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中国电缆行业正迎来“机器人革命”

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-06-13  来源:广东南缆电缆有限公司  作者:柯志欣 取立群  浏览次数:94
核心提示:本文简要介绍了我国正在发生的由机器人主导的产业革命,由此而引起的电缆行业实施“中国制造2025”,推进“机器人革命”的现状,机器人电缆的应用和产品技术要求等。
  前言

在“中国制2025”战略方针指引下,中国制造业即将发生由机器人主导的翻天覆地的变革。作为制造机器人重要配套产品的电缆行业,正在面临一场前所未有的产业技术革命。以往,人们对“中国制造2025”战略方针理解不深不透,因而产生一种误解甚至恐惧感,因而对如何适应这一新形势感到茫然。有些电缆企业总以为《市场需要啥我就做啥》,但对如何把产品和服务做好却心中无数,以致影响企业技术创新计划的制定和实施。本文介绍了“中国制造2025”战略方针的要点、应用机器人的必要性和必然性,以及机器人电缆的技术现状和发展前景,以期对由机器人引起的电缆产业革命有大致的了解。

  1. “中国制造2025”的要点

国家制造强国战略咨询委员会委员、“中国制造2025”主要执笔人屈贤明先生,在2016年11月13日举行的“第二届中国制造2025高峰论坛”上说:“智能制造和工业强基是“中国制造2025”的重点和主攻方向,中国要在这两个方面着力发展”。智能制造不仅是一场由互联网 + 和工业4.0 发展的必然结果,是又一次伟大的工业革命运动。而工业强基则是由智能制造是使国家基础制造业的能力进一步提高,实现“强身壮骨”的目的。

屈贤明指出,中国已经渡过了智能制造的培育期,正在进入发展期、成长期;之所以把智能制造定位为主攻方向,是因为新一代信息技术和人工智能的快速发展,引起了人们的关注,这就给中国制造业追赶处于发展前列的美国、德国、日本制造业提供了机会;如果抓住机会,将新一代信息技术的发展和中国制造业转型升级的迫切需求结合起来,就会大幅提升中国制造的水平。

屈贤明特别强调,要实现“中国制造2025”战略目标,必须实施“四大制造”:一是智能制造;二是绿色制造;三是服务型制造;四是优质制造。再加上一个工业强基,就基本上构成了中国制造最主要的几个方面。这几个方面都与电缆行业密切相关。

  2. 四大制造

对于四大制造的含义,学术界的权威解读是:

  智能制造:这是由智能机器和人共同组成的人-机一体化智能系统。它在制造过程中能进行智能活动,诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事,去扩大、延伸和部分地取代人在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新,扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能化是制造自动化的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工智能技术。专家系统技术可以用于工程设计,工艺过程设计,生产调度,故障诊断等,也可以将神经网络和模糊控制技术等先进的计算机智能方法应用于产品配方和生产调度等,实现制造过程智能化。

  绿色制造(也称为环境意识制造或面向环境的制造):这是综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式。其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中,对环境的影响最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化。目前,我国正在推行的“清洁生产”,就是绿色制造的具体措施。

  服务型制造:这是制造与服务相融合的新产业形态,是一种新的制造模式。通过产品和服务的融合、客户全过程参与、企业相互提供生产性服务和服务性生产,实现分散化制造资源的整合和各自核心竞争力的高度协同,从而达到高效创新的一种制造模式。外包业务可以是生产、营销、设计、开发、信息、保养等各个经营环节。传统观念认为,制造就是生产加工。实际上,生产并不等于制造。制造包括生产和服务两部分,也就是说,制造=生产+服务。从微笑曲线来看,服务处于价值的高端,而生产加工环节却处于低端。生产所创造的价值约占整体价值的三分之一,而服务所创造的价值约占三分之二。从过程来分析,生产过程的时间为10%,而服务过程的时间为90%。

  优质制造:这是涉及产品质量和企业竞争力的制造理念。如今,没有人否认产品质量是企业生存的根本。随着消费者消费经验的积累,消费行为更加理性和成熟,企业之间的竞争已经从产品的竞争进入到质量品牌的竞争,即追求品牌美誉度的竞争。中国企业仍处于世界产业链的低端,要改变这个现状,让中国制造成为名副其实的优质标志。

在目前中国电缆行业“大而不强”的形势下,如何在新时代里进一步提升企业自身的创新能力,实现真正的企业升级,是当前电缆行业需要认真考虑的迫切问题。

  3. 机器人应用领域

机器人可代替或协助人类完成各种工作,它们能够在一些特殊的危险环境下作业,可代替人从事水下、开采、矿山、太空等等工作,凡是枯燥的、危险的、有毒的、有害的工作,都可以交给机器人去做。机器人除了广泛应用于制造业领域外,还应用于资源勘探开发、救灾排险、医疗服务、家庭、娱乐、军事和航天等其他领域。机器人是工业及非产业界的重要生产和服务性设备,也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。在众多制造业领域中,应用工业机器人最广泛的领域是汽车及汽车零部件制造业。2005年美洲地区汽车以及汽车零部件制造业,对工业机器人的需求占该地区所有对工业机器人需求的比例高达61%,未来几年工业机器人的需求将会呈现出高速增长趋势。   

有资料介绍,历史上第一台工业机器人的出现,是用于美国通用汽车公司的材料处理工作。随着机器人技术的不断进步与发展,它们可以做的工作也变得多样化起来,包括喷涂、码垛、搬运、包装、焊接、装配等等。如今,服务机器人的出现又给机器人带来了新的职业—与人类交流。

机器人应用最广泛的领域如下:  

  1)机械加工机器人

机械加工行业机器人应用量并不高,主要从事应用的领域包括零件铸造、激光切割以及水射流切割等。

  2)喷涂机器人

机器人喷涂主要是涂装、点胶、喷漆等工作。在这些工作环境中,油漆飞溅,空气中充满有害气体而有害于操作工人身体健康。用机器人代替人工喷涂,即可保证喷涂质量,提高工作效率,也能让工人免受喷涂环境污染之苦。

  3)装配机器人

装配机器人主要从事零部件安装、拆卸以及修复等工作。与一般工业机器人相比,装配机器人具有精度高、柔顺性好、工作范围小,能与其他系统配套使用等特点,主要用于各种电器制造行业。汽车制造过程中,要求安装的精度和速度越来越高,小配件越来越多,人工安装已经很难满足装配需求。用于装配作业的机器人,在小到车门、仪表盘、前后挡板、车灯、电池、座椅的安装,大到发动机的装配等,发挥了越来越重要的作用,大大提高了汽车装配的效率。

  4)焊接机器人

焊接机器人按照使用类型分为点焊机器人和弧焊机器人等。焊接机器人具有性能稳定、工作空间大、运动速度快和负荷能力强等特点。机器人焊接质量明显优于人工焊接,大大提高了电焊作业的生产率。机器人焊接主要是在汽车制造中使用的点焊和弧焊。弧焊机器人近年来发展势头十分迅猛。许多加工车间都逐步引入焊接机器人。

  5)搬运机器人

目前,搬运仍然是机器人的第一大应用领域。许多自动化生产线需要使用机器人进行上下料、搬运以及码垛等操作。近年来,随着协作机器人的兴起,搬运机器人的市场份额一直呈增长态势。 

  6)高温机器人

高温机器人主要用于炼铁炉、炼钢炉和玻璃熔化炉。炼铁炉内部温度1500℃,炼钢炉内部温度2000℃,玻璃融化炉颞部温度1200℃。在这些高温炉窑的外部,温度一般高达250-400℃。操作工人在如此高温环境中打开炉门扒渣和取样,需要穿戴特殊的防护服,既辛苦,又危险。使用可耐受环境温度1000℃的机器人,即可把操作工人从繁重而危险的工作环境中解放出来。

  4. 国内机器人应用现状

自2010年以来,我国开始轰轰烈烈的工业机器人研制和应用,至今已经初见成效,形成了机器人产业。其原因,一是紧跟国际发展潮流,二是我国发生用工荒。促转型、用工荒等因素助推“机器换人”遍地开花。

图1. 机器人的运动方式


据工信部网站显示:浙江率先推进机器换人,计划自2013年起5年间,每年实施5000个机器换人项目,实现5000亿元机器换人投资。浙江省经信委称,该项目至2015年已累计减少普通劳动工人近200万人。

安徽正抓紧推进“‘机器换人’十百千工程”。广东、山东等地则都在自身具备比较优势的产业领域大力推动“机器换人”,已有不少人工岗位被机器人劳动力替代。

据悉,深圳雷柏机器人运营管理部介绍,从2005年开始,该公司遭遇“用工荒”,人力成本上涨。2011年,雷柏购买了75台工业机器人,人力成本骤降。以键盘组装为例。现在一条生产线上,5名工人通过管理机器人就可以完成之前100人的工作量。

根据广东东莞市经信局的数据,2014年9月至2016年10月,东莞“机器换人”专项资金项目申报共1485个,预计可减少8.7万工人。2016年初,东莞市政府发布了2016 [东府] 1号文 《关于大力发展机器人智能装备产业 打造有全球影响力的先进制造基地的意见》,旗帜鲜明地提出,以全面实施“机器人智造”计划为统领,大力发展机器人智能装备产业,这既体现了以“机器换人”、提升现有制造业的智能化水平,实现产业存量升级,又体现了未来东莞着力发展智能化的先进制造业,做优做强产业增量。

广东电线电缆协会在《广东省电线电缆行业发展指导意见 2017-2020》中明确指出,电缆企业不仅要研发机器人电缆,为机器人行业提供优质产品和服务,也要积极推广机器人应用,实现企业自身的技术创新升级。

  5. 机器人电缆研发现状

据德国TUV(莱茵)公司的统计资料显示,目前,在机器人电缆耐扭转(无故障运行)次数方面,仍然以德国和日本领先,中国还处于刚起步阶段(表1)。

1. 国内外机器人的使用寿命(无故障运行耐扭转次数)

制造厂家 电缆材料 使用寿命(万次)
德国品牌I TPE + PUR,PVC + PUR 100 —1000
德国品牌L TPE + PUR 2500
德国品牌S TPE + PUR 2500 — 17000
德国品牌L TPE + PUR 200
日本品牌T PVC + PVC 5000 — 10000
日本品牌D ETFE + PVC 1000 — 2000
中国品牌D TPE + PUR 500


  5.1 机器人电缆的应用

机器人电缆主要用于机器人中的各类布线系统。随着机器人技术的不断进步,品种和功能不断增多,促使机器人电缆不断进行相应的技术进步,应用领域日趋扩大。

图2. 机器人电缆应用


  5.2 产品标准

目前,国内外现行的机器人电缆机械试验标准如下,企业可任选。

GB/T 5013 (IEC 60245)  额定电压450750V及以下橡皮绝缘电缆

GB/T 5023(IEC 60227)额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆

EN 50396 三轮曲挠试验

UL 62 软线和软电缆

UL 2556 电线电缆测试方法

JIS C 3005 橡皮塑料绝缘电线电缆试验方法

GJB 1916 舰船用低烟电缆和软线通用规范

TUV 2 pfg 2577/08 机器人用电量

CRIA 0003 工业机器人专用电缆

  5.3 产品结构和材料

机器人使用场所不同,电缆有不同的结构设计形式。常见的电缆结构形式如图3所示。


图3. 机器人电缆基本结构

导体:符合GB /T 3956第5类或第6类裸铜线、镀金属铜线或铜合金线。

绝缘:材料为PVC、TPE、PP、ETFE、TPEE和耐温200℃以上的改性硅橡胶。

填充:材料一般为芳纶丝绳。

屏蔽:分屏蔽—铝塑复合带(绕包或纵包搭盖率不小于15%) + 裸铜丝或镀锡铜丝或铜箔丝编织(密度不小于80%);总屏蔽—铜丝编织。

内护层:材料为电缆外护层材料之一种,厚度赢符合规定。

外护套:材料为PVC、TPE、TPU、硅橡胶。

  5.4 产品性能

对机器人电缆最重要的性能要求是柔软性、耐磨性、抗拉强度和耐扭转强度。根据机器人使用场所不同,低烟无卤和耐高温也是重要技术指标。。

  6. 高科技产品需要高技术支撑

现代机器人是智能化高科技产品。作为机器人重要组成部分的机器人电缆也是一大类高科技产品。制造高技术机器人电缆需要高技术支撑,其中包括:精密连续退火铜丝细拉机、超细导体绝缘挤出机、超细绝缘线芯成缆机,以及专用成品检测设备等。最重要的是要有专业技术人才,并且要有政府的大力支持。

  7. 中国电缆行业正在迎来“机器人革命”

中国产业调研网发布的2017-2022年中国机器人线缆行业现状分析与发展趋势研究报告认为,在工业应用中,越来越多的复杂运动需要使用到可扭转或三维高柔性电缆,并且要求这些电缆可以拥有和使用于直线拖链系统中时相似的使用寿命。

芯线,束绞,屏蔽和护套材料必须要能承受弯曲时产生的挤压力以及由扭转运动产生的径向压力的变化。为此,不同“软”结构元件如:粘胶纤维,PTFE元件或其它装填元件等,都被用于高柔性机器人电缆中,以吸收扭转力。扭转电缆对编织屏蔽提出了特殊要求。由于使用了特殊的PTFE滑动膜,屏蔽结构已经过了扭转优化,可一定程度上地补偿运动误差。特别是对可扭转总线电缆来说,在产品的整个使用过程中,传输特性参数如衰减,电缆载荷和信号质量都必须保持在偏差极小的正常数值范围内。这就要依靠经过特殊扭转优化的绝缘材料和具有相应数值的衰减元件来实现。

目前全球机器人市场规模不断扩大,我国机器人产业发展势头迅猛,目前国产自主品牌工业机器人占我国市场份额超过30%,未来机器人需求潜力巨大,未来几年内是机器人产业蓬勃发展的关键机遇期,要抓住机遇,发展壮大自主品牌,全面提升我国机器人产业核心竞争力。据国际机器人联合会统计,全球机器人市场规模不断扩大,全球工业机器人销量超过25万台。现阶段机器人行业规模为750亿美元左右。新兴的机器人消费市场囊括了机器人系统采购、系统硬件支持、软件支持,机器人相关服务以及后期硬件维护等13个关键行业和52个细分市场。

由机器人推广应用引发的新一轮世界性产业革命,正在我国制造业内兴起一场“机器人革命”,其中包括电缆行业。这场“机器人革命”来势之快和范围之广,给电缆行业带来了很大压力。如何把传统的“拉—绞—包”(或拉—包—绞)工艺改造成现代化技术工艺,还需要企业彻底转变思维方式,彻底摆脱陈旧落后的经营模式,以“四大制造”为出发点,建立起完整的信息系统,进而实现产品和服务全过程各环节的信息化管理。这是一项非常艰巨的任务。

  8. 结语

综上所述,机器人和机器人电缆具有广阔的市场前景。电缆行业正在面临一场有机器人主导的产业革命。这是实施促进企业技术升级的良好机遇。有条件的企业应抓住这次机遇,实现企业技术创新升级。
 
 
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