工業(yè)機器人技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研究

呂慧敏

（北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 北京 100015）

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化技術(shù)和自動化技術(shù)在各個領(lǐng)域運用越來越廣泛，機器人的智能化水平逐漸升高。在工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工序十分復(fù)雜，要求大量的人力、物力和財力，導(dǎo)致企業(yè)的生產(chǎn)成本較高，使得企業(yè)的經(jīng)營效益難以實現(xiàn)突破。工業(yè)機器人的制造和應(yīng)用，為企業(yè)的生產(chǎn)制造提供很大的便利，大大提升了企業(yè)的經(jīng)營效率，從而節(jié)約企業(yè)成本。為工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品制造提供了可靠的保障，同時對生產(chǎn)安全和環(huán)保具有很大的意義。本文就工業(yè)機器人技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展進行分析，為機器人在工業(yè)中的應(yīng)用提供一些參考。

1 我國工業(yè)機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國工業(yè)機器人從20世紀(jì)70年代開始發(fā)展，并且在初期發(fā)展極其緩慢。我國長期以來，生產(chǎn)方式粗放，對廉價勞動力依賴較大，資源消耗量大，工業(yè)生產(chǎn)造成了惡劣的環(huán)境污染。我國工業(yè)制造業(yè)要想持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，就必須改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式以及理念，立足企業(yè)的高效經(jīng)營和經(jīng)濟效益，引入工業(yè)機器人等先進技術(shù)設(shè)備來實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)制造等方面的轉(zhuǎn)型，用技術(shù)密集型取代原來的勞動密集型，提升勞動資源、資金資源的利用率[1]。

隨著新工業(yè)革命的深化開展，制造業(yè)逐漸向智能化方向發(fā)展，工業(yè)機器人是工業(yè)制造實現(xiàn)自動化和信息化的必然要求。隨著我國相繼制定了機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)的一系列規(guī)劃，明確了工業(yè)機器人的市場部署。在工業(yè)機器人制造方面要加強功能多元化，以適應(yīng)不同領(lǐng)域的不同需求。我國國產(chǎn)工業(yè)機器人銷量逐漸增加，同時市場中已經(jīng)涌現(xiàn)了一批極具影響力的機器人品牌，推動著我國工業(yè)的發(fā)展。

2 工業(yè)機器人關(guān)鍵技術(shù)

1）靈巧操作技術(shù)。工業(yè)機器人在制造業(yè)中利用模擬人手功能的特點進行靈巧操作，通過獨立關(guān)節(jié)和傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)與人手幾乎無差異的觸覺感知，能夠?qū)嵤┥a(chǎn)加工過程中器械控制等靈活性工作。在機器人與人共存的環(huán)境中，要根據(jù)工業(yè)機器人的驅(qū)動安全性，要科學(xué)設(shè)計機器人執(zhí)行結(jié)構(gòu)，合理選擇驅(qū)動器和制造材料。

2）自主導(dǎo)航技術(shù)。以無人駕駛汽車自主導(dǎo)航為例，讓汽車能夠在光線充足和路標(biāo)清晰的現(xiàn)代化城市道路行駛，同時其安全性達到有人駕駛車輛的水準(zhǔn)。同時在某些方面能夠超越人類駕駛，比如可以通過自主導(dǎo)航通過艱險路面，倒車入庫以及通過自身距離感應(yīng)在緊急情況下能夠及時減速和停車，保障行車安全。

3）環(huán)境感知和傳感技術(shù)。未來的工業(yè)機器人在工作過程中能夠感知和檢測生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的進度情況，通過高精度的觸覺傳感器和圖像解析等技術(shù)和方法，監(jiān)督和記錄人員的身體狀態(tài)和情緒。實現(xiàn)三維環(huán)境感知自動化，在非結(jié)構(gòu)環(huán)境中對產(chǎn)品進行批量生產(chǎn)，提升機器人在不同車間條件下的適應(yīng)性。

4）人機交互技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，要重視人機交互的安全性。根據(jù)企業(yè)需求設(shè)置機器人的系統(tǒng)功能和任務(wù)目標(biāo)，實現(xiàn)人機協(xié)調(diào)配合，在安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上提升經(jīng)濟效益。人機交互包含自然語言、觸覺和手勢等方面的設(shè)計，這將是未來機器人發(fā)展需要重點研究的問題[2]。

3 我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

3.1 核心技術(shù)落后

要想實現(xiàn)工業(yè)機器人技術(shù)推動工業(yè)發(fā)展的目標(biāo)，就必須提升機器人產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，促進技術(shù)的革新，建造工業(yè)機器人的核心優(yōu)勢。我國在精密裝配技術(shù)、信息化操作系統(tǒng)、材料成型控制等基礎(chǔ)性加工制造領(lǐng)域還不具備明顯的技術(shù)優(yōu)勢，這是當(dāng)前限制我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要原因。我國缺乏工業(yè)機器人核心部件研發(fā)的能力，當(dāng)前仍然沒有掌握工業(yè)機器人的關(guān)鍵技術(shù)，長期以來都依靠進口發(fā)達國家的核心技術(shù)，受到嚴(yán)重的牽制，使得工業(yè)機器人制造的成本過高，難以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化存在較大阻礙。

3.2 設(shè)計理念不成熟

我國在工業(yè)機器人的設(shè)計方面還不具備十分成熟的理念，由于核心技術(shù)受制于人，當(dāng)前市場上的工業(yè)機器人精度不高，穩(wěn)定性較差，很難保證工業(yè)機器人技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的可靠性。工業(yè)機器人在性能方面有著較高的要求，必須要具備多元化功能才能適用于復(fù)雜多樣的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，滿足廣泛的行業(yè)需求。但是我國工業(yè)機器人與國外品牌相比質(zhì)量普遍較低，性價比并不高，在定價與銷量等方面都還有巨大的發(fā)展空間[3]。

3.3 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理

當(dāng)前我國的工業(yè)機器人生產(chǎn)企業(yè)高達數(shù)百家，但是其中真正具有良好信譽以及影響力的只有數(shù)十家，其他中小企業(yè)缺乏完善的生產(chǎn)技術(shù)和先進的設(shè)備設(shè)施，很難保證產(chǎn)品的性能達到要求。而且這些企業(yè)綜合實力較低，內(nèi)部體系不健全，同質(zhì)化嚴(yán)重，容易導(dǎo)致企業(yè)間形成惡性競爭的局面。

3.4 市場體系不健全

隨著各個行業(yè)對工業(yè)機器人的需求量逐漸增加，工業(yè)機器人市場規(guī)模也在持續(xù)擴大，但因為行業(yè)進入市場的門檻很低，導(dǎo)致市場上的工業(yè)機器人產(chǎn)品良莠不齊，市場秩序十分混亂。各個生產(chǎn)企業(yè)制造出的機器人功能不齊全，零部件質(zhì)量問題頻繁出現(xiàn)，生產(chǎn)工藝不規(guī)范。同時工業(yè)機器人需要很高的配套成本，很難實現(xiàn)大規(guī)模制造，這是造成工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)難以快速發(fā)展的重要原因。

4 工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的策略

4.1 研發(fā)并提高核心技術(shù)

目前先進的機器人發(fā)展模式主要包括歐洲模式、美國模式和日本模式這三種發(fā)展模式。歐洲模式是指工業(yè)機器人的制造廠商不僅需要研發(fā)生產(chǎn)機器人，還需要對機器人進行全面的設(shè)計和測試。美國模式是指不承擔(dān)對工業(yè)機器人的生產(chǎn)和研發(fā)操作，只負責(zé)采購工業(yè)機器人所需要的零部件，設(shè)計并優(yōu)化工業(yè)機器人的生產(chǎn)線以及對機器人相關(guān)的各項系統(tǒng)進行調(diào)試。日本模式是指工業(yè)機器人的每項操作步驟都是由專門的公司進行操作，即工業(yè)機器人的制造廠商只負責(zé)對機器人進行研發(fā)和生產(chǎn)，但不負責(zé)相關(guān)的測試。我國工業(yè)機器人的發(fā)展模式與美國模式相類似，但是在視覺、感應(yīng)、信息和網(wǎng)絡(luò)等方面存在一定的缺陷，核心技術(shù)不強大，導(dǎo)致工業(yè)機器人在市場的競爭力中相對較弱。因此，為了研發(fā)核心技術(shù)并不斷提高自身的研發(fā)能力，我國可以加強與國外研發(fā)技術(shù)人員的溝通與交流，不斷學(xué)習(xí)國外先進的機器人生產(chǎn)技術(shù)，轉(zhuǎn)變我國研發(fā)人員的思維模式；借鑒國外優(yōu)秀的工業(yè)技術(shù)進行自我完善與創(chuàng)新，提高自身的專業(yè)技能，加強對信息、網(wǎng)絡(luò)、視覺和力學(xué)等方面的學(xué)習(xí)和運用；同時敞開技術(shù)的大門引進國外先進的生產(chǎn)技術(shù)和優(yōu)秀的研發(fā)技術(shù)人員，結(jié)合我國的現(xiàn)實情況不斷完善和創(chuàng)新工業(yè)機器人的研發(fā)技術(shù)[4]。

4.2 加強校企之間合作

我國高校的教育理念偏向于理論知識的研究，無法結(jié)合產(chǎn)業(yè)的實際需求，校企之間的合作將促進理論知識與產(chǎn)業(yè)需求進行結(jié)合。而企業(yè)在自行研發(fā)和創(chuàng)新工業(yè)機器人時，會受到人力、物力、財力以及技術(shù)方面的限制，無法對生產(chǎn)的產(chǎn)品進行價值延伸，導(dǎo)致許多企業(yè)由于資金的只出不進而倒閉。因此，加強學(xué)校和企業(yè)之間的聯(lián)系能夠有效避免相關(guān)問題的發(fā)生。企業(yè)應(yīng)該加強與學(xué)校的溝通交流，組建專業(yè)的研發(fā)團隊，吸引熱愛研發(fā)、有創(chuàng)新能力和挑戰(zhàn)能力的學(xué)生參與工業(yè)機器人的研發(fā)設(shè)計等，共同努力提高核心技術(shù)，解決生產(chǎn)工業(yè)機器人所遇到的各種問題，將理論知識充分運用在實際研發(fā)中。在技術(shù)人員的培養(yǎng)過程中，企業(yè)可以結(jié)合工業(yè)機器人發(fā)展的實際情況對教材進行編寫、為學(xué)生提供實訓(xùn)的場地，招聘或引入優(yōu)秀的工程師和學(xué)校合作，共同培養(yǎng)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的人才。

4.3 完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)需要龐大的產(chǎn)商進行技術(shù)、資源、人力和物力等支持，其中包括原材料的供應(yīng)商、商品代理商、制造商和合作商等。而我國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈分配不均勻，大多集中在中游和下游，上游的產(chǎn)業(yè)鏈幾乎沒有涉及。因此，要使工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)得到更好的發(fā)展，需要完善產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)，合理分配工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈，使上游、中游以及下游之間相互配合，解決企業(yè)的惡性競爭問題，促進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的友好發(fā)展。合理利用行業(yè)資源，支持并鼓勵核心部件企業(yè)的發(fā)展與強大，逐漸提高核心技術(shù)，增強行業(yè)的競爭能力。

4.4 建立并完善市場體系

我國目前的工業(yè)機器人市場市場體系并不完善，需要加強并完善市場體系建設(shè)，建立并完善機器人的公共服務(wù)平臺和創(chuàng)新平臺。制定并完善機器人行業(yè)的制度標(biāo)準(zhǔn)，使機器人的生產(chǎn)研發(fā)更加規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國家相關(guān)質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合行業(yè)實際情況建立嚴(yán)格的檢測體系，加強機器人相關(guān)系統(tǒng)部件的檢測，剔除不合格、不標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，不斷創(chuàng)新和提高我國工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)水平。

5 結(jié)語

隨著工業(yè)4.0時代的到來，為工業(yè)生產(chǎn)制造了很大的發(fā)展機遇以及挑戰(zhàn)。隨著我國人口紅利持續(xù)走低，就需要在科學(xué)技術(shù)方面取得更顯著的突破和創(chuàng)新，才能加快我國工業(yè)化進程，實現(xiàn)工業(yè)化轉(zhuǎn)型和升級。面對時代帶給工業(yè)的沖擊，工業(yè)機器人技術(shù)的應(yīng)用使工業(yè)企業(yè)在很多方面打破傳統(tǒng)方式的桎梏，要加強現(xiàn)代化工業(yè)機器人理念，優(yōu)化機器人制造的核心技術(shù)，保障工業(yè)機器人質(zhì)量，合理調(diào)整工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，完善市場體系以規(guī)范機器人市場的競爭行為，來促進工業(yè)機器人的合法、合理制造與應(yīng)用。