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机器人产业发展现状


机器人产业发展现状
机器人与智能装备产业是高度集成微电子、通信、计算机、人工智能、控制 和图像处理等学科最新科研和产业成果的前沿高新技术产业,是拟建的江苏省 (常州)工业技术研究院的服务的产业核心和研发的产业立足点。直接影响生活 最优化和智能化的机器人技术是机器人与智能装备产业的技术核心, 推进着未来 机器人与智能装备领域的科技创新力和产业竞争力。 机器人技术是一种是以

自动化技术和计算机技术为主体、 有机融合各种现代 信息技术的系统集成和应用。经过半个多世纪的发展,机器人技术在工业生产领 域得到了广泛的应用,极大地提升了生产品质并成功解放了劳动力资源。作为高 技术领域中重要的前沿技术之一,机器人技术具有前瞻性、先导性的特点,对学 术研究、产业升级、培养创新意识、保障国家安全、引领未来经济社会的发展有 着十分重要的作用。目前,相关领域的技术突破,从根本上为提升机器人技术的 学术研究提供了必要的支持,为机器人的应用范围拓宽了道路,已涵盖国防、航 空航天、工业生产、服务、老人康复、教育甚至普通家庭生活,一场新的机器人 技术研究高潮和发展契机业已到来。 机器人技术毫无疑问是未来的战略性高技术,充满机遇和挑战。目前,国际 上机器人市场大概有 80 亿至 100 亿,其中工业机器人占的比重最大。2025 年, 整个机器人市场将达到 500 亿,服务机器人从原来的 300 多万台增加到 1200 多 万台,特种机器人(如:排爆机器人、医疗机器人等)的呼声也越来越高。另外, 微软等 IT 企业,丰田、奔驰等汽车公司,甚至还有家具、卫生洁具企业都纷纷 参与机器人的研制。 美国和日本多年来引领国际机器人的发展方向, 代表着国际上机器人领域的 最高科技水平。目前,日本除了比较关注特种机器人和服务机器人以外,还注重 中间件的研制。 然而, 近年来日本基本上在做模仿性的工作, 突破性技术比较少。 而美国在机器人领域的技术开发方面,一直保持着世界领先地位。再有,美国主 要做高附加值的产业,比如军用机器人,目前世界销售的 9000 台军用机器人之 中,有 60%来自美国。比如:美国最近研制成功的 Big Dog 军用机器人,能负重 100 公斤,行进速度跟人相当,每小时达到五公里,还能适应各种地形,即使是 在侧面受到冲击时也能保持很好的系统稳定性。

在各种机器人中,工业机器人应用较早,发展最为成熟。同时,技术的不断 进步一直在牵引着机器人学科的发展, 使机器人的应用领域从工业机器人扩展到 特种机器人和服务机器人等。机器人技术也正越来越深刻地影响着我们的生活。 机器人不但将在工厂、实验室与人一起工作,还将在车站、机场、码头、交通路 口为人们指引路径、回答问题、帮助行人。机器人还将步入千家万户,为老人端 茶送水,护理伤病人等等。未来机器人将会越来越广泛地进入人类社会,人类对 机器人的依赖会如同现时对待计算机一样, 即使是短时间的离开都可能会造成很 大不便。 机器人化是先进制造领域的重要标志和关键技术, 针对先进制造业生产效率 提高的诸多瓶颈问题,尤其是在汽车产业中,机器人得到了广泛的应用。如在毛 坯制造(冲压、压铸、锻造等)、机械加工、焊接、热处理、表面涂覆、上下料、 装配、检测及仓库堆垛等作业中,机器人都已逐步取代了人工作业。目前汽车制 造业是所有行业中人均拥有机器人密度最高的行业,如 2004 年德国制造业中每 1 万名工人中拥有机器人的数量为 162 台,而在汽车制造业中每 1 万名工人中拥 有机器人的数量则为 1140 台;意大利的这一数值更能说明问题,2004 年意大利 制造业中每 1 万名工人中拥有辅助操作的机器人数量为 123 台, 而在汽车制造业 中每 1 万名工人中机器人的拥有数量则高达 1600 台。 在国外,应用于制造业的机器人取得了较显著进展,已成为一种标准设备而 得到工业界广泛应用,从而也形成了一批在国际上较有影响力的、知名机器人公 司。如德国的 KUKA、瑞典的 ABB、日本的安川等。据专家预测,机器人产业是继 汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。据联合国欧洲经济委员会 (UNECE)和国际机器人联合会(IFR)的统计,2002 年至 2004 年,世界机器人市场 年增长率平均在 10%左右,2005 年达到创纪录的 30%,2007 年全球机器人实际安 装量达到 650 万台,机器人安装量比 2006 年增加 3%,达到了 114365 台。据统 计,近年来全球机器人行业发展迅速,2008 年全球机器人行业总销售量比 2006 年增长 25%。而无论在使用、生产还是出口方面,日本一直是全球领先者,目 前日本已经有 130 余家专业的机器人制造商。 世界各国主要行业对机器人的需求 详见图 2 所示。

(图 2 世界各国主要行业对机器人的需求分布) 在发达国家, 以工业机器人为基础的自动化生产线成套装备已成为自动化装 备的主流及未来发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已大 量使用机器人自动化生产线,以保证产品质量和生产效率。目前,典型的成套装 备有:大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备,大型机器人车体焊装自动 化系统技术和成套装备, 电子电器等机器人柔性自动化装配及检测成套技术和装 备,机器人发动机、变速箱装配自动化系统技术成套装备及板材激光拼焊成套装 备等。这些机器人自动化成套装备的使用,大大推动了其行业的快速发展。 从制造业的发展历程看,我国正处于工业化过程中,生产手段必然要经历机 械化、自动化、智能化、信息化的变革,工业制成品也将经历数量、质量、柔性 低成本的发展阶段,目前制造业普遍需要技术和设备升级改造,以增强竞争力, 提高经济效益,因此,我国机器人产业的发展空间很大。 在我国,机器人的真正使用到现在已经 20 多年,已基本实现了试验、引进 到自主开发的转变,促进了我国制造业的发展。随着我国门户的逐渐开放,国内 的机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击,因此,掌握国内机器人市场的实际 情况,把握我国机器人与智能装备研究的相关进展,显得十分重要。我国的机器 人从上世纪 80 年代“七五”科技攻关开始起步,在国家的支持下,通过“十 五”、“十一五”科技攻关,目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、 控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术,生产了部分机器人关键 元器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人;其中有 130 多台套喷 漆机器人在二十余家企业的近 30 条自动喷漆生产线上获得规模应用,弧焊机器 人已应用在汽车制造厂的焊装线上,我国现有机器人研究开发和应用工程单位 200 多家, 其中从事机器人研究和应用的有 75 家, 共开发生产各类机器人约 3000

多台,90%以上用于生产,引进机器人做应用工程的约 1000 多台。在国内,机器 人产业刚刚起步,但增长的势头非常强劲,我国机器人经过 20 多年的发展已在 产业化的道路上迈开了步伐。近几年,我国应用于制造业的机器人及自动化生产 线和工程项目、相关产品的年产销额已近五亿元。 我国的机器人产品生产企业比较少,目前沈阳新松机器人股份有限公司、哈 尔滨博实自动化设备有限责任公司和北京机械工业自动化研究所工程中心是三 家主要生产基地,每家企业年产值相比国外企业仍有较大的差距,其中还包括一 些机器人外围产品,没有形成规模化生产,规模经济并不突出。由于机器人在研 制、设计和试验过程中,经常需要对其运动学、动力学性能进行分析以及进行轨 迹规划设计,而机器人又是多自由度、多连杆空间机构,其运动学和动力学问题 十分复杂,计算难度和计算量都很大。若将机械手作为仿真对象,运用计算机图 形技术、CAD 技术和机器人学理论在计算机中形成几何图形,并动画显示,然后 对机器人的机构设计、运动学正反解分析、操作臂控制以及实际工作环境中的障 碍避让和碰撞干涉等诸多问题进行模拟仿真, 这样就可以很好地解决研发机器人 过程中出现的问题,也能极大的促进我国机器人技术的发展 。 从整体上来说,我国机器人产业还很薄弱,机器人研究仍然任重而道远。我 国市场上机器人总共拥有量近万台,仅占全球总量的 0.56%,其中完全国产机器 人行业集中度仅为占 30%,其余皆为从日本、美国、瑞典、德国、意大利等 20 多个国家引进。究其原因,很大程度在于自主品牌不够,发展壮大自主品牌及其 自动化成套装备产业成为当务之急,由于机器人是最典型的机电一体化、数字化 装备,技术附加值很高,应用范围很广,作为先进装备制造业的支撑技术和信息 化社会的新兴产业,将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。国外专家 预测,机器人产业是继汽车.计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。随着 我国企业自动化水平的不断提高、人民生活需求水平的提高,机器人市场也会越 来越大,这就给机器人研究、开发、生产者带来巨大商机,目前中科院常州中心 常州机械电子工程研究所致力于机器人及智能装备技术的开发。 我国机器人市场竞争越来越激烈,中国制造业面临着与国际接轨、参与国际 分工的巨大挑战, 加快机器人技术的研究开发与生产是我们抓住这个历史机遇的 主要途径。因此我国机器人行业要认识到以下几点情况:第一,机器人技术是我

国由制造大国向制造强国转变的主要手段和途径, 政府要对国产机器人有更多的 政策与经济支持,参考国外先进经验,加大技术投入与改造;第二,在国家的科 技发展计划中,应该继续对智能机器人研究开发与应用给予大力支持,形成产品 和自动化制造装备同步协调的新局面;第三,部分国产机器人已经与国外相当, 企业采购机器人时不要盲目进口,应该综合评估,立足国产。 据资料显示,截止 2008 年底我国制造业拥有 31400 台机器人,国产的不足 千台,主要集中在汽车制造和汽车零部件制造领域。我国在某些关键技术上有所 突破,但还缺乏整体核心技术的突破,尤其在自动控制、精加工和材料方面,具 有中国知识产权的机器人很少, 不少关键元器件至今尚不能自己生产或者性能不 高,这些因素已经开始严重影响国产机器人做大做强步伐。 目前,国际制造业中心正向中国转移,用信息化带动工业化、用高新技术改 造传统产业已成为江苏省工业发展的必由之路。 作为先进制造装备之典型代表的 机器人必将有一个大的产业发展空间,市场前景广阔。 虽然我国目前的机器人市场不大,但其潜在市场很大。汽车、工程机械、电 子、电机和金属加工等工业仍是应用机器人的主要部门。在这些部门,机器人的 装机台数与实际需要相差甚远,有很大的市场。对于建筑、包装、空间、海洋、 采矿(含海底采矿)、电力、农林和医疗等新的领域,其机器人市场也是很大的。 只要用得成功,就比较容易推广应用。扩大机器人的应用领域是开拓国内机器人 市场的必要举措之一。 开拓国内机器人市场的另一重要举措是出台扶植机器人产业的优惠政策。 这 些政策包括在新生产线建设、旧设备至今没有引起有关部门的的足够重视与采 纳。如果我们能够借鉴国外成功的经验,出台扶植政策,鼓励在恶劣工况、新建 生产线和改造旧设备旧工艺中使用机器人, 那么机器人的推广应用环境就会宽松 得多。 国际上一些大的机器人制造厂家,如 ABB、安川、FANUC、川崎重工等,以 及与机器人有关的元器件、部件公司,都看准了中国这个市场,“进军”中国。 我国在进入世界贸易组织(WTO)后,国内机器人市场面临国外机器人厂商的更大 挑战。对此,必须加以研究,抓住机遇,迎接挑战,促进发展。 急需解决的关键环节:

(1)增强企业研发实力和科研投资强度,投入先进的科研设备,促进科研 和生产紧密联系,促进智能机器人与自动化工程技术科研成果的转化; (2)自主开发高精参数、高灵敏度应、高可靠性、高安全性、使用方便的 机器人产品,改变主要依赖进口的状态,增强自主创新能力,掌握的自动化控制 等核心技术; (3)在目标选择方面,一方面要考虑国际机器人市场、技术发展动向;另 一方面要考虑国家经济建设与社会发展的需求,特别是国有企业的技术改造,农 业、能源、交通等产业以及基础实施和城市化建设、提高人民群众生活质量等需 求。

1.2 区域产业技术需求
(区域内本产业领域企业数量、 销售额、 创新需求等, 并列出相关企业名单) 近年来,常州市通过大力培育新兴产业,有效改造传统产业以及推进高新园 区和特色产业基地建设等手段,全市高新技术产业化进程加快,产业规模不断扩 大。特别是“十一五”以来,常州市确立了重点发展先进装备制造、电子信息、 新能源及环保、新材料和生物技术及制药医药等五大高新技术产业的政策导向, 通过加大有效投入,推进科技创新和产学研合作,高新技术产业实现了三倍增。 五大高新技术产业既是常州目前的产业支柱, 也是未来常州市大力扶持和发 展的重点。2008 年,全市五大产业整体呈现增速快、效益优、质量高的发展格 局,规模优势、产业优势和技术优势得到进一步显现。五大产业规模以上企业完 成现价产值 2973.5 亿元,比上年增长 22.8%,占全市规模以上工业总产值的 57.2%;实现销售收入 2924.9 亿元,比上年增长 22.9%,占全市规模以上工业企 业产品销售收入的 57.5%。 五大产业中,装备制造业是常州国民经济的第一大支柱产业,约占全市经济 总量的 42%,总量位居江苏省第一。但目前常州装备制造业技术装备水平较低, 自主技术创新能力不强。据调查,常州企业有近六成的核心技术是在引进技术基 础上完成的,企业自主创新只占到总体技术来源的四成不到。大多数中小型装备 制造业企业没有建立起具备创新支撑能力的技术中心,尚未成为技术创新的主 体,现在还只是“粗加工基地”。 常州装备制造业虽然取得了很大的成绩,但是总体来说,常州市装备制造业 虽具有较强的加工能力, 但产品开发能力和技术创新能力弱, 技术创新能力不强。 常州企业有近六成的核心技术是在引进技术基础上完成的, 企业自主创新只占到 总体技术来源的四成不到。 大多数中小型装备制造业企业没有建立起较强的技术 中心,尚未成为技术创新的主体,现在还只是“粗加工基地”。 2008 年经济危机对常州装备制造业产生了一定的影响,但经济危机一般也 会催生大规模的产业升级和企业转型, 要实现由“粗加工基地”向“制造基地” 的转变,由“常州制造”向“常州创造”转变,关键是增强产品设计开发能力和 技术创新能力, 掌握虚拟样机、 精密加工、 机器人应用、 智能自动化等核心技术, 形成一大批具有自主产权的产品,从简单的零部件加工、单机制造发展为成套装

备制造和供应。在这个过程中,企业必须从外部获得先进技术和设备的支撑。以 下从常州市制造业重点领域技术需求和未来发展的重点共性、 代表性技术需求项 目两方面阐述常州市制造业发展趋势。

1.2.1 常州制造业重点领域的技术需求
(1)在基础装备方面,包括数控机床及专用设备和数控系统的研发。中科 院常州数控技术研究所的数控系统, 中科院合肥研究院先进制造技术研究所的先 进制造技术、光机电一体化技术、服务机器人、工业机器人、机器视觉技术等均 有相应的技术储备和工程实际应用。 实现基础装备的数字化与信息化, 达到单机、 联机的智能化控制, 提高自动化程度以及加工稳定性、 一致性、 可靠性、 精准性。 (2)特种工业机器人、服务机器人的研发。中科院合肥研究院先进制造技 术研究所可参与视觉导航、环境信息感知、多功能机械臂及先进机器人手爪的等 技术内容研究工作。 (3) 高速列车中的材料、全车信息化、电机等制造环节:中科院合肥研究 院先进制造技术研究所、中科院常州数控技术研究所、中科院常州化学所等机构 的研究成果逐步将逐步发挥作用。 (4)在汽车工业方面,汽车电子是中科院合肥研究院先进制造技术研究所 的主要技术方向之一。 (5)现代农机是精细化农业发展的引擎,中科院合肥研究院先进制造技术 研究所在机、电、液一体化控制、先进干燥设备、智能农业机器人方面已布点开 展应用研究,以建立智能农机物联网为目标。 (6)风电、光电等新能源领域,中科院合肥智能所、中科院合肥研究院先 进制造技术研究所涉及叶片、电机控制系统等关键配套件的技术开发。 (7)此外,在冶金、纺织、IC 制造、化工、污水处理等领域的生产过程中, 均涉及到先进制造技术,如自动化加工装备、在线检测、过程控制、远程监控、 基于工业现场总线的企业信息化管理技术(包含软、硬件)以及机器人技术等。 综上所述,指导思想是突破先进制造单元技术和关键零部件产品,并以此为 基础构建先进制造装备,应用于各生产制造领域,最终提升行业整体水平。

常州制造业共性、 1.2.2 常州制造业共性、代表性技术需求项目
(1)混合动力汽车、电动汽车设计和制造关键技术,包括内燃机与电机耦 合控制、智能车辆控制系统、整车智能化网络技术、智能整车实验技术和驱动系 统数字模型。 (2) 数字化机械加工技术的开发与应用,包括数控软件、专用数控设备、 高档数控机床关键零部件制造。 (3)基于物联网的现代农业机器人技术。 (4)机器人视觉技术在纺织、食品、制造行业的应用。 (5)面向轧钢、石化行业的能源优化集成系统,即针对大型连续过程工业 实现能源的监测、分析和优化调度。 (6)提升和改造传统制造行业装备和工艺水平的自动控制技术。 (7)计算机辅助设计与计算机辅助工程分析技术。 (8)风力发电关键技术研究、开发和应用。风力发电机主轴制造、叶片设 计与制造、相关控制设备的设计和开发。 (9)物料干燥、园林园艺、果树采摘等专用机器人设计与制造关键技术。 (10)节能技术与节能装备。 (11)码垛、焊接、包装机器人关键技术研究,如自动化生产线改造中各种 机器人控制、驱动、反馈、视觉感知等技术。 中科院与常州市“十二五”合作过程中, 大力推进机器人与智能装备技术创 新,促进当地产业的发展,正是符合当前国际、国内的经济形势,符合长三角地 区产业升级和企业转型的迫切需求。


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