中國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢探討

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

【關鍵詞】工業(yè)機器人；核心技術；產(chǎn)業(yè)鏈；產(chǎn)業(yè)政策

1.我國工業(yè)機器人應用情況介紹

工業(yè)機器人是先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，是衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。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，以機器人為主的智能制造業(yè)廣受關注。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)復蘇的背景下，各國圍繞科技與產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點的競爭日趨激烈。被譽為制造業(yè)皇冠上明珠的工業(yè)機器人，將帶來制造業(yè)模式的巨大變革[1]。工業(yè)機器人未來的發(fā)展前景十分廣闊。

我國工業(yè)機器人研究開始于20 世紀70 年代[2]。經(jīng)過“七五”攻關和“八五”、“九五”、國家863 計劃支持的應用工程開發(fā)，我國第一代工業(yè)機器人設計、制造和應用技術已趨于成熟。目前在工業(yè)機器人的一些機種方面，如噴漆機器人、焊接機器人、搬運機器人、裝配機器人和特種機器人都有了長足的進步，基本掌握了工業(yè)機器人的設計制造技術和機器人應用中單元和生產(chǎn)線的設計、制造技術，有了一支具有一定水平的技術隊伍，奠定了我國獨立自主發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)的基礎。近幾年我國工業(yè)機器人市場快速發(fā)展。中國機器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CRIA）統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示， 2014年上半年共銷售國產(chǎn)工業(yè)機器人6400臺，是去年全年銷售量的66.8%。預計今年全年國產(chǎn)工業(yè)機器人銷售總量將超過12000臺，同比增長25%左右。從產(chǎn)品結構看，坐標機器人和多關節(jié)機器人銷售位居前兩位，分別占總銷量的35%和31%。從應用領域看，搬運上下料機器人銷量占總銷量的45%，位居第一位；焊接機器人銷量占比為26%，位居第二位。從應用行業(yè)看，上半年國產(chǎn)工業(yè)機器人主要應用于國民經(jīng)濟48個中類行業(yè)之中，其中計算機制造業(yè)、汽車零部件及配件制造業(yè)、輸配電及控制設備制造業(yè)應用較為集中，共計占銷售總量的45%[3]。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2013年中國市場共銷售工業(yè)機器人近37000臺，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)機器人市場，其中國產(chǎn)機器人9000多臺，產(chǎn)量是2012年的3倍。

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

2.核心技術研究現(xiàn)狀

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

2.1機器人技術基礎研究

包括機器人運動學、動力學與構型綜合，機器人運動控制算法與編程語言，機器人內(nèi)外傳感器開發(fā)，多傳感器控制系統(tǒng)、離線編程技術、自診斷、安全保護技術等研究，基本掌握了工業(yè)機器人的各種關鍵技術。

2.2關鍵零部件的研發(fā)方面

我國研制出了交、直流伺服電機及其驅(qū)動系統(tǒng)、測速發(fā)電機、光電編碼器、液壓（氣動）元部件、滾珠絲杠、直線滾動導軌、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)出了一批具有較強實力的專業(yè)廠家。在機器人控制裝置研制方面，我國已經(jīng)開發(fā)出了雙CPU、多CPU和分級分層控制裝置、模塊化機器人控制器及相應控制單元等。

2.3機器人系統(tǒng)集成能力方面

中國企業(yè)具有很強的系統(tǒng)集成能力，這種能力在電子信息等高度模塊化產(chǎn)業(yè)和高鐵等復雜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)都得到體現(xiàn)。在機器人系統(tǒng)集成能力方面，我國設計與生產(chǎn)了平面關節(jié)型裝配機器人、直角坐標機器人、弧焊機器人、點焊機器人、搬運碼垛機器人和AGV 自動導引車等一系列產(chǎn)品，其中一些品種實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)， 自動導引車不僅占據(jù)國內(nèi)市場，而且已批量出口。

2.4行業(yè)技術開發(fā)和應用方面

設計建成多條機器人示范應用工程和關鍵工位機器人工作站。工業(yè)機器人已在汽車和工程機械、橡膠和塑料、電氣和電子行業(yè)、金屬及通用機械、食品和飲料、制藥和化妝品等行業(yè)獲得較多應用。

總體上看，我國目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統(tǒng)硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規(guī)劃技術，生產(chǎn)了部分機器人關鍵元器件，開發(fā)出噴漆、弧焊、電焊、裝配、搬運等機器人。但同全球主要機器人大國相比，目前我國機器人技術仍存在較大差距，還缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產(chǎn)權的工業(yè)機器人則很少，特別是在制造工藝與裝備方面，高精密、高速與高效的關鍵部件仍依賴進口[2]。

3.主要存在問題與挑戰(zhàn)

3.1核心技術需進一步突破

國產(chǎn)工業(yè)機器人尚無法進行大規(guī)模生產(chǎn)， 絕大多數(shù)依靠進口。目前機器人技術相當于國外發(fā)達國家20 世紀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、高速與高效的關鍵部件[4]。我國機器人關鍵零部件的研發(fā)與制造能力還比較薄弱、技術水平較低、性能質(zhì)量不高，是目前制約我國工業(yè)機器人發(fā)展的主要瓶頸。在系統(tǒng)設計與控制技術方面，開放式、模塊化、網(wǎng)絡化的軟伺服和全數(shù)字控制器開發(fā)與國際先進水平仍有差距[2]。我國工業(yè)機器人總體上還缺乏整體核心技術的突破，具有中國知識產(chǎn)權的工業(yè)機器人則很少。

3.2成本較高制約發(fā)展

工業(yè)機器人成本主要由控制器、伺服系統(tǒng)、減速機、機械本體部分四部分組成，其中能實現(xiàn)國產(chǎn)化的只有機械本體，只占全部成本的15%，其他大部關鍵部件依賴國外產(chǎn)品，這就使得國內(nèi)機器人制作成本居高不下，同進口機器人整機的價格相差無幾。這就使得國內(nèi)機器人缺乏市場價格優(yōu)勢，無法形成良性市場規(guī)模。國外機器人廠家千方百計地阻止我國工業(yè)機器人的研發(fā)，在技術上嚴格封鎖，在價格上采取低價誘惑和打壓的策略，使得我國有限的幾個工業(yè)機器人研發(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，在整個機器人產(chǎn)業(yè)鏈上，主要的上游關鍵零部件、中游設備制造廠和下游行業(yè)應用這三大塊中，國內(nèi)企業(yè)目前主要集中為系統(tǒng)集成商，實現(xiàn)下游應用，即通過對國外采購的機器人，為下游客戶進行相應的方案設計，實現(xiàn)利潤。而產(chǎn)業(yè)鏈上游無核心零部件制造商支撐，關鍵零部件方面仍遠遠落后于外國企業(yè)，因此長期受制于人。上游是核心零部件，主要的是減速機和控制系統(tǒng)，這相當于機器人的‘大腦’，中游是機器人本體，就是機器人的‘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器人的核心特征[7]

裝配傳感器和具備人工智能的機器人能自動識別環(huán)境變化，從而減少對人的依賴。未來的無人工廠能根據(jù)訂單要求自動規(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機器人將成為物聯(lián)網(wǎng)的終端和結點

隨著信息技術的進步，工業(yè)機器人將更有效地接入網(wǎng)絡，組成更大的生產(chǎn)系統(tǒng)，多臺機器人協(xié)同實現(xiàn)一套生產(chǎn)解決方案成為可能；服務機器人和家庭機器人也能通過網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控；多臺機器人之間的協(xié)作能提供流程更多、操作更復雜的服務。

4.3機器人應用將擴展至整個工業(yè)領域

機器人最初應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雜動作，紡織、化工、食品行業(yè)也大量使用機器人。隨著技術的不斷成熟和勞動力成本提高，工業(yè)機器人的應用將擴展至整個工業(yè)領域。未來國防軍工、智能制造、軌道交通等將是機器人重要應用領域。

5.思考與建議

5.1加強頂層設計完善機器人產(chǎn)業(yè)政策

加強對國際機器人技術的跟蹤研究，把握信息網(wǎng)絡技術條件下機器人的發(fā)展趨勢，發(fā)展和完善符合我國發(fā)展實際的“機器人技術路線圖”，明確技術發(fā)展的步驟、重點突破的關鍵核心技術、工藝與零部件以及產(chǎn)業(yè)化路徑，為我國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進行宏觀指導，制定機器人產(chǎn)業(yè)標準，規(guī)范行業(yè)發(fā)展。

5.2加快核心技術突破與創(chuàng)新

核心技術是我國機器企業(yè)生存和發(fā)展的關鍵所在。加快核心技術突破與創(chuàng)新，降低生產(chǎn)成本增強核心競爭力，努力使我國機器人企業(yè)實現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈布局。大力發(fā)展機器人集成應用，與此同時應該注重核心部件攻關與成套應用示范。瞄準世界前沿發(fā)展趨勢，研發(fā)高端科技集成平臺，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。

5.3加快培育工業(yè)機器人龍頭企業(yè)和品牌

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

5.4創(chuàng)新產(chǎn)學研體制，注重人才建設

進行研發(fā)體制創(chuàng)新，將工業(yè)機器人理論研究和產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，突出企業(yè)主體地位，積極探索商務模式的創(chuàng)新、市場融資、保險支持等發(fā)展。國家應注重把研究任務落實到確有優(yōu)勢的單位和團隊，集中優(yōu)勢力量組織研究隊伍，特別是領軍帶頭人，形成若干具有特色的技術平臺和研發(fā)基地。

【參考文獻】

[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)機器人現(xiàn)狀與發(fā)展.機器人技術與應用編輯部.機器人技術與應用，2013.2：1-3.

[3]中國機器人產(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)機器人發(fā)展的若干問題，機器人技術與應用，2013.3：9-12.

[5]田勁松.工業(yè)機器人的國產(chǎn)化是我國制造業(yè)發(fā)展的關鍵，機器人技術與應用，機器人技術與應用，2010.9：7-9.

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

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