中國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢探討

【摘 要】本文首先對(duì)我國工業(yè)機(jī)器人市場及應(yīng)用情況進(jìn)行了介紹，對(duì)核心技術(shù)研究進(jìn)展進(jìn)行了匯總，分析了我國機(jī)器人發(fā)展中主要存在的問題和挑戰(zhàn)，并對(duì)未來工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)行了展望，最后針對(duì)主要存在的問題和挑戰(zhàn)給出發(fā)展建議。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)機(jī)器人；核心技術(shù)；產(chǎn)業(yè)鏈；產(chǎn)業(yè)政策

1.我國工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用情況介紹

工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，是衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。中國工業(yè)和信息化部的數(shù)據(jù)顯示，2014年上半年，智能制造、高端軌道交通、海洋工程等高端裝備制造業(yè)產(chǎn)值占裝備制造業(yè)比重已超過10%。其中，以機(jī)器人為主的智能制造業(yè)廣受關(guān)注。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)復(fù)蘇的背景下，各國圍繞科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)的競爭日趨激烈。被譽(yù)為制造業(yè)皇冠上明珠的工業(yè)機(jī)器人，將帶來制造業(yè)模式的巨大變革[1]。工業(yè)機(jī)器人未來的發(fā)展前景十分廣闊。

我國工業(yè)機(jī)器人研究開始于20 世紀(jì)70 年代[2]。經(jīng)過“七五”攻關(guān)和“八五”、“九五”、國家863 計(jì)劃支持的應(yīng)用工程開發(fā)，我國第一代工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用技術(shù)已趨于成熟。目前在工業(yè)機(jī)器人的一些機(jī)種方面，如噴漆機(jī)器人、焊接機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、裝配機(jī)器人和特種機(jī)器人都有了長足的進(jìn)步，基本掌握了工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)制造技術(shù)和機(jī)器人應(yīng)用中單元和生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，有了一支具有一定水平的技術(shù)隊(duì)伍，奠定了我國獨(dú)立自主發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。近幾年我國工業(yè)機(jī)器人市場快速發(fā)展。中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CRIA）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示， 2014年上半年共銷售國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人6400臺(tái)，是去年全年銷售量的66.8%。預(yù)計(jì)今年全年國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人銷售總量將超過12000臺(tái)，同比增長25%左右。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，坐標(biāo)機(jī)器人和多關(guān)節(jié)機(jī)器人銷售位居前兩位，分別占總銷量的35%和31%。從應(yīng)用領(lǐng)域看，搬運(yùn)上下料機(jī)器人銷量占總銷量的45%，位居第一位；焊接機(jī)器人銷量占比為26%，位居第二位。從應(yīng)用行業(yè)看，上半年國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)48個(gè)中類行業(yè)之中，其中計(jì)算機(jī)制造業(yè)、汽車零部件及配件制造業(yè)、輸配電及控制設(shè)備制造業(yè)應(yīng)用較為集中，共計(jì)占銷售總量的45%[3]。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2013年中國市場共銷售工業(yè)機(jī)器人近37000臺(tái)，約占全球銷量的五分之一，總銷量超過日本，成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場，其中國產(chǎn)機(jī)器人9000多臺(tái)，產(chǎn)量是2012年的3倍。

然而，國產(chǎn)機(jī)器人遠(yuǎn)不能滿足市場需求。在2013年中國市場銷售工業(yè)機(jī)器人中，外資機(jī)器人普遍以6軸或以上高端工業(yè)機(jī)器人為主，幾乎壟斷了汽車制造、焊接等高端行業(yè)領(lǐng)域，占比96%。而國產(chǎn)機(jī)器人主要應(yīng)用還是以搬運(yùn)和上下料機(jī)器人為主，處于行業(yè)的低端領(lǐng)域。

2.核心技術(shù)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)在，我國已掌握了各種工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)與制造的基本技術(shù)，能夠滿足生產(chǎn)的一般要求。我國工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)研究現(xiàn)狀和水平如下[3，4]：

2.1機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)研究

包括機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)與構(gòu)型綜合，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制算法與編程語言，機(jī)器人內(nèi)外傳感器開發(fā)，多傳感器控制系統(tǒng)、離線編程技術(shù)、自診斷、安全保護(hù)技術(shù)等研究，基本掌握了工業(yè)機(jī)器人的各種關(guān)鍵技術(shù)。

2.2關(guān)鍵零部件的研發(fā)方面

我國研制出了交、直流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測速發(fā)電機(jī)、光電編碼器、液壓（氣動(dòng)）元部件、滾珠絲杠、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌、諧波減速器、RV 減速器、十字交叉滾子軸承、薄壁軸承等，并涌現(xiàn)出了一批具有較強(qiáng)實(shí)力的專業(yè)廠家。在機(jī)器人控制裝置研制方面，我國已經(jīng)開發(fā)出了雙CPU、多CPU和分級(jí)分層控制裝置、模塊化機(jī)器人控制器及相應(yīng)控制單元等。

2.3機(jī)器人系統(tǒng)集成能力方面

中國企業(yè)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)集成能力，這種能力在電子信息等高度模塊化產(chǎn)業(yè)和高鐵等復(fù)雜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)都得到體現(xiàn)。在機(jī)器人系統(tǒng)集成能力方面，我國設(shè)計(jì)與生產(chǎn)了平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人、直角坐標(biāo)機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、點(diǎn)焊機(jī)器人、搬運(yùn)碼垛機(jī)器人和AGV 自動(dòng)導(dǎo)引車等一系列產(chǎn)品，其中一些品種實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)， 自動(dòng)導(dǎo)引車不僅占據(jù)國內(nèi)市場，而且已批量出口。

2.4行業(yè)技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用方面

設(shè)計(jì)建成多條機(jī)器人示范應(yīng)用工程和關(guān)鍵工位機(jī)器人工作站。工業(yè)機(jī)器人已在汽車和工程機(jī)械、橡膠和塑料、電氣和電子行業(yè)、金屬及通用機(jī)械、食品和飲料、制藥和化妝品等行業(yè)獲得較多應(yīng)用。

總體上看，我國目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、電焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人。但同全球主要機(jī)器人大國相比，目前我國機(jī)器人技術(shù)仍存在較大差距，還缺乏整體核心技術(shù)的突破，具有中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人則很少，特別是在制造工藝與裝備方面，高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件仍依賴進(jìn)口[2]。

3.主要存在問題與挑戰(zhàn)

3.1核心技術(shù)需進(jìn)一步突破

國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人尚無法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)， 絕大多數(shù)依靠進(jìn)口。目前機(jī)器人技術(shù)相當(dāng)于國外發(fā)達(dá)國家20 世紀(jì)80年代初的水平，特別是在制造工藝與裝備方面， 不能生產(chǎn)高精密、高速與高效的關(guān)鍵部件[4]。我國機(jī)器人關(guān)鍵零部件的研發(fā)與制造能力還比較薄弱、技術(shù)水平較低、性能質(zhì)量不高，是目前制約我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的主要瓶頸。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制技術(shù)方面，開放式、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的軟伺服和全數(shù)字控制器開發(fā)與國際先進(jìn)水平仍有差距[2]。我國工業(yè)機(jī)器人總體上還缺乏整體核心技術(shù)的突破，具有中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人則很少。

3.2成本較高制約發(fā)展

工業(yè)機(jī)器人成本主要由控制器、伺服系統(tǒng)、減速機(jī)、機(jī)械本體部分四部分組成，其中能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的只有機(jī)械本體，只占全部成本的15%，其他大部關(guān)鍵部件依賴國外產(chǎn)品，這就使得國內(nèi)機(jī)器人制作成本居高不下，同進(jìn)口機(jī)器人整機(jī)的價(jià)格相差無幾。這就使得國內(nèi)機(jī)器人缺乏市場價(jià)格優(yōu)勢，無法形成良性市場規(guī)模。國外機(jī)器人廠家千方百計(jì)地阻止我國工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)，在技術(shù)上嚴(yán)格封鎖，在價(jià)格上采取低價(jià)誘惑和打壓的策略，使得我國有限的幾個(gè)工業(yè)機(jī)器人研發(fā)院校和企業(yè)相繼淪為國外品牌的代理商和集成商[5]。

3.3位于產(chǎn)業(yè)鏈下游

首先，在整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上，主要的上游關(guān)鍵零部件、中游設(shè)備制造廠和下游行業(yè)應(yīng)用這三大塊中，國內(nèi)企業(yè)目前主要集中為系統(tǒng)集成商，實(shí)現(xiàn)下游應(yīng)用，即通過對(duì)國外采購的機(jī)器人，為下游客戶進(jìn)行相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)利潤。而產(chǎn)業(yè)鏈上游無核心零部件制造商支撐，關(guān)鍵零部件方面仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于外國企業(yè)，因此長期受制于人。上游是核心零部件，主要的是減速機(jī)和控制系統(tǒng)，這相當(dāng)于機(jī)器人的‘大腦’，中游是機(jī)器人本體，就是機(jī)器人的‘身體’，下游是系統(tǒng)集成商，國內(nèi)95%的企業(yè)都集中在這個(gè)環(huán)節(jié)上[6]。

4.未來發(fā)展趨勢展望

4.1智能化成為新一代機(jī)器人的核心特征[7]

裝配傳感器和具備人工智能的機(jī)器人能自動(dòng)識(shí)別環(huán)境變化，從而減少對(duì)人的依賴。未來的無人工廠能根據(jù)訂單要求自動(dòng)規(guī)劃生產(chǎn)流程和工藝，在無人參與的情況下完成生產(chǎn)。

4.2機(jī)器人將成為物聯(lián)網(wǎng)的終端和結(jié)點(diǎn)

隨著信息技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人將更有效地接入網(wǎng)絡(luò)，組成更大的生產(chǎn)系統(tǒng)，多臺(tái)機(jī)器人協(xié)同實(shí)現(xiàn)一套生產(chǎn)解決方案成為可能；服務(wù)機(jī)器人和家庭機(jī)器人也能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；多臺(tái)機(jī)器人之間的協(xié)作能提供流程更多、操作更復(fù)雜的服務(wù)。

4.3機(jī)器人應(yīng)用將擴(kuò)展至整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域

機(jī)器人最初應(yīng)用于模塊化程度較高的汽車、電子產(chǎn)業(yè)，隨著智能化水平的提高，以及能完成更多的復(fù)雜動(dòng)作，紡織、化工、食品行業(yè)也大量使用機(jī)器人。隨著技術(shù)的不斷成熟和勞動(dòng)力成本提高，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用將擴(kuò)展至整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。未來國防軍工、智能制造、軌道交通等將是機(jī)器人重要應(yīng)用領(lǐng)域。

5.思考與建議

5.1加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)完善機(jī)器人產(chǎn)業(yè)政策

加強(qiáng)對(duì)國際機(jī)器人技術(shù)的跟蹤研究，把握信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件下機(jī)器人的發(fā)展趨勢，發(fā)展和完善符合我國發(fā)展實(shí)際的“機(jī)器人技術(shù)路線圖”，明確技術(shù)發(fā)展的步驟、重點(diǎn)突破的關(guān)鍵核心技術(shù)、工藝與零部件以及產(chǎn)業(yè)化路徑，為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)行宏觀指導(dǎo)，制定機(jī)器人產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。

5.2加快核心技術(shù)突破與創(chuàng)新

核心技術(shù)是我國機(jī)器企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵所在。加快核心技術(shù)突破與創(chuàng)新，降低生產(chǎn)成本增強(qiáng)核心競爭力，努力使我國機(jī)器人企業(yè)實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈布局。大力發(fā)展機(jī)器人集成應(yīng)用，與此同時(shí)應(yīng)該注重核心部件攻關(guān)與成套應(yīng)用示范。瞄準(zhǔn)世界前沿發(fā)展趨勢，研發(fā)高端科技集成平臺(tái)，注重未來戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育，搶占世界科技的制高點(diǎn)。

5.3加快培育工業(yè)機(jī)器人龍頭企業(yè)和品牌

培育與發(fā)展擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和自主品牌工業(yè)機(jī)器人是我國機(jī)器人發(fā)展的緊要任務(wù)。積極搭建產(chǎn)需對(duì)接平臺(tái)，深入科技成果鑒定工作，研究建立鑒定公告發(fā)布制度，出臺(tái)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)目錄，協(xié)同推進(jìn)開展工業(yè)機(jī)器人的國產(chǎn)化工作，培育具有國際競爭力的機(jī)器人龍頭企業(yè)和品牌。

5.4創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研體制，注重人才建設(shè)

進(jìn)行研發(fā)體制創(chuàng)新，將工業(yè)機(jī)器人理論研究和產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，突出企業(yè)主體地位，積極探索商務(wù)模式的創(chuàng)新、市場融資、保險(xiǎn)支持等發(fā)展。國家應(yīng)注重把研究任務(wù)落實(shí)到確有優(yōu)勢的單位和團(tuán)隊(duì)，集中優(yōu)勢力量組織研究隊(duì)伍，特別是領(lǐng)軍帶頭人，形成若干具有特色的技術(shù)平臺(tái)和研發(fā)基地。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國產(chǎn)業(yè)信息研究網(wǎng)http：//www.china1baogao.com/news/20141013/860943.html.

[2]我國工業(yè)機(jī)器人現(xiàn)狀與發(fā)展.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用編輯部.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2013.2：1-3.

[3]中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟http：//cria.mei.net.cn/newsj.asp？vid=1953.

[4]蔡自興，郭璠.中國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的若干問題，機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2013.3：9-12.

[5]田勁松.工業(yè)機(jī)器人的國產(chǎn)化是我國制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2010.9：7-9.

[6]中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟http：//cria.mei.net.cn/.

[7]http：//guba.eastmoney.com/news，300024，125869926.html.