我们每天都在成百上千次地搬运东西，“搬运”这个动作已经成为我们日常生活的一部分。在生产中，每次当工件被转移、储存、传输或组装时，都会发生搬运的动作。搬运任务的自动化是众多可用设计解决方案中的一种。本章介绍了对于当代搬运工序中可用自动化组件的基本理解。本章也审视了搬运技术的发展和在工业生产的所有领域中发展的源动力，它对于阐述此项技术未来发展的驱动力和得到未来组件发展的蓝图有所帮助。......
2023-06-15
搬运技术自动化的驱动力是什么？
【摘要】：什么因素会对搬运技术的发展产生影响呢？在本节我们将会重点阐述一些搬运技术和市场现有的自动化功能性组件相关的发展因素。对于搬运技术而言，如图1.7给出了一些最重要的发展驱动因素。这种人口增长也是以技术增长为前提的。新兴市场国家中大量人口将会使需求增加，他们的GDP的大幅增长率将会稳居榜首。图1.10说明了中国GDP是如何在过去10年内增加了4倍。目前，技术方面的可能性需要这些改变，它使经济型生产的自动化在客户身边进行。
什么因素会对搬运技术的发展产生影响呢？在本节我们将会重点阐述一些搬运技术和市场现有的自动化功能性组件相关的发展因素。技术和历史上的发展在第2章中做了总结，对于未来发展趋势的展望会在后续章节中做出阐释。
目前，存在一些更高层次的因素导致了对搬运技术和过去自动化组件的要求变高，这些会导致比过去几十年更多的技术增长。对于搬运技术而言，如图1.7给出了一些最重要的发展驱动因素。
世界人口增长在过去几十年中变成了驱动高效生产技术发展的一个重要驱动力，这种趋势也将在未来几十年中得到持续。通常来说，全球人口的总体增长就意味着对更高生产能力需求的提升。在18世纪的欧洲，人口和技术都快速地同步增长。这种人口增长也是以技术增长为前提的。因为在当时，人口增长已经变得缓慢和迟滞了。
世界人口的增长在未来几十年中预计会保持平衡状态（图1.8）。
图1.7 自动化技术发展的驱动因素
图1.8 2010—2100年世界人口的预计增长（来源： Statistica 201417）
但是，这种全球人口增长的减缓并不应该在近几十年内对高效生产技术的需求产生任何影响，因为完全不同层次的生产能力的发展在全球范围内是可以预测到的。在新兴国家中的生产经常被认为还是以人工劳动力和落后的技术为代表性标志，在生产力方面存在的巨大差距需要被修正。另外一个影响因素是世界人口生活水平的差异。
此外，大多数人都生活在城市里。这就意味着给这些人供给的货品需要协作的物流链，因为不是每个人都能自己耕种食物和拥有自己的加工车间。因此，可以预期在近几年中的持续增长，即使这个进程会一直被经济危机打断。
当地结构性的发展会发生，以供给当地人口需求的货品。这些将会主要在大都市发生。
从2010年起，城市代表着全球最多人口居住的地方（图1.9），城市提供了高效供给和物流的潜力。
城市包含了对更高生活水平有需求的人口。在新兴市场国家，从农业经济向工业和服务业社会转型的变化正在急速进行着。
图1.9 世界人口在乡村和城市生活的比例 （来源： United Nations, 201418）
新兴市场国家最初是给老牌工业化国家在进口它们的产品的过程中作为子合同的执行者进行服务的。但是，它们的社会结构短时间内得到了进一步的发展，从而产生了内部的市场和他们自己的产品线。在老牌的工业化国家中，这种发展基本上导致了工业生产在国内生产总值中的减少，因为很多生产，特别是高工资领域，向劳动力更廉价的国家转移。只有那些在质量、价格和交货时间方面具有高度竞争力的行业——可以受到高水平生产力影响的因素——才能保持其在该国的本地地位。
这一点在复杂产品比如汽车的生产中得到了清晰的展示。
尽管50年前，汽车生产只是包含仅仅几千种组件，目前它们已经增长到超过1万种独立的部件，它们在24小时大批量高品质的生产中被装配使用。特别值得一提的是，目前，主流车辆的部件已经不是在车辆被制造的同一个工厂里被生产了。超过1/2的被组装在车辆里的零部件来自零部件供应商，而这些供应商也从他们自己的供应商网络获取生产元件。对于一些制造商来说，产品价值的增加明显超过10%。甚至车辆自身的研发越来越由于产品的多样性的原因需要去为供应商服务。全球劳动分工反过来导致了更经济地生产零部件的可能性，但车辆仍然在德国进行装配。这些工作流程仍然保留了对产品复杂性和产品质量的高要求。
全球越来越多的人希望拥有像西方工业化国家一样的生活水平。有一些商品如手机已经在发展中国家得到了普及。新兴市场国家的工资水平被频繁提升，这意味着工厂的生产力也需要得到提升，这样才能保持竞争力。
在全球范围内，在过去几十年里资产和商品的需求发生了梦幻般的增长。由于新兴市场国家的发展，这个趋势并没有被预期在后几十年中明显减弱，即使世界人口的增长率相对于以前来说将要大幅减缓。新兴市场国家中大量人口将会使需求增加，他们的GDP的大幅增长率将会稳居榜首。
例如，GDP增幅第一的中国就是很好的说明。图1.10说明了中国GDP是如何在过去10年内增加了4倍。当然，中国国民的发展状况并不平均。新兴市场国家中人口的购买力还是有明显差别。然而，整体来说的趋势是显著的，并且未来的发展充满了增长潜力。在2014年，美国人均每年GDP是54 370美元，同比德国为47 774美元，这意味着新兴市场国家和工业化国家之间的差距有相当大靠拢的潜在可能性。
图1.10 2005—2016年中国国内按当前价格计算的人均生产总值（来源： IMF24）
购买力的预期增加与私人家庭支出模式的同步转变有关，私人家庭享受收入的增长从而能够把原本花在食物上的大量开销用于购买商品（图1.11）。为了达到当前收入水平14%的增幅，德国花费了约100年的时间。
在现今的新兴市场国家中，一个相当快速的发展增长率是被预期的。
在工业化国家中能看到市场增长中的差异，这些差异是和供给结构匹配的，而这些供给结构包含了越来越多的独立化需求。这就意味着相对于原本的批量化生产，大量多样化产品的增长特别迅猛。对于汽车工业，目前汽车的品种是20世纪90年代的3倍，同时产品的寿命周期也同步缩短了。
多样化相应地导致了生产中的小批量化。
这种小批量生产的结果就是使工厂的生产时间变短了，需要等待另外的工件进行转型生产。因此，现今自动化的目的是保持生产产品的高柔性，由此增加了投资的保险性。
多样化的增长趋势在工业中被广泛发掘，而且由于客户对于交货期的需求增长而愈演愈烈。由于资本投入的原因，生产库存应该最小化。从这方面来说，货品交货期变短需要把生产和客户订单直接关联。目前，技术方面的可能性需要这些改变，它使经济型生产的自动化在客户身边进行。
重申一次，这个趋势使生产的计划者和物流专家越来越多地考虑单独部件的本地化生产。为了缩短配送周期，尽管产品的复杂性在增加，但是产品的转运次数必须减少，这就要求生产需要在产品被消耗的同一个国家或者至少一片大陆之内进行。
图1.11 食品饮料和烟草在家庭消费中的比重（来源： Statistisches Bundesamt25）
本土化生产也符合未来小批量高效率生产的趋势。柔性化生产在此成为关键，它提供了新产品种类的短转变时间和快调整周期。结合其他产品制造和部件自动化的生产方式（如3D打印的工件夹具和机械手手指），越来越多的柔性化生产单元在高效小批量生产中变得可以使用。
机器人技术提供了人工和机器协作的可能性，也提供了人工工序在小批量或独立部件生产中的可能性。另外,由于经济的因素，例如有吸引力的工位设计和老员工的持续雇佣也被考虑在内。
除了配送质量以外，对于交货时间需求的投诉、对于产品生产质量需求的重要性也一直在稳步提升。这意味着确保可复制和高质量的生产是有必要的。通常来说，自动化提高了工序的功能性和产品的质量。工序性能（公差/工序散布）包括工业工序在近年急速提升。例如，如今的汽车工业，按照每百万工件计数的错误率（ppm）而不用百分比来计算了。相对而言，包含人工操作的生产工序中的错误率还是在百分比数量等级上（1%=10 000 ppm）。这是生产工艺使用自动化的一个原因，换言之，指的是排除人工直接干预。
由于传感器技术（如图像处理100%线上控制）和搬运技术的进一步发展，允许了生产工艺过程中自动化的实现。这不仅使工艺的可靠性和产品的质量得到提升，同时也有了更高的生产力和生产效率。生产工艺的自动化或自动化程度是由于工件质量而需要的一个工序安全/工序能力方面的功能，而且对于生产力和生产效率而言是必需的。
例如，汽车防抱死系统（ABS）装配线中所需要的自动化程度在全世界来说都是基本一样的。其中，生产中的工艺顺序、测试和搬运在决定最终产品质量和生产力以及生产效率等级上扮演了决定性的角色。
乘用车装配上不同的自动化程度是可行的，对于最终产品质量并没有负面影响。自动化程度在每个地方都不一样，这取决于当地工资水平、可用的框架和官方规定。从人口统计学角度来说，劳动力的壮大在自动化装配工艺中起了重要作用。保持年纪稍大的雇员的劳动力也是十分重要的，这是由于在生产当地缺少具有工作技能的人员。
对于生产质量需求的提高需要企业在新兴市场国家对机器和工厂技术进行投资，这些代表了德国高出口率的设备和工厂建设。超过3/4的德国机器生产是在海外进行。
2013年德国机械行业的贸易顺差（出口额减去进口额）曾为93亿欧元。
世界贸易总额占比16.3%使德国超过美国和中国成为了世界机械贸易方面的引领者（表1.2）。在总共32个可比较的国际区域中有16个区域，德国机械和工厂制造引领了世界市场。
表1.2 全球市场最重要的供应商国家的机械出口2013 （来源：Steib27）
德国近年来搬运技术的发展——至少从时间的角度来说——在新兴市场国家中已经不再被视作当前发展的一个例子。这些国家正面临着生产力爆发式增长的压力，并且需要强制做出改变来应对这些变化或其他失去工作岗位的风险。目前，新兴市场国家可以依靠大范围柔性自动化的生产技术。他们可以获取高度成熟的机器人及其必要的配套组件，如机械手、传感器和模块化工具。
在中国，自动化技术的销售数字在当前经济增幅下降的背景下仍然急速增长（第2章中会具体说明这些数字）。这些数字表明，对于人口持续增长、高产品质量和产品安全需求的全国经济来说，越来越高效的生产是特别有必要的。自动化技术是中国政府5年计划中的固有部分并享受政策支持和补助，其目的是平衡工资增长等级和高效生产中的标准。
总的来说，这些论点是在生产中引入自动化组件的主要驱动因素，并解释了为什么这些行业的工人正在经历如此巨大的增长和增加进一步发展的潜力。几乎在所有最重要的新兴市场国家中具有良好排名位置的全球公司都从这些发展中获益。
目前，许多项目正在使用“工业4.0”一词来指代和推广我们产品链的数字化及其提供的机会。自动化行业一直面临着在出现明确和可计算的经济原因时才实施其技术的压力。随着越来越多网络信息流的引入，对这类产品的物流过程进行人工干预变得越来越困难。自动化通常被视为实现“工业4.0”的基础要求。
从这个角度来说，一些自动化专家并不总是完全理解这种所谓的新型生产背后的炒作，因为他们多年来一直在和它打交道。
但是，问题仍然存在于在2030年我们将会面对什么样的境况，即中国等国家已经从新兴市场国家发展成为“成熟”的工业中心。我们还需要进一步提高生产力吗？市场会在某个时候变得饱和吗？在与就业有关的研究中反复提出这个问题。2013年，来自牛津马丁学院的Osborne和Frey的一项研究成为全球的头条新闻。该研究得出的结论是，美国47%的工作场所容易受到自动化的影响。随后的研究甚至未能接近同样的结果。ZEW进行的这项研究得出结论，自动化有可能取代德国全国9%～12%的工作岗位。来自Osborne和Frey的预测也被德国等国家的现存记录的低失业率的事实否决了，尽管其自动化程度比较高。
例如，尽管德国拥有世界第三位的机器人数量，但德国的雇员数量在2015年达到了4 300万的新纪录。
目前，关于就业问题的所有争论都表明，这种恐怖情景与工业化本身一样古老。在18世纪，有针对生产织机的抵抗和抗议。最终，没有任何东西可以阻止它们，高生产力的纺织机带来了长期的进步，而现在几乎没有人会想再去反对。但是，由于自动化，整个职业都会完全改变或完全消失。它将导致激进的变革，这将改变社会和我们对有收益就业的看法。“工作场所的功能化和数字化”只是质疑我们传统就业观点的流行语的一个例子。
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