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    3C電子，即計算機（Computer）、通信（Communication）和消費類電子產品（ConsumerElectronics）的統稱。在這些產品中，市場容量最大、用戶更換頻繁最快的產品要算是手機通訊類。根據中國信息通訊研究院近期發布的統計數據顯示，今年1-7月國內手機市場的總體出貨量為2.82億部，且4G手機占到絕大多數市場份額（圖1）。

圖12016年7月至2017年7月國內手機出貨量情況

    近兩年來，3C電子行業發展迅速，這一市場不僅引來國外企業的周密布防，而且也讓國內眾多行業企業有了新的機會。以最火的手機行業為例，目前我國手機制造巨頭當屬富士康、華為等，他們有意投入更多智能化制造設備，但由于手機等產品本身的周期屬性和生產工藝要求，現有的一些設備難以全面的、完整的、高性價比的替代人工，因此，在3C電子行業自動化的應用、改造潛力巨大，有很大的提升空間。

應用現狀：機遇與挑戰

    我國3C電子產業的自動化需求主要在部件加工，如玻璃面板、手機殼、PCB等功能性元件的制造；裝配和檢測；部件貼標、整機貼標等方面。現狀是部件自動加工，且都是小部分自動化，部分工序仍為全人工。于全球而言，我國在3C領域的自動化設備應用還遠遠不夠。

    以手機通訊為例，手機生產分為貼片、測試、組裝3大環節，共80多道工序。每一道工序對于生產環境要求都很高，所以車間有溫濕度、靜電防護等設備。以深圳市為例，其電子制造公司每日產能可以以百萬計算，這就有引入自動化設備的基礎。而包括一些手機外殼、玻璃、蓋板在內的零部件制造技術，其工藝和設備都相當成熟，有很高的自動化發展的可能性和可操作性，整體而言，目前在整個電子產品的組裝環節自動化程度較低，3C電子行業的自動化目前還停留在單站階段。

    市場競爭的變化促使3C電子廠商生產效率的革新，以便快速的響應市場變化以及產品更新，實現更高效能的生產制造能力，更高品質的產品管理質量控制。敏捷制造、柔性制造、精益制造成為3C電子生產企業的發展方向。這對自動化設備廠商提出了要求，包括伺服、運動控制、工業機器人等產品及系統的發展方向和制造趨勢必須是高精度、高柔性化、高可靠。

手機制造自動化過程的難點

    手機制造自動化是行業發展的必然，新型自動化設備成為關注的重點。然而，對于手機廠商而言，自動化運用過程中遭遇的難點和成本問題通常需要設備提供商加以重視和解決。

    目前，手機產品的絲網印刷、手機蓋板、精雕機、CNC等設備開始增加上下料環節，逐步形成全自動工作站形式，但并沒有形成全自動化的流水作業。帶自動化檢測，上下料的設備，毛利空間非常大。

    這些工序的難點在于所有自動化設備的設想都是設備商廠家的想法，使用廠家如藍思科技、伯恩光學、歐菲光等企業很少參與，或使用廠家提出要求，設備廠家做改良。其次，精雕、CNC與絲網印刷設備的設備技術跨度大，大家都在做一個環節，很少連貫思考整個生產流程，而懂整個生產流程的人，又不太懂設備。

手機產業對運控產品的采購特點

    總結近兩年手機行業對伺服、運控產品的采購時間規律，可以發現，以蘋果手機為例，蘋果兩年一大代，一年一小代，外觀設備都有變化，設備2年一淘汰。為蘋果手機做設備的廠家，東莞、深圳就有很多，每年9月份對設備的改造會有一個基本的框架。通過富士康開始做原型機和樣機，在來年3月份會對這些原型機和樣機做測試，在測試的過程中會對這些產品有所改進；4、5月份設備基本定型，定型后設備制作商要開始下單、采購，比較集中的是8、9月份完成。

    針對手機本體，目前對運控產品及系統需求量較大的加工環節包括：第一是顯示屏，顯示屏由觸摸板和液晶顯示構成；第二是主板，主板是電路板，然后是攝像頭、電池、外殼、結構件（鋁合金制成）等附件，以及后段的組裝和測試環節。這里邊任何一部分拿出來都是一大塊產業，顯示屏是一個部件，拆開后又由很多小部件組成，又是不同的產業鏈，很多產業都是重疊的，比如電池有正極膜、負極膜、電解液、隔離膜行業等等。隨著近期新型智能手機性能的逐漸升級，例如大量運用3D曲線玻璃等新技術，使得在手機生產的加工過程對高精度伺服、運控產品和自動化機器人系統的需求逐年加大。

    另外，在手機電池部分，手機的一塊鋰電池有正極負極、正負極膜、正負極隔離膜，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，一般的殼是鋁質比較多，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。在鋰電池生產的過程中，電池卷繞對運控系統的需求量非常大，廠商采購回來的膜是標準的，但實際上不同品牌和型號的電池形狀有大有小，在卷繞之前有制片的過程，早期的卷繞機和制片機是分開的，但現在很多廠家把卷繞和制片合為同一個機器，一次加工成型。此外，電池生產出來之后的包裝、印刷、檢測環節也需要用到大量的運控產品。

手機行業對運控系統的技術需求趨勢

    今年9月初，蘋果馬上要推出新一代的iPhone8機型，它的外觀越來越好看，工藝越來越精良，材料也越來越好。換言之，當產品已經成了快銷品了，消費者對其要求越來越高，生產者就要做到消費者的心坎里，要符合消費者要求，滿足市場。落實到工廠就是自動化設備要越來越智能化，生產效率要越來越高。從加工的角度來講，對精度的要求也越來越高，這些條件累加到一起，最終導致對伺服、運控產品的要求為：高速、高精度、高可靠性，同時對設備的柔性化要求也越來越高。

    首先，組裝環節的要求越來越智能化。例如，手機組裝用到的螺絲非常小，需要高精度的打螺絲機，高精度的打螺絲機目前國內的技術還不成熟。要做到高精度首先一點是要做好力矩控制，要能很精確地調整好力矩。從現階段實際生產現場來講，富士康用的還是人工流水線，雖然富士康說要引進機器人，但還不能完全用機器人代替。這并不是資金的問題，而是產品更新換代比較快，很多產品不到一兩年就要更新，廠家要求細化生產，很難找到高水平的應用工程師，因此很多設備都還是人工流水線，屬于半自動化生產線。

    另一方面，手機是無線產品，這里涉及到關于輻射的問題，做工優良的手機會將輻射框固定在手機內部。那么這種操作怎么做到呢？很多人都知道有一種機器叫點膠機，點膠機根據手機的形狀繞，點一圈電磁屏蔽硅膠，以屏蔽輻射。現在的智能手機具有更大的屏占比，手機邊框越來越窄，對于窄邊框的手機組裝就提出了更高的要求，需要點膠機能夠拉出超細的線寬且線條均勻、一致，膠條不能大小頭、斷膠、拉絲等。為了達到這些工藝要求，在全自動點膠機導軌部分需要用到精密馬達來驅動，一般三軸的會有三個精密馬達，而四軸和雙Y點膠機會有四個精密馬達，每一個精密馬達都會有一個馬達控制器，控制器和馬達的配合才能完成導軌的精密控制。此外，在點膠機的“大腦”——點膠控制系統中，也要能夠高精度地接收點膠指令并控制整臺點膠機的運行。

    就市場占有率而言，在3C電子制造行業的伺服、運控系統應用中，目前以日系品牌為主，例如松下、安川、三菱、富士電機等。一方面，這些廠商在技術上有一定的優勢，如伺服系統一般都具有諧波濾波、振動抑制、參數自診定等高品質功能，且產品的性價比也較佳；另外，這些品牌在通用市場上本身已有較高的占有率，有一定的生產規模，因此能夠滿足手機行業較短的供貨周期要求。

    值得一提的是，手機產業的自動化分工越來越細。全局化的人才及模式對設備商和手機廠家都不現實，專業事情交給專業人士來做，設備廠商的技術進步將會推動手機產業鏈的自動化進程。例如，部分原來的手機產業供應商也在進行機器人的研發和生產，他們憑借自己對手機制造工藝的了解，能夠更加精準地推出相應的機器人設備，從而滿足自動化生產的需要。

工業機器人在手機智能制造中的應用前景

    目前，3C電子制造行業面臨著多重考驗，一方面來自于產品本身的要求，另一方面來自于生產線的員工挑戰。3C電子產品尤其是手機產品對于精細的要求日益增加：1、零件體積小,大部分零件都是毫米級；2、零件不規則,零件不規則(攝像頭，排線等)；3、產品樣式多,產品系列眾多；4、更新周期快,一臺專用設備可能只用幾個月就無法適用新產品；5、外觀要求高,表面不能細微劃痕；6、速度要求高,生產效率對手機制造相當重要；7、故障率要求低,發生故障將導致全線停產等。此外，生產線熟練工人短缺,技術工人短缺，技術不熟練；品質管控難,生產效率把控存在不確定性；發生故障將導致全線停產；工人情緒化,重復性工作，怠工等因素將影響產品的生產制造。

    因此，自動化是發展趨勢。不過目前，3C電子生產線的很多工序仍由人工完成，人工所占比例依然很高，另外自動化專用設備大量使用，更換產品專用設備可能失去價值，現階段只有從部分工序開始導入機器人，且大部分機器人用來做搬運和上下料。

    在3C電子制造行業，機器人的應用種類有大概四種，一種是直角坐標為代表的模塊化機器人，一種是SCARA4軸關節機器人，一種是傳統六軸機器人，最后一種是雙臂機器人。現階段，直角坐標機器人應用比例最高，產品性能較為穩定。不同類型的機器人均有不同的應用范圍，但針對3C電子尤其是手機制造而言，直角坐標機器人現階段更具針對性。直角坐標機器人是模塊化的初級階段，由X，Y，Z三軸直交組合而成。其優點是可由單軸模組快速組合和重構；算法簡單，通常通過直線差補和圓弧插補即可實現空間曲線和軌跡；精度高，成本低，可直接嫁接到自動化設備和生產線中。

    同時，它的缺點是本體結構缺乏柔性，空間利用率低；工作死角區域大，狹小空間無法進入，容易與周圍物體發生干涉和碰撞；行程變更難度大，不可逆轉。

    比直角坐標機器人更為高級的是可擴展串聯機器人，它一般由四到六個關節模塊組成，臂長可以調節或更換。其優點包括可根據現場需要選擇軸數和調節臂長；空間利用率高，可深入狹小空間；本體輕型化后，比傳統機器人更為輕便。

機器人在3C領域的開展面臨的問題

    隨著中國市場對機器人的接受度和應用范圍擴大，我國機器人市場潛力無窮，3C電子行業以產業集群效應贏得世界矚目。據悉，我國3C產業有超過2000萬的產業工人，如果以機器人替代人工，可想而知，我國3C電子產業的自動化市場有多大。以華碩為例，員工10萬人，起碼有1萬人是在生產線上打螺絲，每條生產線上面有10-20個工位是打螺絲。如果用SCARA機器人打螺絲，人工替代空間會非常大。

    在這樣的背景下，機器人等自動化設備紛紛將目光投注在3C電子產業，隨之，3C領域的自動化運用逐漸成熟，但同時面臨的問題也不斷顯現，提出的要求也更加具體（如下圖）。