淺談工業(yè)機器人與智能工具的市場方向

何　丹

（ 上海電動工具研究所（集團(tuán)）有限公司　上海電動工具工程技術(shù)研究中心，上海　200233 ）

淺談工業(yè)機器人與智能工具的市場方向

何丹

（ 上海電動工具研究所（集團(tuán)）有限公司上海電動工具工程技術(shù)研究中心，上海200233 ）

人工智能已然是最熱門的話題，在傳統(tǒng)的電動工具領(lǐng)域，各式自動化設(shè)備正以智能工具的形態(tài)呈現(xiàn)。圍繞3C產(chǎn)品制造行業(yè)中工業(yè)機器人的應(yīng)用研究，簡要分析目前國內(nèi)相關(guān)上下游企業(yè)所處的地位和發(fā)展方向，就其中的關(guān)鍵技術(shù)及解決方案提出個人觀點和建議。

工業(yè)機器人；機械手；智能工具；趨勢

0　引言

自動化技術(shù)是指機器設(shè)備在不需要人工直接干預(yù)的情況下，按預(yù)期的目標(biāo)實現(xiàn)測量、操縱等信息處理和過程控制的統(tǒng)稱。工業(yè)自動化是現(xiàn)代工業(yè)的重要標(biāo)志，工業(yè)企業(yè)通過自動化技術(shù)，可實現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)省人力成本、降低消耗和確保安全等多重目的。受益于“中國制造2025”戰(zhàn)略的提出，機器人成為時下最熱門的產(chǎn)業(yè)之一。通常把機器人區(qū)分為服務(wù)于人的“服務(wù)機器人”和自動生產(chǎn)線上的“工業(yè)機器人”兩大類，本文著重討論工業(yè)機器人。

1　概述

根據(jù)相關(guān)預(yù)測，未來的30年，中國都將繼續(xù)保持全球機器人最大市場。目前國外工業(yè)機器人市場已趨于飽和，韓國每萬名工人對應(yīng)的機器人數(shù)量為440臺，日本為332臺，德國為273臺，全球平均約為50多臺，而中國卻不足30臺。2014年，中國共消費5.6萬臺工業(yè)機器人，其中4萬臺進(jìn)口，國產(chǎn)僅為1.6萬臺。而到2025年，這一消費數(shù)字將達(dá)到25萬臺以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前全球市場總量。機器人應(yīng)用的熱門是因為該產(chǎn)業(yè)的下游市場大發(fā)展，因而反推幫助上游企業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展階段。圖1所示為2011年至2017E全球機器人銷量。

圖1 2011～2017E全球機器人銷量（萬臺）

中國機器人市場需求占全球份額的40%左右。在中國市場，超過50%的份額被“機器人四大家族”（瑞士ABB、日本發(fā)那科、日本安川電機、德國庫卡）牢牢把握。中國本土機器人制造企業(yè)規(guī)模呈“小而散”格局，其市場占有僅為30%。企業(yè)在中高端的伺服電機、控制器、減速器等關(guān)鍵零部件上基本依賴進(jìn)口，而這些關(guān)鍵零部件的價格在約占產(chǎn)品成本的70%左右，如此倒掛將嚴(yán)重影響國產(chǎn)設(shè)備的市場競爭力。

在高速發(fā)展的智能制造領(lǐng)域所爆發(fā)出來的市場面前，企業(yè)的市場和研究方向如何來定位值得深思。

圖2 2013全球機器人市場份額

2　機遇

機器人應(yīng)用的上游產(chǎn)業(yè)以國外企業(yè)為主，國內(nèi)跟隨。從發(fā)達(dá)國家應(yīng)用機器人過程的經(jīng)驗來看，工業(yè)機器人的應(yīng)用主要取決于當(dāng)時工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展的程度和本國的工業(yè)結(jié)構(gòu)，工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展為下游應(yīng)用領(lǐng)域提供性能可靠的工業(yè)機器人產(chǎn)品，以滿足下游標(biāo)準(zhǔn)化流程的需求，而本國的工業(yè)結(jié)構(gòu)決定了工業(yè)級機器人應(yīng)用的廣度和深度。圖3所示為機器人產(chǎn)業(yè)的上下游關(guān)系和相關(guān)涉及技術(shù)領(lǐng)域。

伴隨中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，國內(nèi)下游產(chǎn)業(yè)的機器人增長保持在25%左右。高速發(fā)展的同時也刺激了上游企業(yè)對技術(shù)和研究的投入。多數(shù)中國企業(yè)不滿于長期處在產(chǎn)業(yè)鏈的低端市場，而希望能夠抓住這次發(fā)展的機遇，涉及核心技術(shù)如控制、運動、傳感等方面。

圖3 機器人產(chǎn)業(yè)的上下游關(guān)系和相關(guān)涉及技術(shù)領(lǐng)域

3　市場

2016年初SIAF廣州國際工業(yè)自動化技術(shù)及裝備展覽會云集了行業(yè)內(nèi)外上下游產(chǎn)業(yè)鏈的主要生產(chǎn)商。展會細(xì)分四大主題專區(qū)：完整的傳動技術(shù)、控制系統(tǒng)行業(yè)網(wǎng)絡(luò)；滿足日益增長的工業(yè)機器人及機器視覺需求；潛力巨大的高端傳感技術(shù)；行業(yè)創(chuàng)新支點——IPC、工業(yè)軟件及工業(yè)通訊。

從四個主題專區(qū)的劃分可以得到相關(guān)了解，隨著機器人使用密度的擴大，工業(yè)自動化行業(yè)的分支及層次明顯增多。產(chǎn)業(yè)細(xì)分也日漸精細(xì)和科學(xué)。對于國內(nèi)外的相關(guān)企業(yè)而言，不斷關(guān)注自己擅長的領(lǐng)域，就可以在整個產(chǎn)業(yè)鏈上占有一席之地。這個劃分也應(yīng)該是機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢。

進(jìn)一步分析相關(guān)市場的組成。從產(chǎn)業(yè)整體來看，機器人本體除了整機制造廠商外，有關(guān)的技術(shù)生產(chǎn)商主要來自于變頻器、運動控制的生產(chǎn)者及相關(guān)供應(yīng)商。供應(yīng)商構(gòu)建起國內(nèi)外主要的傳動技術(shù)及控制系統(tǒng)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

從機器人部件的成本構(gòu)造占比比重來看，本體成本占20%～25%、伺服系統(tǒng)占35%、減速器占35%、控制器占15%。目前，國內(nèi)機器人的主要關(guān)鍵零部件基本依賴于依賴進(jìn)口。近年來國內(nèi)不斷有新建和重建的先進(jìn)企業(yè)投入到機器人產(chǎn)業(yè)。隨著國產(chǎn)零部件的質(zhì)量不斷提高，未來會逐步替代進(jìn)口部件，逐步使國產(chǎn)機器人本體越來越具有競爭優(yōu)勢。

機器人具有智能化，能夠像人類一樣進(jìn)行動作一直是所有研發(fā)人員的夢想和目標(biāo)。視覺作為最強大的感知手段，長期以來都是機器人傳感控制研究的熱點技術(shù)。機器視覺以其信息量大、精度高、檢測范圍大等特點，在工業(yè)機器人領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，普遍采用的是傳統(tǒng)的二維圖像處理技術(shù)，但這種技術(shù)只能分析平面信息。我們生活在三維世界，因此二維圖像處理技術(shù)同時還要面對三維投影到二維產(chǎn)生的信息丟失問題，對從圖像創(chuàng)建真實世界的模型帶來了極大的影響。隨著三維圖像處理技術(shù)、算法和硬件系統(tǒng)的飛速發(fā)展，目前靜態(tài)三維視覺技術(shù)已經(jīng)逐步成熟。實時3D重構(gòu)技術(shù)也已經(jīng)在部分商業(yè)領(lǐng)域中被使用?？梢灶A(yù)見，在工業(yè)機器人領(lǐng)域，針對實時3D圖像處理技術(shù)的研究勢必會成為一個強大的發(fā)展方向。

隨著“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的推進(jìn)、落實，傳感技術(shù)無疑成為行業(yè)中最大利益點之一。從學(xué)術(shù)角度來看高端傳感市場的發(fā)展前景充滿潛能。自動化控制技術(shù)一直占有整個工業(yè)自動化市場的大量市場份額，而工業(yè)計算機（IPC）、工業(yè)軟件及工業(yè)通訊將在未來表現(xiàn)出更強勁的發(fā)展勢頭，也將成為這一領(lǐng)域的創(chuàng)新支點。伴隨核心部件國產(chǎn)化的進(jìn)程，各類下游企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)代化改造的門檻和成本越來越低，勢必會使這個市場領(lǐng)域產(chǎn)生強大的井噴效益。

4　發(fā)展

通過市場細(xì)分分析，可以得到技術(shù)發(fā)展的規(guī)律和趨勢：信息化，自動化，智能化，且能與人協(xié)同工作的共融機器人將是未來機器人發(fā)展方向。

1）信息化

制造業(yè)將信息技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，現(xiàn)代管理與制造技術(shù)相結(jié)合，帶動了技術(shù)研發(fā)過程的創(chuàng)新和產(chǎn)品設(shè)計方法與工具的創(chuàng)新，管理模式的創(chuàng)新，制造模式的創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)化制造和敏捷制造?？焖夙憫?yīng)市場變化和客戶需求，全面提升制造業(yè)發(fā)展水平。

2）自動化

將完備的感知系統(tǒng)，執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)與相關(guān)機械設(shè)備完美結(jié)合，構(gòu)成了高效，高可靠性的自動化裝備和柔性生產(chǎn)線，將實現(xiàn)自動，柔性和敏捷制造。

3）智能化

在信息化和自動化的基礎(chǔ)上，將專家的知識不斷融入制造過程以實現(xiàn)設(shè)計工程智能化，制造過程智能化和制造裝備智能化，將實現(xiàn)擬人化制造，使制造過程具有更完善的判斷和適應(yīng)力，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，生產(chǎn)效率也將顯著提高。

“與人共融是新一代機器人的本質(zhì)特征?！敝袊こ淘涸菏客跆烊恢赋隽宋覈鴻C器人發(fā)展應(yīng)緊抓的一條主線。他認(rèn)為，要做與人共融的機器人就得把人的符號化能力、學(xué)習(xí)能力、預(yù)見能力、自我調(diào)節(jié)能力、邏輯推理能力，與機器的精準(zhǔn)、力量、重復(fù)能力、作業(yè)時間、環(huán)境耐受力結(jié)合在一起?！皺C器人是智能制造的支撐設(shè)備，必將助力中國的智能制造發(fā)展，滿足中國的民生需求。各個學(xué)科的交叉結(jié)合將為機器人帶來新的發(fā)展機會”。

我國機器人應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展不均衡，在汽車制造行業(yè)起步早、普及率高，但是在3C電子制造、塑料化工、食品生產(chǎn)等領(lǐng)域，還是以人力密集型為主，因此蘊含著巨大的應(yīng)用空間。當(dāng)前，產(chǎn)品生命周期越來越短，用戶個性化要求越來越強烈，需要靈活的智能制造快速重組工作單元（生產(chǎn)線），這方面的新應(yīng)用對機器人提出了新要求。表1列出具體的要求選項。

表1　要求選項

5　結(jié)語

工業(yè)機器人的應(yīng)用已成為行業(yè)創(chuàng)新力及競爭力的重要分水嶺，智能制造技術(shù)是未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。電動工具在這撥技術(shù)浪潮中應(yīng)該把握機遇，融入智能制造的末端環(huán)節(jié)，扮演機器人的工具手角色，成為機器人產(chǎn)業(yè)鏈中的一環(huán)。

［1］ 何玉慶.與人共融——機器人技術(shù)發(fā)展均新趨勢［J］.機器人產(chǎn)業(yè).2015（5）.

［2］ 蔣亞寶.2015年首屆工業(yè)機器人用戶調(diào)查報告［J］.《金屬加工冷加工》.2015（12）.

Disscussion On Trend of ludustrial robots and Smart Tools

He Dan
SETRI（Group）Co.，Ltd. Shanghai Electric Tools Engineering Center， Shanghai 200233， China

Artificial intelligence is the most popular topic. In the field of traditional power tools，all kinds of automation equipmentsarepresentedas smart tools. Focusing on the applications and researches of industrial robots（hand） in the 3C products manufacturing， this paper briefly analyzes the status and direction of current domestic upstream and downstream industries， and proposes the personal view and recommendationon the key technologies and solutions.

Industrial robots； Manipulator； Smart tools； Trend

TP241

A

1674-2796（2016）03-0004-04

2016-03-25

何丹（1971—），男，大學(xué)本科，高級工程師，主要從事網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)字圖像以及遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究。