在過去，談起機器人是一件令人憧憬、又讓人忌憚的事情，生怕毀滅人類，招來人禍；而現在，再說機器人是件感到自豪的事，因為，是一門科技，是一個歷史的轉折。制造業的未來趨勢是智能化、自動化。而以機器人、3D打印、大數據、激光制造等新興技術為核心的智能制造將是未來制造業發展的必然趨勢，而機器人將在傳統產業的轉型升級和結構性調整中扮演十分重要的角色。
 

機器人的誕生和機器人學的建立及發展，是二十世紀自動控制領域最具說服力的成就，是二十世紀人類科學技術進步的重大成果。1959年，世界第一臺工業機器人誕生，1969年通用汽車安裝了全球首臺機器人點焊加工系統，緊接著意大利的菲亞特汽車和日本日產汽車陸續安裝了機器人點焊生產線，工業機器人正式進入了規模化替代人工制造的時代。

 
 

現在全世界已有近200萬臺機器人，銷售額每年與20%的速度增長，機器人技術和工業得到了前所未有發展。隨著機器人應用領域的不斷擴大，機器人已從傳統制造業進入人類的工作和生活領域。另處，隨著需求范圍的不斷擴大，機器人結構和形態的發展呈現多樣化。高端制造系統具有明顯的仿生和高智能特證。其性能不斷提高，功能不斷擴展和完善，各種機器人系統便逐步向具有更高智能和更密切與人類社會融洽的發展方向！
 

目前生產與裝配機器人較多的主要是在歐美日韓幾個國家，他們在70-80年代已完成了首輪工業機器人的規模應用，推動工業制造轉向自動化。而我國在2008年金融危機前，工業制造主要還是依靠人工的勞動密集型加工產業，2008年國內人力成本逐年提高，自動化機床、工業機器人大規模進入生產線替代人工。以前在珠三角，一個玩具廠、電子廠、制鞋廠擁有過萬員工，是很平常的事，而現在已經非常罕見。與此同時，歐美日韓等發達國家在工業自動化的發展步伐并沒有停下來，而是開啟了第二輪工業機器人的應用，這次是結合大數據、機器視覺、互聯網等的智能化機器人技術，而我國的工業機器人發展沒有經歷第一輪，直接進入到第二輪的智能化機器人應用時代已經到來！

 

　  機器人在工業制造上的運用優勢是非常明顯的，除了能夠替代人工24小時連續工作，還可以減少錯誤，特別是在一些高溫、高危、粉塵、污染氣體嚴重的環境下，替代人工為工人身體健康提供極大的保障。激光加工作為一種非接觸式的機械加工過去十年逐漸得到認可，由于具有良好的加工質量和產出率，它已經成為各個生產環節中的獨特的工藝。過去幾年，機械加工產業略顯疲軟，而激光加工設備已成為沖壓、折彎、切削機床等機械設備市場中的黑馬，每年平均增長20%以上。激光從毫瓦級到數十瓦的小功率可用于打標、雕刻、鉆孔和微切割等精密加工，而數百瓦至萬瓦級的大功率激光，適用于大型金屬材料切割、焊接和修復，其用途十分廣泛。

傳統的激光加工僅限于平面的二維加工，直到1980年代末人們開始把激光整合到工業機器人的一起應用，通用、沃爾沃等汽車公司是較早使用者。1999年，德國徠斯機器人公司首先在機器人臂內導入激光束傳輸系統，整合出第一臺臂內機器人CO2激光加工系統。機器人的應用，使得這把光刀實現了多維度、靈活加工，極大突破了原來二維加工的局限和應用空間。
 

當今汽車制造業，競爭愈來愈激烈，不斷推出新品，才能滿足高檔次的追求和迎合大眾化的需求。因此，其各個品種的量化越來越小，每個品種的商品壽命越來越短，這就要求汽車制造商不斷挖潛，提高制造技術，努力降低生產成本，包括新品的試制成本。歐美公司早在10多年前，已逐漸推廣使用機器人激光切割機，應用于汽車鈑金的制作。
 

多年來，我國的機器人激光加工技術及裝備經歷了從無到有，從小到大的發展過程，現已形成了相當的產業規模。機器人激光切割已被廣泛應用在鈑金加工、汽車制造、機箱電柜生產、電梯制造、農用機械、造船廠等工業領域。汽車制造行業是高新技術高度集中的行業，激光作為一種先進的制造手段，在歐美等發達工業國家，有50%~70%的汽車零部件是用激光加工來完成的，汽車行業的激光應用以激光焊接和激光切割為主，激光切割包括平面切割、三維切割等。一個應用機器人激光切割在汽車制造中的應用，大規模激光加工時代已經到來。
 

3D激光切割我們也稱為三維激光切割。三維激光切割機也叫機器人激光切割機，它是一種不受切割方向控制的，能夠自由切割的激光加工系統。一般來說，三維激光切割機主要由切割頭、跟蹤系統、激光器、光束傳輸和工業機器人系統等幾部分組成。能夠對不同厚度的金屬材料進行多角度、全方位的柔性切割加工。
 

三維激光切割柔性化程度高，在正常情況下一套模具只能針對一種工件一道工序，而三維激光切割能針對任意工件的任意工序。在工件產品發生變動時，例如曲面，修邊和孔等的變化更改，只需對激光切割的脫機程序進行更改，因其使用的工裝夾具相對簡單一些，所以工裝夾具改動也方便。
 

三維激光焊接技術的優勢也逐漸被人們發現。相對于工序簡單的激光切割，激光焊接需要考慮工件定位、適用能量、適用材料、焊接環境、運動系統、夾具、軟件系統設計等因素，因此激光焊接的規模應用開發會比純粹切割大一些。如上所述，二維激光焊接局限性明顯，而機器人激光焊接系統出來后，更加復雜的激光焊接就應用上了，最明顯的是汽車白車身、車頂與后蓋的激光焊接，是最為人們熟知，而飛機制造上的機倉底部不銹鋼板拼合，也使用到激光焊接。早些年，一些生活、電子用品的小型電池已經用上激光焊接封口，近三年新能源汽車的動力電池焊接應用更是給激光行業帶來了數十億的設備需求。
 

在激光二維加工市場充分開發的情況下，很多人把三維加工看作激光制造的下一個市場熱點。目前的三維激光加工應用已經包括激光切割、激光焊接、激光鉆孔等的系統，對于大型、立體和不規則幾何形狀的工件，均有著不可替代的優勢。由于機器人激光加工系統涉及到機器人技術、自動化控制和激光多方面的專業，目前市場上從事這種系統開發的，也主要是有這三個領域的企業。在激光領域，包括大族、華工、泰德、聯贏、天弘、楚天、亞威創科源等規模較大的企業，基本上都開發了機器人激光加工系統，粗略估計國內有超過70家激光企業有開發集成機械臂的激光加工系統。另一類就是從事工業機器人的企業，包括ABB(中國)、庫卡、史陶比爾、新松機器人等公司早就嘗試開發了機器人激光加工系統，均擁有激光技術部門或者激光工藝研發中心。還有一類就是從事自動化控制與裝備的企業，如東莞力生自動化、江蘇維力安科技、西安萊曼機器人、佛山霍貝爾機器人、杭州凱爾達機器人等，這些企業大都從事自動化控制與裝備開發集成，繼而開發了激光三維加工的設備。

 

圖為KUKA公司龍門式激光切割機

在歐美國家，這三類企業是魚與水的關系，技術開發與生意合作非常緊密，而令筆者疑惑的是，這三類企業在我國相互之間交流合作似乎并不頻繁，也很少見到有跨界共同開發的。結果就是，要做三維激光加工系統，激光企業采購機械臂，機器人企業采購激光器、光學元件與冷卻配套，自動化裝備集成企業既要采購機械臂，又要采購激光器與光學元件，然后都是各人自己開發。這樣的格局，其實并不利于三維激光加工的推廣。
 

雖然目前很多激光企業可以提供機器人激光加工設備，但是其訂單數量并未出現明顯的批量，一個原因是機器人激光加工設備一般是定制化設計好的產品，一套往往就是一個工作站，加工效率也比較高，可以滿足一般量的生產要求。另外，一套機器人激光加工系統采購成本也高，在加工產能能夠滿足的條件下，用戶不會進一步批量采購，據了解，目前國內一些采用了激光加工的大型汽車制造商，也就擁有不到十臺激光機器人加工系統。
 

中國與全球主要發達國家正在經歷一個機器人更新換代的自動化升級階段，國外一分析機構對工業制造機器人市場進行了調研分析，其中也包括被用于激光切割和激光焊接領域，其預測，到2020年，該市場將擴張到400億美元。
 

具體來說，工業制造機器人可以分為電子元器件、電器部件、機械零件，機器人的主要應用方向可以分為焊接機器人（包括，電弧焊、氣焊、激光焊接、電焊），物流運輸機器人（包括機床操作、打包、倉儲），包裝封裝機器人，切割、打磨機器人，車間視察機器人和測試機器人等等。
 

目前，全球范圍內，機器人行業的第一梯隊分別是日本的發那科（FANUC）、安川電機（Yaskawa）、瑞士的ABB和德國的庫卡（KUKA）。四大家族在各個技術領域內各有所長，ABB 的核心領域在控制系統，KUKA 在于系統集成應用與本體制造，發那科在于數控系統，安川在于伺服電機與運動控制器領域。世界“四大家族”已是行業公認的領頭羊。但我國機器人消費市場巨大，到去年底，我國多功能工業機器人進口量已達8.13萬臺，對于傳統龍頭的產能形成較大的挑戰，導致了國內工業機器人旺盛的需求向國產廠商溢出，與巨大的市場的刺激下，國產廠商技術不斷突破、市場口碑有效積累，并有不斷擴張的趨勢。2017年占比全球市場份額的45.4%。新松機器人、拓斯達（300607）、埃斯頓（002747）等產能擴建項目在2018和2019年密集投產，有望高效搶占正在爆發的國內市場。在核心技術方面正在追趕四大家族。
 

結語：工業機器人是引領產業發展的先進行業，產業發展勢頭迅猛，規模也在不斷擴大，現在已經被廣泛應用的機器人不僅是工業機器人，還包括服務機器人和特種機器人，我們要進一步推動整合行業資源，通過各種社會資源的力量，共同推動行業不斷實現技術突破。
 

把激光器與光學系統集成到工業機器人上，賦予了激光加工新的模式與應用空間，機器人的多維度特性與激光加工的優點是互相促進的，每增添一臺機器人激光加工系統，都需要至少一臺激光器、一套完整的激光光學配套，這都會給激光產品帶來新的需求。據國家規劃顯示，未來十年，我國將著重啟動軌道交通、節能裝置、新能源汽車、海工裝備、機械制造、航空航天等等重點領域的穩定發展。這些行業的產品在生產過程中，大都需要三維、柔性、高效、自動化程度高的加工工藝，機器人激光加工恰好符合其要求。
 

相信隨著各種零件加工要求的不斷提高，隨著激光技術的不斷發展，各激光企業、機器人企業與自動化裝備企業一定會銳意創新，在國內推出更優秀更先進的機器人激光加工系統，來滿足制造業日益增長的需求，可以說，一個大規模采用機器人激光加工技術的時代已經來臨。