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Copyright (c) 2012 機(jī)電產(chǎn)品交易網(wǎng) . 版權(quán)所有 皖I(lǐng)CP備12004440號(hào)-2
上世紀(jì)90年代，美國(guó)選擇了信息高速公路的科技發(fā)展戰(zhàn)略，而日本選擇了人工智能和機(jī)器人。經(jīng)過(guò)20年，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)器人，而美國(guó)也站在了科技時(shí)代潮流的巔峰。
今天，互聯(lián)網(wǎng)依然是主流，然而越來(lái)越多的人士卻預(yù)測(cè)機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)將是下一步改變世界的革命性技術(shù)。富士康100萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人計(jì)劃就呼應(yīng)了這一預(yù)測(cè)。機(jī)器人時(shí)代來(lái)臨毋庸置疑。那么，此時(shí)此刻，中國(guó)的產(chǎn)業(yè)界是否已經(jīng)做好準(zhǔn)備？IT企業(yè)是否能使機(jī)器人更加智能化？賽迪智庫(kù)裝備工業(yè)研究所所長(zhǎng)左世全告訴記者，我國(guó)本土機(jī)器人企業(yè)掌握的技術(shù)成熟度還不夠，可靠性還要加強(qiáng)。來(lái)自四大機(jī)器人企業(yè)之一的ABB集團(tuán)中國(guó)機(jī)器人事業(yè)部精密組裝部負(fù)責(zé)人張暉則告訴記者，工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)機(jī)電一體化的行業(yè)，IT企業(yè)可以發(fā)展先進(jìn)的人工智能軟件系統(tǒng)。
中國(guó)需求正在激增
預(yù)計(jì)到2014年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求量將達(dá)到3.2萬(wàn)臺(tái)，成為全球最大的需求國(guó)。
工業(yè)機(jī)器人通常由3個(gè)部份組成——機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與智能系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)包含驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如：液壓式、氣動(dòng)式及電動(dòng)式)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)(由基座、腰部、臂部、腕部和手部組成)。手部又被稱為末端執(zhí)行器，視工作用途可以是夾爪、焊槍或噴嘴?？刂葡到y(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算手部在工作上所需的空間坐標(biāo)定位、配合基座、腰部、臂部與腕部上的關(guān)節(jié)軸組轉(zhuǎn)向，決定機(jī)器人的工作姿態(tài)。智能系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算，決定手部最佳的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或連續(xù)移動(dòng)路線，及進(jìn)行干涉分析以避免與工件、夾具和其他設(shè)備發(fā)生碰撞，并快速地輸出工作程序，指揮控制系統(tǒng)達(dá)成所需的工作效果。
西門子工業(yè)軟件(SiemensPLMSoftware)亞太區(qū)市場(chǎng)部數(shù)字化制造市場(chǎng)經(jīng)理雷偉鳴告訴記者，總體而言，今天的工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)集成機(jī)電與計(jì)算機(jī)軟件的系統(tǒng)，企業(yè)須掌握良好的機(jī)械、伺服電機(jī)、精密減速器和傳感器系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及分析能力，掌握綜合的計(jì)算機(jī)仿真、可視化和編程實(shí)力，并充分了解應(yīng)用行業(yè)的工作準(zhǔn)則及需求。
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于上世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期。從開(kāi)展工業(yè)機(jī)器人研究至今，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷進(jìn)步中。
近些年，我國(guó)先后涌現(xiàn)出新松機(jī)器人、博實(shí)自動(dòng)化、埃夫特(奇瑞裝備)、巨一焊接、廣州數(shù)控、沃迪、青島軟控等近60家從事工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的企業(yè)，但產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用程度較低，多數(shù)處于幾十臺(tái)的生產(chǎn)規(guī)模。
就應(yīng)用情況來(lái)看，近3年市場(chǎng)需求激增，并且由汽車產(chǎn)業(yè)向電力和電子、機(jī)床、化工等諸多領(lǐng)域拓展，市場(chǎng)需求空間大。2010年開(kāi)始我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求量激增，比2009年增加了1.7倍，2011年比2010年增加51%，預(yù)計(jì)到2014年需求量將達(dá)到3.2萬(wàn)臺(tái)，成為全球最大的需求國(guó)。這主要是因?yàn)槲覈?guó)勞動(dòng)成本快速上漲，一些企業(yè)開(kāi)始用工業(yè)機(jī)器人替代人工。
國(guó)外品牌占據(jù)大部分市場(chǎng)
中國(guó)80%的市場(chǎng)份額被ABB、FANUC、安川和KUKA四大企業(yè)占據(jù)。
近年，機(jī)器人的普及化應(yīng)用，已經(jīng)由初期的單一機(jī)器人工作單元，發(fā)展為多個(gè)機(jī)器人的工作群組，甚至能組成完成整個(gè)制造流程的生產(chǎn)線。
談到國(guó)際國(guó)內(nèi)的差距，雷偉鳴告訴記者，國(guó)際與中國(guó)市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人性能的關(guān)注都有共同點(diǎn)，如工作空間大、速度快、響應(yīng)時(shí)間短、精度與可靠度高、自重輕、持重大、靈活性高、操作者界面改進(jìn)、模組化、離線編程(OLP)、節(jié)能、操作成本相對(duì)低等條件。
但是，由于人工勞動(dòng)力成本的差異，中國(guó)市場(chǎng)對(duì)應(yīng)用機(jī)器人執(zhí)行生產(chǎn)工作時(shí)，仍會(huì)使用人工進(jìn)行上料、下料及堆垛的工作，造成自動(dòng)化水平不夠高以及機(jī)器人與人工勞動(dòng)力比例較國(guó)外市場(chǎng)偏低等現(xiàn)象。據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)2011年的這一數(shù)字是21臺(tái)，國(guó)際平均水平是55臺(tái)，其中美國(guó)是135臺(tái)，德國(guó)是251臺(tái)，日本是339臺(tái)，韓國(guó)是347臺(tái)。
而在中國(guó)市場(chǎng)上，日本及歐洲品牌的機(jī)器人產(chǎn)品占據(jù)了大部分份額。據(jù)了解，中國(guó)市場(chǎng)80%的市場(chǎng)份額是被ABB、FANUC、安川和KUKA四大企業(yè)占據(jù)。雷偉鳴分析認(rèn)為，這些國(guó)外品牌藉著較早起步的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，機(jī)器人的性能，尤其是控制系統(tǒng)、智能化與網(wǎng)絡(luò)化等性能都較中國(guó)產(chǎn)品領(lǐng)先。而中國(guó)本地開(kāi)發(fā)的機(jī)器人產(chǎn)品性能限于關(guān)節(jié)型裝、點(diǎn)、搬運(yùn)、碼垛機(jī)器人等系列產(chǎn)品，欠缺其自主性，如零件加工精度不夠高、關(guān)鍵部件幾乎全靠進(jìn)口、研發(fā)力量零散而不連續(xù)、有影響力的本地大企業(yè)對(duì)自主研發(fā)熱情不高、生產(chǎn)批量少等因素，都阻礙著中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
IT機(jī)會(huì)在于集成合作
機(jī)器人控制系統(tǒng)將向著基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展。
工業(yè)機(jī)器人涉及技術(shù)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域，而其控制系統(tǒng)堪稱“大腦”，也是IT企業(yè)可能有所作為的地方。
控制系統(tǒng)是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素，它的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。模塊化、層次化的控制器軟件系統(tǒng)、機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)直接影響到工業(yè)機(jī)器人的速度、控制精度與可靠性。眼下，機(jī)器人控制系統(tǒng)將向著基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化，多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化，以及工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化。國(guó)際模具及五金塑膠產(chǎn)業(yè)供應(yīng)商協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝認(rèn)為，軟件企業(yè)或IT企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇，主要是針對(duì)控制系統(tǒng)與智能系統(tǒng)的自主發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，扶持自主品牌整機(jī)企業(yè)，以規(guī)模化應(yīng)用帶動(dòng)持續(xù)研發(fā)，尋求技術(shù)突破。這些IT企業(yè)會(huì)碰到的難題包括制定與普及產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)電與軟件的系統(tǒng)集成，智能化地提高零件加工的公差精度，提高工程團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作能力，形成自主的產(chǎn)業(yè)鏈架構(gòu)，從而擺脫依賴進(jìn)口技術(shù)的束縛。
美國(guó)新澤西技術(shù)學(xué)院(NJIT)機(jī)械及工業(yè)工程系教授PaulG.Ranky博士表示，軟件和復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)不能真正分開(kāi)。雖然也有一些機(jī)會(huì)去創(chuàng)造機(jī)器人程序設(shè)計(jì)和仿真工具，或質(zhì)量評(píng)估和控制軟件工具，以及為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)而設(shè)的其他工具，但是高級(jí)工業(yè)機(jī)器人是復(fù)雜的系統(tǒng)，是由硬件和軟件與設(shè)備和諸如傳感器網(wǎng)絡(luò)、視覺(jué)系統(tǒng)、其他高級(jí)工業(yè)機(jī)器人和工廠控制自動(dòng)化系統(tǒng)等其他系統(tǒng)緊密集成的，所以軟件不能被真正分開(kāi)。
Paul建議，應(yīng)該看看哪些是最好的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)和制造公司，與他們聯(lián)系合作，精心設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)和更多新的應(yīng)用程序。許多人錯(cuò)誤地認(rèn)為，復(fù)制軟件就能解決問(wèn)題。但唯一的解決方案是基于適當(dāng)?shù)膮f(xié)議，在共同的道德認(rèn)識(shí)和國(guó)際版權(quán)、設(shè)計(jì)權(quán)法律的基礎(chǔ)上，與這些領(lǐng)先的公司開(kāi)展合作，并一起創(chuàng)建新的系統(tǒng)。
ABB集團(tuán)中國(guó)機(jī)器人事業(yè)部精密組裝部負(fù)責(zé)人張暉也表示，機(jī)器人對(duì)于IT行業(yè)來(lái)說(shuō)也許是一個(gè)機(jī)會(huì)，但是IT企業(yè)制造機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)不明顯，因?yàn)樗麄內(nèi)狈ο嚓P(guān)的機(jī)電知識(shí)，對(duì)于機(jī)器人控制和零部件構(gòu)造的了解也很有限，這些都限制了IT企業(yè)參與工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和制造。IT企業(yè)可以發(fā)展先進(jìn)的人工智能軟件系統(tǒng)，但是目前這些系統(tǒng)對(duì)于制造工業(yè)機(jī)器人的貢獻(xiàn)還很有限。
企業(yè)觀點(diǎn)
ABB集團(tuán)中國(guó)機(jī)器人事業(yè)部精密組裝部負(fù)責(zé)人張暉
使用機(jī)器人可顯著提高生產(chǎn)效率
廣義來(lái)說(shuō)，顧名思義，工業(yè)機(jī)器人最常用于工業(yè)制造領(lǐng)域，適合各種工作。其中應(yīng)用最多的是汽車行業(yè)和食品飲料行業(yè)。機(jī)器人在汽車制造中的焊接、噴涂、動(dòng)力總成等工藝中已有很多應(yīng)用。在食品飲料工業(yè)，機(jī)器人通常用來(lái)代替人工進(jìn)行拾料、碼垛和包裝等作業(yè)。
比如今年年初和我們簽訂訂單的一家國(guó)內(nèi)知名乳液集團(tuán)，他們生產(chǎn)乳品的生產(chǎn)線產(chǎn)量大、產(chǎn)速高，需要大量工人將包裝好的乳品從生產(chǎn)線上撿拾、碼放到包裝箱里。整個(gè)過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大，但是工作內(nèi)容又十分繁瑣和枯燥，因此工人流失率非常高。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，頻繁的招工會(huì)帶來(lái)額外的成本，培訓(xùn)新工人成長(zhǎng)為熟練工也需要一定的時(shí)間，同時(shí)，季節(jié)性的招工荒對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的正常開(kāi)展影響也非常大。
我們的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在實(shí)地考察了生產(chǎn)情況后，為客戶量身定制了一套機(jī)器人解決方案。我們利用機(jī)器手靈活地模擬人手將乳品從流動(dòng)的生產(chǎn)線上分揀裝箱。這樣的好處是，相較于不同工人有不同的操作手法，機(jī)器人每次拾料的數(shù)量和碼放的路徑可以固定下來(lái)，這樣可以確保生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)時(shí)間，既方便企業(yè)控制質(zhì)量和產(chǎn)量，也利于他們做生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。
在一些需要重勞力的傳統(tǒng)領(lǐng)域，使用機(jī)器人可以顯著地提高企業(yè)生產(chǎn)效率，減少工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。
需要指出的是，近年來(lái)，電子行業(yè)使用機(jī)器人的比例也在逐漸增高，正在成為一個(gè)非常重要的業(yè)務(wù)部分。機(jī)器人目前比較集中于手機(jī)外殼等零部件的加工處理和整機(jī)總裝。這些工藝需要很大的人耗，又因?yàn)椴襟E重復(fù)容易讓工人工作心情低落，進(jìn)而影響生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。機(jī)器人的引入可以將人從危險(xiǎn)、枯燥和辛苦的工作中解放出來(lái)，從事更有價(jià)值的工作。
簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人的應(yīng)用十分廣泛，在離散制造領(lǐng)域，比如3C行業(yè)，機(jī)器人多參與制造環(huán)節(jié)；在過(guò)程制造領(lǐng)域，比如化工行業(yè)，機(jī)器人多參加碼垛包裝等后端環(huán)節(jié)。我們期待未來(lái)在越來(lái)越多的領(lǐng)域看到工業(yè)機(jī)器人的身影。
西門子工業(yè)軟件亞太區(qū)市場(chǎng)部數(shù)字化制造市場(chǎng)經(jīng)理雷偉鳴
機(jī)器人可變程序?qū)崿F(xiàn)“柔性生產(chǎn)”
應(yīng)用工業(yè)機(jī)械人的可變程序特性，可以解決多品種、中小批量生產(chǎn)或混流生產(chǎn)的自動(dòng)化難題，實(shí)現(xiàn)“柔性生產(chǎn)”的概念。并且，機(jī)器人可以確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、均勻性與一致性，并能節(jié)省材料和能源，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，機(jī)器人也會(huì)用于高溫、噪音、粉塵、有毒、輻射、危險(xiǎn)的環(huán)境下，進(jìn)行一些單調(diào)或重復(fù)性的工作，彌補(bǔ)人工勞動(dòng)力的不足。
西門子工業(yè)軟件的Tecnomatix機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃軟件使制造企業(yè)能夠通過(guò)虛擬方法，完成機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)，包括具有可變生產(chǎn)組合的高度自動(dòng)化工廠的開(kāi)發(fā)、仿真及試運(yùn)行。多個(gè)工程專業(yè)可利用此虛擬環(huán)境，規(guī)劃并驗(yàn)證從一個(gè)工作單元到整個(gè)生產(chǎn)線的制造系統(tǒng)。TecnomatixProcessSimulate技術(shù)通過(guò)支持系統(tǒng)層面的生產(chǎn)工裝設(shè)備離線驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)虛擬試生產(chǎn)。
Tecnomatix機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃方案使制造企業(yè)不論使用生產(chǎn)單個(gè)產(chǎn)品的專用生產(chǎn)線，還是使用混線模式的生產(chǎn)設(shè)施，均能夠縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)間。此方案可應(yīng)用于由機(jī)器人、人工及其他設(shè)施組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。這個(gè)強(qiáng)大的解決方案可以幫助制造企業(yè)提高生產(chǎn)能力，滿足更高的質(zhì)量目標(biāo)，并優(yōu)化車間配置及利用率。
Tecnomatix機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃方案讓制造企業(yè)能夠利用一個(gè)協(xié)同化的3D環(huán)境，當(dāng)構(gòu)建完整的制造系統(tǒng)時(shí)，多位工程師就能夠彼此共享他們的工作單元設(shè)計(jì)，工程團(tuán)隊(duì)就可以對(duì)設(shè)計(jì)變更進(jìn)行快速響應(yīng)，同時(shí)制定工作單元及生產(chǎn)線的構(gòu)建決策。
此外，這個(gè)方案提供基于事件的仿真和驗(yàn)證功能，讓工程團(tuán)隊(duì)能夠利用PLC設(shè)備，反映出實(shí)際車間中安裝的部件。這些虛擬設(shè)備的響應(yīng)方式與對(duì)應(yīng)的仿真就更一致與精確，同時(shí)大幅地縮短了量產(chǎn)的準(zhǔn)備時(shí)間。它還能模仿不同機(jī)器人制造商的編程控制器，確保精確的編程、節(jié)拍時(shí)間及機(jī)器人軌跡。圖形化的用戶界面讓工程師可完全控制驗(yàn)證中的信號(hào)。仿真功能使工程團(tuán)隊(duì)更易發(fā)現(xiàn)變更，并通過(guò)可視化的方法把信息傳達(dá)給各個(gè)隊(duì)員。
應(yīng)用范圍
工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。
應(yīng)用領(lǐng)域
隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣的方向發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多，如無(wú)人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。
國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人正在呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。相比較2010年，2011年的工業(yè)機(jī)器人銷售量增加了51%，達(dá)到22600部。其中，2006年至2011年間，工業(yè)機(jī)器人年度供應(yīng)量增加了4倍。在工業(yè)機(jī)器人50年的發(fā)展歷史中，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的增長(zhǎng)速度無(wú)人能及，中國(guó)將會(huì)成為工業(yè)機(jī)器人第一大消費(fèi)國(guó)，并將做到“廠廠都有機(jī)器人，家家都有機(jī)器人”。
技術(shù)發(fā)展方向
未來(lái)會(huì)向智能機(jī)器人發(fā)展。機(jī)器人的生產(chǎn)，機(jī)器人機(jī)構(gòu)是載體，更多地取決于功能內(nèi)涵。機(jī)器人水平高低取決于控制、軟件、智能等技術(shù)。沒(méi)智能的機(jī)器人只是低端機(jī)器人。
機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展需要信息化、網(wǎng)絡(luò)化支撐，依賴于控制技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展。未來(lái)的工業(yè)機(jī)器人將是典型的物聯(lián)產(chǎn)品。控制、微電子、傳感、新材料等技術(shù)的發(fā)展，都將為智能機(jī)器人提供基礎(chǔ)條件。在這些機(jī)器人相關(guān)支撐技術(shù)發(fā)展后，機(jī)器人專家再研究如何融合創(chuàng)新，讓機(jī)器人向智能機(jī)器人發(fā)展。
我國(guó)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有：第一，危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人，主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測(cè)、油汽管道等機(jī)器人；第二，醫(yī)用機(jī)器人，主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機(jī)器人，主要有移動(dòng)機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢(shì)是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。
今天，互聯(lián)網(wǎng)依然是主流，然而越來(lái)越多的人士卻預(yù)測(cè)機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)將是下一步改變世界的革命性技術(shù)。富士康100萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人計(jì)劃就呼應(yīng)了這一預(yù)測(cè)。機(jī)器人時(shí)代來(lái)臨毋庸置疑。那么，此時(shí)此刻，中國(guó)的產(chǎn)業(yè)界是否已經(jīng)做好準(zhǔn)備？IT企業(yè)是否能使機(jī)器人更加智能化？賽迪智庫(kù)裝備工業(yè)研究所所長(zhǎng)左世全告訴記者，我國(guó)本土機(jī)器人企業(yè)掌握的技術(shù)成熟度還不夠，可靠性還要加強(qiáng)。來(lái)自四大機(jī)器人企業(yè)之一的ABB集團(tuán)中國(guó)機(jī)器人事業(yè)部精密組裝部負(fù)責(zé)人張暉則告訴記者，工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)機(jī)電一體化的行業(yè)，IT企業(yè)可以發(fā)展先進(jìn)的人工智能軟件系統(tǒng)。
中國(guó)需求正在激增
預(yù)計(jì)到2014年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求量將達(dá)到3.2萬(wàn)臺(tái)，成為全球最大的需求國(guó)。
工業(yè)機(jī)器人通常由3個(gè)部份組成——機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與智能系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)包含驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(如：液壓式、氣動(dòng)式及電動(dòng)式)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)(由基座、腰部、臂部、腕部和手部組成)。手部又被稱為末端執(zhí)行器，視工作用途可以是夾爪、焊槍或噴嘴?？刂葡到y(tǒng)負(fù)責(zé)計(jì)算手部在工作上所需的空間坐標(biāo)定位、配合基座、腰部、臂部與腕部上的關(guān)節(jié)軸組轉(zhuǎn)向，決定機(jī)器人的工作姿態(tài)。智能系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件運(yùn)算，決定手部最佳的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或連續(xù)移動(dòng)路線，及進(jìn)行干涉分析以避免與工件、夾具和其他設(shè)備發(fā)生碰撞，并快速地輸出工作程序，指揮控制系統(tǒng)達(dá)成所需的工作效果。
西門子工業(yè)軟件(SiemensPLMSoftware)亞太區(qū)市場(chǎng)部數(shù)字化制造市場(chǎng)經(jīng)理雷偉鳴告訴記者，總體而言，今天的工業(yè)機(jī)器人是一個(gè)集成機(jī)電與計(jì)算機(jī)軟件的系統(tǒng)，企業(yè)須掌握良好的機(jī)械、伺服電機(jī)、精密減速器和傳感器系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及分析能力，掌握綜合的計(jì)算機(jī)仿真、可視化和編程實(shí)力，并充分了解應(yīng)用行業(yè)的工作準(zhǔn)則及需求。
我國(guó)工業(yè)機(jī)器人起步于上世紀(jì)70年代初期，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代的萌芽期，80年代的開(kāi)發(fā)期和90年代的適用化期。從開(kāi)展工業(yè)機(jī)器人研究至今，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷進(jìn)步中。
近些年，我國(guó)先后涌現(xiàn)出新松機(jī)器人、博實(shí)自動(dòng)化、埃夫特(奇瑞裝備)、巨一焊接、廣州數(shù)控、沃迪、青島軟控等近60家從事工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的企業(yè)，但產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用程度較低，多數(shù)處于幾十臺(tái)的生產(chǎn)規(guī)模。
就應(yīng)用情況來(lái)看，近3年市場(chǎng)需求激增，并且由汽車產(chǎn)業(yè)向電力和電子、機(jī)床、化工等諸多領(lǐng)域拓展，市場(chǎng)需求空間大。2010年開(kāi)始我國(guó)工業(yè)機(jī)器人需求量激增，比2009年增加了1.7倍，2011年比2010年增加51%，預(yù)計(jì)到2014年需求量將達(dá)到3.2萬(wàn)臺(tái)，成為全球最大的需求國(guó)。這主要是因?yàn)槲覈?guó)勞動(dòng)成本快速上漲，一些企業(yè)開(kāi)始用工業(yè)機(jī)器人替代人工。
國(guó)外品牌占據(jù)大部分市場(chǎng)
中國(guó)80%的市場(chǎng)份額被ABB、FANUC、安川和KUKA四大企業(yè)占據(jù)。
近年，機(jī)器人的普及化應(yīng)用，已經(jīng)由初期的單一機(jī)器人工作單元，發(fā)展為多個(gè)機(jī)器人的工作群組，甚至能組成完成整個(gè)制造流程的生產(chǎn)線。
談到國(guó)際國(guó)內(nèi)的差距，雷偉鳴告訴記者，國(guó)際與中國(guó)市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人性能的關(guān)注都有共同點(diǎn)，如工作空間大、速度快、響應(yīng)時(shí)間短、精度與可靠度高、自重輕、持重大、靈活性高、操作者界面改進(jìn)、模組化、離線編程(OLP)、節(jié)能、操作成本相對(duì)低等條件。
但是，由于人工勞動(dòng)力成本的差異，中國(guó)市場(chǎng)對(duì)應(yīng)用機(jī)器人執(zhí)行生產(chǎn)工作時(shí)，仍會(huì)使用人工進(jìn)行上料、下料及堆垛的工作，造成自動(dòng)化水平不夠高以及機(jī)器人與人工勞動(dòng)力比例較國(guó)外市場(chǎng)偏低等現(xiàn)象。據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)2011年的這一數(shù)字是21臺(tái)，國(guó)際平均水平是55臺(tái)，其中美國(guó)是135臺(tái)，德國(guó)是251臺(tái)，日本是339臺(tái)，韓國(guó)是347臺(tái)。
而在中國(guó)市場(chǎng)上，日本及歐洲品牌的機(jī)器人產(chǎn)品占據(jù)了大部分份額。據(jù)了解，中國(guó)市場(chǎng)80%的市場(chǎng)份額是被ABB、FANUC、安川和KUKA四大企業(yè)占據(jù)。雷偉鳴分析認(rèn)為，這些國(guó)外品牌藉著較早起步的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，機(jī)器人的性能，尤其是控制系統(tǒng)、智能化與網(wǎng)絡(luò)化等性能都較中國(guó)產(chǎn)品領(lǐng)先。而中國(guó)本地開(kāi)發(fā)的機(jī)器人產(chǎn)品性能限于關(guān)節(jié)型裝、點(diǎn)、搬運(yùn)、碼垛機(jī)器人等系列產(chǎn)品，欠缺其自主性，如零件加工精度不夠高、關(guān)鍵部件幾乎全靠進(jìn)口、研發(fā)力量零散而不連續(xù)、有影響力的本地大企業(yè)對(duì)自主研發(fā)熱情不高、生產(chǎn)批量少等因素，都阻礙著中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
IT機(jī)會(huì)在于集成合作
機(jī)器人控制系統(tǒng)將向著基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展。
工業(yè)機(jī)器人涉及技術(shù)跨學(xué)科、跨領(lǐng)域，而其控制系統(tǒng)堪稱“大腦”，也是IT企業(yè)可能有所作為的地方。
控制系統(tǒng)是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素，它的主要任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等。模塊化、層次化的控制器軟件系統(tǒng)、機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)直接影響到工業(yè)機(jī)器人的速度、控制精度與可靠性。眼下，機(jī)器人控制系統(tǒng)將向著基于PC機(jī)的開(kāi)放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化，伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的數(shù)字化和分散化，多傳感器融合技術(shù)的實(shí)用化，以及工作環(huán)境設(shè)計(jì)的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化。國(guó)際模具及五金塑膠產(chǎn)業(yè)供應(yīng)商協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)羅百輝認(rèn)為，軟件企業(yè)或IT企業(yè)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展機(jī)遇，主要是針對(duì)控制系統(tǒng)與智能系統(tǒng)的自主發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，扶持自主品牌整機(jī)企業(yè)，以規(guī)模化應(yīng)用帶動(dòng)持續(xù)研發(fā)，尋求技術(shù)突破。這些IT企業(yè)會(huì)碰到的難題包括制定與普及產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)電與軟件的系統(tǒng)集成，智能化地提高零件加工的公差精度，提高工程團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作能力，形成自主的產(chǎn)業(yè)鏈架構(gòu)，從而擺脫依賴進(jìn)口技術(shù)的束縛。
美國(guó)新澤西技術(shù)學(xué)院(NJIT)機(jī)械及工業(yè)工程系教授PaulG.Ranky博士表示，軟件和復(fù)雜的機(jī)器人系統(tǒng)不能真正分開(kāi)。雖然也有一些機(jī)會(huì)去創(chuàng)造機(jī)器人程序設(shè)計(jì)和仿真工具，或質(zhì)量評(píng)估和控制軟件工具，以及為工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)而設(shè)的其他工具，但是高級(jí)工業(yè)機(jī)器人是復(fù)雜的系統(tǒng)，是由硬件和軟件與設(shè)備和諸如傳感器網(wǎng)絡(luò)、視覺(jué)系統(tǒng)、其他高級(jí)工業(yè)機(jī)器人和工廠控制自動(dòng)化系統(tǒng)等其他系統(tǒng)緊密集成的，所以軟件不能被真正分開(kāi)。
Paul建議，應(yīng)該看看哪些是最好的工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)和制造公司，與他們聯(lián)系合作，精心設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)和更多新的應(yīng)用程序。許多人錯(cuò)誤地認(rèn)為，復(fù)制軟件就能解決問(wèn)題。但唯一的解決方案是基于適當(dāng)?shù)膮f(xié)議，在共同的道德認(rèn)識(shí)和國(guó)際版權(quán)、設(shè)計(jì)權(quán)法律的基礎(chǔ)上，與這些領(lǐng)先的公司開(kāi)展合作，并一起創(chuàng)建新的系統(tǒng)。
ABB集團(tuán)中國(guó)機(jī)器人事業(yè)部精密組裝部負(fù)責(zé)人張暉也表示，機(jī)器人對(duì)于IT行業(yè)來(lái)說(shuō)也許是一個(gè)機(jī)會(huì)，但是IT企業(yè)制造機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)不明顯，因?yàn)樗麄內(nèi)狈ο嚓P(guān)的機(jī)電知識(shí)，對(duì)于機(jī)器人控制和零部件構(gòu)造的了解也很有限，這些都限制了IT企業(yè)參與工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和制造。IT企業(yè)可以發(fā)展先進(jìn)的人工智能軟件系統(tǒng)，但是目前這些系統(tǒng)對(duì)于制造工業(yè)機(jī)器人的貢獻(xiàn)還很有限。
企業(yè)觀點(diǎn)
ABB集團(tuán)中國(guó)機(jī)器人事業(yè)部精密組裝部負(fù)責(zé)人張暉
使用機(jī)器人可顯著提高生產(chǎn)效率
廣義來(lái)說(shuō)，顧名思義，工業(yè)機(jī)器人最常用于工業(yè)制造領(lǐng)域，適合各種工作。其中應(yīng)用最多的是汽車行業(yè)和食品飲料行業(yè)。機(jī)器人在汽車制造中的焊接、噴涂、動(dòng)力總成等工藝中已有很多應(yīng)用。在食品飲料工業(yè)，機(jī)器人通常用來(lái)代替人工進(jìn)行拾料、碼垛和包裝等作業(yè)。
比如今年年初和我們簽訂訂單的一家國(guó)內(nèi)知名乳液集團(tuán)，他們生產(chǎn)乳品的生產(chǎn)線產(chǎn)量大、產(chǎn)速高，需要大量工人將包裝好的乳品從生產(chǎn)線上撿拾、碼放到包裝箱里。整個(gè)過(guò)程勞動(dòng)強(qiáng)度大，但是工作內(nèi)容又十分繁瑣和枯燥，因此工人流失率非常高。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，頻繁的招工會(huì)帶來(lái)額外的成本，培訓(xùn)新工人成長(zhǎng)為熟練工也需要一定的時(shí)間，同時(shí)，季節(jié)性的招工荒對(duì)于企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的正常開(kāi)展影響也非常大。
我們的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在實(shí)地考察了生產(chǎn)情況后，為客戶量身定制了一套機(jī)器人解決方案。我們利用機(jī)器手靈活地模擬人手將乳品從流動(dòng)的生產(chǎn)線上分揀裝箱。這樣的好處是，相較于不同工人有不同的操作手法，機(jī)器人每次拾料的數(shù)量和碼放的路徑可以固定下來(lái)，這樣可以確保生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)時(shí)間，既方便企業(yè)控制質(zhì)量和產(chǎn)量，也利于他們做生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。
在一些需要重勞力的傳統(tǒng)領(lǐng)域，使用機(jī)器人可以顯著地提高企業(yè)生產(chǎn)效率，減少工人的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。
需要指出的是，近年來(lái)，電子行業(yè)使用機(jī)器人的比例也在逐漸增高，正在成為一個(gè)非常重要的業(yè)務(wù)部分。機(jī)器人目前比較集中于手機(jī)外殼等零部件的加工處理和整機(jī)總裝。這些工藝需要很大的人耗，又因?yàn)椴襟E重復(fù)容易讓工人工作心情低落，進(jìn)而影響生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性。機(jī)器人的引入可以將人從危險(xiǎn)、枯燥和辛苦的工作中解放出來(lái)，從事更有價(jià)值的工作。
簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人的應(yīng)用十分廣泛，在離散制造領(lǐng)域，比如3C行業(yè)，機(jī)器人多參與制造環(huán)節(jié)；在過(guò)程制造領(lǐng)域，比如化工行業(yè)，機(jī)器人多參加碼垛包裝等后端環(huán)節(jié)。我們期待未來(lái)在越來(lái)越多的領(lǐng)域看到工業(yè)機(jī)器人的身影。
西門子工業(yè)軟件亞太區(qū)市場(chǎng)部數(shù)字化制造市場(chǎng)經(jīng)理雷偉鳴
機(jī)器人可變程序?qū)崿F(xiàn)“柔性生產(chǎn)”
應(yīng)用工業(yè)機(jī)械人的可變程序特性，可以解決多品種、中小批量生產(chǎn)或混流生產(chǎn)的自動(dòng)化難題，實(shí)現(xiàn)“柔性生產(chǎn)”的概念。并且，機(jī)器人可以確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、均勻性與一致性，并能節(jié)省材料和能源，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，機(jī)器人也會(huì)用于高溫、噪音、粉塵、有毒、輻射、危險(xiǎn)的環(huán)境下，進(jìn)行一些單調(diào)或重復(fù)性的工作，彌補(bǔ)人工勞動(dòng)力的不足。
西門子工業(yè)軟件的Tecnomatix機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃軟件使制造企業(yè)能夠通過(guò)虛擬方法，完成機(jī)器人及自動(dòng)化系統(tǒng)，包括具有可變生產(chǎn)組合的高度自動(dòng)化工廠的開(kāi)發(fā)、仿真及試運(yùn)行。多個(gè)工程專業(yè)可利用此虛擬環(huán)境，規(guī)劃并驗(yàn)證從一個(gè)工作單元到整個(gè)生產(chǎn)線的制造系統(tǒng)。TecnomatixProcessSimulate技術(shù)通過(guò)支持系統(tǒng)層面的生產(chǎn)工裝設(shè)備離線驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)虛擬試生產(chǎn)。
Tecnomatix機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃方案使制造企業(yè)不論使用生產(chǎn)單個(gè)產(chǎn)品的專用生產(chǎn)線，還是使用混線模式的生產(chǎn)設(shè)施，均能夠縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)間。此方案可應(yīng)用于由機(jī)器人、人工及其他設(shè)施組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。這個(gè)強(qiáng)大的解決方案可以幫助制造企業(yè)提高生產(chǎn)能力，滿足更高的質(zhì)量目標(biāo)，并優(yōu)化車間配置及利用率。
Tecnomatix機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備規(guī)劃方案讓制造企業(yè)能夠利用一個(gè)協(xié)同化的3D環(huán)境，當(dāng)構(gòu)建完整的制造系統(tǒng)時(shí)，多位工程師就能夠彼此共享他們的工作單元設(shè)計(jì)，工程團(tuán)隊(duì)就可以對(duì)設(shè)計(jì)變更進(jìn)行快速響應(yīng)，同時(shí)制定工作單元及生產(chǎn)線的構(gòu)建決策。
此外，這個(gè)方案提供基于事件的仿真和驗(yàn)證功能，讓工程團(tuán)隊(duì)能夠利用PLC設(shè)備，反映出實(shí)際車間中安裝的部件。這些虛擬設(shè)備的響應(yīng)方式與對(duì)應(yīng)的仿真就更一致與精確，同時(shí)大幅地縮短了量產(chǎn)的準(zhǔn)備時(shí)間。它還能模仿不同機(jī)器人制造商的編程控制器，確保精確的編程、節(jié)拍時(shí)間及機(jī)器人軌跡。圖形化的用戶界面讓工程師可完全控制驗(yàn)證中的信號(hào)。仿真功能使工程團(tuán)隊(duì)更易發(fā)現(xiàn)變更，并通過(guò)可視化的方法把信息傳達(dá)給各個(gè)隊(duì)員。
應(yīng)用范圍
工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，例如在沖壓、壓力鑄造、熱處理、焊接、涂裝、塑料制品成形、機(jī)械加工和簡(jiǎn)單裝配等工序上，以及在原子能工業(yè)等部門中，完成對(duì)人體有害物料的搬運(yùn)或工藝操作。
應(yīng)用領(lǐng)域
隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣的方向發(fā)展以及機(jī)器人智能化水平的提高，機(jī)器人的應(yīng)用范圍還在不斷地?cái)U(kuò)大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦機(jī)器人、建筑業(yè)機(jī)器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機(jī)器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國(guó)防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用也越來(lái)越多，如無(wú)人偵察機(jī)(飛行器)、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家政服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。
國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人正在呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。相比較2010年，2011年的工業(yè)機(jī)器人銷售量增加了51%，達(dá)到22600部。其中，2006年至2011年間，工業(yè)機(jī)器人年度供應(yīng)量增加了4倍。在工業(yè)機(jī)器人50年的發(fā)展歷史中，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的增長(zhǎng)速度無(wú)人能及，中國(guó)將會(huì)成為工業(yè)機(jī)器人第一大消費(fèi)國(guó)，并將做到“廠廠都有機(jī)器人，家家都有機(jī)器人”。
技術(shù)發(fā)展方向
未來(lái)會(huì)向智能機(jī)器人發(fā)展。機(jī)器人的生產(chǎn)，機(jī)器人機(jī)構(gòu)是載體，更多地取決于功能內(nèi)涵。機(jī)器人水平高低取決于控制、軟件、智能等技術(shù)。沒(méi)智能的機(jī)器人只是低端機(jī)器人。
機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展需要信息化、網(wǎng)絡(luò)化支撐，依賴于控制技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展。未來(lái)的工業(yè)機(jī)器人將是典型的物聯(lián)產(chǎn)品。控制、微電子、傳感、新材料等技術(shù)的發(fā)展，都將為智能機(jī)器人提供基礎(chǔ)條件。在這些機(jī)器人相關(guān)支撐技術(shù)發(fā)展后，機(jī)器人專家再研究如何融合創(chuàng)新，讓機(jī)器人向智能機(jī)器人發(fā)展。
我國(guó)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)有：第一，危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境作業(yè)機(jī)器人，主要有防暴、高壓帶電清掃、星球檢測(cè)、油汽管道等機(jī)器人；第二，醫(yī)用機(jī)器人，主要有腦外科手術(shù)輔助機(jī)器人，遙控操作輔助正骨等；第三，仿生機(jī)器人，主要有移動(dòng)機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)遙控操作機(jī)器人等。其發(fā)展趨勢(shì)是智能化、低成本、高可靠性和易于集成。
