前新一輪科技革命和產業變革加速演進，新一代信息技術、生物技術、新能源、新材料等與機器人技術深度融合，機器人產業迎來升級換代、跨越發展的窗口期。我國已轉向高質量發展階段，建設現代化經濟體系迫切需要新興產業和技術的強力支撐。
第二，疫情原因。席卷全球的新冠肺炎疫情，給機器人行業發展按下了加速鍵，使其陡然邁過了需要不短時間進行的市場教育階段，直接進入人們的視野。機器人在防疫中有良好的表現，在后疫情時代，機器人產業鏈也將在產業升級、疫情防控等大環境的催化下，擁有新的賽道和市場。
第三，社會原因。工業機器人取代人，不僅為降本增效，更源于對未來現場勞動資源供給的擔憂。國家統計局數據顯示，2021年，我國勞動力市場需求和供應的缺口在持續增大，16歲~59歲勞動年齡人口為8.8億人，相比2010年減少了4000多萬人。
第四，行業原因。工業機器人可以精確持久地在危險、惡劣的環境下工作，非常適用于制造流程中高溫、高速、高粉塵、高強度、長周期的工作環節。“保護人、解放人、幫助人”，某業內人士形象地總結了工業機器人的作用。鋼鐵企業生產的危險性、部分崗位工作的重復性等導致機器人應用的普遍性、必要性在加強。
百花齊放
目前，鋼鐵企業不僅是應用機器人的主體，而且成為研發機器人的重要力量。鋼企需要用到的機器人非常多，焊標機器人、噴號機器人、加渣機器人、貼標機器人等常規機器人應用普遍且成熟，基本能夠實現國產替代，另外一些科技成分更高的機器人產品則是行業攻關的難點。
多家鋼企智能化相關負責人告訴《中國冶金報》記者，常規機器人的市場競爭非常激烈，不僅要面對來自鋼企同行的競爭，還要與一些進口品牌、國產自主品牌的機器人“PK”。那么，我們是否有優勢？“每家公司專注的領域不同，各自形成了一些明星產品，其實不好一概而論地進行比較。”同創信通總經理王保紅表示，“在一些自己具有獨創技術的領域，企業就會表現出很強的競爭力。”
《中國冶金報》記者在調研中發現，很多鋼企已經擁有了自己的機器人明星產品，形成了獨家的專利技術。比如，金恒科技基于視覺定位機器人全自動沖擊試驗系統于2019年獲得冶金科學技術進步獎二等獎，截至2022年5月底，金恒科技機器人研發團隊共申報機器人領域專利198項，其中108項已獲授權；同創信通自主研發的連鑄平臺無人化機器人序列、測溫取樣機器人序列（應用于轉爐、電爐、吹氬站、精煉爐等場景）在國內競爭力領先，產品已經能夠與國外企業進行同臺競爭；等等。
整體來看，國內鋼企研發生產的機器人主要應用市場集中在鋼鐵行業。之所以主要面向鋼鐵市場，是因為這些機器人研發團隊具備平臺和工藝優勢。研發團隊往往隸屬鋼鐵企業，擁有一個穩定的實驗場地進行產品研制及驗證迭代。同時，研發團隊往往熟悉鋼鐵全流程工藝、設備，具有豐富的鋼鐵工藝知識背景，使得機器人產品的設計、實施、調試、運行等更加便利，因此也更容易突破。這也造就了鋼企研發團隊相較于自主品牌機器人的優勢。
“我們國內鋼企客戶的比例達到了80%~90%。”金恒科技智能裝備部部長楊孟告訴《中國冶金報》記者，南鋼于2016年便成立機器人事業部，在國內成立時間相對較早。對于他們而言，內部鋼鐵公司既是客戶，也是試驗平臺，新研發的機器人會在內部公司進行優化更新，再推廣到市場，目前有武鋼、永鋼、永豐鋼鐵、山西建邦等20多家外部客戶。
山信軟件自動化部經理杜偉表示，其所在團隊研發的測溫取樣機器人在國內鋼廠已經應用了13臺，5臺正在進行中；貼標機器人也已經應用9臺。同創信通等也采用了這種先內后外的研發、推廣模式。
另外，鋼企機器人研發團隊還有效率優勢、價格優勢。王保紅表示，連鑄平臺無人化機器人序列是技術難度相對較高的產品，目前國內只有3家企業可以生產。“普銳特等企業生產一套連鑄平臺無人化機器人的周期大概是1年，我們目前只需要6個月，生產效率大大提升。”他同時表示，通過有效控制成本，目前整套價格優勢強于國外。
難點辨析
研發工業機器人難不難？相關鋼企負責人告訴《中國冶金報》記者，鋼廠往往以外購的機器人本體為硬件核心，根據不同的應用場景，自主研發機器人的控制系統、視覺定位系統、機器算法等應用系統以及部分機械裝置，相當于給機器人裝上“大腦”“眼睛”“觸覺”“手臂”等，這個過程并不容易。“就像買了一臺高級計算機，里邊需要裝上哪些軟件？裝上軟件后怎么操作，才能讓這臺高科技產品發揮作用？這是需要鋼廠研發的部分。”楊孟形象地比喻道。
以噴號機器人為例，機械手上裝有噴槍，需要噴涂系統（解決涂料怎么輸送到噴槍的問題）、視覺定位系統（準確找到要噴涂的鋼材）引導機械手工作，這幾個復雜的系統還需要控制系統進行協調。機械裝置即根據不同的應用場景，經過自主設計加工出來的硬件。比如，噴槍需要噴頭，焊牌需要焊槍。
業內人士介紹，在整個研發的過程中，智能識別技術，手、眼、力的協同，同平臺任何機器人的協同作業，抗干擾及安全保護解決方案等都是其中很難的部分。
對鋼鐵企業而言，研發產線各工位的機器人有一些獨特的要求。“由于鋼企生產的流程長，現場工況、生產節奏等很復雜，研發鋼企產線機器人需要對鋼鐵工藝有深入了解，才能在真正了解企業現場作業痛點、可能出現的突發情況等基礎上，研發出與現實場景應用完美結合的軟硬件。”楊孟介紹道。
楊孟舉了一個全自動沖擊實驗機器人的例子。人工做沖擊實驗的過程是這樣的：在一個打火機大小的鐵塊試樣中間加工出一個V形凹槽，大約5毫米深、5毫米寬。加工完之后，將試樣放到零下80攝氏度的酒精里冷卻，酒精里一次可擺60個試樣。冷卻1小時后，人工拿一個小夾子把試樣從酒精里夾出，5秒之內放到旁邊的沖擊機上，讓試樣V形槽對準正中間。擺好以后人工按鍵，讓擺錘將其撞斷，然后由人工把撞斷以后的沖擊數據抄下來。這項工作的難點主要有3個方面：一是人每天要彎腰取試樣1000次左右，很累；二是5秒鐘內將試樣取出來擺好，挑戰很大；三是人工抄寫的數據是否存在誤差，值得商榷。全自動沖擊實驗機器人的出現就完美解決了這些問題。“我們在研發時需要重點解決這樣一些問題，如用機械夾爪從零下80攝氏度的酒精里取試樣，可能被凍住；試樣取出來后，怎么讓V形槽對準沖擊機的正中間等。這些看起來簡單，其實都是機器人研發的技術難點。”楊孟解釋道。
另外，研發技術含量更高的機器人產品，難度還要再上一個臺階。王保紅介紹道，連鑄平臺無人化機器人序列、轉爐測溫取樣機器人等產品，由于技術難度高，往往需要更多的資金投入和更長的研發周期。“在我們研發轉爐測溫取樣機器人之前，國內沒有成熟應用的案例，我們研發了3年，失敗了三四次，今年才真正投用。”他說。
未來之路
機器人是鋼鐵工業產線“智商”的有力體現，研發、應用機器人是企業實現自動化、智能化升級的重要推動力。目前，各鋼企機器人領域的競爭已經在從低水平的競爭逐漸轉向打造自身特色的高水平競爭。在這方面，有遠見的鋼企已經先行一步。
“我們的機器人研發目標是國外已有、本土公司尚未突破的‘藍海’。”王保紅告訴《中國冶金報》記者，“我們目前正在研發嵌入式水口更換機器人，目前國內僅有的一套是由維蘇威做的，價格達到1000多萬元。經過設計方案、仔細論證，我們發現成本可以比這個減少至少1/2。等這一產品面世，同類型進口機器人的價格也會同步下降。”
王保紅介紹，10多年前，一臺進口噴號機器人需要400多萬元，現在只要50萬元左右，基本實現國產替代。根本原因還是在于國內技術的進步，打破了進口機器人一家獨大、價格虛高的狀況。這一進步也在酒鋼西部重工公司得到了驗證。該公司黨委辦公室主任張宇翔介紹，西部重工公司目前的機器人全部采用國產品牌，使用方便、性價比高，第一臺ABB機器人目前已經全面下線。
“從單一功能應用集成到打造數字化、智能化生產線，實現解決方案的產品化、模塊化，這些都是我們努力的方向。”杜偉表示，實現機器人系統與現場自動化系統/信息系統的無縫集成，提高機器感知、機器算法、機器學習、機器視覺的綜合技術與解決方案能力，是山信軟件錨定的未來發展方向。
同時，國內鋼企機器人研發團隊還積極拓展市場，實現跨界研發，有的甚至走向海外。如金恒科技就經歷了從引進到自主研發，再到跨界發展的轉變。楊孟告訴《中國冶金報》記者，金恒科技不僅拿下了舍弗勒南京公司的機床上下料機器人、南京板橋消防器材廠全自動產線上下料機器人、南京佳盛機電器材制造有限公司折彎件自動下料機器人等跨領域的市場訂單，而且開發了俄羅斯的客戶，機器人產品的市場正變得日益寬廣。
