智能機器人促進日用玻璃柔性制造升級

　　“機器換人”的風潮正在席卷千行百業(yè)，小小玻璃瓶背后，是一個正在興起的“智造“藍海市場。

　　我國是全球最大的玻璃生產(chǎn)和消費國，食品、飲料、化妝品、飲具、藥包材、燈具、裝飾、小家電等日用玻璃制品(簡稱“日玻”)更是與人們的生活息息相關(guān)。據(jù)中國包裝聯(lián)合會、中國日用玻璃協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2023年我國規(guī)模以上日用玻璃制造企業(yè)數(shù)量超過一千家，日用玻璃制品及玻璃包裝容器產(chǎn)量達2482.27萬噸，市場規(guī)模超過1800億元。

　　傳統(tǒng)標準化的玻璃瓶、玻璃杯產(chǎn)品最為常見，占據(jù)了日用玻璃行業(yè)大部分市場份額，但隨著人們生活水平提高和消費群體的變化，消費者對食品、飲料、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域玻璃制品的多樣化、個性化、美觀性提出了更多要求。

　　雖然我國日用玻璃行業(yè)制造企業(yè)數(shù)量眾多，但市場分散，智能制造裝備滲透率低，整體技術(shù)水平、智能化程度、產(chǎn)出效率與國際知名企業(yè)尚有較大差距。

　　尤其是中高端日用玻璃領(lǐng)域制造難度大、技術(shù)薄弱，過去許多設(shè)計精美的中高端玻璃器皿、異形瓶需要借助人力手工或機械化生產(chǎn)，存在高溫作業(yè)環(huán)境惡劣、產(chǎn)品多瑕疵、容量形體不均勻等問題，生產(chǎn)難度較大且最終良品率低。

　　人工智能、云計算、機器人、IOT、數(shù)字孿生等技術(shù)掀起全球制造業(yè)自動化、智能化的變革浪潮，日用玻璃行業(yè)正迎來轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，發(fā)展“新質(zhì)生產(chǎn)力”，提高生產(chǎn)人效比，實現(xiàn)日用玻璃制造業(yè)中高端、小批量、多規(guī)格、高質(zhì)量生產(chǎn)迫在眉睫。

　　當前日用玻璃行業(yè)已經(jīng)迎來多個創(chuàng)新技術(shù)成果，一些頭部企業(yè)掌握了長期制約日用玻璃器皿產(chǎn)業(yè)發(fā)展的部分智能制造技術(shù)，如機器人技術(shù)、感知技術(shù)、復(fù)雜制造系統(tǒng)、智能信息處理技術(shù)等。

　　隨著國產(chǎn)機器人產(chǎn)業(yè)鏈的完善，國產(chǎn)替代、機器換人的風潮正在深刻改變?nèi)沼貌Ａa(chǎn)制造行業(yè)。在玻璃從原料到成型的生產(chǎn)過程中，作業(yè)環(huán)境變量多、工藝機理復(fù)雜，對機器人的穩(wěn)定性、部署便易性、耐高溫防護、工作節(jié)拍都有相當高的要求。

　　根據(jù)實際產(chǎn)線需求，目前日用玻璃生產(chǎn)機器人主要有并聯(lián)機器人、桁架機器人、SCARA機器人、四六軸通用機器人等品類，可以應(yīng)用在配料搬運、拆袋、窯爐巡檢、熱修、模具涂油、挑料、翻料成型、分揀進窯、上下瓶、噴涂、印刷、裝箱、包裝、碼垛、倉儲物流等工藝段，覆蓋了玻璃行業(yè)熱端、冷端、深加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

　　傳統(tǒng)日用玻璃產(chǎn)線一旦啟動，需要不間斷的人力配合工作，日用玻璃生產(chǎn)機器人可以24小時工作，替代人力在高溫、油污、噪音環(huán)境下的重復(fù)工作，結(jié)合機器視覺的檢測、識別、定位技術(shù)，從生產(chǎn)前端開始保障整個生產(chǎn)線的質(zhì)量，減少玻璃制品的人為損壞和瑕疵，縮短企業(yè)產(chǎn)品交付周期。

　　作為日用玻璃制造智能化生產(chǎn)線的關(guān)鍵一環(huán)，當前日用玻璃生產(chǎn)機器人處于早期階段，不論是核心技術(shù)還是應(yīng)用工藝都需要持續(xù)迭代優(yōu)化，但其智能化發(fā)展的趨向，正在引領(lǐng)全球日用玻璃生產(chǎn)方式的變革，讓中高端日用玻璃制品的生產(chǎn)加工更為輕松便捷，滿足新時代消費者的多元化需求。

　　日用玻璃生產(chǎn)機器人 待發(fā)掘的藍海市場應(yīng)用

　　據(jù)高工機器人產(chǎn)業(yè)研究所（GGII）數(shù)據(jù)，2024年我國工業(yè)機器人出貨量30.2萬臺，汽車及零部件、3C電子、新能源這三大基本盤領(lǐng)域應(yīng)用占比超過70%。

　　日用玻璃行業(yè)是機器人下游新興的細分應(yīng)用領(lǐng)域，國內(nèi)外日用玻璃制造企業(yè)眾多，智能化、柔性化生產(chǎn)的升級需求旺盛，尤其是在食品飲料、化妝品、藥品的玻璃包裝制造領(lǐng)域，已成為全球工業(yè)機器人出貨增長的應(yīng)用新秀。

　　據(jù)高工機器人調(diào)研了解，日用玻璃領(lǐng)域工藝繁多，約有20種日用玻璃生產(chǎn)機器人可以應(yīng)用在配料、成型、退火、包裝、深加工、倉儲搬運整個產(chǎn)線中，完成拆袋、翻料、上下瓶、分揀、噴涂、印刷、上下蓋、碼垛、搬運等工藝。

　　從配料到深加工倉儲環(huán)節(jié)，在單條產(chǎn)線引入不到20臺機器人就可以替代完成約67人的工作，平均每臺機器人可以替代完成3-4人的工作，單個工廠（如2個窯爐、8條產(chǎn)線）完成智能化升級后，機器人可替代完成原有約280人的產(chǎn)出。

　　玻璃包裝容器制造工藝流程及所需機器人智能設(shè)備圖

　　從IFR（國際機器人聯(lián)合會）公布的2023年中國機器人保有量數(shù)據(jù)175.5萬來推算，當前中國工業(yè)機器人在制造業(yè)整體滲透率超過15%，而在食品飲料、日化包裝領(lǐng)域機器人滲透率不足3%，有巨大的發(fā)展前景。

　　2023年我國規(guī)模以上日用玻璃制造企業(yè)數(shù)量超過1000家，高工機器人通過行業(yè)調(diào)研及測算了解到，2023年我國日用玻璃行業(yè)機器人市場規(guī)模大約在7.8億元，國內(nèi)日用玻璃生產(chǎn)企業(yè)對機器人的需求在4000臺左右規(guī)模。

　　隨著機器人在日用玻璃行業(yè)滲透率的提升，日用玻璃制品及玻璃容器行業(yè)規(guī)模企業(yè)數(shù)量增加，智能化產(chǎn)線的更新?lián)Q代將大大提速，預(yù)計2028年中國日用玻璃生產(chǎn)機器人市場規(guī)?？蛇_19.85億元，全球日用玻璃生產(chǎn)機器人市場規(guī)?？蛇_141.6億元。

　　圍繞日用玻璃制造的核心生產(chǎn)工藝，已有多個型號的日用玻璃生產(chǎn)機器人成功問市并進廠應(yīng)用，但該領(lǐng)域整體技術(shù)壁壘高，下游客戶分散滲透率較低，傳統(tǒng)機器人產(chǎn)業(yè)鏈集成商少有涉足，目前日用玻璃生產(chǎn)機器人多為日用玻璃行業(yè)設(shè)備商在做，市場成熟度仍處于萌芽期。

　　當前日用玻璃機器人廠商的產(chǎn)品大多集中在冷端生產(chǎn)的上下料、碼垛、搬運等單個工藝，少部分廠商可覆蓋成型端、熱端、冷端、后端全生產(chǎn)流程的多種工藝。

　　如湖北楚大智能開發(fā)了翻料機器人、無序分揀機器人、噴涂上下瓶機器人、烤花爐上下瓶機器人、碼垛機器人等十余種機器人應(yīng)用，覆蓋工藝段較廣；上海順章研發(fā)了挑料、器皿上下料機器人；瑞士布赫埃姆哈特（Bucher Emhart Glass）、德國海葉（HEYE）、山東三江智能等推出了成型端涂油機器人；德國麥斯凱包裝（MSK）、意大利All Glass、杭州永創(chuàng)智能、江蘇斯泰克等公司推出了冷端碼垛機器人。

　　從機器人相關(guān)產(chǎn)品的營收規(guī)模和出貨情況來看，楚大智能為該細分領(lǐng)域的龍頭企業(yè)，已在日用玻璃生產(chǎn)線布局多款智能機器人產(chǎn)品。

　　從日用玻璃生產(chǎn)線的制造工藝應(yīng)用情況來看，機器人在玻璃制品質(zhì)量一致性、生產(chǎn)效率提升、高溫環(huán)境適應(yīng)性、多品種混線生產(chǎn)等層面具有獨特優(yōu)勢。

　　在玻璃瓶罐成型階段，翻料機器人可以替代傳統(tǒng)人工將高溫初模料胚進行取、揉、翻、放的操作，實現(xiàn)無夾持環(huán)玻璃瓶的高度一致性生產(chǎn)，解放人工勞動力在該高溫環(huán)節(jié)的高強度重復(fù)作業(yè)。

　　涂油機器人可以在成型階段實現(xiàn)對初模、口模的飛涂，替代完成原本人力在8小時內(nèi)約700次的涂油動作，在節(jié)約涂料用量的同時，能夠確保涂油效果的一致性，減少不良品，降低油灰產(chǎn)生，延長模具使用壽命。如三金玻璃（埃姆哈特）開發(fā)的涂油機器人，可以讓工廠從原有3條產(chǎn)線9位工人高強度的涂油工作，變成機器自動化精準涂油作業(yè)。

　　在熱端生產(chǎn)中，機器人末端執(zhí)行器需要在高溫環(huán)境完成抓取工作，其結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計、耐高溫性、材料強度都有極高要求。如上海順章采用ABB的玻璃挑料手機器人方案，可以將融化的液體玻璃從熔窯中分等重取出。

　　在熱端無序分揀環(huán)節(jié)，機器人可以在200℃~300℃退火爐的爐口高溫環(huán)境下，代替人工完成對多種瓶罐的分揀作業(yè)。像楚大智能定制開發(fā)的耐高溫雙機版本無序分揀機器人，結(jié)合機器視覺技術(shù)，可以實現(xiàn)上料、分揀多重功能。

　　在玻璃瓶罐深加工階段，烤花爐上下料機器人可以完全替代人工精準完成抓取、放置、上蓋、下蓋的操作。

　　在冷端堆碼垛和包裝階段，憑借機器識別和運動控制技術(shù)，堆碼垛機器人可以實現(xiàn)對玻璃容器高強度、快節(jié)拍的自動堆垛、碼垛、搬運、裝箱等復(fù)雜組合任務(wù)。

　　GGII數(shù)據(jù)顯示，2023年我國工業(yè)機器人應(yīng)用市場中，用于搬運碼垛、上下料的工藝應(yīng)用的機器人占比超過60%，日用玻璃產(chǎn)線機器人的智能化應(yīng)用也大多集中在該領(lǐng)域，具備廣闊的市場認知度和細分應(yīng)用前景。

　　技術(shù)攻堅突破 從單線智能到智能工廠

　　日用玻璃行業(yè)生產(chǎn)智能化、中高端產(chǎn)品升級的需求迫切，但機器人細分市場應(yīng)用處于早期階段，在市場觀念教育、產(chǎn)品易用性、工廠智能化需求洞察、工藝優(yōu)化迭代、痛點難點技術(shù)壁壘攻堅等領(lǐng)域仍有一段路要走。

　　從技術(shù)層面，日用玻璃生產(chǎn)智能機器人只有攻克這幾個核心難點才算“入門” 。

　　第一是耐高溫性，熱端的機器人本體和配套夾具要具備在200℃~300℃高溫環(huán)境下工作能力，具備高防護性、高穩(wěn)定性，在有限空間里還要容易部署，對機體自重、負載重量、器具材料均有要求。

　　第二，在機器人的工作節(jié)拍上，需要高機速運動控制和產(chǎn)線統(tǒng)籌能力，確保制瓶設(shè)備和機器人在上下料、分揀、搬運、噴涂等工藝中運行節(jié)拍協(xié)調(diào)一致。

　　第三是視覺識別技術(shù)，不同品種的玻璃瓶混線生產(chǎn)，瓶體大小、顏色變化、環(huán)境光強弱、高度差等因素均會影響視覺識別的結(jié)果，需要對算法程序持續(xù)優(yōu)化，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)。

　　最后就是需要具備對日用玻璃生產(chǎn)線過程中不同工藝段的理解積累，實現(xiàn)與多種自動化設(shè)備的配合互通，具備長時間高度穩(wěn)定的工作能力，滿足玻璃制造廠商的個性化需求。

　　從技術(shù)發(fā)展方向來看，日用玻璃制品的中高端、定制化、柔性化生產(chǎn)技術(shù)亟待提升，制造企業(yè)降本增效需求增加，勢必會給日用玻璃制造廠商帶來更為深刻的生產(chǎn)方式變革。

　　從單個工藝的自動化生產(chǎn)，到整個生產(chǎn)線的智能化以及全生產(chǎn)工序的質(zhì)量檢測，再到整個工廠的生產(chǎn)情況可視化、數(shù)據(jù)化，是日用玻璃行業(yè)未來演進的方向。

　　將機器人與視覺技術(shù)深度融合，提升作業(yè)精度，攻克更多工藝產(chǎn)線的機器換人方案，完成整體產(chǎn)能效率的提升，仍然是現(xiàn)階段亟待攻克的目標。

　　以行業(yè)頭部企業(yè)楚大智能為例，楚大智能正在研發(fā)更高效率的融合技術(shù)，包括行業(yè)定制機器人、高速混合機器人、智能視覺檢測等，滿足產(chǎn)能≥6000個/小時的玻璃瓶上下瓶、拆垛、碼垛等工藝要求，通過攻克更多生產(chǎn)流程的核心工藝，推動行業(yè)進一步邁向自動化和智能化生產(chǎn)。

　　作為一個新興應(yīng)用市場，日用玻璃行業(yè)的復(fù)雜工藝和生產(chǎn)特性，對機器人相關(guān)技術(shù)提出了更高的要求。而在日用玻璃產(chǎn)品的生產(chǎn)工序之外，機器人的運動控制、視覺檢測等底層技術(shù)同樣適用于其他行業(yè)，如在食品、3C電子、汽車零部件等行業(yè)的搬運、包裝、碼垛、檢測等柔性生產(chǎn)應(yīng)用中，同樣具備廣闊的市場遷移前景。

　　不論是在日用玻璃行業(yè)還是其他千行百業(yè)中，立足機器人核心技術(shù)，積累柔性生產(chǎn)的解決方案經(jīng)驗，推動從單個產(chǎn)線智能到多工序、全流程的智能工廠，是所有智能制造企業(yè)的使命和愿景，在機器人創(chuàng)新技術(shù)的迭代中，日用玻璃制造行業(yè)的智能化藍圖終將實現(xiàn)，路雖遠，行則將至。（文/高工機器人）

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