文稿/本刊《激光制造商情》

過去十年里，中國的制造業(yè)產業(yè)升級是發(fā)展的最重要的方向，為此，對新技術的追求是業(yè)界和政府最關心的事情。第四次工業(yè)革命、工業(yè)4.0、智能制造、中國制造2025等概念層出不窮，無一不是對新一代工業(yè)技術路線和藍圖的描繪和規(guī)劃。

這十年間，新經濟、新技術里面，以3D打印、激光制造、工業(yè)機器人，另外還有物聯(lián)網、人工智能、云計算、半導體芯片等最引人關注，并且還是當前世界主要經濟體還在競爭發(fā)展的最新技術。本文著重談一談激光和機器人的發(fā)展與聯(lián)系。

機器人產業(yè)發(fā)展快速 前景光明

從2003年珠三角最早出現(xiàn)“民工荒”就給我們人口大國敲響了警鐘，勞動密集型的工業(yè)模式不可能一直走得下去。工業(yè)自動化就是要用機器、運動平臺等系統(tǒng)替代手工勞作。數(shù)控設備的增加讓很多原來使用人工加工的工序被取代了。但是在一些數(shù)控機床加工產線里面，我們仍然看到很多上下料的是采用人工，還有搬運、倉儲等，在許多消費電子產品制造，組裝也是大量采用人工。

這就給“機器換人”留下了巨大的發(fā)展空間。自2012年工業(yè)機器人在我國逐漸被重視，繼而掀起一股席卷全國的機器人浪潮。它在加工制造、產品組裝、搬運、碼垛、焊接等發(fā)揮了巨大的作用，早期工業(yè)機器人基本上是外國四大巨頭的天下，占據我國大部分市場份額。而我國本土企業(yè)經歷數(shù)年也逐漸發(fā)展起來，盡管產品精度、速度等性能與外國相比仍然有差距，但是工業(yè)機器人的國產化讓這一領域競爭加劇，推動使用成本降價，極大推動了機器人自動化在國內的應用。

工業(yè)機器人連續(xù)多年在我國經歷了高速增長，年均增長率超過30%。據統(tǒng)計，2019年我國機器人市場規(guī)模為86.8億美元，其中工業(yè)機器人市場規(guī)模為57.3億美元，服務機器人市場規(guī)模為22億美元，特種機器人市場規(guī)模為7.5億美元。當前我國從事工業(yè)機器人相關的企業(yè)早已過千家，行業(yè)前景非常樂觀。

激光制造產業(yè)發(fā)展如何？

十年前，激光在工業(yè)應用仍然很少，在很多人看來還是一種神秘的黑科技，不能想象也不理解一束光怎么實現(xiàn)的工業(yè)加工。這十年激光器從外國壟斷到迅速國產化，技術瓶頸不斷被突破，核心技術國產化持續(xù)推進，原來一臺過百萬的光纖激光器今天可以降價到30萬元，相關的激光設備、配套光學器件也經歷差不多的降價幅度，激光制造從高大上的技術迅速平民化，變得通用普及。

如果說工業(yè)機器人在制造業(yè)的功用主要是搬運、空間移動、加工輔助等，那么激光在制造業(yè)的功用則是終端加工方式的改變，激光輸出的高能量可以實現(xiàn)打標、切割、焊接等效果，它的最重要改變是高效高產出，第二個是美觀、加工效果好，第三個就是非接觸加工、高精密度、實現(xiàn)刀具加工無法做到的工序。

激光打標其實就是借助激光微熱能在工件表面的燒蝕刻劃，可以取代原來的墨印、絲印、刀具刻劃；激光切割是利用超高能量氣化材料，讓金屬或者非金屬材料分離實現(xiàn)切割、穿孔，取代了原來工具刀、銑刀、鉆頭，也比其他介質加工方式如火焰切割、水刀切割、等離子切割效率要高得多；激光焊接是利用熱熔材料，實現(xiàn)連接拼接，可以取代電弧焊、烙鐵焊、火焰焊等傳統(tǒng)方式。

據不完全統(tǒng)計，2019年我國激光加工制造相關產品市場規(guī)模超過900億元，同比增長超過10%。而在十年前我國的激光加工產值還不到100億元，因此過去十年激光加工在我國得到了快速發(fā)展。目前激光制造逐漸從簡單的單機作業(yè)向復雜的、產線式的、智能化方向發(fā)展，其中配套上下料系統(tǒng)、多頭加工、三維激光加工、機器人激光加工系統(tǒng)等都是代表性的趨勢。

激光與機器人聯(lián)合發(fā)展現(xiàn)狀

從時間上來看，激光技術和機器人的出現(xiàn)和發(fā)展都較為同步，但兩者長期處于平行發(fā)展狀態(tài)，直到上世紀90年代末期才首次出現(xiàn)了交集。1999年，德國機器人公司首先整合出第一臺帶有激光加工系統(tǒng)的機械臂，從此開啟了機器人來助力激光加工的先河。

這里面，激光與工業(yè)機器人相結合可以碰發(fā)出很大的能力，創(chuàng)造更高的加工可能性，讓激光實現(xiàn)更加多用途，完全擺脫了死板的二維工作臺，可以隨意轉動揮舞激光頭，實現(xiàn)任意設定好的加工。機器人激光加工系統(tǒng)克服了一些傳統(tǒng)激光加工的弊端，還能減少錯誤和誤差，在一些極端環(huán)境正常作業(yè)。

在歐洲、美國、日本主要發(fā)達國家，激光加工的研發(fā)與自動化緊密結合，史陶比爾、ABB、KUKA、安川等機器人企業(yè)與激光產業(yè)互動合作甚多，創(chuàng)造出很多自動化激光應用的新東西。這種情況在中國并未出現(xiàn)，當前我國激光產業(yè)一撥企業(yè)，機器人產業(yè)一撥企業(yè)，兩者各自干自己，中間的互動、技術交流甚至合作研發(fā)項目都比較少，僅有的就是激光企業(yè)要集成三維系統(tǒng)，就去找機器人企業(yè)買個機械臂。這種行業(yè)狀態(tài)非常不利于激光加工的升級和三維加工的推進。

光纖激光器和半導體激光器的出現(xiàn)實現(xiàn)了光纖傳輸光束，讓激光實現(xiàn)了更大的柔性，集成到機械臂上變得很容易。激光加工在解決了光學、激光的問題后，要取得更大的發(fā)展空間，必須在數(shù)控自動化方面下功夫。如果沒有做好數(shù)控自動化，用戶就不得不采用人工，所以就會出現(xiàn)各種手持激光設備，寧愿放棄機械臂而去選擇人工手持加工，事實上在精度、作業(yè)持續(xù)時間、長期成本核算都是比不上機械臂的。

當前，機器人激光加工系統(tǒng)主要有切割、焊接、熔覆三種應用，僅有機器人激光焊接是得到規(guī)?；膽茫唧w表現(xiàn)是在汽車焊裝產線上，包括車門、車頂、后蓋等白車身焊接，從原來的電焊到激光焊接，是從“紐扣”到“拉鏈”的一個跨越。在三維切割方面盡管這幾年是重要趨勢，但目前沒有形成規(guī)模應用，熔覆是針對單個金屬部件的定制修理，更加沒有顯現(xiàn)批量化。因此，目前我國機器人激光加工系統(tǒng)還有待發(fā)展。

機器人激光加工如何更好融合

我國的激光和機器人技術要更好地結合，協(xié)同發(fā)展，則最好要有更多的互動合作。這可以是由政府或者是行業(yè)組織牽頭舉辦技術交流活動，發(fā)起兩個產業(yè)界的項目合作。

一方面激光設備集成廠家是開發(fā)終端應用，機器人企業(yè)的產品是為他們配套，然而很多激光企業(yè)擁有光學技術，在機械數(shù)控技術方面欠缺，必須機器人企業(yè)進行幫助。以應用帶動項目，以項目推動雙方研究合作。

很重要的一個問題是國產工業(yè)機器人品牌種類繁多，品質參差不齊，又或者精度比不過外國品牌，得不到激光集成商的認可，導致他們最終還是選擇四大家族的產品開發(fā)機器人激光系統(tǒng)。這一點上，國內的機器人企業(yè)必須努力攻堅技術難關，力爭推出更高水平的產品，而未來激光集成商也需要考慮給這些國產品牌合作的機會。

最后一個問題是，激光與機器人兩大產業(yè)都比較新，都是最近六七年快速發(fā)展起來的，目前在行業(yè)標準、國家標準等都是欠缺的，市場秩序也比較混亂，行業(yè)還處于快速成長期，各種新的競爭者又冒出來，大企業(yè)又有碾壓小企業(yè)的市場行為，行業(yè)內的科研機構與企業(yè)的合作不緊密。要讓兩個產業(yè)良性發(fā)展，都需要引導目前市場行為健康發(fā)展，還得加強行業(yè)標準，促進產學研的結合，這些都是需要較長時間的事。