年份：2024年

当下，智能制造已成为全球工业制造领域的大势所趋，柔性化的供应链逐渐替代传统的低韧性体系，对制造企业的智能制造能力提出了更高要求。与此同时，随着我国新型工业化建设大力推进，构建完善的现代化高端制造体系成为题中之义，保障产业链、供应链安全可控亦成为智能制造的重要一环。智能制造领域热潮奔涌，机器人则是其中必不可少的角色。

机器人产业近年来发展势头旺盛，潜力巨大，已成为各国竞相争夺的战略高地。随着软硬件技术的持续进步，机器人不断拥有更高的精度、更强的适应性和更广阔的应用范围，从工业制造延伸到医疗、服务等领域，逐渐成为促进经济社会高质量发展的重要力量。与此同时，在机器人核心零部件的技术创新方面，中国企业无论是研发还是制造都取得了显著进展。例如，伺服电机、减速机、控制器等关键部件的国产化水平越来越高。其中，以机器人的“关节”——减速机为例，我们可以看到包括美的工业技术在内的国内企业主动挑起了大梁，开启了国产减速机的“加速运动”。

以核心技术突破减速机发展瓶颈

中国机器人市场规模占据了全球市场的52%，连续十年成为全球最大市场。据《中国机器人产业发展报告(2022年)》预测，2024年全球机器人市场规模有望突破650亿美元，市场空间非常广阔。其中，中国品牌的工业机器人增长是最近十年来同比最快的，几乎超过一半的国民经济领域都在应用自主品牌机器人。

未来随着技术进步和场景拓展，机器人行业还将呈持续增长态势。工业机器人主要应用于汽车、电子、食品、医药等行业的生产线，通过提高生产效率和准确性，帮助企业降低成本、提升竞争力。以工业机器人为例，精密减速机的成本占比为30%左右，在人形机器人中这一比值则更高。

由此可见，减速机与高端制造产业发展息息相关，为更好地推动中国现代化产业升级，国家及相关主管部门制定了一系列的支持、指导类政策，进而推动减速机朝着高精密、高性能、进一步提高能效、实现国产化替代等方向发展，力图解决制约机器人发展的瓶颈。2023年6月，工信部等五部门印发《制造业可靠性提升实施意见》，要求重点提升工业机器人用精密减速器等关键专用基础零部件的可靠性水平，意味着未来高端装备制造将对标国际同类产品先进水平，率先成为制造业“长板”。 随着国内RV减速机和谐波减速机的部分量产，国内精密减速器行业进入国产替代阶段。

正是在这种高端技术转型的大势所趋之下，美的工业技术敏锐地洞察到市场需求，依托自身在精密制造领域的强大实力和多年实践，自2019年开始专注于精密减速机的研发与制造，并在齿轮、轴承、材料、仿真、摩擦磨损及润滑等关键领域积累了丰富的经验。

比如市场上的谐波减速机虽已初步实现国产化且品种繁多，但目前大多数国产品牌的产品质量和国外知名品牌还存在一定的差距，其精度及寿命仍落后于国外领头企业的产品。谐波减速机作为工业机器人的核心零部件，其精度、耐久性等性能水平直接决定机器人整机的性能。除了巨大的成本投入等因素之外，由于缺乏正向设计技术和基础技术研究，对于在应用端发生的抖动、噪音、泄露及失效等问题，缺少有效的解决方案。无法满足机器人厂商的高质量配套标准，更难以应对目前柔性化的智能加工生产企业在小批量多品种、快速转换生产线方面面临的成本和时间问题。

针对这一系列“疑难杂症”，美的工业技术从组建行业领先的研发团队入手，聚焦减速机精度和使用寿命提升加大研发力度。如今，其具有自主知识产权的正向设计技术和行业首创M型齿设计，推动减速机产品的承载力与寿命大幅提升，整体性能已得到“国际先进”水平鉴定，让当前国产化减速机“卡脖子”技术难题得到有效破解，更以产业化的生产应用推动我国机器人产业高质量发展。

助力中国机器人产业更深、更远发展

对于无论是有定制化生产还是大规模成品加工需求的制造企业客户来说，这些显著的技术特色都能为其添砖加瓦。一些精密部件的加工对产品精度有着严苛的要求，机器人所能达到的加工精度当然是客户考量的第一标准。同样，对于重复大批量生产的需求，24小时不间断工作条件下的加工寿命就关乎到企业的直接效益。高性能谐波减速机的耐久性等性能水平直接决定机器人的使用价值和可发挥的加工用途，以及能否在不同的自动化产线上灵活且持久运作。

依托在精益制造、研发与专利领域的优势，美的工业技术在减速机领域已收获80项技术专利，成为国产减速机行业的新锐力量。稳定可靠高精度是衡量减速机性能的重要标尺，美的工业技术高性能谐波减速机在材料源头采用兼具高精度和高刚性的行业高标准材料，在空程、滞后损失、传动误差、扭转刚性等指标方面均媲美行业标杆；优化结构设计，采用柔轮变壁厚设计等高精度仿真技术，降低柔性轴承受力，从而大大提升减速机寿命；独创M齿形设计，提升齿形同时啮合率，大幅提升产品承载力与寿命。

检测显示，美的工业技术的高性能谐波减速机产品寿命超过10000小时，达到行业领先水平。具体来说，产品初始精度≤1角分，并保证10000小时后精度退化量≤1角分，真正以稳定可靠高精度的减速机产品，赋能高端机器人的广阔应用。如今，美的工业技术高性能谐波减速机已测试或量产导入部分机器人“四大家族”、国内及日系头部企业，在仿生机器人、工业机器人、协作机器人、服务机器人及工业自动化等多元场景展现出巨大的应用潜力。

针对制造企业的调研显示，当制造商谨慎考虑2024年的预算时，自动化和机器人等相关技术必然成为首要考虑因素：部署这些技术不仅对于提高生产效率、质量至关重要，也能降低制造业工人经常面临的一些高危环境风险。同时，先进的自动化生产线有助于企业缩小与竞争对手之间的差距。相信随着以美的工业技术高性能谐波减速机为代表的国产机器人核心部件企业崛起，凭借快速迭代的技术创新与成本等优势，我国机器人的应用与普及将更上一个层次，而我国工业机器人及核心部件竞争力的提升也将进一步为我国工业、经济的高质量发展注入强劲动力。

今天的机械制造企业面临着不确定的市场环境，除了对高质量、高性能以及低成本的迫切要求，降低能源使用，减少碳排放，减少废料产生也对企业的可持续发展提出挑战。

从全球趋势来看，一些成熟的制造领域正在转移到邻近领域或者新市场。例如，造纸机制造商向电池机制造领域扩张，以满足电动汽车需求的急剧增长。然而，无论是机器制造商还是整个制造业，劳动力的短缺都迫使自动化的需求向上增长。未来工厂正围绕可持续性、灵活性和未来劳动力的范式发展。

技术的进步为制造企业提供了蓬勃发展的机会，数字化集成了数字工具、系统和物联网数据，将以前孤立的设计、工程、生产和服务信息连接起来，所产生的丰富数据使这些新功能成为可能。随着数字化的深入，制造企业可以超越自动化，进入更具预测性和适应性的生产环境。自适应制造提供了灵活性，可以随着市场和客户需求的变化轻松切换生产。此外，它还能简化工作流程系统，制造企业可以依靠相同数量的劳动力来做更多的事情。

数字孪生：数字化的核心

制造业的复兴需要对包括生产机械在内的整个生产过程进行数字化，而一切的起始点就在于设计，即创建智能机器的数字孪生。在设计过程中，机器的数字孪生是基于多学科工程开发的，包括机器的机械、软件、电气和自动化系统等等。这种数字孪生最初用于虚拟样机的设计探索和评估。一旦机器准备好部署，机器的数字孪生就可以在机器物理安装之前进行虚拟调试，从而大大降低部署所需的风险和时间。

在工厂部署完毕后，机器的数字孪生将在机器的使用寿命内不断丰富实际操作的数据。这样做的好处在于可以在真实表示和数字表示之间形成一个闭环。随着精确度的提高，数字孪生可以为业务运营提供宝贵的性能见解，使制造团队能够持续监控和提高制造效率和质量。数字孪生提高了操作的可靠性，其能够提供数据来预测机器何时需要维护，并提供见解来管理机器的服务生命周期管理，消除计划外停机或机器损坏的可能。数字孪生还有助于加快新产品的推出，在车间进行物理改变之前，制造团队可以测试潜在流程。

数字主线改变机械制造业

在数字化开始实施后，它将为制造业带来全新前景。离散型机械的数字孪生可以集成到一个数字主线中，该主线从单个机器扩展到工厂布局和设计，然后扩展到制造操作。工厂级仿真使我们能够跨机器、自动化流程和生产线，不断优化速度和质量。制造商可以优化工厂的整体性能，从规划开始，贯穿正在进行的运营。如此一来，在智能工厂的整个运营过程中可以无缝访问和共享数据。

这样的作法能够有效推动在可持续性和生产灵活性，并缓解劳动力短缺问题：

·能源管理的可持续性——制造商可以在工厂内部甚至全球运营中进行完整的工厂能源评估、优化、二氧化碳减排和报告。

·生产灵活性——实现真正的IT/OT融合，可以连接和分析整个供应链、工厂运营和业务流程的数据，实现近乎实时的数据驱动决策。

·部署与人工智能/机器学习和数据分析的人机协作——包括来自工业边缘能力的数据。制造企业可以获得更好的洞察力，对意外事件做出快速反应。此外，利用创成式AI（Generative AI）进行操作分析（如西门子的Industrial Copilot），允许用户快速生成、优化和调试复杂的自动化代码，并缩短仿真时间。

数字主线的出现大大降低了转换或修改线路以适应波动的市场条件时的风险。随着我们继续连接物理世界与数字世界，网络安全风险和威胁的复杂性也在继续增加，并随着更大的数据和更广阔的地理空间逐渐延申，网络安全成为了优先事项，并融入数字化的每一步。

从小规模智能起步

那么应该怎样迈出第一步？我们建议，可以从小规模开始，先确定可以推动流程转型所需要的工具，那么对流程进行优化或重新定义就必不可少。利用这些工具的优势，教育员工应该如何有效利用新工具和新流程，并在其不断提高熟练程度的同时为其提供持续支持。然后，通过重复这一流程，将数字化扩展到整个公司，以这种方式实施数字化转型战略，将让企业变得更有弹性、适应性更强。例如，可以考虑专为机械制造企业构建的工业云解决方案，其无论从成本考虑还是灵活度考虑，都十分适合数字化的逐步推进。

在西门子，我们对数字化的成熟度规划有五个阶段，我们首先会对客户的数字化成熟度进行评估，确定其在这个数字化进程中的具体位置；然后，我们会看同行业的行业领导者已经成功部署了哪些工具；接着为客户制定路线图，助其开启数字化之路。

如今，大多数机械制造企业已经接受了这一过程的前两个阶段：从基于文档的数据框架转移到基于模型的数据框架，以及跨领域地共享数据。这两个阶段可显著提高整个组织中数据的可追溯性和可访问性，有助于提高流程效率以及工程灵活性。

例如我们的客户之一，为全球客户提供灵活创新的包装机的挪威公司Tronrud Engineering，就在其数字化的进程中使用西门子的工业软件解决方案，并实现了设计过程减少约10%，调试阶过程减少了20%至25%的喜人成果。

有了数字化，机械制造企业就可以更加自信地拥抱创新的未来，其可以从自动化转向适应性制造，并在整个运营中建立数字主线，这一转变将帮助他们在变化的环境中蓬勃发展，以适应未来可能发生的种种挑战。