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工业机器人及智能制造发展现状分析

工业机器人及智能制造发展现状分析

摘要:

本文首先分析了智能制造国内外发展趋势,然后分析了智能制造体系框架,最后分析了我国机器人及智能制造产业,重点在于当前各个零部件的生产。

引言

工业革命是现代文明的起点,是人类生产方式的根本性变革。18世纪末的第一次工业革命创造了机器工厂的“蒸汽时代”,20世纪初的第二次工业革命将人类带入大量生产的“电气时代”,这两个时代的划分已经是大家公认的。20世纪中期计算机的发明、可编程控制器的应用使机器不仅延伸了人的体力,而且延伸了人的脑力,开创了数字控制机器的新时代,使人-机在空间和时间上可以分离,人不再是机器的附属品,而真正成为机器的主人。从制造业的角度,这是凭借电子和信息技术实现自动化的第三次工业革命。

近年来,我国工业机器人及智能制造领域得到了前所未有的关注,这是由于三个方面原因:其一是由于我国劳动者对于劳动环境要求的提高而造成的用工荒;其二是由于我国科学技术的发展和制造业的发展,具备了实施工业机器人及智能制造产业化的条件;其三是由于工业机器人和智能制造体现了一个地方、一个国家的综合技术水平和实力。

一、智能制造国内外发展趋势

(一)国外制造发展趋势

工业4.0已上升为德国的国家战略。工业4.0的目标是通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统、信息物理系统相结合的手段,推动制造业向智能化转型,将实体物理世界与虚拟网络世界融合、产品全生命周期、全制造流程数字化以及基于信息通信技术的模块集成,形成一种高度灵活、个性化、数字化的产品与服务新生产模式。

美国的互联网以及ICT巨头与传统制造业领导厂商携手推出“工业互联网”概念,GE、思科、IBM、AT&T、英特尔等80多家企业成立了工业互联网联盟(IIC)。“工业互联网”希望借助网络和数据的力量提升整个工业的价值创造能力,工业互联网旨在通过制定通用标准,打破技术壁垒,利用互联网激活传统工业过程,更好地促进物理世界和数字世界的融合。

2016年3月,工业4.0平台和工业互联网联盟双方代表开始探讨合作事宜。双方就各自推出的参考架构RAMI4.0和IIRA的互补性达成共识,形成了初始映射图,以显示两种模型元素之间的直接关系;制定了未来确保互操作性的一个清晰路线图,其他还包括:在IIC试验台和工业4.0试验设施方面的合作,以及工业互联网中标准化、架构和业务成果方面的合作。

(二)中国制造2025

我国将工业互联网定位于国家战略高度。2015年国务院和工业和信息化部先后出台了《中国制造2025》、《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》、《工业和信息化部关于贯彻落实<国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见>的行动计划(2015-2018年)》等一系列指导性文件,部署全面推进实施制造强国战略,2016年政府工作报告中进一步提出要深入推进“中国制造+互联网”。《中国制造2025》明确提出通过政府引导、整合资源,实施国家制造业创新中心建设、智能制造、工业强基、绿色制造、高端装备创新5项重大工程,实现长期制约制造业发展的关键共性技术突破,提升我国制造业的整体竞争力。

二、智能制造体系框架

智能制造体系由复杂的系统组成,其复杂性一方面来自智能机器的计算机理,另一方面则来自智能制造网络的形态。工业4.0给出的一种智能制造体系框架如图2所示,主要由信息物理系统、物联网、服务互联网、智慧工厂等组成。

物联网和服务网是智慧工厂的信息技术基础,在典型的工厂控制系统和管理系统信息集成的三层架构的基础上,充分利用正在迅速发展的物联网技术和服务网技术。

●与制造生产设备和生产线控制、调度、排产等相关的MES(制造执行系统)、PCS(过程控制系统)功能,通过CPS物理信息系统实现,这一层与工业物联网紧紧相连。

●与生产计划、物流、能源和经营相关的ERP、SCR、CRM等,和产品设计技术相关的PLM处在最上层,与服务网紧紧相连。

●从制成品形成和产品生命周期服务的维度,智慧工厂还需要和智慧产品的原材料供应、智慧产品的售后服务这些环节构成实时互联互通的信息交换。

●而具有智慧的原材料供应和智慧产品的售后服务,具有充分利用服务网和物联网的功能。

三、我国机器人及智能制造产业分析

(一)我国机器人产业的布局分析

我国工业机器人产业主要分布在东北地区、长三角、珠三角。东北是我国老工业基地,主要企业有沈阳新松机器人有限公司、哈尔滨博实自动化股份有限公司等。长三角也是重要的机器人自动化公司集聚地。近年来国际机器人公司纷纷落户长三角,如ABB、FANUC、YASKAWA,KU?KA等机器人公司,本土机器人企业有上海沃迪机器人有限公司、安徽埃夫特智能装备有限公司、安徽江淮自动化设备公司等。近年来重庆在机器人产业和智能制造领域同样异军突起,重庆市规划了机器人产业基地,大力引进机器人生产厂商,推进工业机器人的生产和应用。

(二)机器人产业市场分析

根据国际机器人联盟(IFR)资料,2012年,我国工业机器人年安装量排名世界第三,累计安装量超过6万台,2013年估计达到新安装超过8~10万台。我国工业机器人及含工业机器人的自动化生产线相关产品的年产销额已经突破60亿元。是日本的1/15、北美的1/7、德国的1/6,韩国的1/3,随着我国产业升级的不断推进,我国工业机器人发展空间巨大。目前,国内市场年需求量在12000台左右,年销售额在90亿元以上。统计数据显示,中国工业机器人市场上完全国产工業机器人不到20%,其余都是从日本、美国、瑞典、德国、意大利等20多个国家引进的。

(三)智能制造产业市场分析

目前,我国装备制造业规模已超过2万亿美元,位居世界第一。美国和日本分别为1.5万亿美元和1.2万亿美元。虽然我国装备制造业的规模已经越过2万亿美元大关,位居世界第一,但产业“大”而不“强”的问题却十分突出。如在高端装备领域,80%的集成电路芯片制造装备、70%的汽车制造关键设备、40%的大型石化装备等关键技术与设备仍需依靠进口,所生产的产品缺乏核心竞争力。

参考文献

[1] 王田苗,陶永.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J].机械工程学报,2014,50(9):1-13.DOI:10.3901/JME.2014.09.001.

[2] 徐海黎,解祥荣,庄健等.工业机器人的最优时间与最优能量轨迹规划[J].机械工程学报,2010,46(9):19-25.DOI:10.3901/JME.2010.09.019.

[3] 顾震宇.全球工业机器人产业现状与趋势[J].机电一体化,2006,12(2):6-10.DOI:10.3969/j.issn.1007-080X.2006.02.001.

[4] 汤卿,刘丝丝,尚留记等.基于KUKA工业机器人的遥操作控制系统设计与异构主从控制方法研究[J].四川大学学报(工程科学版),2016,48(1):180-185.DOI:10.15961/j.jsuese.2016.01.027.

[5] 卢振利,孙凯翔,葛晨斌等.应用工业机器人的劳动密集型企业典型生产线的设计[J].高技术通讯,2015,25(8):815-821.DOI:10.3772/j.issn.1002-0470.2015.08-09.009.

作者:

 李艳娇 贾学永  

来源:

 《中国科技博览》2017年第25期

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