发展工业机器人助推高端制造

 

 

　　无论是德国工业4.0、美国重回制造业发展战略，还是中国制造2025，都离不开工业机器人及其技术发展。2014年6月9日，习近平总书记在中国科学院、中国工程院两院院士大会上的讲话中指出：我国将成为机器人的最大市场，但我们的技术和制造能力能不能应对这场竞争?我们不仅要把我国机器人水平提高上去，而且要尽可能多地占领市场。

 

　　工业机器人是高端制造业的重要助手

 

　　工业机器人作为装备制造、高端装备的典型代表之一，是一种高技术的机电一体化、自动化、数字化生产用装备，成为中国制造2025中代表性高端装备之一，广泛应用到各行各业。因其涉及材料、机械制造、自动控制、计算机、软件系统等学科、多领域的技术，是多种高新技术的高度集成，在某种程度上其制造水平直接代表了国家装备的制造水平。同时，工业机器人本身由机械本体、控制器、伺服驱动系统以及检测传感装置等构成，其关键零部件的制造精度、可靠性等直接代表了装备制造业的技术现状，其单件、小批量及批量化生产能力直接集中体现了制造业的自动化、数字化、智能化生产水平和能力。机器人技术提升会直接带动材料、基础零部件、系统装备技术的水平提升，发展工业机器人会直接带动装备制造业的发展。另外，工业机器人特别适合于多品种、变批量的柔性化、自动化、智能化生产。工业机器人的广泛应用对稳定、提高产品质量，提高生产效率，降低资源消耗，改善劳动条件，提高企业随市场竞争变化的应变能力，促进新产业的建立和发展，改变劳动力结构以及促进相关学科的技术进步，均有重大作用。

 

　　高端制造需要工业机器人，产业转型升级也离不开工业机器人。工业机器人是实施自动化生产线、工业4.0、智能制造车间、数字化工厂、智能工厂的重要基础装备之一。当前，制造业正在经历以自动化、数字化、智能化为核心的新一轮的产业升级，工业机器人技术作为现代制造业重要的自动化装备，美国、欧盟、日本等经济发达国家对此极为重视，先后都实施了自己的研究发展计划。2013年，美国提出“再工业化”，并发布了机器人发展规划及路线图，瞄准研发新一代与人紧密协作的机器人，尤其是在美国先进制造伙伴计划(AMP)中指出：在关键制造产业、新一代机器人、创新型的节能制造工艺及先进材料等强化美国制造。欧盟提出“新工业革命”，将机器人作为重点发展领域之一，提出了2002—2022年欧洲机器人研究与应用路线图，并于2014年上半年启动总研发投入28亿欧元的世界最大民用机器人研发计划;日本提出“重振战略制造业”，加强高端制造业的研究。总之，发达国家都将发展以机器人为核心的智能装备作为重振制造业的重要手段。

 

　　中国作为全球的制造业大国，要成为制造业强国，工业机器人需求及产业进入了加速发展阶段。据统计，2005—2013年期间，中国工业机器人的销量以年均25%左右的速度高速增长，2013年销售近3.7万台，达到100亿元的市场规模，超过日本成为全球第一大机器人市场。伴随国民经济结构战略转型、产业结构调整和人力成本上涨，推动了工业机器人发展。根据2015年3月国际机器协会发布的机器人行业报告，中国以54%的增速成工业机器人最大需求国，销售工业机器人5.6万台。工业机器人在工业领域的推广应用，将提升我国工业制造过程的自动化和智能化水平，降低人工成本上升和人口红利减少对我国工业竞争力的影响，提高生产效率和产品质量，降低生产成本和资源消耗，保障安全生产，保持和提升我国工业的国际竞争力。

 

　　我国发展工业机器人存在的主要问题

 

　　与欧美发达国家机器人技术水平相比，我国工业机器人技术创新及生产应用存在一定差距。2014年全球工业机器人年销售额约365亿元，共销售工业机器人22.5万台左右，比2013年增长27%。在中国销售的5.6万台机器人中，瑞士ABB集团、德国库卡公司等海外供应商占比70%以上，中国本土制造仅为1.6万台。国外机器人产业经过几十年的发展，具有很好的技术和产业化经验积累，形成了很强的综合能力。如德国库卡(KUKA)机器人年产量超过15000台，全球安装总数超过15万台的工业机器人，同时开发了铸造、锻造，金属切削等领域的专用机器人。我国工业机器人在结构创新设计、高性能关键基础零部件、控制系统、机器人整机的性能与可靠性、机器人批量稳定生产应用等方面尚存在较大差距。以平均无故障时间为例，国外知名品牌的机器人产品可达5万~10万小时，远远超过国内产品水平。

 

　　我国工业机器人产品低端、同质化较重，关键零部件依赖进口，缺乏具有国际竞争力很强的机器人关键零部件及整机龙头企业。欧美发达国家已经将机器人发展成为一种标准设备被工业界广泛应用，德国等外资机器人普遍以6轴或以上高端工业机器人为主，垄断了汽车制造、焊接等高端行业领域，在汽车、电子电器、工程机械等行业，特别是焊接和搬运方面集中了70%的应用需求。大多数汽车制造企业广泛使用机器人进行焊接、喷漆以及其他危险性工作，如奥迪A3车身车间，机器人数量大致相当于800名员工。日本FANUC公司为市场提供一系列的专业铸造机器人，范围覆盖压铸、重力铸造、砂芯铸造等领域，尤其在喷脱模剂、取件、机加工等各工序中均可承担重要工作。我国生产的机器人主要应用还是以搬运和上下料机器人为主，多数企业处于行业的低端领域。

 

　　我国工业机器人性价比、性能可靠性等方面，问题较多，制约了工业机器人发展。减速器、交直流伺服电机和控制器等基础零部件直接制约机器人性能、质量和价格，我国国产机器人，尤其是重载龙门式、关节式高精高速机器人，所需要的高精度机器人减速机、高性能伺服电机和驱动器还主要依赖进口，产品生产成本高，造成机器人销售价格高，难以满足一般性工业企业低价格、高性能的产品需求。

 

　　把握机遇加快发展工业机器人

 

　　机器人融数字化、智能化等先进制造技术于一体，是推进智能车间、数字化工厂的重要装备之一，进一步成为国家优先鼓励发展的领域。国务院部署加快推进实施“中国制造2025”，实现制造业升级。重点发展新一代信息技术、高档数控机床和机器人、航空航天装备等十大领域。为进一步发展好机器人产业，建议如下。

 

　　紧紧把握发展机遇，做好顶层设计，有序、适度、集中优势资源创新发展机器人技术及产业，打造完整、有竞争力的产业配套体系。目前，我国机器人产业发展过热，各地盲目上马机器人项目。2014年，全国工业机器人产业园激增至近40家，机器人厂家达到500多家，需要避免高技术装备的产能过剩的问题发生，造成不必要的浪费与恶性竞争。决定发展机器人产业的地方区域及企业一定要正确评估机器人应用领域及市场需求，分析自己的特色及优势，解决重复投资、低水平发展机器人技术及产业。为进一步推进机器人产业有序发展，建议客观评估市场需求及区域产业技术特色，做好统筹规划，避免全国各地争相上马机器人项目、机器人产业园区。

 

　　建立多层次的产学研用紧密结合的机器人技术创新体系，进一步加强工业机器人基础技术、共性关键技术研究。依托国内有基础、有实力的核心研发队伍，通过实实在在的产学研深度融合，鼓励以股份制、混合所有制等方式联合共建协同创新基地，加强机器人领域的人才培养，强化伺服系统、减速机、伺服电机、控制器等核心部件的技术协同攻关，创新发展工业机器人关键零部件、控制软件、整机系统等，加快研发高性能龙门式机器人、高速高精的并联机器人、面向专业领域的特种机器人等新型机器人技术，创新机器人机械手设计，突破工业机器人本体、关键零部件及系统集成技术并实现产业化。以提升机器人在机械、纺织、建材、冶金、汽车等行业的系统集成化应用水平，形成研制、生产、制造、销售、集成、服务等有序化、精细化的技术链、产业链、应用链。

 

　　通过政策法规推动机器人应用，提供系统解决方案，以工业机器人集成创新应用示范带动机器人技术进步与产业化水平提升。20世纪70年代，德国、意大利、日本等国家为缓解劳动力成本的攀升和劳动力缺乏、解决安全生产、避免恶劣的工作环境以及降低生产成本和提高生产效率等需要，在国家政策导向下，机器人研发取得了快速发展。例如，德国采用行政手段规定，一些有毒、有害、危险的工作岗位必须以机器人代替普通劳动，推进了机器人发展。随着机器人技术成熟，发达国家工业机器人应用到自动化生产线和数字化工厂，其机器人技术发展和应用又进入新阶段。我国要发展高端制造，量大面广的制造业企业需要转型升级，要实现中国制造2025制造业强国目标，参与国际先进制造业竞争，加快发展工业机器人研发及推广应用是重要途径之一。

 

　　发展高端工业机器人，不断推进人类和机器人的和谐分工发展。工业机器人改变了传统的生产制造方式，可以有效提高劳动生产率和产品质量一致性，代替人或人的某些作用，尤其是在一些特殊作业环境下，甚至可以完成人无法操作的作业。需要研究节能节材机器人以及机器人绿色制造应用技术，研究机器人与人类一起协同工作方法，以提升生产效率和生产柔性化，降低资源消耗，减少废弃物排放，解放人类繁重体力劳动和重复性工作。另外，发展机器人产业，不仅不会造成大量人员失业，反而又会创造更多就业岗位。据报道，机器人已经在全球直接创造就业岗位400万~ 600万个，间接创造就业岗位300万~ 500万个。虽然机器人可以代替部分人的工作，但却永远不会完全取代人类，不必担心失业问题，因为是人类在创新和发展机器人，并且控制机器人为人类工作，尤其是使人更多关注创新工作和创造能力，实现机器人和人的工作和谐分工和合作，将机器人数字化、自动化、智能化与人类创造力有机结合，助推幸福制造、绿色制造和智能制造。