我國工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景分析

王景景

工業(yè)機(jī)器人是進(jìn)行高效機(jī)械加工的關(guān)鍵裝備，它的制造和使用，直接體現(xiàn)了一家企業(yè)（工廠）、一個行業(yè)甚至一個國家在機(jī)械生產(chǎn)與加工中的先進(jìn)性。伴隨著國家制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，工業(yè)用機(jī)器人開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)過程中，不論是機(jī)械加工技術(shù)，還是特種加工技術(shù)、加工輔助技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人的工作效率都很高，這也促使著工業(yè)機(jī)器人將廣泛應(yīng)用的一種趨勢。隨著我國工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高及產(chǎn)業(yè)升級的需要，機(jī)器人的智能化、仿生化、集成化將成為我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的潮流與趨勢。

工業(yè)機(jī)器人是廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，該裝置能夠按照程序指令自動執(zhí)行任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的任務(wù)是技術(shù)人員根據(jù)零件加工工藝的細(xì)節(jié)所編制程序運行的，它克服了人類在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)過程中所體現(xiàn)出的某些主觀性缺陷，具有相一定的智能性質(zhì)。

一、目前我國工業(yè)機(jī)器人的現(xiàn)狀

（一）我國工業(yè)機(jī)器人方面的引進(jìn)與發(fā)展

我國在實現(xiàn)社會主義初級階段工業(yè)建設(shè)的過程中，逐漸建立起了相對完善的工業(yè)體系，工業(yè)機(jī)器人也在上個世紀(jì)的70年代開始引進(jìn)并逐步發(fā)展，根據(jù)工業(yè)機(jī)器人在中國工業(yè)的發(fā)展歷程，大致可以分為四個過程，（1）起步階段：工業(yè)機(jī)器人被引進(jìn)服務(wù)于中國工業(yè)生產(chǎn)與技術(shù)研究，這個階段主要是在70年代;（2）應(yīng)用與推廣階段：為了提高產(chǎn)能，國家積極加大工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)方面的應(yīng)用，這個階段主要是在80～90年代。（3）大力發(fā)展階段：隨著中國的改革開放的推進(jìn)，國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，為了提高中國制造業(yè)的水平，國家積極引導(dǎo)機(jī)械行業(yè)引進(jìn)各型工業(yè)機(jī)器人，這些機(jī)器人可以完成包括點焊、弧焊等的焊接工藝;加工、切割、噴漆、裝配工藝;物料搬運、包裝、碼垛工藝等。這個階段是中國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的黃金階段，在這個階段內(nèi)中國打造了一批機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地，這為中國工業(yè)從勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)向奠定了堅實的基礎(chǔ)。

（二）工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的地域分布

中國工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展在地域上也結(jié)合了國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展在地域上的特色，當(dāng)前我國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)群主要集中在東北老工業(yè)基地、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈和長珠三角兩大三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

京津冀地區(qū)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)具有雄厚的資源協(xié)作優(yōu)勢，體現(xiàn)在中國十大機(jī)器人研發(fā)機(jī)構(gòu)有四家就在北京，他們分別是北航機(jī)器人研究所、北京理工大學(xué)智能機(jī)器人研究所、北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所、中國科學(xué)院自動化研究所。京津冀機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會號召在國家“十三五”期間，要努力將京津冀地區(qū)打造成為國家智能機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展的大平臺，要全力打造京津冀機(jī)器人產(chǎn)業(yè)集群。

長珠三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)是指長江下游經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)與珠三角經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)，幾乎涵蓋了華東沿海所有制造業(yè)發(fā)達(dá)的省份，含上海、浙江、江蘇、安徽、廣東、廣西。這些地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對內(nèi)陸省份來說不論是機(jī)械制造業(yè)、還是電子制造業(yè)、服裝鞋帽制造業(yè)都是具有極大的壓倒性優(yōu)勢，工業(yè)機(jī)器人在機(jī)械、電子、服裝鞋帽、汽車生產(chǎn)、物流倉儲等行業(yè)廣泛應(yīng)用。很多省份尤其是城市都制訂了本地區(qū)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展規(guī)劃，比如江蘇省大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園集群，希望用量的優(yōu)勢提高在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的話語權(quán)。浙江省是中國重要的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地，工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到52臺/萬人，穩(wěn)居全國第一名，并且穩(wěn)固推行“機(jī)器換人”戰(zhàn)略構(gòu)想，加大工業(yè)機(jī)器人研發(fā)力度，期望工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)達(dá)到一個新的發(fā)展高度。廣東省是改革開放后制造業(yè)的大省，工業(yè)機(jī)器人的普及率相當(dāng)高，省內(nèi)有多個地區(qū)在努力打造本地區(qū)經(jīng)濟(jì)特色的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園。廣東也是我國比較早進(jìn)入勞動力模式轉(zhuǎn)變的省份，工業(yè)機(jī)器人在制造業(yè)的加速普及已列入珠三角多地未來發(fā)展議程。越來越多的企業(yè)已開始將機(jī)器人應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。珠三角工業(yè)機(jī)器人年增速已達(dá)30%，有些行業(yè)增速甚至達(dá)到60%。

（三）中國是世界最大工業(yè)機(jī)器人市場

隨著我國人口基數(shù)的降低，人口出生率的持續(xù)低迷，我過每年進(jìn)入市場的勞動力數(shù)量持續(xù)降低，所以用自動化生產(chǎn)線、工業(yè)機(jī)器人替代人類進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)成為了我國未來的一項基本政策機(jī)器換人的政策。通過2013年以來，我國GDP放緩，我國開始由勞動密集型生產(chǎn)工業(yè)向技術(shù)密集型生產(chǎn)工業(yè)轉(zhuǎn)變，這段時間，我國大量生產(chǎn)性企業(yè)開始引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人提高生產(chǎn)效率，提高企業(yè)的國際競爭力，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國在2017年已經(jīng)成為了全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場。

2017年7月，在上海舉辦的由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會主辦的第六屆中國國際機(jī)器人展覽會上，來自全世界機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的相關(guān)專家、學(xué)者、企業(yè)家會聚一堂，積極探討未來全球工業(yè)機(jī)器人市場的發(fā)展趨勢，與會者一致認(rèn)定中國是全球最大的機(jī)器人市場，工業(yè)機(jī)器人總數(shù)年均增長14%左右;預(yù)計到2020年，中國工業(yè)機(jī)器人總的保有量約為80萬臺，以目前的速度分析，中央政府所制訂的“中國制造2025”宏偉藍(lán)圖定能圓滿實現(xiàn)。

（四）中國工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域

工業(yè)機(jī)器人出現(xiàn)的意義就是替代人類進(jìn)行高強(qiáng)度、高難度、高風(fēng)險的工作。根據(jù)所執(zhí)行的任務(wù)不同，工業(yè)機(jī)器人分為焊接、噴涂、搬運、裝配、沖壓、碼垛、上下料七種。綜合工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行任務(wù)的對比分析，綜合為五大應(yīng)用領(lǐng)域。（1）機(jī)械加工（2%） ：機(jī)械加工行業(yè)機(jī)器人應(yīng)用量并不高，原因是市面上有許多自動化設(shè)備可以勝任機(jī)械加工的任務(wù)，而不需要工業(yè)機(jī)器人的介入。機(jī)械加工的工業(yè)機(jī)器人主要從事應(yīng)用的領(lǐng)域包括零件的鑄造與加工、特種加工技術(shù)裝備。（2）噴涂（4%）：使用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行工業(yè)噴涂可以減輕工人的勞動條件，提高噴涂的效率。（3）機(jī)械產(chǎn)品裝配（10%）：機(jī)械設(shè)備的裝配使用工業(yè)機(jī)器人可以大大縮短裝配的時間以及提高裝配的精度。（4）機(jī)器人焊接（29%）：主要包括在汽車行業(yè)中使用的點焊和弧焊。（5）：機(jī)器人搬運（38%）是機(jī)器人的第一大應(yīng)用領(lǐng)域，使用機(jī)器人可以對物料進(jìn)行搬運、碼垛、上料、裝卸等。

二、我國工業(yè)機(jī)器人未來發(fā)展方向

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域可以大幅度提高自動化水平、勞動生產(chǎn)率與產(chǎn)品質(zhì)量。未來，隨著新材料、新技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)機(jī)器人的有效配合，未來工業(yè)機(jī)器人必將更快更好的發(fā)展。

（一）工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展趨勢

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)正在向智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：

1.性價比提高。首先工業(yè)機(jī)器人的性能將更加優(yōu)秀，不僅能執(zhí)行高速、高精、高可靠性的工作任務(wù)，機(jī)器人本身也易于操作和維修。另一方面，隨著零件加工的規(guī)?；?，工業(yè)機(jī)器人的單價也將逐步降低，這將體現(xiàn)出極優(yōu)的性價比。

2.結(jié)構(gòu)趨向模塊化。模塊化在機(jī)械設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)與維護(hù)都有比較好的應(yīng)用前景。例如某工業(yè)機(jī)器人的關(guān)節(jié)模塊，該模塊含有伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)。對于該該模塊可以整體進(jìn)行設(shè)計，提供其可靠性及可維護(hù)性。多個模塊可以組裝為一個大模塊。通過設(shè)計相應(yīng)的故障檢測及分析軟件，可以快速鎖定故障源，從而快速分析問題解決問題。

3.控制系統(tǒng)趨于網(wǎng)絡(luò)化。現(xiàn)階段“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的廣泛應(yīng)用，工業(yè)機(jī)器人也可以進(jìn)行組網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、程序共享。工業(yè)機(jī)器人也可以用手機(jī)APP控制，便于實時監(jiān)測該工業(yè)機(jī)器人工作狀態(tài)，一旦遇到故障且暫時不能解決時，還能實時共享互聯(lián)網(wǎng)資源，幫助其解決問題。

4.控制思維的智能化。當(dāng)有更多的傳感器應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人之后，工業(yè)機(jī)器人不僅有傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，還將有視覺、力覺傳感器。多傳感器的共同使用，及相應(yīng)控制程序的處理，可以為工業(yè)機(jī)器人在遇到各種復(fù)雜情況下有一定的“自我”思維能力，從而間接提高了該機(jī)器人的可靠性。

5.人機(jī)協(xié)作技術(shù)化。人機(jī)協(xié)作可應(yīng)用于機(jī)器人的過程控制，操作者可以通過佩戴機(jī)器人遙感控制裝備，實時控制機(jī)器人的每一個動作，就好像自己在完成任務(wù)一樣，這對于深海作業(yè)、高溫高壓環(huán)境作業(yè)來講，有著非常重要的意義。

（二）工業(yè)機(jī)器人研究的發(fā)展趨勢

1.模糊控制。所謂模糊控制就是以模糊數(shù)學(xué)作為理論基礎(chǔ)，以人的控制經(jīng)驗作為知識模型而建立起來的一種控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有易于接受與理解，設(shè)計簡單，便于應(yīng)用 。模糊控制主要應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)大型生產(chǎn)過程中，以及智能家用電器、工控對象等。

2.智能化。通過與自動化控制技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能工程技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效結(jié)合，工業(yè)機(jī)器人具備相當(dāng)?shù)淖R別、認(rèn)知及思考能力，可以實現(xiàn)一定智能化的過程控制。

3.高精化。出于特高精度設(shè)備制造需要，將采用更高精度的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行輔助生產(chǎn)和協(xié)作。

4.一定的自我修復(fù)能力。未來工業(yè)機(jī)器人將具備一定的自我檢測與故障修復(fù)能力，這樣也是提高設(shè)備可靠性一種重要的方法，也直接提高了生產(chǎn)效率。

（三）工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用發(fā)展趨勢

1.工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)蓚鹘y(tǒng)的制造業(yè)擴(kuò)大到航空、航天、核能、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域。

2.工業(yè)機(jī)器人有向巨型和小型化兩個發(fā)展的趨勢。隨著航空、航天、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、核技術(shù)發(fā)展，有的機(jī)械設(shè)備的零件尺寸越來越大，也就相應(yīng)要有更大的工業(yè)機(jī)械人。小型工業(yè)機(jī)器人也是工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的一個方向，小型工業(yè)機(jī)器人不僅能夠?qū)崿F(xiàn)小型零件加工也能完成大型工件的加工任務(wù)。

3.工業(yè)機(jī)器人未來的發(fā)展也將結(jié)合最新的技術(shù)。比如高能激光切割、快速變速箱裝配技術(shù)等，這將使得傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人具備更多的功能或者具有更高的實用性。

4.工業(yè)機(jī)器人向服務(wù)機(jī)器人轉(zhuǎn)變。

使用在工業(yè)機(jī)器人上的某些先進(jìn)技術(shù)，可以移植到服務(wù)性機(jī)器人，這樣可以幫助服務(wù)性機(jī)器人在技術(shù)層面快速發(fā)展。服務(wù)型機(jī)器人目前有掃地機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、醫(yī)療看護(hù)機(jī)器人等，加入了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的服務(wù)機(jī)器人將具備更加強(qiáng)大的實用性及先進(jìn)性。（作者單位：江西工程學(xué)院）