無論是德國工業4.0、美國重回制造業發展戰略,還是中國制造2025,都離不開工業機器人及其技術發展。2014年6月9日,習近平總書記在中國科學院、中國工程院兩院院士大會上的講話中指出:我國將成為機器人的最大市場,但我們的技術和制造能力能不能應對這場競爭?我們不僅要把我國機器人水平提高上去,而且要盡可能多地占領市場。
工業機器人是高端制造業的重要助手
工業機器人作為裝備制造、高端裝備的典型代表之一,是一種高技術的機電一體化、自動化、數字化生產用裝備,成為中國制造2025中代表性高端裝備之一,廣泛應用到各行各業。因其涉及材料、機械制造、自動控制、計算機、軟件系統等學科、多領域的技術,是多種高新技術的高度集成,在某種程度上其制造水平直接代表了國家裝備的制造水平。同時,工業機器人本身由機械本體、控制器、伺服驅動系統以及檢測傳感裝置等構成,其關鍵零部件的制造精度、可靠性等直接代表了裝備制造業的技術現狀,其單件、小批量及批量化生產能力直接集中體現了制造業的自動化、數字化、智能化生產水平和能力。機器人技術提升會直接帶動材料、基礎零部件、系統裝備技術的水平提升,發展工業機器人會直接帶動裝備制造業的發展。另外,工業機器人特別適合于多品種、變批量的柔性化、自動化、智能化生產。工業機器人的廣泛應用對穩定、提高產品質量,提高生產效率,降低資源消耗,改善勞動條件,提高企業隨市場競爭變化的應變能力,促進新產業的建立和發展,改變勞動力結構以及促進相關學科的技術進步,均有重大作用。
高端制造需要工業機器人,產業轉型升級也離不開工業機器人。工業機器人是實施自動化生產線、工業4.0、智能制造車間、數字化工廠、智能工廠的重要基礎裝備之一。當前,制造業正在經歷以自動化、數字化、智能化為核心的新一輪的產業升級,工業機器人技術作為現代制造業重要的自動化裝備,美國、歐盟、日本等經濟發達國家對此極為重視,先后都實施了自己的研究發展計劃。2013年,美國提出“再工業化”,并發布了機器人發展規劃及路線圖,瞄準研發新一代與人緊密協作的機器人,尤其是在美國先進制造伙伴計劃(AMP)中指出:在關鍵制造產業、新一代機器人、創新型的節能制造工藝及先進材料等強化美國制造。歐盟提出“新工業革命”,將機器人作為重點發展領域之一,提出了2002—2022年歐洲機器人研究與應用路線圖,并于2014年上半年啟動總研發投入28億歐元的世界最大民用機器人研發計劃;日本提出“重振戰略制造業”,加強高端制造業的研究。總之,發達國家都將發展以機器人為核心的智能裝備作為重振制造業的重要手段。
中國作為全球的制造業大國,要成為制造業強國,工業機器人需求及產業進入了加速發展階段。據統計,2005—2013年期間,中國工業機器人的銷量以年均25%左右的速度高速增長,2013年銷售近3.7萬臺,達到100億元的市場規模,超過日本成為全球第一大機器人市場。伴隨國民經濟結構戰略轉型、產業結構調整和人力成本上漲,推動了工業機器人發展。根據2015年3月國際機器協會發布的機器人行業報告,中國以54%的增速成工業機器人最大需求國,銷售工業機器人5.6萬臺。工業機器人在工業領域的推廣應用,將提升我國工業制造過程的自動化和智能化水平,降低人工成本上升和人口紅利減少對我國工業競爭力的影響,提高生產效率和產品質量,降低生產成本和資源消耗,保障安全生產,保持和提升我國工業的國際競爭力。
我國發展工業機器人存在的主要問題
與歐美發達國家機器人技術水平相比,我國工業機器人技術創新及生產應用存在一定差距。2014年全球工業機器人年銷售額約365億元,共銷售工業機器人22.5萬臺左右,比2013年增長27%。在中國銷售的5.6萬臺機器人中,瑞士ABB集團、德國庫卡公司等海外供應商占比70%以上,中國本土制造僅為1.6萬臺。國外機器人產業經過幾十年的發展,具有很好的技術和產業化經驗積累,形成了很強的綜合能力。如德國庫卡(KUKA)機器人年產量超過15000臺,全球安裝總數超過15萬臺的工業機器人,同時開發了鑄造、鍛造,金屬切削等領域的專用機器人。我國工業機器人在結構創新設計、高性能關鍵基礎零部件、控制系統、機器人整機的性能與可靠性、機器人批量穩定生產應用等方面尚存在較大差距。以平均無故障時間為例,國外知名品牌的機器人產品可達5萬~10萬小時,遠遠超過國內產品水平。
我國工業機器人產品低端、同質化較重,關鍵零部件依賴進口,缺乏具有國際競爭力很強的機器人關鍵零部件及整機龍頭企業。歐美發達國家已經將機器人發展成為一種標準設備被工業界廣泛應用,德國等外資機器人普遍以6軸或以上高端工業機器人為主,壟斷了汽車制造、焊接等高端行業領域,在汽車、電子電器、工程機械等行業,特別是焊接和搬運方面集中了70%的應用需求。大多數汽車制造企業廣泛使用機器人進行焊接、噴漆以及其他危險性工作,如奧迪A3車身車間,機器人數量大致相當于800名員工。日本FANUC公司為市場提供一系列的專業鑄造機器人,范圍覆蓋壓鑄、重力鑄造、砂芯鑄造等領域,尤其在噴脫模劑、取件、機加工等各工序中均可承擔重要工作。我國生產的機器人主要應用還是以搬運和上下料機器人為主,多數企業處于行業的低端領域。
我國工業機器人性價比、性能可靠性等方面,問題較多,制約了工業機器人發展。減速器、交直流伺服電機和控制器等基礎零部件直接制約機器人性能、質量和價格,我國國產機器人,尤其是重載龍門式、關節式高精高速機器人,所需要的高精度機器人減速機、高性能伺服電機和驅動器還主要依賴進口,產品生產成本高,造成機器人銷售價格高,難以滿足一般性工業企業低價格、高性能的產品需求。
把握機遇加快發展工業機器人
機器人融數字化、智能化等先進制造技術于一體,是推進智能車間、數字化工廠的重要裝備之一,進一步成為國家優先鼓勵發展的領域。國務院部署加快推進實施“中國制造2025”,實現制造業升級。重點發展新一代信息技術、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備等十大領域。為進一步發展好機器人產業,建議如下。
緊緊把握發展機遇,做好頂層設計,有序、適度、集中優勢資源創新發展機器人技術及產業,打造完整、有競爭力的產業配套體系。目前,我國機器人產業發展過熱,各地盲目上馬機器人項目。2014年,全國工業機器人產業園激增至近40家,機器人廠家達到500多家,需要避免高技術裝備的產能過剩的問題發生,造成不必要的浪費與惡性競爭。決定發展機器人產業的地方區域及企業一定要正確評估機器人應用領域及市場需求,分析自己的特色及優勢,解決重復投資、低水平發展機器人技術及產業。為進一步推進機器人產業有序發展,建議客觀評估市場需求及區域產業技術特色,做好統籌規劃,避免全國各地爭相上馬機器人項目、機器人產業園區。
建立多層次的產學研用緊密結合的機器人技術創新體系,進一步加強工業機器人基礎技術、共性關鍵技術研究。依托國內有基礎、有實力的核心研發隊伍,通過實實在在的產學研深度融合,鼓勵以股份制、混合所有制等方式聯合共建協同創新基地,加強機器人領域的人才培養,強化伺服系統、減速機、伺服電機、控制器等核心部件的技術協同攻關,創新發展工業機器人關鍵零部件、控制軟件、整機系統等,加快研發高性能龍門式機器人、高速高精的并聯機器人、面向專業領域的特種機器人等新型機器人技術,創新機器人機械手設計,突破工業機器人本體、關鍵零部件及系統集成技術并實現產業化。以提升機器人在機械、紡織、建材、冶金、汽車等行業的系統集成化應用水平,形成研制、生產、制造、銷售、集成、服務等有序化、精細化的技術鏈、產業鏈、應用鏈。
通過政策法規推動機器人應用,提供系統解決方案,以工業機器人集成創新應用示范帶動機器人技術進步與產業化水平提升。20世紀70年代,德國、意大利、日本等國家為緩解勞動力成本的攀升和勞動力缺乏、解決安全生產、避免惡劣的工作環境以及降低生產成本和提高生產效率等需要,在國家政策導向下,機器人研發取得了快速發展。例如,德國采用行政手段規定,一些有毒、有害、危險的工作崗位必須以機器人代替普通勞動,推進了機器人發展。隨著機器人技術成熟,發達國家工業機器人應用到自動化生產線和數字化工廠,其機器人技術發展和應用又進入新階段。我國要發展高端制造,量大面廣的制造業企業需要轉型升級,要實現中國制造2025制造業強國目標,參與國際先進制造業競爭,加快發展工業機器人研發及推廣應用是重要途徑之一。
發展高端工業機器人,不斷推進人類和機器人的和諧分工發展。工業機器人改變了傳統的生產制造方式,可以有效提高勞動生產率和產品質量一致性,代替人或人的某些作用,尤其是在一些特殊作業環境下,甚至可以完成人無法操作的作業。需要研究節能節材機器人以及機器人綠色制造應用技術,研究機器人與人類一起協同工作方法,以提升生產效率和生產柔性化,降低資源消耗,減少廢棄物排放,解放人類繁重體力勞動和重復性工作。另外,發展機器人產業,不僅不會造成大量人員失業,反而又會創造更多就業崗位。據報道,機器人已經在全球直接創造就業崗位400萬~ 600萬個,間接創造就業崗位300萬~ 500萬個。雖然機器人可以代替部分人的工作,但卻永遠不會完全取代人類,不必擔心失業問題,因為是人類在創新和發展機器人,并且控制機器人為人類工作,尤其是使人更多關注創新工作和創造能力,實現機器人和人的工作和諧分工和合作,將機器人數字化、自動化、智能化與人類創造力有機結合,助推幸福制造、綠色制造和智能制造。
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