机器人本体机械工程师是种怎样的体验？

最近，有网友问我机器人本体设计这块就业情况怎样，工作境况如何？回想起来，也有不少人问过我类似的问题。与他们交流后，我发现确实有不少人，包括其他专业的人和本专业的新人，对这个职位的认知还是比较浅显的。认知是价值认同的前提。作为一名从事机器人本体设计十余年的机械工程师，我觉得有必要普及一下这方面的认知，同时也可与同行分享感悟。当我静下心来梳理思路，发现在当前国内的职场环境下机器人机械工程师的工作内容被简单化看待，作用和价值被低估。作为这个群体中的一员，我觉得有必要站出来揭示有关机器人机械工程师的一些工作真相，一方面期待这个群体的价值被重估，另一方面也为中国制造转型升级提供一点思路。

1.排不上核心，但岗位重要。人数需求不多。

在现实中，很多人习惯按照抽象程度将各种技术从核心到非核心进行排序。机械恰好两样都不占，自然排不上核心技术。我并不完全排斥这种排序。不过，我一直固持这么一个看法：机器人包含多种技术，其中任何一个单项拎出来都不是可以轻松突破的。缺了任何一个单项，都做不成机器人。因此，任何一个单项的工作对于开发机器人来说都同等重要。机械部分是机器人的执行机构，对于机器人的重要性，好比身体对于人的重要性。所以说，其中的重要性你可以细品。

浏览招聘网站，发现大多数机器人公司对机械工程师的岗位需求并不多。一方面是因为很多机器人公司的主打产品偏软件和硬件，另一方面是因为机器人的机械部分开发工作是串行的。老板考虑到所谓的工作“饱和度”，大多会选择用同一队机械工程师人马去执行各个阶段的开发任务。

2.远不只结构设计这么简单

相信大家对网上针对国产机器人与国外机器人差距的讨论不会陌生。这些讨论几乎一致地认为国产机器人在性能和可靠性方面与国外机器人存在一定的差距。如果将机器人粗略地划分为机械系统和控制系统，那么机器人的性能由机械系统和控制系统共同决定，机器人的可靠性则由机械系统和控制系统分别决定。有人认为，国产机器人的机械系统部分与国外机器人已经很接近了，差距主要在控制系统方面。其实，这种观点的前半句也是经不起推敲的。不少国产机器人由自研的机械系统和国外成熟的控制系统组成，性能和可靠性方面还是存在着一定的差距。以我十余年机器人机械研发经验观察（见笑了），整体而言，国产机器人的机械系统与国外机器人存在着较明显的差距。这个差距不仅源于机械设计经验的积累，甚至源于关于机械设计概念框架的理解。

由于结构设计工作比较直观，很多人误以为机械臂的设计就是结构设计。实际上，面向产品的机械臂设计远不只结构设计这么简单，还包括机械分析和工艺支持。下面一一来阐述。

第一是机械分析。我第一次接触“机械分析”这个概念是2012年左右在上海ABB工程的官方网站上。这个概念不要说在那时，就算是在今天也较少为人所知。机械臂的机械分析主要包括机构分析、动力学分析和结构有限元。浏览今天的招聘网站，可以看到这些内容大多附属于结构设计。把这些内容作为一个单独的重要分支——“机械分析”提出来，是因为“机械分析”对于机械臂设计太重要了。按照我一同学的说法，就是不懂“机械分析”的机器人本体机械工程师在技能上是有“硬伤”的。机械臂的机构分析主要是研究工作空间与可达性；灵巧度、奇异与耦合；速度与静力（矩）。机械臂的动力学分析比较好理解，主要是为电机、减速机选型校核服务。机械臂的结构有限元主要是关键零部件的刚强度校核和整机的振动模态分析。从以上内容可以看出，机械分析偏理论化一些，而相关的这些理论是本科生高年级或研究生阶段才可能接触到。机械分析对于机械臂设计来说是知其所以然的过程，是实现机械臂正向设计的必要条件。缺少机械分析的机械臂设计只能算作模仿设计或逆向工程。

第二是结构设计。机械臂结构设计的内容包括传动结构、走线、润滑与密封、外观与细节等，其中传动结构是核心内容，也是优先考虑的内容。传动结构设计要求设计者掌握各种常见的传动结构类型的特点，并且在要求的工况下选择最合适的结构组合。走线设计对于内部走线的小型机械臂结构设计来说是一大挑战，要求设计者对电缆的弯扭特性、固定点以及应力释放区段等非常熟悉。润滑与密封、外观与其他细节的设计考验的是设计者的基本功以及审美。机械臂结构设计的设计要点是运用技巧，实现功能；避免禁忌，保证可靠性；考虑零件的可制造性，以降低成本；最后还要考虑机械臂零部件的装配性与维护性，以免被人戳脊梁骨。

​第三是工艺支持。本来想用“工艺设计”来概括这部分内容，考虑到“工艺设计”涵盖的范围较广且不是机械设计工程师的专长，所以改用“工艺支持”。与机械设计工程师最紧密相关的工艺当属“图纸工艺”，即结构工艺、公差、粗糙度和技术要求等，是机械设计工程师最需要掌握的一部分工艺。此外，还有一些工艺虽然与机械设计工程师不是直接相关，但是属于非常重要的经验与技能，即零部件测试、零件机加工艺、装配工艺等。暂且将这部分工艺称为“相关工艺”。这部分工艺一般主要由测试工程师、机加工艺工程师、生产工艺工程师来执行，但也是机械设计工程师应该非重点掌握的工艺。“图纸工艺”与“相关工艺”之间的关系好比底部连通的容器，遵守“连通器”原理。单独提高“图纸工艺”水平而不提高“相关工艺”水平几乎是不可能的。不管是“图纸工艺”还是“相关工艺”，它们在机械设计中的作用都是一致的，即保障设计意图，缩短迭代周期、降低成本，保障量产，提高产品的一致性。国内高校和研究所的大部分技术成果转化不成产品，除了产权方面的束缚外，最大的原因就是缺少样机过渡到产品的工艺。高校和研究所的多数研发人员并不擅长工艺，因为在对他们的评价体系中并不考核工艺。说白了，研究工艺是很难出论文的。在产品开发过程中，看得到的是样机，看不到的是产品转化背后的工艺，但是工艺的重要性绝对值得每个产品开发决策者重视。从工作量的角度来看，样机到产品的距离比0到样机的距离大一个数量级。样机过渡到产品的工艺，有赖机械设计工程师、测试工程师、机加工艺工程师、生产工艺工程师合作完成。机械设计工程师的工艺水平很大程度上决定了样机过渡到产品的时间长短。

3.培养周期长、培养成本高

按设计对象的类别来分，机械设计分为非标（设备）设计和产品设计。相应地，机械设计工程师分为非标机械工程师和产品机械工程师。虽然同属于机械设计，但是这两类设计的特点是很不一样的。非标设计的特点是项目“短平快”，模块堆叠，入门相对容易，知识和技能纵深较浅，走的是“剑宗”路线。产品设计的特点是系统思维、反复雕琢，门槛较高，知识和技能纵深较深，走的是“气宗”路线。从短时间来看，从事非标设计可以很快学到很多设计“招式”，但这些“招式”根基较浅，较难“举一反三”。而从事产品设计，培养的周期较长，一旦积累到一定程度，可以轻松做到“举一反三”。设计思维上的差异，导致非标设计很难转产品设计；产品设计倒是可以转非标设计，但是产出效率会低不少。很明显，机器人本体设计属于产品设计。机器人本体机械工程师走的是“气宗”路线，其培养周期长，一般要7~10年。

产品机械工程师的很多技能，只有通过"实战"才能获得。但凡有过多年工作经验的产品机械工程师都会对这个观点深以为然。套用“优秀的狙击手都是子弹喂出来的"，就是"优秀的产品机械工程师都是实战项目喂出来的“。不过，“实战”是要付出高成本的。制造产品的物理样机是要花真金白银的，其每造一台就得付出一台的成本。从样机到量产产品，需要迭代样机若干次。模具虽然是一次投入批量使用，但是其成本着实不低。所以，产品机械工程师的培养成本是非常高的。机械臂是一类典型的高成本产品，所以机器人本体机械工程师培养成本尤其高。

4.组织架构之困

很多理工科毕业生工作多年后，在技术和管理的分叉口上左右徘徊。如果选择继续做技术，那么待遇的提升会比较慢。说不定还会碰上个技术水平稀拉，”媚上欺下“的直属领导，那就跟吃了苍蝇似的。如果选择转做管理，那么有可能每天处理上接领导下管团队很多事情，忙得脚不沾地，压力山大。出成绩倒也罢了。如果出不了成绩，那么感觉每天做这么多事情却没有什么价值，还不如做技术踏实。

我一直观察和思考技术管理多年，衷心地希望多数技术人员在积累了一定的技术经验和一些管理心得之后逐步走上技术管理岗位。做技术管理并不一定要脱离技术工作，但是跟做纯技术工作肯定是有区别的。总的来讲，做技术管理的意义是在技术和管理双重岗位上为公司发挥更大的价值。要做好技术管理，从技术层面来讲，要具备看穿所涉行业技术全局的能力和为关键难题提供解决思路的能力；从管理层面来讲，则比较复杂。我的看法是，如果解决了组织架构问题，那么至少解决了一半的管理难题。关于技术方面的两项能力，在此不再展开。关于组织架构问题，下面结合真实案例阐述技术管理的组织架构之困和解决之道。先声明一下，对不同行业不同职责定位的组织，其合理的组织架构都应该有所区别。

多年前，我认识一位机器人公司研发部门的管理者。老板看中他的学历和技术背景，找他来全权负责整个研发部门。他将整个研发部门按专业方向分为若干个小组，实行所谓“扁平化”管理。每个小组名义上有个组长，但每个部门成员都向他汇报。一个人对二三十人，技术决策、项目进度、日常管理一把抓。结果可想而知：他整天忙得脚不沾地；项目东一榔头西一棒；离职率居高不下；两年后因技术把关失职被迫离职。人的精力是有限的，管理管理不是什么都得亲自管。“扁平化”管理不是说就两个层级，而是减少层级。我思考如何打造一个高效的技术产品开发部门的组织架构很长时间了。最后，将思考的结果画出图来，惊奇地发现竟然与矩阵型架构不谋而合。在如图所示的组织架构中，纵向各个专业方向的主管负责相应专业的技术管理、技术攻关和团队管理；横向各个目标方向的经理负责相应目标的支撑、协调和管理工作；而研发部门领导负责开发工作的整体协调管理、团队的分层管理和关键难题的解决（自己解决或借助外力解决）。下面对横向目标经理的职责和研发部门领导的职责进一步说明。产品经理负责产品需求调研和确定、系列规划、成本计划和控制、产品和用户手册编写、用户培训等。产品经理是整个研发部门中对负责的产品最熟悉的人。不仅熟悉产品，对包含的技术路线也相当了解，不能像呼兰在脱口秀中说的一样——在程序员眼中产品经理跟不懂技术是同义词。研发经理负责研发进度的计划和跟踪、研发体系的建设、IT工具的导入和培训、协助考核和项目申请等。研发经理是整个部门具体研发管理工作的承担者。研发部门领导不应承担具体的研发管理、到个人的团队管理和具体技术问题的解决，只需负责宏观层面的研发管理、团队管理和关键难题的解决。

前面提到过，从工作量的角度来看，样机到产品的距离比0到样机的距离大一个数量级。我认识一个朋友，他不时跟我抱怨他在工作中被多且杂的任务搞得心力交瘁。他是一家机器人新创公司的机械设计负责人。他带着几个机械工程师不仅需要完成从0到样机的设计、制造及迭代任务，还要承担测试样机、维护样机、研究机加工艺、设计产线、设计生产工艺、测试零部件、编写用户手册等任务。这个例子揭示了企业决策者的一个错误认知——以为研发部门的输出即是满足产品量产要求的图纸和工艺。正是这个错误的认知，很可能导致产品质量的可靠性和一致性在低端徘徊。研发人员的精力有限，无暇顾及样机到产品阶段大量的测试和导产工艺任务。术业有专攻，不太擅长设计之外的一些任务。为了提升产品质量的可靠性和一致性，我强烈建议在研发部和生产部之间设立工程部，专门负责样机的测试、维护和生产工艺的设计、改进。在职责分配上，虽然工程部与研发部、生产部之间有一些交叉，但总体上还是各司其职。

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作者：来朝三博士