3C電子，即計(jì)算機(jī)（Computer）、通信（Communication）和消費(fèi)類電子產(chǎn)品（ConsumerElectronics）的統(tǒng)稱。在這些產(chǎn)品中，市場(chǎng)容量最大、用戶更換頻繁最快的產(chǎn)品要算是手機(jī)通訊類。根據(jù)中國(guó)信息通訊研究院近期發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，今年1-7月國(guó)內(nèi)手機(jī)市場(chǎng)的總體出貨量為2.82億部，且4G手機(jī)占到絕大多數(shù)市場(chǎng)份額（圖1）。

圖12016年7月至2017年7月國(guó)內(nèi)手機(jī)出貨量情況

    近兩年來(lái)，3C電子行業(yè)發(fā)展迅速，這一市場(chǎng)不僅引來(lái)國(guó)外企業(yè)的周密布防，而且也讓國(guó)內(nèi)眾多行業(yè)企業(yè)有了新的機(jī)會(huì)。以最火的手機(jī)行業(yè)為例，目前我國(guó)手機(jī)制造巨頭當(dāng)屬富士康、華為等，他們有意投入更多智能化制造設(shè)備，但由于手機(jī)等產(chǎn)品本身的周期屬性和生產(chǎn)工藝要求，現(xiàn)有的一些設(shè)備難以全面的、完整的、高性價(jià)比的替代人工，因此，在3C電子行業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用、改造潛力巨大，有很大的提升空間。

應(yīng)用現(xiàn)狀：機(jī)遇與挑戰(zhàn)

    我國(guó)3C電子產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化需求主要在部件加工，如玻璃面板、手機(jī)殼、PCB等功能性元件的制造；裝配和檢測(cè)；部件貼標(biāo)、整機(jī)貼標(biāo)等方面。現(xiàn)狀是部件自動(dòng)加工，且都是小部分自動(dòng)化，部分工序仍為全人工。于全球而言，我國(guó)在3C領(lǐng)域的自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

    以手機(jī)通訊為例，手機(jī)生產(chǎn)分為貼片、測(cè)試、組裝3大環(huán)節(jié)，共80多道工序。每一道工序?qū)τ谏a(chǎn)環(huán)境要求都很高，所以車間有溫濕度、靜電防護(hù)等設(shè)備。以深圳市為例，其電子制造公司每日產(chǎn)能可以以百萬(wàn)計(jì)算，這就有引入自動(dòng)化設(shè)備的基礎(chǔ)。而包括一些手機(jī)外殼、玻璃、蓋板在內(nèi)的零部件制造技術(shù)，其工藝和設(shè)備都相當(dāng)成熟，有很高的自動(dòng)化發(fā)展的可能性和可操作性，整體而言，目前在整個(gè)電子產(chǎn)品的組裝環(huán)節(jié)自動(dòng)化程度較低，3C電子行業(yè)的自動(dòng)化目前還停留在單站階段。

    市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的變化促使3C電子廠商生產(chǎn)效率的革新，以便快速的響應(yīng)市場(chǎng)變化以及產(chǎn)品更新，實(shí)現(xiàn)更高效能的生產(chǎn)制造能力，更高品質(zhì)的產(chǎn)品管理質(zhì)量控制。敏捷制造、柔性制造、精益制造成為3C電子生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展方向。這對(duì)自動(dòng)化設(shè)備廠商提出了要求，包括伺服、運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)機(jī)器人等產(chǎn)品及系統(tǒng)的發(fā)展方向和制造趨勢(shì)必須是高精度、高柔性化、高可靠。

手機(jī)制造自動(dòng)化過(guò)程的難點(diǎn)

    手機(jī)制造自動(dòng)化是行業(yè)發(fā)展的必然，新型自動(dòng)化設(shè)備成為關(guān)注的重點(diǎn)。然而，對(duì)于手機(jī)廠商而言，自動(dòng)化運(yùn)用過(guò)程中遭遇的難點(diǎn)和成本問(wèn)題通常需要設(shè)備提供商加以重視和解決。

    目前，手機(jī)產(chǎn)品的絲網(wǎng)印刷、手機(jī)蓋板、精雕機(jī)、CNC等設(shè)備開(kāi)始增加上下料環(huán)節(jié)，逐步形成全自動(dòng)工作站形式，但并沒(méi)有形成全自動(dòng)化的流水作業(yè)。帶自動(dòng)化檢測(cè)，上下料的設(shè)備，毛利空間非常大。

    這些工序的難點(diǎn)在于所有自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)想都是設(shè)備商廠家的想法，使用廠家如藍(lán)思科技、伯恩光學(xué)、歐菲光等企業(yè)很少參與，或使用廠家提出要求，設(shè)備廠家做改良。其次，精雕、CNC與絲網(wǎng)印刷設(shè)備的設(shè)備技術(shù)跨度大，大家都在做一個(gè)環(huán)節(jié)，很少連貫思考整個(gè)生產(chǎn)流程，而懂整個(gè)生產(chǎn)流程的人，又不太懂設(shè)備。

手機(jī)產(chǎn)業(yè)對(duì)運(yùn)控產(chǎn)品的采購(gòu)特點(diǎn)

    總結(jié)近兩年手機(jī)行業(yè)對(duì)伺服、運(yùn)控產(chǎn)品的采購(gòu)時(shí)間規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)，以蘋(píng)果手機(jī)為例，蘋(píng)果兩年一大代，一年一小代，外觀設(shè)備都有變化，設(shè)備2年一淘汰。為蘋(píng)果手機(jī)做設(shè)備的廠家，東莞、深圳就有很多，每年9月份對(duì)設(shè)備的改造會(huì)有一個(gè)基本的框架。通過(guò)富士康開(kāi)始做原型機(jī)和樣機(jī)，在來(lái)年3月份會(huì)對(duì)這些原型機(jī)和樣機(jī)做測(cè)試，在測(cè)試的過(guò)程中會(huì)對(duì)這些產(chǎn)品有所改進(jìn)；4、5月份設(shè)備基本定型，定型后設(shè)備制作商要開(kāi)始下單、采購(gòu)，比較集中的是8、9月份完成。

    針對(duì)手機(jī)本體，目前對(duì)運(yùn)控產(chǎn)品及系統(tǒng)需求量較大的加工環(huán)節(jié)包括：第一是顯示屏，顯示屏由觸摸板和液晶顯示構(gòu)成；第二是主板，主板是電路板，然后是攝像頭、電池、外殼、結(jié)構(gòu)件（鋁合金制成）等附件，以及后段的組裝和測(cè)試環(huán)節(jié)。這里邊任何一部分拿出來(lái)都是一大塊產(chǎn)業(yè)，顯示屏是一個(gè)部件，拆開(kāi)后又由很多小部件組成，又是不同的產(chǎn)業(yè)鏈，很多產(chǎn)業(yè)都是重疊的，比如電池有正極膜、負(fù)極膜、電解液、隔離膜行業(yè)等等。隨著近期新型智能手機(jī)性能的逐漸升級(jí)，例如大量運(yùn)用3D曲線玻璃等新技術(shù)，使得在手機(jī)生產(chǎn)的加工過(guò)程對(duì)高精度伺服、運(yùn)控產(chǎn)品和自動(dòng)化機(jī)器人系統(tǒng)的需求逐年加大。

    另外，在手機(jī)電池部分，手機(jī)的一塊鋰電池有正極負(fù)極、正負(fù)極膜、正負(fù)極隔離膜，需要多大的電池就用多寬的膜。繞完成型的電池之后再用殼包起來(lái)，一般的殼是鋁質(zhì)比較多，而為了讓電池性能更好，還需要做干燥，讓電池的性能更好，壽命更長(zhǎng)。在鋰電池生產(chǎn)的過(guò)程中，電池卷繞對(duì)運(yùn)控系統(tǒng)的需求量非常大，廠商采購(gòu)回來(lái)的膜是標(biāo)準(zhǔn)的，但實(shí)際上不同品牌和型號(hào)的電池形狀有大有小，在卷繞之前有制片的過(guò)程，早期的卷繞機(jī)和制片機(jī)是分開(kāi)的，但現(xiàn)在很多廠家把卷繞和制片合為同一個(gè)機(jī)器，一次加工成型。此外，電池生產(chǎn)出來(lái)之后的包裝、印刷、檢測(cè)環(huán)節(jié)也需要用到大量的運(yùn)控產(chǎn)品。

手機(jī)行業(yè)對(duì)運(yùn)控系統(tǒng)的技術(shù)需求趨勢(shì)

    今年9月初，蘋(píng)果馬上要推出新一代的iPhone8機(jī)型，它的外觀越來(lái)越好看，工藝越來(lái)越精良，材料也越來(lái)越好。換言之，當(dāng)產(chǎn)品已經(jīng)成了快銷品了，消費(fèi)者對(duì)其要求越來(lái)越高，生產(chǎn)者就要做到消費(fèi)者的心坎里，要符合消費(fèi)者要求，滿足市場(chǎng)。落實(shí)到工廠就是自動(dòng)化設(shè)備要越來(lái)越智能化，生產(chǎn)效率要越來(lái)越高。從加工的角度來(lái)講，對(duì)精度的要求也越來(lái)越高，這些條件累加到一起，最終導(dǎo)致對(duì)伺服、運(yùn)控產(chǎn)品的要求為：高速、高精度、高可靠性，同時(shí)對(duì)設(shè)備的柔性化要求也越來(lái)越高。

    首先，組裝環(huán)節(jié)的要求越來(lái)越智能化。例如，手機(jī)組裝用到的螺絲非常小，需要高精度的打螺絲機(jī)，高精度的打螺絲機(jī)目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)還不成熟。要做到高精度首先一點(diǎn)是要做好力矩控制，要能很精確地調(diào)整好力矩。從現(xiàn)階段實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)講，富士康用的還是人工流水線，雖然富士康說(shuō)要引進(jìn)機(jī)器人，但還不能完全用機(jī)器人代替。這并不是資金的問(wèn)題，而是產(chǎn)品更新?lián)Q代比較快，很多產(chǎn)品不到一兩年就要更新，廠家要求細(xì)化生產(chǎn)，很難找到高水平的應(yīng)用工程師，因此很多設(shè)備都還是人工流水線，屬于半自動(dòng)化生產(chǎn)線。

    另一方面，手機(jī)是無(wú)線產(chǎn)品，這里涉及到關(guān)于輻射的問(wèn)題，做工優(yōu)良的手機(jī)會(huì)將輻射框固定在手機(jī)內(nèi)部。那么這種操作怎么做到呢？很多人都知道有一種機(jī)器叫點(diǎn)膠機(jī)，點(diǎn)膠機(jī)根據(jù)手機(jī)的形狀繞，點(diǎn)一圈電磁屏蔽硅膠，以屏蔽輻射。現(xiàn)在的智能手機(jī)具有更大的屏占比，手機(jī)邊框越來(lái)越窄，對(duì)于窄邊框的手機(jī)組裝就提出了更高的要求，需要點(diǎn)膠機(jī)能夠拉出超細(xì)的線寬且線條均勻、一致，膠條不能大小頭、斷膠、拉絲等。為了達(dá)到這些工藝要求，在全自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)導(dǎo)軌部分需要用到精密馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般三軸的會(huì)有三個(gè)精密馬達(dá)，而四軸和雙Y點(diǎn)膠機(jī)會(huì)有四個(gè)精密馬達(dá)，每一個(gè)精密馬達(dá)都會(huì)有一個(gè)馬達(dá)控制器，控制器和馬達(dá)的配合才能完成導(dǎo)軌的精密控制。此外，在點(diǎn)膠機(jī)的“大腦”——點(diǎn)膠控制系統(tǒng)中，也要能夠高精度地接收點(diǎn)膠指令并控制整臺(tái)點(diǎn)膠機(jī)的運(yùn)行。

    就市場(chǎng)占有率而言，在3C電子制造行業(yè)的伺服、運(yùn)控系統(tǒng)應(yīng)用中，目前以日系品牌為主，例如松下、安川、三菱、富士電機(jī)等。一方面，這些廠商在技術(shù)上有一定的優(yōu)勢(shì)，如伺服系統(tǒng)一般都具有諧波濾波、振動(dòng)抑制、參數(shù)自診定等高品質(zhì)功能，且產(chǎn)品的性價(jià)比也較佳；另外，這些品牌在通用市場(chǎng)上本身已有較高的占有率，有一定的生產(chǎn)規(guī)模，因此能夠滿足手機(jī)行業(yè)較短的供貨周期要求。

    值得一提的是，手機(jī)產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化分工越來(lái)越細(xì)。全局化的人才及模式對(duì)設(shè)備商和手機(jī)廠家都不現(xiàn)實(shí)，專業(yè)事情交給專業(yè)人士來(lái)做，設(shè)備廠商的技術(shù)進(jìn)步將會(huì)推動(dòng)手機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的自動(dòng)化進(jìn)程。例如，部分原來(lái)的手機(jī)產(chǎn)業(yè)供應(yīng)商也在進(jìn)行機(jī)器人的研發(fā)和生產(chǎn)，他們憑借自己對(duì)手機(jī)制造工藝的了解，能夠更加精準(zhǔn)地推出相應(yīng)的機(jī)器人設(shè)備，從而滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。

工業(yè)機(jī)器人在手機(jī)智能制造中的應(yīng)用前景

    目前，3C電子制造行業(yè)面臨著多重考驗(yàn)，一方面來(lái)自于產(chǎn)品本身的要求，另一方面來(lái)自于生產(chǎn)線的員工挑戰(zhàn)。3C電子產(chǎn)品尤其是手機(jī)產(chǎn)品對(duì)于精細(xì)的要求日益增加：1、零件體積小,大部分零件都是毫米級(jí)；2、零件不規(guī)則,零件不規(guī)則(攝像頭，排線等)；3、產(chǎn)品樣式多,產(chǎn)品系列眾多；4、更新周期快,一臺(tái)專用設(shè)備可能只用幾個(gè)月就無(wú)法適用新產(chǎn)品；5、外觀要求高,表面不能細(xì)微劃痕；6、速度要求高,生產(chǎn)效率對(duì)手機(jī)制造相當(dāng)重要；7、故障率要求低,發(fā)生故障將導(dǎo)致全線停產(chǎn)等。此外，生產(chǎn)線熟練工人短缺,技術(shù)工人短缺，技術(shù)不熟練；品質(zhì)管控難,生產(chǎn)效率把控存在不確定性；發(fā)生故障將導(dǎo)致全線停產(chǎn)；工人情緒化,重復(fù)性工作，怠工等因素將影響產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。

    因此，自動(dòng)化是發(fā)展趨勢(shì)。不過(guò)目前，3C電子生產(chǎn)線的很多工序仍由人工完成，人工所占比例依然很高，另外自動(dòng)化專用設(shè)備大量使用，更換產(chǎn)品專用設(shè)備可能失去價(jià)值，現(xiàn)階段只有從部分工序開(kāi)始導(dǎo)入機(jī)器人，且大部分機(jī)器人用來(lái)做搬運(yùn)和上下料。

    在3C電子制造行業(yè)，機(jī)器人的應(yīng)用種類有大概四種，一種是直角坐標(biāo)為代表的模塊化機(jī)器人，一種是SCARA4軸關(guān)節(jié)機(jī)器人，一種是傳統(tǒng)六軸機(jī)器人，最后一種是雙臂機(jī)器人?，F(xiàn)階段，直角坐標(biāo)機(jī)器人應(yīng)用比例最高，產(chǎn)品性能較為穩(wěn)定。不同類型的機(jī)器人均有不同的應(yīng)用范圍，但針對(duì)3C電子尤其是手機(jī)制造而言，直角坐標(biāo)機(jī)器人現(xiàn)階段更具針對(duì)性。直角坐標(biāo)機(jī)器人是模塊化的初級(jí)階段，由X，Y，Z三軸直交組合而成。其優(yōu)點(diǎn)是可由單軸模組快速組合和重構(gòu)；算法簡(jiǎn)單，通常通過(guò)直線差補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)即可實(shí)現(xiàn)空間曲線和軌跡；精度高，成本低，可直接嫁接到自動(dòng)化設(shè)備和生產(chǎn)線中。

    同時(shí)，它的缺點(diǎn)是本體結(jié)構(gòu)缺乏柔性，空間利用率低；工作死角區(qū)域大，狹小空間無(wú)法進(jìn)入，容易與周圍物體發(fā)生干涉和碰撞；行程變更難度大，不可逆轉(zhuǎn)。

    比直角坐標(biāo)機(jī)器人更為高級(jí)的是可擴(kuò)展串聯(lián)機(jī)器人，它一般由四到六個(gè)關(guān)節(jié)模塊組成，臂長(zhǎng)可以調(diào)節(jié)或更換。其優(yōu)點(diǎn)包括可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要選擇軸數(shù)和調(diào)節(jié)臂長(zhǎng)；空間利用率高，可深入狹小空間；本體輕型化后，比傳統(tǒng)機(jī)器人更為輕便。

機(jī)器人在3C領(lǐng)域的開(kāi)展面臨的問(wèn)題

    隨著中國(guó)市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的接受度和應(yīng)用范圍擴(kuò)大，我國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)潛力無(wú)窮，3C電子行業(yè)以產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)贏得世界矚目。據(jù)悉，我國(guó)3C產(chǎn)業(yè)有超過(guò)2000萬(wàn)的產(chǎn)業(yè)工人，如果以機(jī)器人替代人工，可想而知，我國(guó)3C電子產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化市場(chǎng)有多大。以華碩為例，員工10萬(wàn)人，起碼有1萬(wàn)人是在生產(chǎn)線上打螺絲，每條生產(chǎn)線上面有10-20個(gè)工位是打螺絲。如果用SCARA機(jī)器人打螺絲，人工替代空間會(huì)非常大。

    在這樣的背景下，機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備紛紛將目光投注在3C電子產(chǎn)業(yè)，隨之，3C領(lǐng)域的自動(dòng)化運(yùn)用逐漸成熟，但同時(shí)面臨的問(wèn)題也不斷顯現(xiàn)，提出的要求也更加具體（如下圖）。