我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)§§

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我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與面臨的挑戰(zhàn)§§

趙 杰

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院）

摘編自《航空制造技術(shù)》2012年第12期：26~29頁，圖、表、參考文獻已省略。

從制造業(yè)的發(fā)展歷程看，我國正處于高速工業(yè)化進程中，生產(chǎn)手段必然要經(jīng)歷機械化、自動化、智能化、信息化的變革，工業(yè)制成品也將經(jīng)歷數(shù)量、質(zhì)量、柔性低成本的發(fā)展階段，目前制造業(yè)普遍需要技術(shù)和設(shè)備升級改造，以增強競爭力，提高經(jīng)濟效益。如何以高質(zhì)量、低成本、快速反應(yīng)的手段在市場中生存和發(fā)展，已是我國企業(yè)不容回避的問題，這些問題為工業(yè)機器人的應(yīng)用提供了巨大的市場需求，也促使我國工業(yè)機器人的應(yīng)用市場日趨成熟，為我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化提供了難得的機遇，必將在我國改變經(jīng)濟發(fā)展模式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級方面發(fā)揮極其重大的作用。

在工業(yè)發(fā)達國家，工業(yè)機器人經(jīng)歷近半個世紀的迅速發(fā)展，其技術(shù)日趨成熟，在汽車行業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料行業(yè)、食品行業(yè)、物流、制造業(yè)等諸多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。工業(yè)機器人作為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。國際機器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2011年全球共新裝機器人139300臺，較2010年提高了18%。隨著新興應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，預(yù)計到2014年全球工業(yè)機器人年產(chǎn)量將以年均6%的速度增長，平均每年將新裝167000臺。與此同時，亞洲將成為工業(yè)機器人行業(yè)發(fā)展最快的地區(qū)。

我國已經(jīng)成為世界公認的制造業(yè)大國，但隨著勞動力成本的不斷提高，經(jīng)濟發(fā)展模式和制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行，發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，提高制造業(yè)生產(chǎn)自動化水平，由勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為必由之路。從2010年開始我國工業(yè)機器人需求量激增，較2009年增長了1.71倍。預(yù)計到2014年需求量將達到32000臺，我國將成為全球最大的需求國。國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定中明確指出，“發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)已成為世界主要國家搶占新一輪經(jīng)濟和科技發(fā)展制高點的重大戰(zhàn)略”，該決定將“高端裝備制造產(chǎn)業(yè)”列為7大戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)之一，預(yù)計今后10年我國高端裝備制造業(yè)的銷售產(chǎn)值將占全部裝備制造業(yè)銷售產(chǎn)值的30%以上。工業(yè)機器人行業(yè)作為高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，未來發(fā)展空間巨大。

我國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀

我國的工業(yè)機器人研究開始于20世紀70年代，大體可分為4個階段，即理論研究階段、樣機研發(fā)階段、示范應(yīng)用階段和初步產(chǎn)業(yè)化階段。

前期理論研究開始于20世紀70年代至80年代初期，研究單位分布在國內(nèi)部分高校。這一階段由于當時國家經(jīng)濟條件等因素的制約，主要從事工業(yè)機器人基礎(chǔ)理論的研究，在機器人運動學(xué)、機構(gòu)學(xué)等方面取得了一定的進展，為后續(xù)工業(yè)機器人的研究奠定了基礎(chǔ)。

進入20世紀80年代中期，隨著工業(yè)發(fā)達國家開始大量應(yīng)用和普及工業(yè)機器人，我國工業(yè)機器人的研究得到政府的重視和支持。國家組織了對工業(yè)機器人需求行業(yè)的調(diào)研，投入大量的資金開展工業(yè)機器人的研究，進入了樣機開發(fā)階段。1985年，我國在科技攻關(guān)計劃中將工業(yè)機器人列入了發(fā)展計劃。1986年，我國將智能機器人列入了國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃，這一階段開展了工業(yè)機器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件、幾類機器人型號樣機的攻關(guān)，先后研制出點焊、弧焊、噴漆、搬運等型號的機器人樣機以及諧波傳動組件、焊接電源等，形成了中國工業(yè)機器人發(fā)展的第一次高潮。

20世紀90年代為工業(yè)機器人示范應(yīng)用階段。為促進高技術(shù)發(fā)展與國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場的密切銜接，確定了特種機器人與工業(yè)機器人及其應(yīng)用工程并重、以應(yīng)用帶動關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展方針。這一階段共研制出平面關(guān)節(jié)型裝配機器人、直角坐標機器人、弧焊機器人、點焊機器人及自動引導(dǎo)車等7種工業(yè)機器人系列產(chǎn)品，102種特種機器人，實施了100余項機器人應(yīng)用工程。其中58項關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)研究成果達到國際先進水平，先后獲得國家科技進步獎2l項，省部級科技進步獎116項，發(fā)明專利38項，實用新型專利125項。同時為了促進國產(chǎn)機器人的產(chǎn)業(yè)化，90年代末，建立了9個機器人產(chǎn)業(yè)化基地和7個科研基地，包括沈陽自動化研究所的新松機器人公司、哈爾濱博實自動化設(shè)備有限責任公司、北京機械工業(yè)自動化研究所機器人開發(fā)中心等，為發(fā)展我國機器人產(chǎn)業(yè)奠定了基礎(chǔ)。

進入21世紀，國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要突出增強自主創(chuàng)新能力這一條主線，著力營造有利于自主創(chuàng)新的政策環(huán)境，加快促進企業(yè)成為創(chuàng)新主體，大力倡導(dǎo)企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合。國內(nèi)一大批企業(yè)或自主研制或與科研院所合作，進入工業(yè)機器人研制和生產(chǎn)行列，我國工業(yè)機器人進入了初步產(chǎn)業(yè)化階段。在這一階段，先后涌現(xiàn)出新松機器人、博實自動化、奇瑞裝備、巨一焊接、廣數(shù)、沃迪、青島軟控等數(shù)十家從事工業(yè)機器人生產(chǎn)的企業(yè)。具有代表性的有沈陽新松公司自行開發(fā)研制的6臺RD120-A型點焊機器人及II型電阻焊控制器，實現(xiàn)小紅旗、世紀星2種轎車車身組焊線中車身前、后風(fēng)窗和左、右車門點焊焊裝工作交鑰匙工程。新松AGV機器人，廣泛應(yīng)用于汽車制造、機械加工、電子、紡織、造紙、卷煙、食品、印刷、圖書出版等行業(yè)，占據(jù)國內(nèi)AGV市場70%以上的份額，并進入國際市場，先后出口到美國、韓國、俄羅斯、加拿大等國家，開創(chuàng)了國產(chǎn)機器人出口的先河。哈爾濱博實自動化裝備股份公司研制的搬運機器人廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)粉粒料和橡膠的后處理生產(chǎn)線中，實現(xiàn)年銷售近100臺。天津大學(xué)先后開發(fā)Diamond，Delta-S和Cross-IV等具有自主知識產(chǎn)權(quán)且性能達到國際先進水平的2～4自由度高速搬運機器人3個系列新產(chǎn)品，在鋰電池分選（天津力神應(yīng)用），醫(yī)藥軟袋（北京雙鶴藥業(yè)應(yīng)用）、果奶和塑性炸藥（云南安化應(yīng)用）10余條包裝和搬運自動化生產(chǎn)線上得到成功應(yīng)用。巨一自動化公司汽車白車身機器人焊裝成套技術(shù)已經(jīng)在一汽、東風(fēng)、北汽、奇瑞、江淮、長城等國內(nèi)整車企業(yè)與伊朗、埃及等國外的整車企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，為客戶方提供焊裝生產(chǎn)線40多條。奇瑞裝備有限公司與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作研制的165 kg點焊機器人，已在線應(yīng)用約50臺，分別用于焊接、搬運等場合，自主研制出我國第一條國產(chǎn)機器人自動化焊接生產(chǎn)線，可實現(xiàn)S11車型左右側(cè)圍的生產(chǎn)。上述成果表明了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的新局面已初步形成。

綜上，我國工業(yè)機器人的發(fā)展經(jīng)歷了一系列國家攻關(guān)。計劃支持的應(yīng)用工程開發(fā)，奠定了我國獨立自主發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。但是，我國工業(yè)機器人在總體技術(shù)上與國外先進水平相比還有很大差距，僅相當于國外90年代中期的水平。目前工業(yè)機器人的生產(chǎn)規(guī)模仍然不大，多數(shù)是單件小批生產(chǎn)，關(guān)鍵配套的單元部件和器件始終處于進口狀態(tài)，工業(yè)機器人的性價比較低。伴隨我國經(jīng)濟的高速增長，以汽車等行業(yè)需求為牽引，我國對工業(yè)機器人需求量急劇增加，國際工業(yè)機器人知名企業(yè)如ABB、FANAC等紛紛在中國建廠，國外知名品牌工業(yè)機器人價格逐年下降，制約了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的形成和實現(xiàn)規(guī)模化的發(fā)展，我國工業(yè)機器人新裝機量近90%仍依賴進口。

工業(yè)機器人的未來走向

從近幾年國外知名企業(yè)推出和正在研制的產(chǎn)品來看，新一代工業(yè)機器人正在向智能化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、編程圖形化發(fā)展。

1）結(jié)構(gòu)的模塊化、可重構(gòu)化。研究機構(gòu)、控制與感知的可重構(gòu)技術(shù)，通過快速重構(gòu)生成適應(yīng)新環(huán)境、新任務(wù)的機器人系統(tǒng)，體現(xiàn)出良好的作業(yè)柔性。

2）控制系統(tǒng)的開放化、網(wǎng)絡(luò)化。研究控制系統(tǒng)的可擴展性、互操作性、可移植性、可裁減性，機器人由獨立系統(tǒng)向群體系統(tǒng)發(fā)展。

3）驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)字化、分散化。通過分布式控制、遠程聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)場控制，實現(xiàn)機器人驅(qū)動系統(tǒng)的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的運動控制。

4）多傳感器融合的實用化。協(xié)同感知系統(tǒng)的實用化及高效可行（特別是針對非線性、非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的現(xiàn)實信息）的多傳感器融合算法。

5）機器人作業(yè)的人性化、集成化。研究以人為核心的作業(yè)系統(tǒng)，實現(xiàn)作業(yè)過程中機器人群體協(xié)調(diào)、群智能和人機和諧共存。

6）人機交互的圖形化、三維全息化。

全浸入式圖形化環(huán)境、三維全息環(huán)境建模、真三維虛擬現(xiàn)實裝置以及力、溫度、振動等多物理作用效應(yīng)人機交互裝置。

美國、歐洲、日本等國分別在未來工業(yè)機器人的研發(fā)中強調(diào)了新型人機合作的重要性。奧巴馬宣布美國國家機器人計劃：創(chuàng)造可與人類操作員密切配合的下一代機器人，使機器人更聰明、更安全，作為人類合作者（Co-robot），使工廠工人有能力完成難以實現(xiàn)的關(guān)鍵任務(wù)。歐洲提出了未來十年建設(shè)“歐洲機器人技術(shù)平臺EUROP”的戰(zhàn)略規(guī)劃，力圖構(gòu)造出產(chǎn)業(yè)工人的Co-Worker，以圖重振歐洲制造業(yè)。實現(xiàn)機器人與人共用工具、設(shè)備及工作空間，以助手等更為自然的方式為人類提供服務(wù)等功能。達到機器人與人類生活行為環(huán)境以及人類自身和諧共處的目標。這需要解決多個關(guān)鍵問題，包括：機器人本質(zhì)安全問題，保障機器人與人、環(huán)境間的絕對安全共處；任務(wù)環(huán)境的自主適應(yīng)問題，自主適應(yīng)個體差異、任務(wù)及生產(chǎn)環(huán)境；多樣化器具的操作問題，靈活使用各種器具完成復(fù)雜操作；人-機高效協(xié)同問題，準確理解人的需求并主動協(xié)助。

我國工業(yè)機器人發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和勞動力成本的不斷提高，發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)，提高制造業(yè)生產(chǎn)自動化水平，由勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為經(jīng)濟發(fā)展模式和制造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的必由之路。預(yù)計到2014年，我國將成為全球最大的需求國，為我國工業(yè)機器人的發(fā)展提供了良好的機遇和巨大的發(fā)展空間。為適應(yīng)我國工業(yè)機器人快速發(fā)展的需要，我們面臨著多層次的挑戰(zhàn)。

在認識層面上，機器人是最能體現(xiàn)智能制造“高端、智能”特點的核心裝備，“高端裝備制造產(chǎn)業(yè)”被列為7大戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)之一，工業(yè)機器人行業(yè)作為高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，自主發(fā)展工業(yè)機器人技術(shù)是提升我國智能制造水平的重要手段。必須在政府、企業(yè)、研究機構(gòu)等全范圍內(nèi)形成統(tǒng)一認識，營造科學(xué)推進和發(fā)展工業(yè)機器人的整體氛圍，進而形成工業(yè)機器人發(fā)展的國家力量。

在戰(zhàn)略層面上，智能制造已經(jīng)成為國家重點培育和發(fā)展的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)核心，智能制造對工業(yè)機器人化的需求持續(xù)快速增長。因此必須抓住機遇、明確目標、加快步伐、迅速發(fā)展；必須形成工業(yè)機器人生產(chǎn)制造的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)鏈；必須掌握服務(wù)于制造業(yè)的工業(yè)機器人核心技術(shù)。

在應(yīng)用層面上，目前我國工業(yè)機器人應(yīng)用市場日趨成熟，與國外相比，應(yīng)用領(lǐng)域較少，產(chǎn)品種類不夠豐富。因此，需要全面布局，探索更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域以及工業(yè)機器人服務(wù)于各領(lǐng)域的發(fā)展模式、服務(wù)內(nèi)容、共性技術(shù)；重點突破，針對國防、航空、航天等尖端領(lǐng)域的制造需求，實現(xiàn)工業(yè)機器人核心技術(shù)的重點突破；完善結(jié)構(gòu)，建立面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的工業(yè)機器人系統(tǒng)級解決方案的研發(fā)、生產(chǎn)、市場的完整體系。

在技術(shù)層面上，現(xiàn)代智能制造新理念對工業(yè)機器人發(fā)展提出諸多新的要求。制造產(chǎn)品的多品種、少量化發(fā)展趨勢帶來彈性生產(chǎn)需求，要求工業(yè)機器人具有高度柔性和高集成度；制造專業(yè)細分和更加復(fù)雜的制造流程要求工業(yè)機器人更加智能化、作業(yè)精細化；制造業(yè)不斷縮短的產(chǎn)品生命周期要求工業(yè)機器人具有與之相適應(yīng)的快速更新和升級能力；工業(yè)機器人在提高性能的同時必須遵循低能耗、低排放為特征的綠色制造理念。

我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化思考

我國工業(yè)機器人經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，已進入了產(chǎn)業(yè)化初期階段，取得多項令人鼓舞的成果，如何抓住我國對工業(yè)機器人需求量激增的機遇，實現(xiàn)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?，仍有許多問題值得思考。

1）國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)化存在制約瓶頸。

關(guān)鍵元部件依賴進口，特別是在高性能交流伺服電機和高精密減速器方面的差距尤為明顯，造成國產(chǎn)工業(yè)機器人成本居高不下，嚴重制約了機器人產(chǎn)業(yè)的成熟及國際競爭力的形成；部分研究機構(gòu)或企業(yè)為爭取國家項目資助，過度追求高指標、高性能，使得工業(yè)機器人成本過高，甚至高于國外同類產(chǎn)品，造成產(chǎn)品無法推廣應(yīng)用；在工業(yè)機器人諸多技術(shù)方面仍然停留在仿制層面，創(chuàng)新能力不足，制約了機器人市場的拓展；近10幾年過分強調(diào)工業(yè)機器人的系統(tǒng)研發(fā)，忽視關(guān)鍵技術(shù)突破，使得工業(yè)機器人某些核心技術(shù)處于實驗室階段，制約了機器人產(chǎn)業(yè)化進程。

2）國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有待秩序化。

伴隨我國對工業(yè)機器人需求的迅猛增長，多數(shù)企業(yè)看好工業(yè)機器人市場，大量企業(yè)蜂擁而上，并且企業(yè)實力良莠不齊，勢必造成國內(nèi)工業(yè)機器人市場的惡性競爭；我國有近百家從事工業(yè)機器人研究生產(chǎn)的高校院所和企業(yè)，現(xiàn)行的體制造成各家研究過于獨立封閉，機器人研究/研發(fā)分散，未能形成合力，同一技術(shù)重復(fù)研究，浪費大量的研發(fā)經(jīng)費和研發(fā)時間；國內(nèi)多數(shù)企業(yè)熱衷于大而全，一些具有較好的機器人關(guān)鍵部件研發(fā)基礎(chǔ)的企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)入機器人整機的生產(chǎn)，難以形成工業(yè)機器人研制、生產(chǎn)、制造、銷售、集成、服務(wù)等有序、細化的產(chǎn)業(yè)鏈。

3）國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展策略思考。需要國家在資金、稅收、產(chǎn)品銷售補貼等各個方面出臺相應(yīng)鼓勵政策，在資金、政策上持續(xù)支持，鼓勵企業(yè)采用國產(chǎn)機器人；建立真正的產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)盟，形成強大的研究、開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用隊伍；現(xiàn)階段應(yīng)走出追求高指標的誤區(qū)，著眼點放在高性價比方面；結(jié)合國情，不斷探索機器人應(yīng)用的新領(lǐng)域和新模式。

結(jié)束語

從制造業(yè)的發(fā)展歷程看，我國正處于高速工業(yè)化進程中，生產(chǎn)手段必然要經(jīng)歷機械化、自動化、智能化、信息化的變革，工業(yè)制成品也將經(jīng)歷數(shù)量、質(zhì)量、柔性低成本的發(fā)展階段，目前制造業(yè)普遍需要技術(shù)和設(shè)備升級改造，以增強競爭力，提高經(jīng)濟效益。如何以高質(zhì)量、低成本、快速反應(yīng)的手段在市場中生存和發(fā)展，已是我國企業(yè)不容回避的問題，這些問題為工業(yè)機器人的應(yīng)用提供了巨大的市場需求，也促使我國工業(yè)機器人的應(yīng)用市場日趨成熟，為我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化提供了難得的機遇，必將在我國改變經(jīng)濟發(fā)展模式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級方面發(fā)揮極其重大的作用。