机器人推动再制造升级

经过近30年的发展，我国工业发展取得举世瞩目的成绩。但随着节能环保意识的普及，人们对工业再制造也日趋重视起来。通过对废旧产品实施高技术修复和改造，损坏或将报废的零部件，在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上，进行再制造工程设计，采用一系列相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到或超过新品。这个过程，将伴随智能化应用的升级改造，而机器人将发挥人无可比拟的作用。

机器人解人之困

对于再制造商而言，尤其在航空航天领域，时间就是金钱。以往使用人力拆解一個航空燃气喷气发动机可能需要花费一个月的时间，并且要处理50种替换价格极高的板材。而自动化能够节约大笔时间和费用。在航空领域，专业的看法认为，航空公司已将机器人自动化视为未来制造的核心驱动力。在过去，航空维修组织（MRO ）的工程师需要忍耐一些冗长、低效的工作方法，比如手工磨削。然而在目前环境下，机器人技术能够弥补专业人员的不足，能够完成专业程序的操作。

由于机器人所面对的生产对象往往是笨重的机械产品，所面临的环境多数属于危险环境，例如冶金工业、核工业等的设备或产品，这些生产场所，不仅劳动强度大，还会有危害操作人员身体健康的可能。因此，对工业再制造机器人的要求就有些特殊性。

一方面，一些特定材料的精密部件，如果是操作人员去拆解、装配，需要达到无损精细化拆解和完美装配还原，需要大量尖端技术工人。另一方面，高精密、高稳定性智能设备，新型复合材料、精湛先进的制造工艺，无尘、无污染且恒温的加工制造环境，也是机器人用于再制造的必要条件。

机器人用于再制造的挑战

机器人产业将是未来十年国内成长最快的行业。作为国家新兴战略产业之一，机器人技术体现着国家科技的综合实力。攻克机器人的一大挑战，即核心零部件技术——谐波减速器，是国内机器人企业产业化的必然选择。

工业智能机器人关节的高灵活性、高精密度，很大程度上依赖于谐波减速器的升级与改造。但目前我国机器人所用减速器的使用寿命和使用精度还无法完全符合机器人连续高强度的工作要求，且主要依靠进口。造成这种现象的原因，笔者认为大致有三个方面：

一是，在我国，谐波减速器主要应用的领域还是以航天航空等军工领域为主，比如弹用谐波减速器、空间用谐波减速器，所以早期的设计研发团队把重点放在了谐波减速器的传动精度、控制精度上，而对减速器的寿命却没有着重关注。

二是，我国原材料生产、热处理加工等基础工业制造相对薄弱，存在原材料纯度不够，热处理性能不稳定等情况，导致国产机器人谐波减速器在连续高强度的工作环境下寿命及精度无法得到满足。

三是，行业整体新产品开发能力和工艺创新水平较为落后，日本哈默纳科公司的很多子公司都有专项负责的领域，比如新材料开发、工艺开发、齿轮传动方案开发等一系列具有前瞻性的研究；我国目前绝大多数开发团队还处于仿制阶段，并没有深入地从我国实际的材料及工业制造水平出发去开发产品。

机器人再制造应用前景广阔

据统计，2013 年全球再制造产业规模突破1500亿美元，其中仅美国就超过1000亿美元。再制造产业发展方兴未艾，已成为一些发达国家国民经济的重要组成部分。美国国际贸易委员会2012年的报告显示，美国再制造密集行业主要有航空、消费品、电气设备、重型设备、信息技术产品、医疗器械、汽车零部件、办公室设备、翻新轮胎等，这些行业中，汽车零部件再制造发展最为迅速。

我国目前也在进行汽车零部件再制造试点，并形成汽车发动机、变速箱、转向机、发电机等方面的再制造能力。与其他产业相比，汽车产业所面临的人力资源危机比其他行业更为严重。总结起来，有两个方面的原因：一方面是人们受传统观念的影响，将修旧利废归于“废品回收”行业，是年轻人不愿意参与的行业；另一方面，修旧的产品往往是笨重大型的机械产品，很多还是危险产品，例如冶金工业、核工业、重化工等行业的设备产品修复，不仅劳动强度大，并有受到辐射、职业病等威胁。这都给机器人留下用武之地。

一些眼光独到的企业早就开始开展机器人在上述领域的应用研究。宜兴官林镇的江苏斯普瑞科技有限公司凭借集成了多重激光专利技术的“光纤机器人”承揽金属修复业务，成功签下越南发电机转子缺陷激光修复合同。目前，该公司先后为国内几十家大型钢铁企业、电力集团完成了激光修复、激光熔覆与激光强化的订单任务。

冶金装备的工业磨损严重，报废量较大，因此，在这个行业推行机器人再制造意义非常重大。而激光熔覆为机器人用于再制造提供了一个很好的范例。激光再制造技术是将激光熔覆加工技术引进修复加工领域。利用这一技术，可以精确恢复损伤零部件的原有形状和尺寸，大幅度提高修复后的使用性能。它融合了激光熔覆、计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）、数控、光电检测，以及先进材料等技术，为机器人的集成提供了技术和工艺方面的支持。这种机器人可以利用双目立体视觉系统，实现机器人对修复物体缺陷的自动识别，给出最佳修复路径和工艺参数，从而为大型和复杂环境的激光熔覆修复施工提供了便利。在一些无法由人力目测的场合，具纤维镜双目识别能力的机器人修复者可以自如地发现需要修复的部位，并在控制者确认后，进行精准的修复。

电刷镀也是再制造中的一项重要修复工艺技术，同样可以应用机器人。刷镀对于较大面积修复具有优势，特别是大型轴类钢铁制件，刷镀可以以较低成本修复其磨损部位，恢复原来的尺寸。由于轴类可以利用大型旋床进行机械操作，刷镀可以实现自动化操作。但是对于非轴类大面积的修复，或复杂内腔体等部位的刷镀，仍然需要人工进行操作。这种场合，采用机器人来替代人工操作镀刷，是完全可行的。当人力成本进一步提高，同时机器人应用成本下降时，在刷镀行业应用机器人将成为自然而然的事。

废弃物回收机器人

废弃物回收机器人与修旧机器人的工作有所不同。回收利用的第一步是拆解和分拣。要将可回收与不可回收的废弃物分离，将金属材料与非金属材料分离，将不同的金属材料分离，没有这些分离，就谈不上回收，更谈不上再利用。显然，这个领域的人力资源更加缺乏。而这个领域利用机器人会大有潜力，北京在这方面已经开始了尝试。北京航空航天大学在校园内进行了全市首个机械化生活垃圾源头精细化分类和减量化处理项目试验。

这个项目垃圾处理设备主要由称重、破袋、分类系统三个部分组成。清洁工将垃圾送到站里，先过地磅称重。随后，垃圾被倾倒在一个巨大的垃圾斗里自动进行破袋处理；紧接着，塑料袋中五颜六色的垃圾就顺着一条传送带送进后方进行分类处理。在垃圾传输的过程中，工作人员会把混在固体垃圾里的易拉罐、玻璃瓶、塑料瓶和纸壳等可回收的物品分拣收集。至此，经过机械设备分类系统和人工分拣，先前整袋的生活垃圾已被大体筛分成无机垃圾和厨余垃圾两大部分。分类之后的厨余垃圾再进行减量处理后，经由一个大铁管排入厨余收集桶，在铁管的边缘，像铁丝这类细小的金属制品也被精确地分离悬挂出来。

实现同样效果的垃圾处理作业，如果是手工分类，一个人一天只能处理150～300公斤，通过这个系统一人一天可以处理1吨以上的垃圾，大型系统可达5吨。尽管这个系统还需要人工配合，显然已经是个很大的进步。如果从源头就能将垃圾进行分类，再在分拣阶段引入机器人，则实现系统的全自动化也是完全可能的。

同样，在将回收料进行提纯和制成料母、型材等可再利用的原料的加工过程中，都有机器人的用武之地。回收、提纯和制材等要用到电化学加工工艺（电解回收）、机械加工工艺、冶金工艺等，这些工艺都可以采用机器人来进行操作。

机器人推动再制造走得更远

我国再制造业发展正处于起步阶段，2015年我国再制造产业规模仅为500亿元，在全球再制造产业中占比小，无论是在规模、技术，还是在人们对回收品再制造与维修翻新定义上的划分等众多方面皆有很多的成长空间，离产业化还有一定距离。

在国内，再制造产业几乎涉及各个行业的不同领域，各行各业都能找到可用于再制造的产品，但各自的再制造价值与潜力存在很大差异。

然而随着机器人的进入，再制造的过程也将更加有效精准。通过对拆解的零部件进行分析，工作人员可以判断哪些再制造环节能够通过自动化来实现。一旦明确这一点，便可以使用机器人来提高生产效率，并保证零部件性能的稳定。

新加坡先进再制造技术中心已经依据零部件的成本为中小企业设计再制造业务模式。由于初始成本非常昂贵，需要修改技术参数，并使用较低分辨率的摄像机以及其他型号的机器臂来完成工作。保障投资并不是问题，问题是如何发展技术来提升机器人的智能水平，以将对专家的依赖转移至机器人。

再制造机器人本身是另一個有趣的领域。ABB公司传统上一直向汽车行业供应机器人，并且已经采用了再制造的形式。这个过程包括了利用传感器来强化技术。在中国，再制造在汽车零部件领域拥有最高的增长率。

交互能力强，对恶劣环境抵抗能力强的智能机器人正走进传统机器人未细分的行业。目前，很多国际领先公司都致力于制造更加智能和便宜的机器人。通过添加消费者运动感知设备部件、激光器或3D绘图软件，可以对机器人编程使之对一台机械需要维修的部位进行检测，比如一条熔接线或某处瑕疵等位置。通过开发智能系统，使得机器人可以自动选择正确的工具来操作，自适应地执行一个过程。这种技术对于再制造产业而言是至关重要的，因为旧件当中存在各种各样的瑕疵。

随着机器人开发公司越来越重视机器人再制造，很多以往难以开展的再制造作业将打开局面，再制造的美好未来也将越来越近。

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