中国冶金报 中国钢铁新闻网
记者 樊三彩 报道
机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。
自“十三五”以来，我国机器人产业蓬勃发展，尤其是工业机器人。2021年中国工业机器人销量为25.6万台，同比增长48.8%。《“十四五”机器人产业发展规划》显示，我国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。投融资也备受青睐，2021年，中国工业机器人融资金额达182.0亿元，同比增长37.0%。
市场规模越来越大，机器人行业驶入一片“蓝海”。据《中国冶金报》记者了解，国内外冶金行业机器人成熟应用工位已达20多个，近两年发展势头较快，不断有新产品出现。国内很多钢铁企业正积极布局机器人产业，中国宝武、南钢、建龙、山钢、马钢、鞍钢等均已成立了独立的机器人研发团队，如宝信软件智能装备事业部、南钢金恒科技机器人研发团队（下称金恒科技）、北京同创信通科技有限公司（下称同创信通）、山信软件机器人团队、飞马智科机器人研发团队等，在冶金行业机器人研发及应用方面发展较快、成绩显著。
冶金机器人发展势头缘何如此迅猛？这些机器人的市场在哪里？各个团队的优、劣势是什么？未来有怎样的发展规划？带着这些问题，《中国冶金报》记者与钢企智能化有关负责人进行了深入交流。
势在必行
当前，对于冶金企业来说，布局机器人产业已经到了非做不可的地步。原因主要有4个方面：
第一，时代原因。当前新一轮科技革命和产业变革加速演进，新一代信息技术、生物技术、新能源、新材料等与机器人技术深度融合，机器人产业迎来升级换代、跨越发展的窗口期。我国已转向高质量发展阶段，建设现代化经济体系迫切需要新兴产业和技术的强力支撑。
第二，疫情原因。席卷全球的新冠肺炎疫情，给机器人行业发展按下了加速键，使其陡然迈过了需要不短时间进行的市场教育阶段，直接进入人们的视野。机器人在防疫中有良好的表现，在后疫情时代，机器人产业链也将在产业升级、疫情防控等大环境的催化下，拥有新的赛道和市场。
第三，社会原因。工业机器人取代人，不仅为降本增效，更源于对未来现场劳动资源供给的担忧。国家统计局数据显示，2021年，我国劳动力市场需求和供应的缺口在持续增大，16岁~59岁劳动年龄人口为8.8亿人，相比2010年减少了4000多万人。
第四，行业原因。工业机器人可以精确持久地在危险、恶劣的环境下工作，非常适用于制造流程中高温、高速、高粉尘、高强度、长周期的工作环节。“保护人、解放人、帮助人”，某业内人士形象地总结了工业机器人的作用。钢铁企业生产的危险性、部分岗位工作的重复性等导致机器人应用的普遍性、必要性在加强。
百花齐放
目前，钢铁企业不仅是应用机器人的主体，而且成为研发机器人的重要力量。钢企需要用到的机器人非常多，焊标机器人、喷号机器人、加渣机器人、贴标机器人等常规机器人应用普遍且成熟，基本能够实现国产替代，另外一些科技成分更高的机器人产品则是行业攻关的难点。
多家钢企智能化相关负责人告诉《中国冶金报》记者，常规机器人的市场竞争非常激烈，不仅要面对来自钢企同行的竞争，还要与一些进口品牌、国产自主品牌的机器人“PK”。那么，我们是否有优势？“每家公司专注的领域不同，各自形成了一些明星产品，其实不好一概而论地进行比较。”同创信通总经理王保红表示，“在一些自己具有独创技术的领域，企业就会表现出很强的竞争力。”
《中国冶金报》记者在调研中发现，很多钢企已经拥有了自己的机器人明星产品，形成了独家的专利技术。比如，金恒科技基于视觉定位机器人全自动冲击试验系统于2019年获得冶金科学技术进步奖二等奖，截至2022年5月底，金恒科技机器人研发团队共申报机器人领域专利198项，其中108项已获授权；同创信通自主研发的连铸平台无人化机器人序列、测温取样机器人序列（应用于转炉、电炉、吹氩站、精炼炉等场景）在国内竞争力领先，产品已经能够与国外企业进行同台竞争；等等。
整体来看，国内钢企研发生产的机器人主要应用市场集中在钢铁行业。之所以主要面向钢铁市场，是因为这些机器人研发团队具备平台和工艺优势。研发团队往往隶属钢铁企业，拥有一个稳定的实验场地进行产品研制及验证迭代。同时，研发团队往往熟悉钢铁全流程工艺、设备，具有丰富的钢铁工艺知识背景，使得机器人产品的设计、实施、调试、运行等更加便利，因此也更容易突破。这也造就了钢企研发团队相较于自主品牌机器人的优势。
“我们国内钢企客户的比例达到了80%~90%。”金恒科技智能装备部部长杨孟告诉《中国冶金报》记者，南钢于2016年便成立机器人事业部，在国内成立时间相对较早。对于他们而言，内部钢铁公司既是客户，也是试验平台，新研发的机器人会在内部公司进行优化更新，再推广到市场，目前有武钢、永钢、永丰钢铁、山西建邦等20多家外部客户。
山信软件自动化部经理杜伟表示，其所在团队研发的测温取样机器人在国内钢厂已经应用了13台，5台正在进行中；贴标机器人也已经应用9台。同创信通等也采用了这种先内后外的研发、推广模式。
另外，钢企机器人研发团队还有效率优势、价格优势。王保红表示，连铸平台无人化机器人序列是技术难度相对较高的产品，目前国内只有3家企业可以生产。“普锐特等企业生产一套连铸平台无人化机器人的周期大概是1年，我们目前只需要6个月，生产效率大大提升。”他同时表示，通过有效控制成本，目前整套价格优势强于国外。
难点辨析
研发工业机器人难不难？相关钢企负责人告诉《中国冶金报》记者，钢厂往往以外购的机器人本体为硬件核心，根据不同的应用场景，自主研发机器人的控制系统、视觉定位系统、机器算法等应用系统以及部分机械装置，相当于给机器人装上“大脑”“眼睛”“触觉”“手臂”等，这个过程并不容易。“就像买了一台高级计算机，里边需要装上哪些软件？装上软件后怎么操作，才能让这台高科技产品发挥作用？这是需要钢厂研发的部分。”杨孟形象地比喻道。
以喷号机器人为例，机械手上装有喷枪，需要喷涂系统（解决涂料怎么输送到喷枪的问题）、视觉定位系统（准确找到要喷涂的钢材）引导机械手工作，这几个复杂的系统还需要控制系统进行协调。机械装置即根据不同的应用场景，经过自主设计加工出来的硬件。比如，喷枪需要喷头，焊牌需要焊枪。
业内人士介绍，在整个研发的过程中，智能识别技术，手、眼、力的协同，同平台任何机器人的协同作业，抗干扰及安全保护解决方案等都是其中很难的部分。
对钢铁企业而言，研发产线各工位的机器人有一些独特的要求。“由于钢企生产的流程长，现场工况、生产节奏等很复杂，研发钢企产线机器人需要对钢铁工艺有深入了解，才能在真正了解企业现场作业痛点、可能出现的突发情况等基础上，研发出与现实场景应用完美结合的软硬件。”杨孟介绍道。
杨孟举了一个全自动冲击实验机器人的例子。人工做冲击实验的过程是这样的：在一个打火机大小的铁块试样中间加工出一个V形凹槽，大约5毫米深、5毫米宽。加工完之后，将试样放到零下80摄氏度的酒精里冷却，酒精里一次可摆60个试样。冷却1小时后，人工拿一个小夹子把试样从酒精里夹出，5秒之内放到旁边的冲击机上，让试样V形槽对准正中间。摆好以后人工按键，让摆锤将其撞断，然后由人工把撞断以后的冲击数据抄下来。这项工作的难点主要有3个方面：一是人每天要弯腰取试样1000次左右，很累；二是5秒钟内将试样取出来摆好，挑战很大；三是人工抄写的数据是否存在误差，值得商榷。全自动冲击实验机器人的出现就完美解决了这些问题。“我们在研发时需要重点解决这样一些问题，如用机械夹爪从零下80摄氏度的酒精里取试样，可能被冻住；试样取出来后，怎么让V形槽对准冲击机的正中间等。这些看起来简单，其实都是机器人研发的技术难点。”杨孟解释道。
另外，研发技术含量更高的机器人产品，难度还要再上一个台阶。王保红介绍道，连铸平台无人化机器人序列、转炉测温取样机器人等产品，由于技术难度高，往往需要更多的资金投入和更长的研发周期。“在我们研发转炉测温取样机器人之前，国内没有成熟应用的案例，我们研发了3年，失败了三四次，今年才真正投用。”他说。
未来之路
机器人是钢铁工业产线“智商”的有力体现，研发、应用机器人是企业实现自动化、智能化升级的重要推动力。目前，各钢企机器人领域的竞争已经在从低水平的竞争逐渐转向打造自身特色的高水平竞争。在这方面，有远见的钢企已经先行一步。
“我们的机器人研发目标是国外已有、本土公司尚未突破的‘蓝海’。”王保红告诉《中国冶金报》记者，“我们目前正在研发嵌入式水口更换机器人，目前国内仅有的一套是由维苏威做的，价格达到1000多万元。经过设计方案、仔细论证，我们发现成本可以比这个减少至少1/2。等这一产品面世，同类型进口机器人的价格也会同步下降。”
王保红介绍，10多年前，一台进口喷号机器人需要400多万元，现在只要50万元左右，基本实现国产替代。根本原因还是在于国内技术的进步，打破了进口机器人一家独大、价格虚高的状况。这一进步也在酒钢西部重工公司得到了验证。该公司党委办公室主任张宇翔介绍，西部重工公司目前的机器人全部采用国产品牌，使用方便、性价比高，第一台ABB机器人目前已经全面下线。
“从单一功能应用集成到打造数字化、智能化生产线，实现解决方案的产品化、模块化，这些都是我们努力的方向。”杜伟表示，实现机器人系统与现场自动化系统/信息系统的无缝集成，提高机器感知、机器算法、机器学习、机器视觉的综合技术与解决方案能力，是山信软件锚定的未来发展方向。
同时，国内钢企机器人研发团队还积极拓展市场，实现跨界研发，有的甚至走向海外。如金恒科技就经历了从引进到自主研发，再到跨界发展的转变。杨孟告诉《中国冶金报》记者，金恒科技不仅拿下了舍弗勒南京公司的机床上下料机器人、南京板桥消防器材厂全自动产线上下料机器人、南京佳盛机电器材制造有限公司折弯件自动下料机器人等跨领域的市场订单，而且开发了俄罗斯的客户，机器人产品的市场正变得日益宽广。
