光伏锂电新能源…智能升级弯道超车美国,一文看懂中国制造2025

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我们深入独家访谈了移动机器人全场景应用者快仓并一起调研光伏、锂电池、汽车、纺织服装、工程机械等制造行业自动化、智能化现状,写下这篇万字长文。

文 | 孙鹏飞

编辑 | 唐晓园

正文字数共计:13520

预计阅读时间:15分钟

1991年,一条令人焦躁的消息在沈阳金杯汽车厂传开——美国人爽约,不卖AGV了。

 

AGV(Automated Guided Vehicle),无人搬运车,也被叫做“AGV小车”。那年年初金杯汽车高管赴美考察,目睹了AGV载着发动机、保险杠和油箱,高效穿行在整车制造的流水线上。

金杯与美国人签下合同,希望让更多移动机器人替代工人搬运汽车零配件大件。

没想到美国商人以政府限制技术出口为由,单方面终止了合作。没有AGV,花大价钱从日本买来的生产线设备也将沦为废铁。

 

金杯汽车不得不找上中科院沈阳自动化所机器人研究开发部求助,攻克汽车生产线移动机器人技术。

 

1993年,第一款国产AGV走出实验室。

 

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30年来,AGV被限制所带来的痛苦已经消散,如今中国移动机器人的国产化率达到了95%,世界移动机器人的重心,早已转至中国。

 

与AGV发展共鸣的,是中国制造业的变迁——从弱到强,中国工业一步步集聚41个大类、207个中类、666个小类。今天中国已是全球工业体系最健全的国家。

 

中国从制造大国走向制造强国的档口,内生求变的底气已经凝聚——中国制造2025——通过智能制造,往高附加值生产转型,持续提升中国制造的竞争力。

 

今天立方知造局以小见大,聚焦中国制造业纷繁脉络中的微观单位——车间。在这里,变化正在发生。

 

移动机器人往返穿梭在车间、仓库,替代原本由人工操作的危险作业,并保证100%配送准确率。

 

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轻工领域的纺织服装、重工领域的机械设备、新兴制造业的光伏和锂电池、制造业标杆的汽车工业,从微观角度一探移动机器人替人的现状,并在万字篇幅中勾勒出四大领域目前对移动机器人的不同态度。

 

接下来你会看到:

 

1. 必要的替代:为什么说移动机器人替人是中国制造转型升级的必要条件?

 

2. 助力新能源:为什么锂电企业比光伏企业更早用上移动机器人?光伏行业两个“反直觉”背后的新机遇是什么?哪些技术升级将让机器人融入光伏车间的每个角落?

 

3. 机器人在汽车工业:在这片自动化布局最早的行业,移动机器人解放了哪些工人?为什么以集装箱当作流动仓库新模式难以在中国大规模推广?

 

4. 纺织行业:纺织行业的自动化和地域有什么联系?是什么让纺织企业主对采购移动机器人犹豫观望?纺织行业的典型案例——它有可能打败优衣库的秘诀就在于机器人?

 

5. 重工领域:机械制造是如何通过智能化生产弯道超车的?

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1. 必要的“替代”

中国制造升级有两个关键词——自动化和智能化。

 

自动化意味着机器和设备替代了工人的重复性劳动,智能化则是给机器和设备再安上决策和判断的大脑。

 

自动化生产对于许多制造企业曾是奢望。1995年,王传福创办比亚迪,却苦于无力支付动辄千万级的的镍铬电池自动化产线设备。

 

他动手拆解生产线流程,细化为一个个可以由人工完成的工序——他自嘲的“半自动化半人工”生产线。改革开放后,用人工替代机械带来的成本优势,成为比亚迪等制造企业与国际巨头抗衡的利刃。

 

成立那一年,比亚迪卖出了3000万块镍镉电池,打开低端市场。巨大的人口红利下,比亚迪生产的锂电池成本不到当时日本巨头三洋的1/3。

 

时代造就了一批中国企业家。但今天,过去的优势或难以持久延续,中国制造业正面临新的挑战——人口老龄化。

 

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从2000年开始,婴儿出生率和自然增长率呈下降趋势,2020 年出生率首次跌10‰,达到8.52‰。信息来源:国家统计局  制图:立方知造局

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65岁及以上人口从2000年起逐年上升 信息来源:国家统计局  制图:立方知造局

未来或难以有持续充沛的劳动力来补给制造工厂。

 

工人工资也在连年上涨。相关数据显示,2014年中国制造业平均年薪约5万元,到了2021年这一数据为8.24万元,8年之间,翻了近1.6倍。

 

一位长三角印染企业的负责人向立方知造局表示:他偶尔会怀念2000年。外来务工者涌入,工厂里有一位“贵州工头”,每当订单旺季需要招聘大量临时工时,贵州工头总能找得到老乡进厂。

 

如今,贵州工头回到了老家,招工一直困扰着这位负责人。尤其是夏季,印染车间的温度高达四十多度,工人要赤身才能搬运成品。即使工资涨了1.5倍,加上高温补贴,也难以吸引工人进入车间。一到夏天不少工人会选择请假返乡,等到秋天再回来,避开夏天恶劣的工作环境。

 

70年代,进入老龄化社会的日本同样遇到过招工难问题,当时日本企业有两个对策——

将劳动密集型企业转移;

2. 用机器人替代人工。这便有了自动化生产线。

在中国,“机器人换人”同样是自动化智能化生产的必要条件。

 

中国不会止步于“世界工厂”,而是要保持制造业低成本优势的同时,提升价值,保持持久的竞争臂力,做大之后要做强。路只有一条——布局制造业的未来——智能制造。

 

这样的深谋正是中国制造2025的要点,也是德国工业4.0、美国工业互联网战略的重心——用AI、大数据等前沿技术,在对企业做自动化转型的同时进行信息化、数字化改造,最终创造出更高价值——智能化生产。

 

我们以羽绒服制造的案例,看一看自动化生产与智能化生产带来的变革——

 

自动化:一件羽绒服有52个裁片,需要经过300多道工序和11000针高密刺绣完成。自动化生产模式可以让一道道工序分割,产品通过悬挂吊链经过多个工位,经过处理之后,传送至下一工序。移动机器人则串联起所有工序,配送物料。

 

上述自动化目的是在产线中减少员工参与作业,提升效率。而智能化生产的关键,是让数据助力生产,创造更多价值——

 

智能化:羽绒服智能工厂中,以每台设备为制造单元。工人工位上有一个平板,系统会即时分派最新任务。如果出现原材料不足或者机械故障,系统可以分析数据下达配送命令,移动机器人带着新的物料快速送达。

这样一来,机械和设备不仅替代了人的手足,流通中的数据还参与了产线实时决策。

 

产线变得柔性,不再与单一产品强力锚定,同一条产线经由系统分配,生产出不同品类的产品。

 

在智能化生产的路径中,中国和美日德处于相近的起跑线——日德重制造轻互联网布局,美国重互联网轻制造,中国一手抓互联网一手抓制造业,便是我们超车的底气。

 

了解了自动化与智能化的区别,你会发现,无论在那种模式下,移动机器人都是刚需。

 

移动机器人天然具有“跑腿”功能,但在智能工厂车间,它的角色远不止解放搬运工的双脚。

2. 机器人涌入车间

如果把中国制造企业看做一个个岛屿,移动机器人如同水流,串起时代的星罗棋布。

 

移动机器人主要分为AGV(自动导引车)与AMR(自主移动机器人):

 

前者需要依靠地面辅助标志导航和软件系统调度;后者则能自主地规划路径、避障、决策。

 

移动机器人替代搬运工,看似水到渠成,然而不同行业对于移动机器人仍有着不同的态度。有拒绝,有犹豫,有拥抱。

 

立方知造局和快仓一起,深度调研了光伏、锂电池、汽车、纺织服装、工程机械,五个制造行业的五段故事,梳理出行业面临的痛点以及自动化智能化现状,并从典型案例中窥探关于中国制造业未来的微观一角。

01.  光伏:

两个反直觉背后的新机遇

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行业主要痛点:

部分工序作业环境恶劣

工序节拍紧凑、物料配送高频次、高时效

机器人换人主要优势:

替代恶劣环境作业

中国光伏借着新能源的浪,再度冲上云间。但光伏行业存在两个反直觉——

 

一是目前中国光伏企业的自动化布局水平更像是传统制造业工厂,不少企业的设备工龄高达十年,自动化布局落后同为新能源热门的锂电池行业5年。

 

这是因为,经历了2017年的政策补贴以及2019年的补贴停摆,政策的筛网留下了具有先发优势、产能规模大的企业,形成头部效应。很多头部企业仍保留着老旧的厂房和设备,还没来得及做自动化改造。

 

另一个反直觉现象是——热门的光伏“招不到人”。

 

不久前,央视给出了这样一组数据,2021年我国光伏行业年增人才需求9.3万人,但人才供给量不到一半,只有4万人。

 

背后的原因是:工人们不愿意再“拿命换钱”,尤其在光伏电池的制造环节。

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光伏电池车间很缺工人。光伏企业的毛利率不到20%,难以给予工人们丰厚的劳动回馈。同时车间作业风险高,甚至有工人将之比作“挖煤”。

 

在光伏电池车间,工人们手上常有黑色的斑点。层压敷设工序需要用到强酸、强碱。虽然防护服能隔绝身体与化学药剂的接触,但无法做到100%的保护。小概率事件在重复又频繁的作业中难以避免——强酸强碱会对皮肤造成巨大伤害。

 

更大的焦虑,是生命安全。为了阻挡电池片原材料多晶硅氧化,生产车间充斥着氮气。这种惰性气体尽管不会在电火花中燃烧爆炸,却带来了隐患——如果泄露,空气中的氧气被稀释、排挤,会发生窒息事故。

 

光伏企业为了避免氮气泄露以及工人恐慌造成的踩踏事故,有意减少了车间里的员工数量。

 

恶性循环产生了——生产风险让企业招不到人。因为招不到人,企业又给每个工人增加了工作强度,有的企业甚至采用两班倒制度——这样一来,工人们更不愿意来了。

 

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解决这一困局的方法之一就是让机器人走进光伏车间。

 

从2019年起,中国光伏电池车间开始尝试用移动机器人替代人工搬货的方案。

 

同样在2019年,光伏行业受到政策补贴叫停而暂时摇摆。一批光伏企业未能活下去,一波专为做光伏方案的移动机器人企业也未能熬过冬天。

 

如今行业回温,移动机器人替人再度摆上议程,但据立方知造局了解,目前仍有两座大山阻挡移动机器人“救世”光伏,也是移动机器人进入中国光伏车间前急需解决的难点——

 

硬件难点:如何保证移动机器人的稳定性?

软件难点:如何实现高密度下的调度?

 

正是基于上述两个难点尚未攻克,移动机器人集群及操作系统提供商快仓(以下简称快仓)没有急于加入2019年移动机器人进入光伏车间的大潮,而是花费1年半时间提升移动机器人的稳定性。

 

这样的投入,让快仓的移动机器人具备核心优势——每千次作业人工介入不超过2次,比行业平均水平每千次作业人工介入15次低很多。

 

更大的挑战是软件系统。2021年夏天,快仓工程师张逸接到快仓首个移动机器人在光伏车间的任务——HJT(异质结)工艺移动机器人项目。

 

与传统工艺产线一字排开不同,HJT是光伏生产的新工艺,产线呈L型,空间分布更复杂。

 

方案中,L型产线被划分成四个交接区,因为涉及氮气应用,四个交接区只留下没有门的小小地洞——

 

产线中的30台移动机器人不仅需要在四个交接区来来回回高效配送,还要无时无刻不在穿过地洞,以防氮气外溢。

 

这就涉及移动机器人软件系统中的两大技术壁垒——空车预调度和调度交控。

 

空车预调度相当于打车时车辆提前到达接客点,省去等车时间,提升配送效率;调度交控则是准确分配30辆车的路径,在出行时避开每一个红灯。

 

系统的决策,依靠算法——快仓重技术,在移动机器人行业中罕见配置十多位算法技术人才攻克。

 

直到项目过去了4个月,张逸紧锁的眉头略微松了松——升级了三十多版算法,上百版统一调度系统之后,移动机器人集群的整体效率开始明显提升,三分钟内原材料的送达率终于达到了98%。

 

从快仓的案例中,立方知造局看到,在危险环境中,移动机器人替代工人作业的火苗开始点燃,光伏车间往智能化转型的旗帜已经升起。

 

光伏这个行业,不少车间设备老旧,加之企业毛利率低,曾让企业对老厂房智能化改造犹犹豫豫。如今有了移动机器人替代人工的案例,移动机器人满足了恶劣环境作业、强时效配送的需求,仅需1.5年就可回收成本,喜人的一幕出现了——

 

光伏行业扩产潮到来,头部企业的一些新建工厂中的采购名单中,已出现AGV、AMR的身影。

 

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新的试探也在展开,比如光伏原材料晶圆配送。

 

晶圆比较脆弱,人工搬运时不经意间的震动和抖动,会产生肉眼无法看到的裂缝,影响到产品良率。但这又是一种高频次配送的原材料,放大了不良率的风险。因此,移动机器人开始以更稳健的步伐承担晶圆配送的任务。

 

在这样的趋势下,移动机器人也在同步升级精进——

 

技术上,传统的二维码导航只能应对相对简单、固定的环境,目前移动机器人企业正在寻求针对复杂、流动场景下的导航技术突破。这将拓宽移动机器人在光伏制造行业的应用边界。

 

算法上,软件迭代没有终点,不断提升对移动机器人集群的调度能力是操作系统的终生目标。用更少的AGV、AMR完成更多配送任务,将是移动机器人进入车间的实力。

 

硬件上,从60分考到90分之后,包括快仓在内的头部企业仍在凭借行业know-how能力寻找从90分考到99分的路径,提升移动机器人集群在任何场景中的稳定性。

 

有了这些底气后,移动机器人蕴含的降本增效轨迹,终将触及光伏车间的每个角落。

02. 锂电池:

靠谱的搬运工和更柔性的生产线

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行业主要痛点:

产线、工艺差异化大

部分环节工作强度高

上下料的对接精度、节拍要求、输送频次高

机器人换人的主要优势:

柔性高

降低物料损耗

锂电池这个新兴产业是一张中国制造的优势牌。2016年,锂电池行业开启自动化时代,比中国工业的自动化元年还要早2年。

 

就像立春前后的竹笋破土萌发,锂电池行业的产能、工艺在不断蜕壳,从竹笋变成竹材,需要5年,5年的周期同样也能让锂电池行业发生巨变——

 

2016年,中国锂电池产能为105GWh,到了2021年,中国锂电池的产能达到635GWh,翻了5倍多。

 

与产能飙升同步的是设备迭代和生产工艺变更。

 

2016年,一台锂电池卷绕机的生产节拍是每分钟生产30件。如今,同类设备的性能达到了每分钟生产200件,相当于一台顶上过去六七台。

 

锂电池的续航能力也在跃迁,从5年前的200公里一路往1000公里追赶。

 

2019年,某锂电池生产企业在江苏常州建厂,这家新厂的产能比该企业的老总部高了10倍。

 

以上只是锂电企业扩产潮的一部分缩影。飙升的数字背后,问题仍然存在——扩建产能需要工人,更迭工艺需要成熟的工人。但锂电池行业的现状也是招工难!

 

如今一名锂电池工厂的普通流水线工人能拿到接近万元的工资,但进入锂电池生产车间未必就是美差——强度高、环境差。

 

立方知造局了解,另一锂电池生产企业的工厂采用两班倒制度,工人们的工作时间是早晚8点之间。但有些时候,工人们会工作13个小时才下班。一位工人的日常任务是交接设备和物料、分配生产任务、巡检产线、跟进设备异常,每天走路很可能超过2万步。

 

锂电池生产环境也颇苛刻,员工们需要穿上防护服,戴上防护手套和头套。夏天不仅会捂出一身汗,摘下手套时手指也皱皱巴巴,像被水浸过一样。

 

招工难给移动机器人留出替代工人的空间——锂电池头部企业开始选择使用移动机器人。如果只按人工成本算,移动机器人在锂电池产线的回本周期在2-3年,并不算快。

 

然而,头部锂电池企业一试用,便上头,甚至将移动机器人替代人工的时尚往二线锂电池品牌传导——相比人工送货,移动机器人的配送准确率达到100%,能大大降低物料的损耗成本。

 

先来看看使用移动机器人前,锂电池企业经常遇到的两个难题:

1. 电池生产前端需要用到一两吨重的铜箔、铝箔,需要三四个工人对接单机设备。沉重的物料最怕磕碰,一个小失误便意味着十几、二十多万的物料报废。

2. 锂电池的电解液具有挥发性,拆包以后物料需要走一系列流程才能恢复到正常生产中。这让锂电池企业纠结,锂电池产品的命根是安全性,也就是良品率,拆开后的物料质量无法把控,只能弃用。

 

有了移动机器人精准配送,算上之前的物料损耗成本,移动机器人在锂电池行业的回本周期只需要1年!

 

这样一来,移动机器人现身锂电池自动化生产线中的涂布、卷绕段,替代人工配送原料。

 

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此外,移动机器人的职责远非一名靠谱的配送员,新的角色正在被开发,比如一名精准的数据记录员——

 

一位接近上述某锂电池生产企业的人士向立方知造局透露,2019年该企业常州工厂锂电池车间的巡检还是由人工完成——一位工人需要背着100多斤的设备采集车间里的环境数据。

 

当该企业投入上亿元资本进行数字化改造,引入MES系统之后,这样的工作可以由移动机器人来完成。一台移动机器人背着检测设备巡游在车间各处,准确记录环境数据,不会有笔误。更重要的是,这些数据能够输出报表,更清晰地还原车间状况。

 

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关于移动机器人在锂电池行业中应用的未来,立方知造局看到两个案例,并从中看到一条移动机器人潜在应用的启示——柔性生产线。

 

众所不周知的是,早在2019年,上述另一锂电池生产企业便试点了锂电池制造黑灯工厂模式——即工厂在熄灯、无人的情况下自主生产,然而这样的试探并未达到预期的效果。

 

计划在一条产线上节省500号人,但最终只砍掉了300多人,仍有100多人无法舍弃。

 

背后原因,目前锂电池还不是一款标准化的产品——锂电池设备和工艺在快速迭代,产品型号众多,与标准化的黑灯工厂不相匹配。

 

如今锂电池产线与特定款式的锂电池型号绑定。但锂电池产品型号众多,单单电芯的尺寸规格就有300多种,下游汽车厂商又有各自的偏好。这样一来,灯是灭了,产线也能自动生产,但只能生产某款电池。

 

破局的方法之一,是让产线变得更加柔性,即同一条生产线上可以生产不同型号的锂电池,这就要说说移动机器人在锂电池行业中的另一项潜在应用——替代输送线。

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传统的输送线像交织在空间中的滑梯,能将物料、半成品、成品快速输送到对应工序设备上。它的缺陷很明显,他与生产工序、设备强捆绑。

 

如果用移动机器人替代输送线,生产线不再被单款或几款电池产品捆绑。这样一来,同一条生产线中可以同时生产出不同类别、型号的锂电池产品,实时动态调节。

 

产线中不会出现等A电池产品生产完后,再排B电池的单子,而是实现AB产品同时生产。

 

或许订单爆满时,锂电池生产企业的老板将不会被催单的下游新能源汽车厂商打爆电话了。

 

用移动机器人替代部分输送线,将是锂电池行业变革的前兆。一位接近锂电池业内人士告诉立方知造局,未来70%-80%的输送线将可能被移动机器人替代,部分吞吐量大的领域仍需要用到输送线,与移动机器人对接。

 

如今,锂电池是移动机器人企业的必争之地。在快仓看来,入场锂电池行业,快仓的优势是不做集成商,而是和集成商成为合作伙伴,以一种更包容的形式,推动移动机器人应用落地。

03. 汽车:

流通为主,制造为辅

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行业主要痛点:

物流

成本高:

存在重复劳动和非增值作业

物料库存占压大量资金

流程及人员数量难以持续优化 

变化快:

车型更新换代加速,造成物料频繁切换

供应链上下游信息不畅,产生物料呆滞、浪费

物流布局调整周期长,难以适应外部频繁变化 

管理难:

现场人员流动性大,作业效率及安全问题突出

库存数据零散且准确率低,引发缺料停线等各种问题

管理人员疲于应对各种异常情况 

生产

大量板链及空中悬链结构,设计复杂、成本高、施工周期长

生产线平衡和混线排产问题突出,工艺、物料、产能等方面难以协调

生产过程不透明,异常响应增加管理成本,数据统计及分析困难

机器人换人的主要优势:

降低50%以上劳动强度

提升50%以上仓储空间利用率

如果说衡量一个国家制造业水平的标杆是汽车产业,那么测量这个行业自动化、智能化进展的游标卡尺之一,是移动机器人。

 

汽车产业是最早布局自动化、智能化生产的制造行业,主要分为汽车零配件和汽车主机制造两类。

 

但身处同一个产业,汽车主机厂与汽车零配件厂的自动化布局节奏并不一致。

 

1. 汽车主机厂自动化程度更高。

 

目前汽车主机厂四大工艺冲压、焊装、涂装、总装中,只有工艺相对复杂的总装环节还需要人工参与。

汽车零部件企业的自动化布局则参差不齐,整体上自动化程度没有主机厂高。

 

2. 汽车零配件厂更早使用自动化物流。

零配件企业早在2017年就使用移动机器人做搬运工,比汽车主机厂还要早两年。

 

这是因为,汽车零配件企业的原材料和成品种类相对较少,移动机器人在物流配送上的任务相对简单。

 

而一辆汽车由1万多个不可拆解的独立零部件组装而成,配送任务更复杂。

 

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现在问题来了,在汽车主机厂的总装工人和配送员中,谁的工资更高?答案是——总装工人的工资比配送员高20%。

 

这是因为总装工人尽管工作单一,每小时他们要装配60辆车,需要一刻不停地工作。

 

零配件配送员工作技能要求相对更高,考验的是货架位置的记忆力和对制造工序的理解深度。但因为收入的偏差,很多主机厂工人并不愿意当配送员。

 

缺位的配送劳动力最终由AGV和AMR填补——是的,移动机器人在汽车主机厂的最先扮演角色,是物流小哥。

 

立方知造局通过访谈了解到,国内有30%汽车主机制造厂使用了移动机器人,主要分为以下三类:

1.大批量使用:包括天津丰田、一汽大众佛山工厂、上汽大众等,一个车间里面都投入几百台。

2.小批量使用:包括吉利、长城、比亚迪,他们有十几个工厂,会在其中几个小批量的投入使用。

3. 试点使用:包括高合、重汽等,这些工厂会在一些工位段或者一段流程用到十几台或者几十台的移动机器人。

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制图:立方知造局

接下来,我们将聚焦在汽车主机厂,看一看移动机器人替代配送员的现状:

在主机厂,移动机器人贯穿着从原材料收货、入仓库、备料、线边配送等多个环节,基本包圆了一辆汽车的前世今生。

 

叉车师傅们终于可以休息了。整车厂很多事故都与叉车师傅的不当操作有关。有些时候,疲劳让叉车师傅遗忘了安全准则,每次多叉一两箱货,只为多休息一会。

 

在快仓与国内某知名汽车品牌合作项目中,潜伏式机器人通过识别地面上的二维码,能精准对接输送线、拆码盘机——一种更稳定、更安全的配送方式。

此外,快仓还推出了适合窄巷道运行、全方位立体式安全防护的无人叉车。

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传统的收货员工种将被温柔替代,或者更确切得说,传统的扫码枪扫货模式即将被取代。一种叫做视觉门、RFID门的神奇物种出现了。货物上的视觉门、RFID门将准确识别货物信息,录入到系统中,正确率可达100%。

 

不少的尴尬也可以避免了。人工作业难免出现疏忽和遗漏,曾有汽车行业从业者遇到,物料明明就在仓库,系统却显示无货。下单、找货,都耗损着时间成本。

 

仓库里的工人们也可以得以喘息。传统的仓库模式,是人找货,每个原材料对应着固定库位。仓库管理员需要熟记每个物料的摆放位置,有时候因为找不到对应库位需要来回奔波。

 

如今,找物料的任务交给了移动机器人,它们知道每个物料的具体工位,直接搬运装有物料的货架、托盘、料箱等载具至相应位置,仓库管理员只需站着等待,降低了50%以上劳动强度——这就是物料到人。

 

接下来,我们再以快仓与某德系豪华车品牌合作的智慧仓库为例,看看移动机器人如何助力汽车工业——

 

移动机器人改变了传统的仓储模式——传统仓储固定库位的弊端很明显,如果物料用完,库位空置,其它物料也不能放在空置空间,这降低了仓储空间利用率。

 

移动机器人加快了物料的周转效率,以WCS系统记录下每个货架位置,通过连接产线系统(ERP、LES),实时预判物料的需求量,将高频次配送的货架放置在离产线更近的地方。

 

这样一来,物料存放位置不再固定,动态管理提升了50%以上的仓储空间利用率。

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移动机器人保证了配送效率和准确度——人工配送员往往需要查看排单,不定期配送,容易发生因为物料补给不及时产线停摆的情况。产线缺货,传递到配送员端,仍有延时。

 

有了移动机器人,产线物料即将用完的预警下放至离工位最近的机器人,系统会优先调度供货,提升了配送效率。

 

更关键的是,整个物料配送被记录在数字系统中,移动机器人配送物料能达到100%的准确率。

 

替代人工后,移动机器人创造了更高效、准确的配送价值,维续着汽车产线的高节拍运作。

 

如果说产线是一颗稳定跳动的心脏,需要源源不断的零配件血液补给,那么移动机器人就是那一条条维持正常心律的动脉。充当一条健康的动脉,需要坚实的技术外壁和通畅的载物管道,这对应着移动机器人的两大关键要素——稳定性、适配性。

 

稳定性:

快仓高级工程师潘栋告诉立方知造局,与另一德系豪华车品牌合作时,对方在技术合同中列出两大要求,移动机器人产品需通过严格的欧盟安全标准CE,并要确保配送作业稳定性在98.5%,也就是说每进行1000次任务,最多不能超过15次人工介入。

 

快仓的全品类机器人都通过了德国莱茵CE认证,更超额完成稳定性要求——经过前期大量的调试和测试,1000次作业人工介入不超过2次。

 

适配性:

快仓共有潜伏式、料箱式、叉车式、AMR+等四大产品线,适用于大部分的主机厂和零配件仓库。

 

也正是稳定性和适配性上的优势,某新能源汽车品牌找上了快仓——做智能工厂内全场景物流自动化方案,并准备采购数百台潜伏式机器人。

 

需要提一句的是,该品牌有着独特风格:愿意投入智能化产线,但选择移动机器人时严控成本——业内常用双轴轮移动机器人,但它选择了价格相对更低的潜伏式机器人搬运物料。

了解了移动机器人在主机厂中的主要作用后,立方知造局发现,目前AGV、AMR在汽车行业的应用更多出现在零配件流通场景,在制造场景相对较少,

 

在这两个场景中,移动机器人的投资回报周期是不同的——

 

流通场景:2-3年

制造场景:3-5年

 

一般情况下,制造业企业对移动机器人预期的投资回报周期是3年。相比而言,移动机器人解放了工人的双腿,与流通场景天然相配。在制造场景创造价值更多的,是工人们的双手,目前移动机器人的潜力还未充分发挥出来。

 

很多企业更重视制造环节的价值创造,甚至喊出了即时生产、0库存的口号。比如全球知名新能源汽车品牌。

 

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该制造商激进地省去仓储模式以及与之对应的库存、排序、上料等诸多环节,零配件通过集装箱卸货后进入临时周转区,根据生产任务直接由移动机器人配送上线。

 

令人意想不到的是,这种模式未能在大部分中国间流行,原因有二:

1. 这一模式的前提是产品单一,然而国内大部分汽车主机厂需要在一条产线生产出多种车型,无法做到这样的高效配送。

2. 尽管省去了厂内仓储,但车企需要在厂外建设大型集装箱堆场,完成上线前配货。综合来看,厂内仓储舍弃了,厂外成本提升了,这种模式并不能形成独到的成本优势。

 

了解了物流端的新模式之后,立方知造局从另一家国外车企的案例中看到关于移动机器人的制造端潜在应用——奔驰56号工厂的柔性产线。

奔驰用300多台移动机器人替代传统输送线,这样一来,奔驰可以根据客户订单的轻重缓急,安排临时插单和去单。这套灵活的生产模式是传统大批量输送线无法匹敌的。

04. 工程机械:

替换进行时

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行业主要痛点:

配送模式多样,零配件种类多

载具规格多,存储要求高

时效要求高,节拍要求高,劳动强度大

机器人换人的主要优势:

节省人工,踩准节拍

重工业承载着中国制造的厚重感。基建狂魔的路面建设、城市建设和国防工程需要用到的设备,都由工程机械行业生产。

 

中国的工程机械行业虽然后发,但如今我们已经跻身世界工程机械强国之列。

 

有了这样的前提,中国工程机械要如何持续保持核心竞争力?这需要智能化的生产腕力,与其他国家站在更近的布局起点。

 

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立方知造局调研这一行业时,发现惊喜的一幕——目前工程机械行业正处于机器换人的转型阶段,包括头部企业徐工、三一重工、柳工、中联重科等都部署了智能化生产。

 

快仓工程师熊奇向立方知造局透露,目前工程机械的下料、焊装、涂装以及总装车间,都已经实现由自动化向智能化升级。

 

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接下来,我们从中联重科与快仓合作的挖掘机智慧工厂,看一看移动机器人给车间带来的惊喜。

 

工人们不再腰酸背痛了——上下车架合体是一项复杂工作,5位员工操作数以吨计的物件。如果没能对位成功,他们需要推倒重来。

 

如今,有了智能化吊装设备和机器人精准对位,这项工作只需要2人完成,一次交验的合格率达到100%。

 

车间的人少了,生产效率提高了——生产一辆12吨重的挖掘机,原先产线需要配备300多名工人,使用AMR等各类机器人后,产线上只需要120名工人,节省了一半以上工人。

 

一辆挖掘机有近4000个零件,有了这套智能化生产方案之后,100多台机器人完成从小至螺丝钉大至吨级重量的挖掘机臂的零配件配送,如今中联重科可以平均每6分钟下线一台挖掘机。

 

这样的转变,依靠的是AMR这个稳重的搬运工的精细内核——“智慧大脑”级后台操作系统。当快仓研发的WCS(仓储管理系统)、RCS(机器人控制系统)与中联重科的MES、ERP连接,实时更新产线生产情况,并计算出空闲AMR的搬运路线。

 

比方说,距离仓库最近的空载AMR会率先接到补给物料的任务,距离产线最近的空载AMR将快速与生产线接驳,完成新的配送任务。

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如今移动机器人扮演着工程机械制造的末端触手,一个不会出错的搬运工,但关于未来深层次应用的画卷,已展开一角——数字孪生。

 

两个世界开始互动——

 

现实维度中,移动机器人、设备装上了传感器,数据通过物联网交汇——一数字世界在中控台与现实对仗。

 

虚拟世界还原出产线的任务状态、完成率,物料短缺时,中控台早早发出预告,指派移动机器人新任务。虚拟世界以沉默柔和的方式与现实交互,降低了管理成本,提升了生产效率。

 

肉眼无法识别的潜在机械设备故障,也能通过数字模拟,反映在中控台——预警异常,避免产线停滞意外。

 

可以说,移动机器人替代工人,成为了全视之眼,把握了从零配件到设备直至成品的精准状况。

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未来,移动机器人在工程机械行业,将会呈现单体智能的形态——它将从制造企业的各种系统中抽离,化身为一个个具有决策能力的个体,创造更多价值。

 

在这样的场景下,移动机器人替代人工作业,与工人间的关系变得更融合——中联重科工人们升级了,他们不仅学会了机器人原理,了解如何操作机器人,掌握了日常故障排查诊断技能。从工人变成了高级技工,成为机器人的管理者。

尾声

这是一套中国对于制造业未来的答卷。

 

从1991年中国第一台AGV落地,三十年间,中国的移动机器人产业不断追赶,如今不管是产品技术成熟度还是落地应用,中国企业都走在世界前列。

 

2021年,中国企业整体销售工业应用移动机器人7.2万台,市场销售额达到126亿元(海外销售25亿元),其中营收超亿元的企业达到36家。世界移动机器人的重心,就在中国。

 

中国移动机器人解放搬运工只是写下了未来的序章。未来故事的主题正在不断被夯实:中国制造在智能生产的风口下换道超车,不断提升附加值。中国移动机器人将赋予这次转型升级更深的寓意。

 

创新与前瞻永不消逝,追赶和奋进从未缺席。

注:文中张逸、潘栋、王集、熊奇为化名。

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