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          中國(guó)工業(yè)機(jī)器人四大瓶頸與突破點(diǎn)
          發(fā)布時(shí)間2017/5/15  三明智創(chuàng)
           

          工業(yè)機(jī)器人技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的代表,是國(guó)家工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的集中體現(xiàn),目前,中國(guó)已然成了工業(yè)機(jī)器人最大的市場(chǎng)。但是總體上看,中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)在世界上還比較落后,很多關(guān)鍵部件還需要依賴進(jìn)口。如何在新時(shí)期發(fā)展我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人,縮小與其他國(guó)家間的差距甚至實(shí)現(xiàn)技術(shù)超越?李教授將為我們分析國(guó)內(nèi)外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀,找到我國(guó)與他國(guó)的差距所在,并在分析未來(lái)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,為我國(guó)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展指明方向。

          1世界工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

          工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)構(gòu)成分為上游、中游、下游。上游包括一些關(guān)鍵的核心部件,中游主要是指本體以及集成技術(shù),下游包括二次開發(fā)以及周邊設(shè)備的開發(fā)。

          權(quán)威報(bào)告!中國(guó)工業(yè)機(jī)器人四大瓶頸與突破點(diǎn)

          現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)可以說(shuō)基本集中在了日本和歐洲。在日本,它的關(guān)鍵性部件——減速器是遙遙領(lǐng)先的,并且已經(jīng)形成了很強(qiáng)的技術(shù)壁壘;德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人原材料、本體零部件具有很大的優(yōu)勢(shì);在中國(guó),我們現(xiàn)在的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是處在產(chǎn)業(yè)鏈的下游,主要是系統(tǒng)集成、二次開發(fā)、定制性部件和售后服務(wù)。也就是說(shuō),我們的技術(shù)還處在低端。

          權(quán)威視點(diǎn):中國(guó)工業(yè)機(jī)器人四大瓶頸與突破點(diǎn)

          由于發(fā)達(dá)國(guó)家的勞動(dòng)力出現(xiàn)地比較早,環(huán)境的因素也促使他們很早就開始發(fā)展工業(yè)機(jī)器人,從而形成了先發(fā)的優(yōu)勢(shì)。比如美國(guó),從上世紀(jì)50年代已經(jīng)提出了“工業(yè)機(jī)器人”的概念;而日本在70年代就已經(jīng)形成了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。他們有深厚的技術(shù)積累,包括一些關(guān)鍵部件的核心技術(shù)。從現(xiàn)在的產(chǎn)能和保有量來(lái)看,日本的產(chǎn)能達(dá)到66%,它的保有量大概每萬(wàn)人300多臺(tái);而中國(guó)的保有量還是比較低的,可正因?yàn)榈?,所以在中?guó)有更大的市場(chǎng)。

          近年來(lái),從全球工業(yè)機(jī)器人的銷售數(shù)據(jù)來(lái)看,中國(guó)是年年遞增,2016年達(dá)到29萬(wàn)臺(tái),到2019年可能將會(huì)突破40萬(wàn)臺(tái)。工業(yè)機(jī)器人的社會(huì)需求還是非常旺盛的,并且它保持了比較高的增長(zhǎng)速度,未來(lái)十年,全球工業(yè)機(jī)器人的銷量平均增長(zhǎng)將會(huì)保持在12%左右。

          現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用也非常集中,集中在這樣五個(gè)國(guó)家:中國(guó)、韓國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)。這些國(guó)家工業(yè)機(jī)器人的銷量占到了75%。而從2013年以后,中國(guó)就成了全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。

          在應(yīng)用行業(yè)上來(lái)說(shuō),最大的應(yīng)用行業(yè)在汽車制造領(lǐng)域,它占了38.7%,其實(shí)在國(guó)內(nèi)這個(gè)數(shù)量還要大的多,接近50%都是用在汽車制造領(lǐng)域。電力/電子行業(yè)這幾年的應(yīng)用量增長(zhǎng)非???,現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了21%左右,并且這個(gè)比例還會(huì)進(jìn)一步提高。尤其是在我們國(guó)家,我們國(guó)家的電子產(chǎn)品的生產(chǎn)能力占全球的大概百分之六七十。在中國(guó),電力/電子行業(yè),工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用將會(huì)有更大的市場(chǎng)。

          從品牌來(lái)講,現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額被四大品牌所占有:kuka20%,fanuc15%,YASKAWA15%,abb10%,他們加起來(lái)超過(guò)了60%。

          四大品牌基本上可以分為兩系:歐系和日系。ABB、庫(kù)卡是歐系的代表,他們的主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車制造,在3C、汽車加工等方面也有一些新的應(yīng)用;對(duì)日系來(lái)說(shuō),它的主要應(yīng)用領(lǐng)域也是汽車工業(yè),而且日系在電子行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用技術(shù)做得也比較好。這兩年的用量增加地也非??欤?yàn)樗麄兊墓I(yè)機(jī)器人和視覺(jué)系統(tǒng)相結(jié)合,形成比較精密的裝備。

          2我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

          從2013年以來(lái),我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)發(fā)展也非???,主要得益于國(guó)家政策保障、宏觀經(jīng)濟(jì)促進(jìn)、社會(huì)環(huán)境推動(dòng)、技術(shù)發(fā)展支撐這四個(gè)方面。

          勞動(dòng)力的成本增加之后,也迫使人們用機(jī)器人來(lái)代替人進(jìn)行生產(chǎn)。同時(shí),我們的一些關(guān)鍵性的核心部件逐漸國(guó)產(chǎn)化,對(duì)于低端的機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了核心部件的國(guó)產(chǎn)化,但是高端還不行;隨著新技術(shù)的出現(xiàn),將會(huì)促進(jìn)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

          我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的銷售量這幾年逐年提升,2013年是3.7萬(wàn)臺(tái)左右,到2016年接近9萬(wàn)臺(tái)。

          從技術(shù)層次度上來(lái)說(shuō),從2015年已經(jīng)開始進(jìn)入了市場(chǎng)的啟動(dòng)期,我們現(xiàn)在正處在一個(gè)技術(shù)的快速發(fā)展期。大概在2025年左右,工業(yè)機(jī)器人技術(shù)將會(huì)在我們國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)大發(fā)展。

          截止2016年全國(guó)已建和在建的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園區(qū)近50家;有影響力的機(jī)器人公司預(yù)計(jì)有800多家;上市公司涉及機(jī)器人業(yè)務(wù)的公司超過(guò)50家;中國(guó)內(nèi)地機(jī)器人企業(yè)2015年增長(zhǎng)了30%。現(xiàn)在,大家都充分認(rèn)識(shí)到了機(jī)器人的重要性,各地都在積極發(fā)展機(jī)器人。

          具有代表性的我國(guó)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)包括新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化股份有限公司、南京埃斯頓自動(dòng)化有限公司。

          我們國(guó)家非常重視減速器、伺服器、控制器這三項(xiàng)關(guān)鍵零部件研發(fā),這三大關(guān)鍵零部件占工業(yè)機(jī)器人成本比重超過(guò)70%。這些在過(guò)去基本依靠國(guó)外技術(shù),我們現(xiàn)在也逐漸有了自己的產(chǎn)品。

          精密減速機(jī),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)代表性企業(yè)有南通振康、蘇州綠的。

          RV減速器企業(yè):南通振康、秦川發(fā)展、山東帥克,他們也都有了自己的產(chǎn)品,而且產(chǎn)品的性能與日本的相比也差不了多少。

          現(xiàn)在減速器性能好的可以很好,但是在很多時(shí)候我們的原材料還達(dá)不到要求,在這方面還需要進(jìn)一步努力。

          諧波減速機(jī)來(lái)說(shuō),蘇州綠的做得比較好,他們攻克了核心技術(shù),有別于其他國(guó)家的產(chǎn)品,它的性能指標(biāo)也基本上達(dá)到了國(guó)外的性能指標(biāo),但是產(chǎn)品的一致性和量化方面還有待于提升。

          伺服系統(tǒng)分為歐美系和日系,歐系有西門子、Lust、博世力士樂(lè)、倍福等;日系主要有安川、松下、三菱等。

          控制器:國(guó)外的四大家族都有自己的控制器,而我們國(guó)內(nèi)的固高驅(qū)控一般用在低端產(chǎn)品上。

          他們?cè)陉P(guān)鍵部件上的研發(fā)為工業(yè)機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化作出了巨大貢獻(xiàn)。

          3我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展瓶頸

          發(fā)展瓶頸1:國(guó)際廠商先發(fā)優(yōu)勢(shì),國(guó)產(chǎn)機(jī)器人市場(chǎng)份額低。

          要進(jìn)行市場(chǎng)份額的突破,就得占領(lǐng)高端市場(chǎng),我們現(xiàn)在基本上是走低端市場(chǎng),我們要想辦法走高端市場(chǎng)。

          發(fā)展瓶頸2:減速器、伺服機(jī)等核心零部件性能有待提高。

          比如精密減速機(jī)在額定扭矩和傳動(dòng)效率等方面需要進(jìn)一步提升。

          伺服系統(tǒng)的電機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)、過(guò)載能力、效率等方面存在差距;工業(yè)機(jī)器人需要15個(gè)系列,而我們現(xiàn)在還達(dá)不到這樣一個(gè)水平。

          控制器硬件方面差距較??;軟件實(shí)現(xiàn)的構(gòu)建、控制算法、二次開發(fā)方面存在差距;動(dòng)力學(xué)性能有待完善;工藝軟件包、工藝應(yīng)用上尚有差距。

          工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng):核心技術(shù)缺失、產(chǎn)業(yè)空心化,國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨性能與成本的雙重壓力;產(chǎn)品低端化、低水平重復(fù),國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)需求與現(xiàn)有產(chǎn)品性能之間的矛盾突出;前沿技術(shù)研究零散,系統(tǒng)性支持缺失,占領(lǐng)機(jī)器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)國(guó)際制高點(diǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻。

          發(fā)展瓶頸3:原材料缺失,導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本上升。

          今后的工業(yè)機(jī)器人會(huì)使用碳纖維、尼龍等復(fù)合材料。

          發(fā)展瓶頸4:缺少高端技術(shù)人才,與國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距。

          現(xiàn)在國(guó)家已經(jīng)意識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題,目前全球一共有28家高校建立了機(jī)器人工程的專業(yè),有一些學(xué)校像湖南大學(xué)、東南大學(xué)、東北大學(xué)甚至都成立了機(jī)器人學(xué)院來(lái)培養(yǎng)機(jī)器人的專業(yè)人才。

          4工業(yè)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

          工業(yè)機(jī)械手、工業(yè)機(jī)械臂,它所做的工作是要求有速度、精度、重載的,但是靈活性還不夠。

          人類工作分工比例:胳膊為主20%,雙手為主80%。富士康有百萬(wàn)臺(tái)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用計(jì)劃,但最后并沒(méi)有達(dá)到它的目標(biāo),因?yàn)樗暮芏喙ぷ餍枰植康牟僮?,而不是臂的?wèn)題。

          現(xiàn)在的工業(yè)機(jī)器人可以講還是殘疾的機(jī)器人,還需要進(jìn)一步完善。

          對(duì)于現(xiàn)有的工業(yè)機(jī)器人要擴(kuò)展它的功能、提高它的性能,使它變成一個(gè)智能設(shè)備。新型機(jī)器人研發(fā)上,我們希望研發(fā)靈巧性的機(jī)器人,包括雙臂機(jī)器人、柔性機(jī)器人、靈巧手、智能傳感機(jī)器人等。

          以前的機(jī)器人只是一個(gè)“機(jī)器”人,能做的都是一些簡(jiǎn)單的、低級(jí)的任務(wù),相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力比較差。我們希望通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步,提升機(jī)器人的性能,真正讓“機(jī)器”變成人,使它能夠完成復(fù)雜、高級(jí)的任務(wù),適應(yīng)環(huán)境的變化。

          機(jī)器人現(xiàn)在正在進(jìn)行著由“機(jī)器”向人進(jìn)化的過(guò)程中。

          現(xiàn)在的機(jī)器人只是一個(gè)傳統(tǒng)的特殊設(shè)備,它在一些關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)上進(jìn)行應(yīng)用,與人之間是互補(bǔ)的關(guān)系,但可以滿足市場(chǎng)對(duì)質(zhì)量和效率的要求。新一代機(jī)器人才可以叫“機(jī)器人”,它的應(yīng)用更加普遍,可以實(shí)現(xiàn)與人的替代關(guān)系,可以滿足市場(chǎng)對(duì)新制造模式的需求,減人力、降成本、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

          除此之外,還需要考慮機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景,我們不要只是盯著高端應(yīng)用,也要注意低端應(yīng)用。比如衛(wèi)浴五金(打磨拋光),看似簡(jiǎn)單的工作,如果要讓機(jī)器人來(lái)做,它要有一些力的感知等要求,它的應(yīng)用要求甚至要比用在汽車生產(chǎn)線上的還要高,比如它要防水、防塵、防爆;力控制、離線編程、曲面規(guī)劃、打磨工藝。這個(gè)行業(yè)對(duì)價(jià)格也非常敏感,如何做低成本的系統(tǒng),這是大家要考慮的。

          對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)講,一定要和傳感相結(jié)合,尤其是與視覺(jué)相結(jié)合,來(lái)擴(kuò)展工業(yè)機(jī)器人新的應(yīng)用,同時(shí)也使得工業(yè)機(jī)器人更加適應(yīng)于環(huán)境的變化、任務(wù)的變化。

          工業(yè)機(jī)器人今后也不再只是做一些單元性的機(jī)器人單元,要走向“數(shù)字化工廠”。

          這是現(xiàn)有的機(jī)器人,我們希望做到下一代工業(yè)機(jī)器人,包括柔性臂、雙臂人機(jī)協(xié)同,要具有安全性、交互性。

          要做到這一點(diǎn)必須挑戰(zhàn)四個(gè)任務(wù):環(huán)境挑戰(zhàn)、任務(wù)挑戰(zhàn)、行為方式挑戰(zhàn)、自然交互挑戰(zhàn)。

          針對(duì)上面的這幾個(gè)挑戰(zhàn),我們要重點(diǎn)研究的問(wèn)題包括:

          (1)環(huán)境理解問(wèn)題:研究機(jī)器人在自然、不可預(yù)知、動(dòng)態(tài)環(huán)境中的感知。

          (2)行為方式及安全問(wèn)題:研究機(jī)器人和人在緊密接觸、密切配合行為過(guò)程中確保人-機(jī)-物安全的技術(shù)。

          (3)交互問(wèn)題:研究機(jī)器人作為“人類助手”、乃至進(jìn)入普通人生活相適應(yīng)的友好、智能、自然的人機(jī)交互技術(shù)。

          過(guò)去都是以機(jī)器為中心,人推動(dòng)搖控器、手把手教機(jī)器人怎么干活;今后應(yīng)該以人為中心。機(jī)器人來(lái)適應(yīng)人,比如人打個(gè)手勢(shì),機(jī)器人就知道干什么;人說(shuō)一句話,機(jī)器人就能理解這句話從而做出行動(dòng);這是一個(gè)根本的改變。

          (4)學(xué)習(xí)與進(jìn)化問(wèn)題:研究基于反饋思想的在線學(xué)習(xí)方法,通過(guò)不斷的在線學(xué)習(xí)和吸收他人的觀點(diǎn),提高自身能力,實(shí)現(xiàn)進(jìn)化,使其能夠適應(yīng)外界不斷變化環(huán)境和復(fù)雜多變的作業(yè)任務(wù)。在這個(gè)問(wèn)題中,要研究自主學(xué)習(xí)、協(xié)同進(jìn)化、機(jī)器思維、成長(zhǎng)發(fā)育等內(nèi)容。

          這是新一代機(jī)器人的典型代表,包括庫(kù)卡、ABB。它們希望機(jī)器人能和人在同一個(gè)空間當(dāng)中進(jìn)行作業(yè),而不至于損傷人或者損傷自身。

          我們希望利用新一代機(jī)器人構(gòu)造“智慧的工廠”,這就是工業(yè)4.0提出來(lái)的發(fā)展方向。

          以上來(lái)源于山東大學(xué)李貽斌教授在機(jī)器人大講堂三晉行中的講座內(nèi)容精選。


           
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