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浅析机器人“全应用”时代下各国新进展
发布时间:2015-11-09       关键字:机器人,自动化技术             来源:全球五金网

当今时代,机器人已经深入到人类生活的方方面面。即使目前的科学技术还谈不上像某些机器人电影中那么出神入化,但依照如今科技发展的速度,我们有理由相信高智能时代的到来不会太远。201511月,由中国主办的世界机器人大会将于北京举行。

 

员工长久、辛苦地弯着腰,小心翼翼地将个头不大的电热塞插进难以看清的缸盖钻孔中——这是传统汽车发动机生产过程中的一幕“典型场景”。完成这一操作需要工人长期积累的经验、耐心和精力。不过,在德国的汽车生产车间,这一幕早已成为历史。

 

取代工人完成这一任务的,是一排排整齐的小型机器人。凭借其精巧设计,这些机器人能轻而易举地抓取小巧的电热塞,将其毫厘不差地放入钻孔。

 

在一个个汽车生产车间,从料品搬运到焊接、喷漆等各道工序,工业机器人都有“用武之地”。而这只是工业机器人普及的一个缩影。

 

如今,从工厂、商店到医院,人工智能技术正越来越多地出现在人类社会生活的各个领域。曾经只停留在科幻小说和影视作品中的机器人,已经逐渐从实验室来到你我身边,或许,机器人“全应用”时代正在来临。

 

老牌制造业大国德国的“新兵”

 

作为制造业传统强国,德国近年提出“工业4.0”战略,力图将信息技术与先进制造业结合,带动整个制造业新一轮的发展,保持制造业领军地位。在这一战略中,“智能制造”是核心内容,而抢占机器人技术和市场制高点,也是重要目标之一。

 

德国机械设备制造业联合会负责人赖纳·格拉茨表示,德国的机器人工业现阶段状况“非常好”,有许多制造业公司、许多国家都在使用德国的机器人技术,“可以说,德国的机器人技术应用已经较为广泛”。

 

根据国际通用的制造业机器人普及标准——每万名工人机器人拥有量,德国这一指标为约300台,处于国际领先水平,十倍于中国当前水平。

 

而在德国,机器人技术的使用早已不局限于汽车制造业。

 

德国中南部小城奥格斯堡,人口不到30万,却拥有全球工业机器人“四大家族”之一的库卡公司。这家公司于上世纪90年代开始涉足机器人制造领域,如今代表着德系工业机器人的最高水准,并作为德国“工业4.0”的成功案例,被总理默克尔广为推崇。

 

库卡机器人活跃在各种生产线:物料搬运、加工、堆垛、点焊和弧焊,涉及自动化、金属加工、食品和塑料等诸多行业,用户包括诸多“大牌”。

 

不过,最令库卡员工骄傲的用户,是他们自己。库卡公司目前已经做到“用机器人生产机器人”,凭借先进的机器人制造技术,库卡工厂高度自动化,随处可见挥舞的巨大机械臂,却少见人类员工。

 

让机器人上生产线,优势十分明显:不仅可使自动化和智能化水平更高、降低用工成本,而且在一些特定工作岗位更能发挥效用,如危害健康和危险作业环境、重复繁重劳动岗位及智能采样分析岗位等。

 

坐拥这些巨大优势,称机器人技术为“制造业皇冠顶端的明珠”毫不为过。也正是认识到这一点,欧盟对这一领域愈发看重。据欧盟委员会机器人技术部门主管尤哈·海基拉介绍,欧盟目前大力支持机器人新研究项目,并与产业界和学术界达成战略合作,以保持欧盟在全球机器人领域的领导力。

 

他指出,这类合作项目从2014年开始,将持续至2020年,覆盖从技术研发到产品部署的完整价值链。其资助的VALERI项目将把机器人引入航空制造业,以代替某些高精度的单调人工操作。

 

“如果我们能解决阻碍飞机制造中大规模采用机器人的复杂技术障碍,就可以解放劳动力,让他们从事附加值更高的工作。”项目协调人、德国夫琅禾费工厂运营和自动化研究所工程师何塞·萨恩斯说。

 

目前,该项目研究人员正在研发能进入飞机架构内、在多个位置工作的“移动手臂机器人”。也许在不远的将来,你乘坐的飞机就将是由机器人制造。

 

日本服务型机器人崭露头角

 

如果说机器人技术发展早期主要侧重其“机器”特性,那么由“机器”向“人”的智能化发展,可视为这一领域的新趋势。在这方面,具有商业推广、生活陪护甚至感情陪伴功能的服务型机器人正逐渐崭露头角。

 

日本在服务型机器人研发和应用方面处于世界领先。先进的技术和人性化、个性化设计,让你很难把这些机器人看成冷冰冰的工业产品,而更容易把它们当成活生生、有情感有思想的人。

 

大概半年前,东京日本桥三越总店一名身穿夏季和服的“迎宾小姐”上岗。她不断微笑着向走近的顾客点头并问候:“我的名字是‘地平Aiko’,你好吗?”

 

用机器人充当“门面”拉拢生意,在日本已经成为一种“时尚”。日本鸟取县政府今年夏天就正式聘请日本软银公司开发的人形机器人“胡椒”担任“宣传部长”,在东京一家商店推销这个西部县的土特产。“胡椒”一身白色,身材短小精悍,高约12、重28公斤。据软银集团介绍,“胡椒”自带摄像头、触觉感应器、加速器,并且具备“类似内分泌系统的多层神经网络”。它可以识别人类的音调和面部表情,从而与人类交流。

 

按这家企业的说法,这款机器人还不同于以往的商用服务型机器人,“它是人类的情感伴侣”。“胡椒”可以根据与人的互动特点形成自己的“个性”,它的情绪受“人类的表情、言语和周边环境影响”,“当熟人靠近时,它会表现放松;受人夸奖时,它会高兴;当关灯时,它会怕黑”。

 

在日本,从事各种“职业”的机器人可谓无处不在

 

日本科学未来馆去年展出了3款能够与人进行简单对话沟通、外形完全能够“以假乱真”的“美女机器人”。这些机器人拥有用特殊硅树脂制作的柔软并富有弹性的皮肤,脸部采用纤细的人工肌肉,可使脸部表情根据对话的需要发生变化,还会根据对话需要眨眼、点头和微笑。

 

其中一款美女机器人担任展会播音工作,只要给她一份新闻稿,她就能用多国语言和多种语气朗读。

 

不仅有播音员,日本机器人甚至还“进军”了演艺界。2010年东京艺术节上演的话剧《再见》,由大阪大学教授石黑浩团队研发的美女机器人“GeminoidF”和人类女演员联袂演出。

 

这位“演员”不仅能眨眼、微笑,还能展现出吃惊的表情,说话时胸脯会随着“呼吸”一起一伏。演戏的时候,一名女演员在幕后操纵机器人。女演员在舞台后方隔音室表演,表情通过摄像机传导给机器人,供她模仿,声音则通过麦克风由机器人“说”出来。

 

这部话剧久演不衰,还在泰国曼谷举行了公演。日本还打算将这部话剧翻拍成电影。而因《再见》“蹿红”的“GeminoidF”还于2010年情人节期间参加了高岛屋百货新宿店的橱窗展示。

 

在手术台上大显身手的英国“机器人医生”

 

别以为机器人只活跃在工厂车间的流水线和商场前台,在医疗健康界,它们也正大显身手。

 

英国是较早应用“机器人医生”的国家,而且对它们“委以重任”,操刀高难度、高精度手术。

 

英国每年约有5万人患心房纤维颤动,但由于手术风险大,操作要求极其精准,长期以来,只有不到10%的患者能够及时接受手术治疗。为改善这种状况,英国科学家从2007年起开始尝试机器人操刀此类手术的可能。伦敦圣玛丽医院率先进行了尝试。这家医院拥有帝国理工学院强大的科研实力,并且是英国医学界“圣地”之一——改变人类命运的青霉素就是在这里发现。

 

据介绍,房颤的治疗方法包括药物治疗和手术治疗两类,而手术是医学界公认的有效治疗手段。但这一手术要求医生操作极为精细,稍有不慎就会导致心脏内壁穿孔。

 

圣玛丽医院采用名为“Sensei”的机器人操刀手术,使用导管消融术治疗房颤。严格地说,真正操刀的,是一只机械臂。它通过穿刺静脉插入导管直至患者心脏。导管尖端到达患处后,通过射频电流消融掉引起房颤发作的异常心肌组织,从而达到治疗目的。

 

这只机械臂由医生操控,在手术的同时,医生可通过显示屏实时观察患者心脏内部的情况。

 

圣玛丽医院的心脏病专家温·戴维斯医生说:“此前,我们操作这一手术时,必须非常谨慎地控制导管位置。我们不希望在病人心脏内不需要洞的地方弄出个洞来。现在使用机器人操作,可以使导管尖端在病人患处固定不动。”

 

戴维斯认为,机器人在心脏病治疗领域有巨大潜力。“随着进一步发展,这种机器人将来能够自动进行复杂的手术操作,增加病人治愈的机会,降低手术风险,”他说:“这种机器人能够精准控制导管运动。而此前,医生要达到这一水平,需要相当长的时间。”

 

除了心脏手术,欧洲科学界还在研究利用机器人完成其他外科手术。英国科学家与德国、意大利和以色列同行合作,于2011年开发出了一款神经外科手术机器人,以期减少手术过程中患者的创伤,提高手术的安全性。

 

“精细”是机器人在手术台上的最大优势。在神经外科的显微手术中,医生最多只能完成4种精细动作模式,而这种机器人可完成13种。这种机器人还可以感知手术部位的情况,及时调节动作的力度和方向。它动作幅度小,可完成非常精细的手术,适用于脑肿瘤、癫痫、帕金森氏症等手术。

 

海外垄断“卡住”中国机器人

 

机器人作业在中国遥不可及?或许不——在上海青浦工业园区内,一家名为“晨兴希姆通”的高新技术企业,今年以来已有多套机器人生产线在代替“工人排排站”的传统流水线。

 

目前,越来越多的中国企业正在考虑把机器人引入企业生产。近年来,作为智能制造重要角色之一,机器人产业在国内已被推到了高速发展的“风口”上。与此同时,挑战随之而来。

 

“中国制造”催生海量需求

 

近年来,中国工业机器人行业快速发展,已成为全球工业机器人最重要的市场,目前占据了全球需求量的20%以上。随着工业机器人广泛应用于汽车、电子、金属和机械等领域,一个全新的“机器人时代”业已到来。

 

据专业研究机构统计,中国工业机器人的销量已从2008年的7879台跃升至2014年的56000台,实现了指数式的增长,其中2014年的销量同比增长率约为53%,较2013年翻了一番。目前,中国工业机器人的市场需求份额也位于全球首位。国际机器人协会预测,2017年中国工业机器人销售量将达到10万台左右,约占全球市场份额的35%

 

在业内人士看来,国内机器人的需求主要来自产业升级、机器换人、工况需求和人口结构。首先,国内多领域自动化依赖程度日益增加;其次,劳动力成本提高,机器换人潜力大;再次,恶劣作业环境下的现实需求;另外,老幼人口占比不断加大,服务机器人作用日渐凸显。

 

当前,发达国家的许多制造企业已经实现了精细化生产,从生产、检测到仓储、包装,全程采用自动化设备,以保障产品的稳定性和可靠性。相比之下,中国制造业企业多数仍处于自动化的早期阶段,随着未来人们对产品质量要求的提升,中国工业制造业也将朝着集约化、智能化的方向进行产业升级,对以工业机器人为代表的自动化设备的需求将会大幅度释放。

 

为推动中国机器人产业健康快速发展,国家相关部门也不断加大对机器人产业的扶持力度。近日,工信部副部长毛伟明表示,机器人产业“十三五”规划将于今年10月底完成。工信部2015年将重点就机器人产业开展三项工作,一是制定机器人产业“十三五”规划,引导行业发展;二是积极争取相关政策,支持机器人研发、应用;三是在重点制造领域推广机器人应用。

 

值得注意的是,虽然现在中国已经成为全球最大工业机器人市场,但中国的机器人密度距离世界发达国家依然还有很大差距。2014年世界前五大机器人供应国中,中国的机器人密度显着低于韩国、日本、德国、美国等国家,机器人的渗透率还处于较低水平,这也预示着中国工业机器人市场仍具备十分广阔的提升空间。

 

核心技术受制于人

 

对国内机器人产业从业者来说,虽然当前市场看上去一片火热,但热潮之下也不乏苦涩和尴尬。中国大陆工业机器人市场仍为海外厂商所垄断,据统计,日系品牌厂商占52%,欧洲厂商占30%,其余约10%为中国大陆厂商。

 

沈阳新松机器人自动化股份有限公司总裁曲道奎指出,在焊接、装配、汽车制造等领域,所应用技术水平较高的关节式机器人,进口机器人仍然占据了绝大比例的份额。这也提醒着我们,虽然近两年中国机器人产业发展势头一片大好,技术水平逐年提高,但是和国外知名厂商相比,中国机器人的技术水平仍有一段不小的差距。

 

与此同时,国产机器人的核心零部件也大多依赖进口。据专家介绍,整个机器人产业链条主要分为上中下三个层面:上游是关键设备零部件,包括减速机、控制器、电机伺服系统等;中游是机器人本体,即机器人设备制造厂;下游则是系统集成商,根据下游客户的具体需要将单元产品进行组装。目前国产机器人最突出问题就是无法掌握核心零部件技术,国内机器人产业相关公司主要是做系统集成,核心部件依赖进口。

 

民生证券研究人员认为,中国机器人起步较晚,经过多年发展后行业已经初具规模,但仍处在发展初期:从应用领域看,国外企业主要生产价值量较高的机器人且应用领域比较集中(汽车占50%),而国内机器人则主要应用于对性能要求较低的领域,价值量普遍偏低;另外,中国机器人产业链尚不完善,国内没有能够提供规模化且性能可靠的减速机等核心部件企业,本体核心技术被外资垄断。

 

关键部件突破仍任重道远

 

根据工信部此前发布的工业机器人发展目标,到2020年,中国将形成较为完善的工业机器人产业体系,培育3-5家具有国际竞争力的龙头企业和8-10个配套产业集群;高端产品市场占有率提高到45%以上。

 

广发证券研报预测,未来国内将形成千亿级工业机器人市场与百亿级公司。预计到2020年,中国的机器人市场规模将达到2000亿元,大部分需求将来自于汽车以外的一般制造业。随着将来广大中小型制造企业大规模使用机器人,届时国内工业机器人市场将走向成熟,且有望出现百亿级的龙头企业。

 

在研究机构看来,中国机器人行业正处在高速发展初期,特别是在当前制造业转型升级背景下,多重因素将支撑机器人行业在未来五年继续延续高景气度:比如随着由投资和出口为主导的经济发展模式向消费为主导的发展模式转变,国家将重点扶持包括机器人在内的战略性新兴产业;企业提高生产效率和产品质量的内生需求;规模效益和进口替代驱动自动化设备采购成本趋势下降等。

 

专家表示,由于人力资源成本和产业结构升级的需求驱动,未来至少20年内,中国机器人产业前景乐观,主要市场仍被国际巨头占据的局面期待能够有所突破。目前仍有99%的工作岗位尚无法用机器来替代,而这99%的工作将是机器人未来发展的重点,“机器换人”未来也有望渗透到更多领域。另外,国际巨头在很长时间内仍将攫取机器人产业最多利润,国内企业在关键部件的突破方面仍任重道远。

 

中国机械工业联合会会长王瑞祥认为,目前世界各国均希望通过机器人产业重塑制造强国优势。中国应当加快发展相关的零部件加工制造、配套产业等行业,重点发展产业基础薄弱和关键零部件对外依存度高的领域,尤其是减速器、伺服电机、控制系统和传感器,以防产业空心化。

 

“机器换人”喜忧并存

 

人力成本不断上升、用工荒等问题日渐凸显……“新常态”下制造业企业如何转型升级?近期,本报记者在珠三角地区走访了解到,不少制造业企业大力推进“机器换人”,甚至开建“无人工厂”,勾勒出转型升级的“微笑曲线”。

 

大量减少人工成本

 

广东长盈精密技术有限公司是一家手机元件供应商。这家工厂正在推进的“无人工厂”,使用机械臂制造手机元件,产品通过全自动流水线进入仓库,然后自动分包转运。

 

“机器人打磨效率将可以提升2倍,平均产能超过21000/月,而且产品不良率降低了两成。”广东长盈精密技术有限公司董事长陈奇星说。

 

“我们一个车间的工人数量大幅下降了,整个‘无人工厂’的自动化系统建成后,还会大规模压缩人工数量,可达到90%的水平。”公司常务副总经理任项生说。

 

“无人工厂并不是说完全没有一个人,但会大规模压缩人工数量。”陈奇星说,在“智能工厂”建成后,仍需要一些软件系统、中后台管理人员,预计不超过200人。

 

据了解,这一工厂的计划年销售收入为20亿元,如若按目前的手工操作水平来计算,则需要工作人员超过2000人。

 

整体生产线升级投入巨大

 

事实上,自2014年珠三角东莞、佛山等地市相继发布“机器换人”战略规划以来,在专项资金的补贴激励下,这些地区实体制造业企业向工业机器人智能装备转型的氛围日渐浓厚。

 

记者采访了解到,一些积极推进“机器换人”的企业转型升级较为顺利,在市场环境较为艰难的情况下仍取得了10%以上的外贸增长。然而,也不少有意实施机器换人的企业却遭遇资金紧、人才缺等障碍。

 

长盈精密公司总经理助理罗卫强说,一套机械手需要18万元,目前一个工人的年用工成本约6万元,有的工序在现阶段进行“机器换人”并不划算。

 

对一些企业来说,整体生产线自动化升级的投入往往高达数亿元。“现在制造业企业本身就比较困难,很难拿出这么大笔资金进行自动化改造。”东莞市经信局相关负责人说。

 

与此同时,技术研发和应用能力是很多有意向进行“机器换人”企业的最大障碍。东莞市松山湖高新区管委会科教局局长邓国军说,全流程自动化改造不是简单地从国外买回几台机器人就可以实现的,还要求企业有应用研发的人才和能力。

 

专家认为,“机器换人”还需要出台具体配套政策,如促进机器人应用人才的培养等。任项生表示,在购买机械手之后,与之相配套的应用器材、控制程序等都需要自主设计、编写,“我们还是感觉到很缺乏高端的机器人应用人才。”

 

李群自动化技术有限公司财务总监、董秘胡闻说,相信随着“机器换人”战略的推进实施,中国机器人产业将迅速发展,“中国智造”时代即将到来。

 


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