機器人定義
在科技界,科學家會給每一個科技術語一個明確的定義,但機器人問世已有幾十年,機器人的定義仍然仁者見仁,智者見智,沒有一個統一的意見。原因之一是機器人還在發展,新的機型,新的功能不斷涌現。根本原因主要是因為機器人涉及到了人的概念,成為一個難以回答的哲學問題。就像機器人一詞最早誕生于科幻小說之中一樣,人們對機器人充滿了幻想。也許正是由于機器人定義的模糊,才給了人們充分的想象和創造空間。 其實并不是人們不想給機器人一個完整的定義,自機器人誕生之日起人們就不斷地嘗試著說明到底什么是機器人。但隨著機器人技術的飛速發展和信息時代的到來,機器人所涵蓋的內容越來越豐富,機器人的定義也不斷充實和創新。
機器人的分類
家務型機器人:能幫助人們打理生活,做簡單的家務活。 操作型機器人:能自動控制,可重復編程,多功能,有幾個自由度,可固定或運動,用于相關自動化系統中。 程控型機器人:按預先要求的順序及條件,依次控制機器人的機械動作。 示教再現型機器人:通過引導或其它方式,先教會機器人動作,輸入工作程序,機器人則自動重復進行作業。數控型機器人:不必使機器人動作,通過數值、語言等對機器人進行示教,機器人根據示教后的信息進行作業。 感覺控制型機器人:利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。 適應控制型機器人:能適應環境的變化,控制其自身的行動。 學習控制型機器人:能“體會”工作的經驗,具有一定的學習功能,并將所“學”的經驗用于工作中。 智能機器人:以人工智能決定其行動的機器人。
我國的機器人專家從應用環境出發,將機器人分為兩大類,即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用于非制造業并服務于人類的各種先進機器人,包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中,有些分支發展很快,有獨立成體系的趨勢,如服務機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。目前,國際上的機器人學者,從應用環境出發將機器人也分為兩類:制造環境下的工業機器人和非制造環境下的服務與仿人型機器人,這和我國的分類是一致的。 空中機器人又叫無人機器,近年來在軍用機器人家族中,無人機是科研活動最活躍、技術進步最大、研究及采購經費投入最多、實戰經驗最豐富的領域。80多年來,世界無人機的發展基本上是以美國為主線向前推進的,無論從技術水平還是無人機的種類和數量來看,美國均居世界之首位。
工業機器人主要應用領域分析
目前,工業機器人已廣泛應用于汽車及汽車零部件制造業、機械加工行業、電子電氣行業、橡膠及塑料工業、食品工業、木材與家具制造業等領域中。在工業生產中,弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業機器人都已被大量采用。
汽車制造業是工業機器人最大的應用領域,對工業機器人發展的帶動作用最強。在工業機器人全部的需求中,汽車行業的占比普遍在20%以上。除了汽車行業,對機器人的需要大大提高的是電子行業。在亞洲應用在電子行業的工業機器人,占了總數的30%以上,是工業機器人的最大用戶,這與全球范圍內汽車工業是工業機器人的最大用戶有所不同。
工業機器人下游行業分析
目前,國際上的工業機器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。工業機器人已成為柔性制造系統(FMS)、工廠自動化(FA)、計算機集成制造系統(CIMS)的自動工具。 我國工業機器人是從20世紀80年代開始起步,經過二十年余年的努力,已經形成了一些具有競爭力的工業機器人研究機構和企業。先后研發出弧焊、點焊、裝配、搬運、注塑、沖壓、噴漆等工業機器人。近幾年,我國工業機器人及含工業機器人的自動化生產線相關產品的年產銷額已突破十億元。目前國內市場年需求量在3000臺左右,年銷售額在20億元以上。統計數據顯示,中國市場上工業機器人總共擁有量近萬臺,占全球總量的0.56%,其中完全國產工業機器人(行業內規模比較大的前三家工業機器人企業)行業集中度占30%左右,其余都是從日本、美國、瑞典、德國、意大利等20多個國家引進的。國產工業機器人目前主要以國內市場應用為主,年出口量為100臺左右,年出口額為0.2億以上。
工業機器人50%以上用在汽車領域,當前工業機器人的應用領域主要有弧焊、點焊、裝配、搬運、噴漆、檢測、碼垛、研磨拋光和激光加工等復雜作業。
目前,國際上工業機器人技術在制造業應用范圍越來越廣闊,現已從傳統制造業推廣到其他制造業,進而推廣到諸如采礦、建筑、農業、災難救援等各種非制造行業。但汽車工業仍是工業機器人的主要應用領域。據了解,美國60%的工業機器人用于汽車生產;全世界用于汽車工業的工業機器人已經達到總用量的37%,用于汽車零部件的工業機器人約占24%。
在我國,工業機器人的最初應用是在汽車和工程機械行業,主要用于汽車及工程機械的噴涂及焊接。目前,由于機器人技術以及研發的落后,工業機器人還主要應用在制造業,非制造業使用的較少。據統計,近幾年國內廠家所生產的工業機器人有超過一半是提供給汽車行業??梢?,汽車工業的發展是近幾年我國工業機器人增長的原動力之一。
國內工業機器人市場銷售情況分析
工業機器人誕生于20世紀60年代,在20世紀90年代得到迅速發展,是最先產業化的機器人技術。它是綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多學科而形成的高新技術,是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。 它的出現是為了適應制造業規?;a,解決單調、重復的體力勞動和提高生產質量而代替人工作業。 發達國家的使用經驗表明:使用工業機器人可以降低廢品率和產品成本,提高了機床的利用率,降低了工人誤操作帶來的殘次零件風險等,其帶來的一系列效益也是十分明顯的,例如減少人工用量、減少機床損耗、加快技術創新速度、提高企業競爭力等。機器人具有執行各種任務特別是高危任務的能力,平均故障間隔期達60000小時以上,比傳統的自動化工藝更加先進。 目前,我國進口的工業機器人主要來自日本,日本對華出口的機器人占我國進口的工業機器人的一半,其他如歐洲品牌機器人,如ABB、KUKA、COMAU,占據市場的另一半。
隨著我國從勞動密集型向現代化制造業方向發展,雖然機器人保有量達到一定的規模,但與發達國家相比仍然有不少差距。中國仍然是世界上相對比較落后的國家。面對中國這樣龐大的市場,每一個機器人供應商都有著非常大的用武之地。
2012年中國機器人市場持續擴容,2015年有望全球最大
中國工業機器人市場繼續表現強勁,市場容量不斷擴大。2010年,中國機器人市場銷量為14,980臺,2011年達到22,577臺,同比增長50.7%。而據中國機器人網提供的最新統計數據,2012年中國工業機器人銷量達到28,042臺,同比增長24.2%。預計到2015年,中國機器人市場需求總量將達35,000臺,占全球比重16.9%,成為規模最大的市場(如圖1)。
圖1 2010年-2012年中國機器人市場銷量
2012年機器人銷量Top 10廠商,洋品牌依舊領先
在中國機器人市場,銷量占據前十位的仍以國外品牌為主。其中,發那科3,900臺,安川3,850臺,庫卡3,470臺,ABB 3,200臺,歐地希2,000臺,松下1,600臺,新松1,220臺,川崎、那智和現代三家廠商的銷量均為1,000臺左右(如圖2)。
圖2 2012年機器人銷量TOP 10廠商
2009年-2012年工業機器人四巨頭銷量走勢
發那科、安川、庫卡和ABB被稱為在國際工業機器人行業四巨頭,2009年至2012年這四年間,這四家廠商在華銷量整體呈明顯上揚趨勢。2012年其銷量總和達14,470臺,占當年中國機器人市場銷量的53.8%(如圖3)。
圖3 2009年-2012年工業機器人四巨頭在華銷量走勢
2012年本土品牌機器人銷量Top 5
去年國內機器人市場表現最佳者為沈陽新松機器人有限公司,銷量達1,220臺,緊隨其后的依次為東莞啟帆400臺,安徽埃夫特200臺,上海沃迪200臺,廣州數控170臺(如圖4)。
圖4 2012年本土品牌機器人銷量TOP 5
本土品牌與獨資/合資品牌機器人市場占有率對比
2012年本土品牌機器人銷量僅為2,252臺,而獨資及合資品牌銷量高達25,790臺,市場占有率分別為8.7%和91.3%(如圖5)。
圖5 2012年本土品牌與獨資/合資品牌市場占有率對比
目前我國工業機器人的狀況及趨勢分析
國家“十二五”規劃中將機器人及智能制造裝備產業作為國家戰略性新興產業之一,工業和信息化部制定的《高端裝備制造業“十二五”發展規劃》中,將包括機器人在內的智能裝備制造確定為發展重點。機器人產業將伴隨第三次工業革命的到來迎來黃金發展期,在引領傳統裝備制造業轉型升級、促進“中國制造”向“中國智造”邁進中發揮重要作用。
機器人將重新定位工業革命
“中國以往‘人口紅利’的優勢正在趨于消失,這將使中國經濟增長趨勢出現一些新的變化。隨著新一輪城市化浪潮的興起,勞動力成本的提升不得不靠機器人來做補充。相關研究報告顯示,低端勞動力短缺和勞動力價格上漲是機器人產業增長的驅動力,尤其在生產節拍高的自動化生產線和惡劣的環境中,機器人能提供穩定的高效率與高質量的產品。從機器人產業在全球制造業重新布局中所扮演的角色,更能窺見一斑。美國政府在后金融危機時代鄭重提出“再工業化”,著力發展人工智能、機器人和數字化制造等組成的高端制造業,搶占新一輪科技和產業競爭制高點。
我國機器人產業現狀喜憂參半
據了解,我國工業機器人行業目前仍是外國品牌占主導地位。由于機器人在制造業中的重要戰略地位和未來其巨大的發展潛力,我國多個省、市地區都把機器人作為重點支持發展產業,將用機器人和信息技術改造和提升傳統產業,實現制造模式變革作為未來制造業競爭利器,從而搶占高端制造的制高點。2011年年底,重慶市提出“把重慶建設成機器人之都”的構想,力爭到2015年,打造機器人產業研發、設計、制造等多種功能于一體的機器人產業基地。2012年3月,唐山市出臺機器人產業發展規劃,計劃到2015年建成我國最大的、年產值超過200億元的機器人生產基地。同年10月,上海市提出將聚焦工業機器人等領域,壯大發展機器人本體研發制造,使上海成為我國最大機器人產業基地,至2015年達到200億元的規模。成都、杭州、常州、昆山、九江、晉城等全國近30個城市也相繼提出了打造機器人先進產業基地的構想,我國已建成和建設中的機器人產業園已達30個。以機器人+智能制造為核心的新興產業發展模式正在全國展開,形成群起之勢。
核心部件亟待國產化
工業機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術于一體的現代制造業重要的自動化裝備。機器人技術及其產品發展很快,已成為柔性制造系統(FMS)、自動化工廠(FA)、計算機集成制造系統(CIMS)的自動化工具。
工業機器人的核心部件包括機器人本體、減速器、伺服系統、控制系統四部分,從成本構成來看,四部分分別占22%、24%、36%和12%左右。
據相關人士介紹,在減速器和伺服電機等硬件方面,我國企業與國際巨頭的差距較大,國內雖有伺服電機的技術,但產業化能力不行,而減速機幾乎就沒有產業化。
目前,75%精密減速機市場由兩家日本廠商壟斷,國際上主流廠家和國內廠家均選用這兩家產品。RV減速機國內尚未有成熟產品,諧波減速機國內雖有蘇州綠的、中技克美等生產,但輸入轉速、傳動精度等仍與進口產品差距較大,距大規模市場化仍較遠。
數據來源:中國機器人網數據研究中心
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