先步机器人可以根据需要装配的零件数和工程的复杂性，增加无穷多的“机械手”。长沙晚报记者 王志伟 摄
唐智科技的产品，可以远程为轨道交通设备把脉问诊。长沙晚报通讯员 刘芊纤 摄
劳动是从制造工具开始的。几次工业革命的洗礼，把人类制造工具的水平，带入了一个新的纪元――工业机器人。
2009年开始，全球工业机器人市场出现井喷。人口红利渐退的中国，用工成本持续上涨，“机器人换人”需求越发旺盛，中国工业机器人市场在2013年开始快速发展。同年，中国超过日本，成为年购买机器人数量最多的国家，并一直蝉联全球第一大应用市场至今。
随着工业机器人的发展，“机器替人”“智能工厂”“柔性制造”这些词被越来越多地提及，它们并不是“乏味”的制造产业在用花哨的辞藻自我包装，而是国内制造产业形态变化中，切实需求的方向。
智能制造的浪潮之中，一批“长沙籍”高端工业机器人走上生产线，以精准、高效、智慧的方式，孜孜不倦地推动着中国智造加速。
误差不超过半根头发丝的“千手观音”
人类对劳动工具的探索孜孜不倦，纺织车、风车、缝纫机等的出现，都大幅提高了劳动生产率，而它们“身上”还有一个共性，那就是凸轮技术。这种机械设计，利用凸轮进行旋转，完成点对点的工作，精确度很高。
湖南先步信息股份有限公司以这种原理为基础，融入最先进的工业理念，自主研发出了装配线上的“千手观音”――先步机器人。
说它是“千手观音”，是因为在130毫米范围内，它可以完成绝大部分中小型产品的装配工作。一般一台单臂多轴机器人相当于一只手，只能同时执行一个动作，而先步机器人则可以根据需要装配的零件数和工程的复杂性，增加无穷多的“机械手”。
在车间，先步机器人的原创团队专家、湖南先步信息股份有限公司智能制造首席科学家缪建伟向记者详细介绍了它的先进之处。
1.8米的个头搭配灰色的外观，从造型上看，先步机器人并不抢眼，甚至还不如常见的多轴机器人长得“科幻”。但一旦运行起来，它的装备精度可以达到0.005毫米，误差不会超过半根头发丝大小，“也就是说，我们机器人的装备精度，已经达到了车床的加工精度，可靠性非常高。”缪建伟说。
“目前许多工厂使用的是传统六轴机器人，不仅造价高，而且使用起来成本高、周期长”，缪建伟解释说，针对不同的装配产品，往往需要制造一套自动化设备，不论是硬件的设计、制造，还是系统的调试，消耗的时间都不短，一般至少要6个月。而且可复制性差，技术风险高。
但先步机器人的兼容性非常高，它是抽象出不针对装配对象的标准化设计，软硬件、结构标准化率超过70%，只剩下30%的针对装配对象的“非标”工作。有了这种“大小通吃”的能力，根据装配需要，从设计到应用，先步机器人的准备时间，只需要12周左右。
除了效率高、精度高，先步机器人还融入了大数据的理念。“每个托盘都有自己的‘身份编号’，在装配的过程中可以自动采集数据。”缪建伟表示，对于用户来说，通过一定周期的使用，就能对装配数据进行分析，得到产量、合格率、运行效率等一系列的结果，“如果不合格率高，就可以及时对产品设计进行修改，从而降低生产成本。”
一身本事的先步机器人，可广泛应用于电子电气、汽车、医疗器械、食品、制药、消费品等领域的洁净与精密生产装配。
视觉定位为机器人装上眼睛
说到工业机器人，就不得不提到柔性制造。其最大的特点，是可以通过一套系统，同时加工多种不同的零件。如此前沿的工业技术，即便在自动化水平非常高的汽车制造领域也用得不多。
去年一部《战狼2》刷新了国产影片的票房纪录。电影中男主角的座驾――北汽BJ40越野车也随之成为爆款。而北汽BJ40越野车生产线正是由湖南中南智能装备有限公司（以下简称“中南智能”）提供的智能生产线制造的。
为了达到剧组加固车身的要求，该公司的“长沙一号”机器人焊装生产线，为这台车侧面多加了100多个焊接点，整体加固20%。值得一提的是，这辆车的独家定制，和其他普通车辆的正常组装，都是在同一条智能生产线上实现的。
“能够实现一条生产线上‘私人订制’，正是得益于机器人柔性生产线的应用，”中南智能长泰机器人副总经理高狄向记者举了个例子，他们为某汽车制造企业提供服务，仅需一条生产线，就能完成9大类、100多种细分型号的车型制造。“不仅节省了大量人力成本，而且生产效率翻了一番。”
在各类自动化生产线中，工件的位置往往不是固定不变的，机器人需要根据工件的实际位置对作业路径进行修正。中南智能基于激光测量的三维视觉定位系统，以激光传感器采集数据，通过软件算法对数据进行处理，计算出工件相对于机器人的新位置。
这就相当于给生产线上的机器人装上了眼睛，机器人以此判断出工件当前的姿态和位置，通过数据接口发送工件光前的坐标给机器人，机器人完成抓取动作。以汽车车身为例，该公司自主研发的车身定位系统精度，可以在0.5毫米以内。
自主创新的能量，来源于产学研的紧密连接。中南智能已与湖南大学共建并获批机器人感知与控制技术国家重点实验室等科研创新平台，拥有CTR自主品牌机器人及成套智能装备生产线的制造能力。
目前，机器人滚边压合工作站、基于三维视觉的智能涂胶工作站已经成为中南智能领先于全国的优势产品之一，重点向一汽、东风、北汽、长丰、吉利、比亚迪、本田、众泰等知名汽车企业提供服务。
为机械把脉问诊的远程医生
就目前的技术水平而言，机器人不论怎么发达，也难以实现自我维护。虽然相比血肉之躯，机器人已经非常“吃苦耐劳”，但还是架不住在使用的过程中，因为损耗或其他因素影响，产生各种各样的问题，就像人生病需要问诊就医一样。尤其是在一些关系到人类安全的领域，及时发现和诊断故障，意义非同小可。轨道交通就是其中之一。
坐过绿皮火车的人可能还有这样的印象，列车到站后总会有身着制服的老师傅，提着一个锤子，对列车底部敲敲打打，他们大多是凭借自己的经验，对列车的“健康状况”进行判断。
时至今日，高铁早已四通八达，云计算、物联网、人工智能等新兴技术的发展，也为设备故障诊断带来了新的挑战和机遇。
唐智科技湖南发展有限公司在基于广义共振/共振解调的故障诊断技术上，利用在航空发动机领域的故障诊断经验，以及自2000年开始在铁路机车、高铁动车组、城市轨道车辆、风力发电机组上累积的海量故障案例数据，借助推理算法和智能模型等，研究了一整套服务客户的PHM应用模式，并开发了基于故障诊断、状态预测和故障知识服务的运用平台，以实现对诊断对象的实时状态监测、故障分析与预警，实现对诊断对象的故障机理诊断、故障预测及健康管理。
“打个比方，我们就像在列车上安装了听诊器，实时收集和检测数据，然后通过大数据后台的诊断、分析，作出判断，”唐智科技的相关负责人说。
今年1月，唐智科技诊断中心发现，某机务段的机车存在早期的轴承故障冲击信息，冲击特征明显，且存在发展趋势。中心马上把相关数据和信息，反馈给了相关单位，通过及时维护，避免了更大故障的产生。
记者了解到，目前唐智科技的产品，在近60条城市轨道交通线路上应用，发现共计1000多起轴箱轴承、牵引电机轴承等故障；在铁路机务领域10多年累计近20000台机车上应用，累计发现40000多起故障案例，其中避免了可能引起重大事故的案例1000多起。此外，产品还在高铁动车组领域经过运用考核，目前已经在CRH5、CRH380等车型上推广应用。
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工业机器人
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。
在“人工智能”的变革中，工业机器人扮演着重要的角色。如何让机器人代替人进行更快速有效的工作，进一步解放劳动力，提高生产效率，成为了整个机器人领域思考的问题。
工业机器人作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，已成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。目前我国正处于加快转型升级的重要时期，以工业机器人为主体的机器人产业，正是破解我国产业成本上升、环境制约问题的重要路径选择。中国工业机器人市场近年来持续表现强劲，市场容量不断扩大。工业机器人的热潮也在不断带动机器人产业园的建设。
专家观点
提高制造水平是工业机器人的最终目标
根据国际机器人协会的统计，有最新的数据表明光在2015年，在制造业中每一万名工人中就有66台机器人设备，而仅仅过了一年，这个数字又攀升到了77台，外媒通过对这些机器自动化的调查发现这个趋势还在继续上升，机器人对于完全替代人类工作的时代似乎离我们越来越近。
在中国，工业机器人的市场，海外企业占据剩下的近七成份额。在智能手机和家电领域，中国企业在短期间内有望反超日本企业，但在机器人领域，包括技术实力在内，仍存在差距。
此前有日本媒体报道称，在属于工业机器人最大市场的中国，当地企业正逐步具备实力。在相关领域，中国企业的市场份额2017年突破三成，正在慢慢追赶日欧企业。
今年50余岁的缪建伟先后在瑞士、德国、新加坡从事智能制造科学研究，具有30年丰富的设计及项目、团队管理工作经验。目前他在湖南先步信息股份有限公司智能制造担任首席科学家。
“工业机器人的核心零部件，例如控制器、伺服电机、减速机，都是制约中国机器人产业的主要瓶颈，”缪建伟表示，这些核心技术掌握在外企手中，其中不乏涉及军工。
外部因素的制约是一方面，内部环境和企业理念，则是另一种桎梏。“现在许多企业对工业机器人的热情非常高，但他们的初衷更多在于以机器替代人，以此来提高效率，降低成本。”缪建伟说，其实工业机器人的最大优势应该是提高生产制造的质量和品质。虽然企业趋利无可厚非，但长久看来，对于从制造到智造的提升并无益处。
近年来长沙的制造业发展迅猛，涌现了一批工业机器人的制造企业，在他们看来，机遇与挑战并存。
中南智能长泰机器人副总经理高狄还有一个头衔，那就是长沙市人工智能及机器人产业链党支部副书记，在他看来，工业机器人除了在研发上发力，应用领域也需要社会各界共同推进。
在他的办公室里，挂着一张中国铸造产业聚集地分布图，上面密密麻麻地标明了各省产业基地和园区的分布，而湖南地区则显得非常空旷，只在长沙有一个泵阀产业基地，“虽然我们安家在长沙，但是墙内开花墙外香，大部分业务都在外省，”他希望在未来的发展上，湖南能够引进更多对工业机器人有应用需求的企业，“产业链建设是今年长沙经济工作的重要抓手。只有长沙市22条产业链扭成一股绳，各关联产业链相互支撑、相互配套、相互合作，才能打造世界级制造业集群。中南智能也将为多领域、全产业链用户提供自动化、数字化、智能化改造服务与智能产品，为长沙高质量发展提供强劲动能。”
本版撰文 长沙晚报记者 陈登辉 伍玲
