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工业4.0背景下的工业机器人人才需求分析.doc

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.92M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    工业4.0背景下的工业机器人人才需求分析（1）
    工业 4.0 背景下的工业机器人人才需求分析（1） 华南工业机器人应用培训中心 余任冲 2015，广州 1.1 什么是工业 4.0？ 工业 4.0 概念源于 2011 年汉诺威工业博览会，德国业界提出该想法是为了提高德国工 业的竞争力。工业 4.0 是以智能制造为主导的第四次工业革命，它描述了由集中式控制向分 散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务 的生产模式，旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统（CPS） 相结合的手段，将制造业向智能化转型。工业 4.0 告诉我们创新和跨越要成为下一个发展中 的主题，如何通过创新来跨越，在短期市场绩效中的成功转型获得成功，这是制造业面临的 问题。 具体而言，“工业 4.0”主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系 统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生 产物流管理、人机互动以及 3D 技术在工业生产过程中的应用等。该计划特别注重吸引中小 企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进 工业生产技术的创造者和供应者。尤其值得注意的是，与以往集中式控制的工业生产模式不 同，“工业 4.0”将更强调“分散化”，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与 服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并产生各种新的活动领域和合作 形式，创造新价值的过程将发生改变，产业链分工将被重组。 1.2 为什么是 4.0？ 工业化革命经历了以下几个阶段： （1） 工业 1.0。 这是一场始于 18 世纪末，以蒸汽机发明为标志的生产模式变革过程， 伴随着蒸汽驱动的机械制造设备的出现，结果是机械生产代替了手工劳动，经 济社会从农业社会向以机械制造带动的工业社会转变。 （2） 工业 2.0。第二次工业领域的大变革发生在 19 世纪末期，形成生产线生产的阶 段，即随着基于劳动分工的、电力驱动的电气化时代。
    （3） 工业 3.0。始于 20 世纪 70 年代的信息化工业革命被称作第三次工业革命，其标 志是 1969 年第一个可编程逻辑控制器（PLC）的出现，使得生产组织可以用电 子和 IT（计算机信息化）技术实现制造流程的进一步自动化，机械设备开始代 替人类作业。 （4） 工业 4.0。所谓“工业 4.0”，是相对于 18 世纪引入机械制造设备的“工业 1.0”、 20 世纪初电气化的“工业 2.0”及 20 世纪 70 年代信息化的“工业 3.0”而言的 第四次工业革命。在 2011 年于德国举行的“汉诺威工业博览会”（Hannover Messe 2011）上，德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特尔教授 在开幕式中提出，要通过物联网等媒介来推动第四次工业革命，提高制造业水 平。在 2013 年举办的“Hannover Messe 2013”上，由官产学专家组成的德国“工 业 4.0 工作组”发表了最终报告—《保障德国制造业的未来：关于实施“工业 4.0”战略的建议》，宣告以物联网和制造业服务化为特征的第四次工业革命到来。 1.3 工业 4.0 和“智慧工厂” “智慧工厂”是以信息物理系统（CPS）为核心的新一代制造业模式。CPS 概念最早是 由美国国家基金委员会在 2006 年提出，被认为有望继计算机、互联网之后世界信息技术的 第三次浪潮，其核心是 3C（Computing、Communication、Control）的融合。CPS 是融合技术、 包括计算、通信及控制（传感器、执行器等）。 具体而言，“工业 4.0”主要分为两大主题，一是“智慧工厂”，重点研究智能化生产系 统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生 产物流管理、人机互动以及 3D 技术在工业生产过程中的应用等。 CPS 的“3C”概念模型 工业机器人属于上述信息物理融合系统（CPS）或"物理计算"理念或课题（Physical Computing）。据统计，目前全世界大约有 100 万机器人在世界各个角落辛勤工作，特别是在 人类难以胜任的危险环境里。日本是机器人密度最高的国家，每 10 万人中就有 295 个机器 人（如下图所示）。
    企业实施智慧工厂战略，将以可编程柔性自动化代替刚性流水线自动化，从而实现更灵 活的生产；将把能源和资源消耗控制在最佳水平，并在智能自动化和 IT 系统的支持下进行 更快速的决策，产品生命周期的集成将大大减少研发迭代次数和周期，从而实现更高效的生 产、决策和研发；将物理安全、功能安全、信息安全和自动化 IT 系统高度集成，从而实现 人、设备、环境的安全；将实现环境友好、资源节约型生产，产品全生命周期的绿色设计， 从而达到更环保的企业生态；在智慧工厂里，人和设备、人和环境、人和产品达到更加理想 的协调，人在高度愉悦的状态下从事富有创造力的工作，从而实现更和谐的工厂；最后，整 个企业以更高的运营效率、极高的质量以及合理的成本，以对环境最小的代价，生产所谓的 智能化产品，这种智能化产品充满了个性化色彩，将硬件、软件、服务和智能集成起来，对 每一个消费者提供独一无二的卓越体验，这种模式将是一种可持续的，不断优化的卓越运营 模式，将助推中国制造企业不断超越自我，向所谓的“世界级制造”进发。（资料来源于网 络） 智慧工厂的架构 智慧制造企业是一个由不同企业间相互组成网络，包括智慧的创新网络、智慧的制造网 络和智慧的管理网络，是建立在“云计算”或“云制造”基础上的，具有更透彻的感知、更 广泛的互联互通、更深入的智能化的特征。可以用三个维度来描述智慧工厂：工程、生产、 供应链。分别对应设施、产品和管理三个概念。其中，产品是可以集成互联功能的，即具备 通信或者感知能力，其内置的数字存储器承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种信 息。设施是可以实现自我组织的柔性化生产线，会根据从产线上采集到得产品信息动态调整 生产工艺或者流程。供应链系统则是大数据的价值体现，利用物联网使供应链的透明度大大 提高，物品在供应链的任何地方都被实时追踪，在整个供应链中流动-从生产线到最终的消 费者，实现对整个生产从部品到半成品到成品的单个、类别以及全部的产品追溯、质量控制 和流程管理，建立完整的生产追溯管理系统平台。与生产计划、物流、能源和经营相关的 ERP、SCR、CRM 等，和产品设计、技术相关的 PLM 处在最上层，与服务网紧紧相连。
    数字化工厂模型 智慧工厂的流程 通过建立描述这三个维度的信息模型，利用适当的软件，能够完整表达围绕产品设计、 技术支持、生产制造已经原材料供应、销售和市场相关的所有环节的活动。 智慧工厂的生产过程就是智能物料在基于云计算的网络支持下实时数据交换，实时下达 指令制导这些活动，全面的优化，在三个维度之间交互，这个流程就是智慧工厂生产流程。 智慧工厂的生产流程 “工业 4.0”通过 CPS，将生产设备、传感器、嵌入式系统、生产管理系统等融合成一 个基于云的智能网络，使得设备与设备、服务与服务、设备与产品之间能够互联，从而实现 横向、纵向和端对端的高度集成。 智慧工厂中的工业机器人技术 工业机器人、信息软件系统、数字化技术、物联网技术等先进技术，正在将制造业从劳 动密集型时代带往“智慧制造”时代，企业生产管理和竞争格局因此发生巨变。而“无人工 厂”也随之出现。 无人工厂又叫自动化工厂、全自动化工厂，是指全部生产活动由电子计算机进行控制， 生产第一线配有机器人而无需配备工人的工厂。这种工厂，生产命令和原料从工厂一端输进， 经过产品设计、工艺设计、生产加工和检验包装，最后从工厂另一端输出产品。所有工作都 由计算机控制的机器人、数控机床、无人运输小车和自动化仓库来实现，机器人也不再被固
    定在安全工作地点，而是与人一起协同工作。人在无人工厂里更多起的是监视照看作用。在 劳动力成本上升和劳动条件改善的要求背景下，会有越来越多的“无人化”工厂在我们国家 这个世界工厂诞生，那时，中国将实现制造业的转型升级。 1.5 中国工业机器人市场 2014 年是中国工业机器人的发展元年。在这一年里，机器人在汽车制造以外的一般工 业领域应用需求快速增长，中国市场新增工业机器人 4.55 万台，同比增长 35.01%；A 股市 场上新增了 15 家上市公司涉足机器人领域，投资总规模达到 44.39 亿元；地方政府密集出 台机器人相关扶持政策，机器人产业园超过 35 个，总规划投资额超过 5000 亿元。 工业机器人市场的四大特点 投资热。2014 年，机器人产业备受关注，机器人题材企业受到投资商前所未有的热捧， 上市公司不断加码机器人业务。GRII 统计数据显示，2014 年上市公司投资机器人规模达 44.39 亿元；2014 年 A 股市场新增 15 家公司涉足机器人业务，累计达到 42 家（不含新三版）。 地方政策密集出台。截至 2014 年底，全国有超过 15 个地方政府出台了机器人发展政策 或机器换人政策；已建或拟建的机器人相关的产业园（基地）已经超过 35 个，产业园规划 面积超过 3 万亩，到 2020 年的规划投资额超过 5000 亿元。 工业 4.0 概念热炒。“工业 4.0”是 2014 年工业自动化领域和机器人领域被谈及最多 的一个词汇。德国“工业 4.0”是通过信息网络与物理生产系统的融合来改变当前的工业生 产与服务模式，是未来制造业的发展方向。要实现“工业 4.0”的目标，中国制造业商有很 长的路要走，但该概念确实受到热炒，甚至有企业已经套上了“工业 4.0”的标签。 外资品牌加快布局。“四大巨头”加快布局中国市场，扩大领先优势，年初库卡上海年 产 5 千台的亚洲新工厂开幕，至此，四大巨头均已在中国设立了生产基地，且在汽车制造之 外的一般工业领域，四大巨头已基本完成了布局；价格是竞争最直接的体现，外资品牌加入 价格战，以安川、川崎等为代表的外资品牌大幅降低机器人产品价格，以抢在国产机器人品 牌起来之前抢占市场。 2014 年市场新增 4.55 万台 GRII 统计数据显示，2014 年中国市场新增工业机器人预计达到 4.55 万台，同比增长 35.01%。2015 年市场增长速度将进一步加快，预计增幅将超过 40%，达到 6.42 万台，电子 制造业已经成为第二大增长引擎，主要集中在高精密、高速度的平面关节机器人以及直角坐 标机器人上。
    1.6 人才挑战 在德国企业界谈到工业 4.0 未来面临的挑战时，无论是传统制造业企业，还是 ICT 企业， 都把人才问题看作他们面临的共同挑战。德国企业普遍认为，工业 4.0 导致了对优秀员工标 准的转变，工业 4.0 建立在一个开放、虚拟化的工作平台之上，重复性的熟练体力和脑力工 作不断被智能机器所替代，人机交互以及机器之间的对话将会越来越普遍，员工从服务者、 操作者转变为一个规划者、协调者、评估者、决策者。德国认为，目前德国传统的大学教育 体系中的学科设置和教学理念是基于上个世纪 70 年代工业需求制定的，过去的 40 年学科专 业不断细分的教育模式难以培养能够驾驭日益复杂综合的制造业体系，工业 4.0 的实践不仅 仅对企业自身提出了挑战，而且对传统的教育体制提出了新挑战。 最近有两本书大家很关注，《第二次机器时代》和《21 世纪资本论》，他们讨论了一个 共同话题——谁来控制财富和资源的分配。《21 世纪资本论》强调了资本在财富分配中的重 要性，认为工业革命以来资本的收益率长期来看高于国民收入的增长率，换句话说，长期以 来资本收益高于劳动的收益率，社会财富分配越来越不均衡，这是一切不平等的根源。《第 二次机器时代》以及该书作者关于幂率经济的文章都强调了创新性人才的重要性，作者认为， 数字化技术使得资本不再是稀缺资源，创新型人才是“第二次机器时代”最稀缺的资源，那 些具有创新精神并创造出新产品、新服务或新商业模式的人才正成为市场的主要支配力量， 是资本追逐的对象，是社会财富主要分配者，创新性人才比以往任何时候都重要。2013 年 牛津大学调查了美国 702 种工作，并分析了未来 10 到 20 年被机器取得的可能性，其中 47% 的员工肯定会被替代、19%的员工有可能被替代，这意味着你在职场上的竞争对手将不是你 的校友，而是智商快速提升的机器人，智能制造时代让人们都要思考，什么样工作将会被机 器替代?全社会应当如何打造一支适应智能制造体系的新型产业工人大军?应当面向智能制 造如何建立一套新的教育理念、学科体系和培养模式。(来源：网络《深刻解析：工业 4.0 ——为什么？是什么？如何看？怎么干？》) 2014 下半年来，机器人和人工智能的话题非常走红，大家最关心的一个话题，就是机 器人是否能取代人类。在其它的领域尚且难说，人才市场首先就受到巨大的冲击。由牛津大 学与德勤公司在 11 月发布的一项联合研究报告中称，自动化技术将在未来 20 年冲击 30%的 英国劳动力市场。另一项由牛津大学于 2013 年底进行的研究中称，自动化技术将在未来 20 年冲击近半数美国劳动力市场。两项研究认为，低技能劳动力与低技术人才在未来 20 年所 受的影响最大。 在另一方面，2014 年智能终端、物联网、移动互联网、大数据、云计算、互联网金融 等领域，正在全面推进，快速发展。无论是在全球市场还是在中国市场，上述每一个领域都
    孕育着巨大的商业机会。中国电子商务研究中心监测数据显示，2014 上半年，我国电子商 务交易额达 5.85 万亿元，同比增长 34.5%；B2B 交易额达 4.5 万亿元，同比增长 32.4%；网 络零售市场交易规模达 1.08 万亿元，同比增长 43.9%。新兴技术与传统产业融合，大量跨 产业、跨领域、跨技能的融合，都在挑战着传统人才的技术与能力。 1.7 工业机器人应用工程师人才荒 伴随着机器人热的另外一个隐忧也随之浮出水面，那就是工业机器人应用工程师的人才 荒。一台工业机器人（机械臂）能否投入到生产当中去，以及能发挥多大的作用，取决于生 产工艺的复杂性，产品的多样性还有周边设施的配套程度。而解决这些问题却需要 3 到 5 名相关的操作维护和集成应用人才。目前，机器人在汽车制造以外的一般工业领域应用需求 快速增长，而相应的人才储备数量和质量却捉襟见肘。 工业机器人应用（系统集成）是典型的多学科交叉融合的行业，其特征是三高一低， 即高技术门槛、高人才门槛、高资金门槛，一低就是低产出。这就决定了其应用很难从一个 行业直接地推广到另一个行业，最近的例子是电子制造行业代工巨头富士康科技集团，试图 把机器人汽车行业的经验移植到 3C（计算机、通讯和消费性电子）行业，富士康本想用“百 万机器人计划”来解决中国工厂日益上涨的劳工成本，但是从目前的情况来看，要实现 iPhone 产线全自动的想法可能还需要等待一段很长的时间。“百万机器人”计划受挫，说明 工业机器人应用不仅需要机器人专业知识、一般学科知识与特定领域知识的深度融合，更需 要大量成功的案例经验，这就导致“试错”成本畸高，广大潜在的机器人用户持观望态度。 目前的当务之急，是大量培养掌握机器人系统知识并能与各行业工艺要求相结合的应用工程 人才，帮助用户解决机器人的应用的实际问题，取得实效，以此开拓机器人市场。 据统计，2014 年中国市场新增工业机器人预计达到 4.55 万台，同比增长 35.01%。2015 年市场增长速度将进一步加快，预计增幅将超过 40%，达到 6.42 万台，电子制造业已经成 为第二大增长引擎，主要集中在高精密、高速度的平面关节机器人以及直角坐标机器人上。 下面以国内某知名电子制造企业自动化工程师/专家（机器人应用）的招聘要求为例，来了 解目前客户对机器人应用工程师岗位的要求： 我们需要您： 1. 负责电子产品制造自动化的推行，根据产品的制造工艺流程结合 IE 知识提出自动 化的解决方案并组织实施； 2. 负责生产自动化系统解决方案开发及应用实施，主导本领域现场改善； 3. 进行本业务范围自动化综合改善团队的技术和项目管理工作； 4. 带领工程师/技术员/技师分析和处理解决现场自动化设备应用中的异常及设备故 障，组织技术攻关和改进。 我们期望您： 1、机械设计或自动化相关专业，本科以上学历，英语四级以上 2、精通 ABB 或三菱机器人应用经验，对电子产品生产全流程深刻理解； 3、具备机器人为核心的系统方案规划、机器人应用 3 年以上工作经验 4、有电气设计及软件设计经验，如智能机器人、计算机视觉、机器智能应用等相关专 业优先 5、具有系统 IE 相关技能并能组织现场改进实施经验者优先 从上面招聘要求不难看出，目前客户对使用工业机器人的要求无外乎是熟悉一到两个 著名品牌的工业机器人应用知识，具备一定年限的工作经验，能与产品的制造工艺流程结合
    提出机器人应用解决方案；具备一定的项目管理经验，最好是软硬件结合（具备上位机软件 系统和机器视觉系统开发经验）。这样的要求能最大程度降低“试错”成本，提高设备的周 转率和加快项目实施速度。但这样一个机器人高端集成应用的技术人才从目前来讲属于凤毛 麟角，而操作机器人的技术人员，一年来工资已涨了一倍，与机器人相关的专业技术人才将 随着机器人产业的雄起而迎来新的事业起点。机器人始终需要人来操作、维护、保养。人和 机器的关系属于一种控制链的关系，因此只有将人与机器进行协同合作才能达到人机合一的 效果，为企业创造更高的工作效率，所以机器人产业的壮大又为机器人服务人才制造了新的 市场机会。人不可能完全被机器人代替，眼下很多企业最大的问题就是技术工人的招募和管 理问题，目前普通企业中最缺的就是熟悉机器人操作和维护的技术工人，而机器人应用的系 统的开发工作往往就交由系统集成商完成。 企业把工业机器人买回来以后，想要把标准的机器人变成一台可以投入生产的专用自 动化设备，这就需要机器人应用工程师结合生产工艺和工件的类型，通过手动示教编程并结 合周边的辅助设施，才能使机器人完成特定的任务，这样的系统我们一般称为机器人工作站。 一般来说，对如何操作工业机器人的研究并不是一门新的学科，它只不过是对传统学 科理论的一种综合。一般涉及的专业有： 电气工程及其自动化 电气工程及其自动化涉及电力电子技术，计算机技术，电机电器技术信息与网络控制 技术，机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科，其主要特点是强弱电结合， 机电结合，软硬件结合，电工技术与电子技术相结合，元件与系统相结合，使学生获得电工 电子、系统控制、电气控制、电力系统自动化、电气自动化装置及计算机应用技术等领域的 基本技能。 该专业培养具有工程技术基础知识和相应的电气工程专业知识，具有解决电气工程技 术分析与控制问题基本能力的高级工程技术人才。电气工程及其自动化专业是为各行各业培 养能够从事电气工程及其自动化、计算机技术应用、经济管理等领域工作的宽口径、复合型 的高级工程技术人才。 过程装备与控制工程 专业介绍：本专业培养具备化学工程、机械工程、控制工程和管理工程等方面知识的 高级专门人才，以适应现代化工业发展的需要。 本专业培养具备过程装备与过程控制基础知识与应用能力，能够在化工、炼油、医药、 轻工、环保、食品等领域从事过程装备与过程控制设计、研究、制造、管理的高级工程技术 人员。本专业学生主要学习材料科学及各类热加工工艺的基础理论与技术和有关设备的设计 方法，受到现代机械工程师的基本训练，具有从事各类热加工工艺及设备设计、生产组织管 理的基本能力。 机械工程及自动化 机械工程及自动化（Mechanical engineering and automation ）是以有关的自然科学和技 术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、 运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。 业务培养目标：本专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力，能在工业生产第一 线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作 的高级工程技术人才。 业务培养要求：本专业学生主要学习机械设计与制造的基础理论，学习微电子技术、计 算机技术和信息处理技术的基本知识，受到现代机械工程师的基本训练，具有进行机械产品 设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力。 嵌入式开发专业
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