工业机器人：引领智能制造支撑转型升级

工业机器人：引领智能制造支撑转型升级

作者：黄忠魁

来源：《军工文化》2015年第02期

当今时代，随着物联网、云计算等新一代信息技术的快速发展，传统制造逐步向智能制造发展，传统企业逐步向智慧企业发展。发展智能制造，构建智慧企业，是推动信息化与工业化深度融合（简称“两化深度融合”），促进工业转型升级的重要途径之一。对于军工企业来说，智能制造首当其冲。

智能制造是指制造的过程和制造的产品智能化程度较高。从制造的过程来看，在产品研发设计、生产加工、经营管理等关键环节都采用智能工具，各个流程的自动化、智能化水平较高。从制造的产品来看，在产品中嵌入了数字化、网络化、智能化技术，提高了产品的信息技术含量和附加值。近年来，两院院士们多次指出：“柔性制造、网络制造、绿色制造、智能制造、全球制造日益成为生产方式变革的方向。”智能制造是制造业发展的高级阶段，是先进制造业的重要内容，是两化深度融合的具体体现。中国制造业要实现转型升级，从“中国制造”走向“中国智造”，必须大力发展智能制造。在工业领域，尤其是在航天领域，智能机器人产业正方兴未艾。

作为国家核心和重点的航天企业，航天三院始终以服务国家经济和战略安全为己任。依托国家对航天企业在人力、政策、资金、税收和贷款等方面的大力扶持，凭借在传感器技术、控制技术、移动技术、信息处理、人工智能、控制工程等多学科技术领域的优势，航天三院主动投身于国家智能制造，积极搭建起智能机器人研发需要的以市场和项目为牵引的快速研发平台和市场反应机制，逐步摸索出具有航天特色的转型升级和智能制造之路。 数一数工业路上的机器人

上世纪60年代，美国发明了现实中的机器人；此后，日本引进了美国机器人技术，并很快将其应用到汽车产业；上世纪80年代，德国将工业机器人引入到纺织业中；上世纪90年代后期，工业机器人逐步扩展到制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车、电子电器、电力、航天航空、冶金、家电、通讯等行业。

如今，工业机器人正向着更深、更广的方向发展，智能化水平持续提高，应用范围不断扩大。机器人早已不是人们简单理解的一种产品和技术工具，机器人改变的生产方式，不是单一的效率提高，而是带来制造业在制造模式、理念、技术多个层面的深层次变革。所以，由机器人技术、信息技术和数字制造带来的新工业革命正快步走来，它将改变全球制造业格局，产业重新定位，企业必须转型升级。

据相关专家介绍，从技术发展过程来看，工业机器人可分为三代：第一代是示教再现机器人，其主要特点是使用示教盒在线示教编程，并保存示教信息，当机器人自动运行时，由运动

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

控制器解析并执行存储的示教程序，使机器人实现预定动作；第二代是离线编程机器人，此类机器人采用了计算机实体模型仿真技术，先建立起机器人及其工作环境的实体模型，采用相关算法对实体模型进行路径规划，然后通过编程对实体模型进行三维动画仿真，最后将代码传递给机器人控制部件实现运动控制；第三代就是出现在各类电影大片中的智能机器人，在第一代和第二代的基础上集成了各种传感器，通过传感器获得外部信息，并进行信息反馈，然后灵活调整工作状态，保证在适应环境的情况下完成各类工作。目前主流机器人是第二代工业机器人，第三代智能机器人在发达国家也占了相当比例。

工业机器人未来的发展方向，主要体现在新型机器人的创新以及机器人应用技术的丰富和发展：不同构型和负载的各系列机器人产品研发，向模块化、可重构方向发展；传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，应用视觉、力觉等传感器的多信息融合的机器人系统也开始在装配等领域发挥作用；具有更强的自适应性和复杂工艺能力的机器人控制技术、运动补偿技术、离线编程技术、自诊断和自修复等技术也是未来的主要研究方向。总之，未来工业机器人朝着标准化、轻巧型、柔性化、智能化等方向快速发展。 走向生活、安全可靠、操作简单是未来工业机器人的发展趋势。

同时，工业机器人在航天领域的应用会随着“再工业化”的产生与发展日益增多和加强，终将以惊人的速度发展，实现高适应性、智能化、多功能化。 看一看机器人与中国“智造”

在机器人与中国“智造”的道路上，航天三院33所智能机器人研究室的主任张新华和他的团队始终在奔跑。从在国内首次实现装卸源机器人的工程应用，到主持成立北京市机器人工程技术研究中心，在推进国家智能制造装备工程化的进程中，他们始终走在前列。

在2014年全国工业和信息化工作会上，工业和信息化部部长苗圩指出，要选择钢铁、石化、纺织、轻工、电子信息等领域开展智能工厂应用示范。有行业分析师表示，此举意味着我国部分工业领域将加速推进工业4.0 建设，迎来“智造”的春天。机器人产业作为高端装备制造产业的重要组成部分，其研发、制造和应用将成为衡量一个国家工业重心和高端制造业的重要标志，机器人革命很可能成为第三次工业革命的切入点和重要增长点，影响全球“智造”业格局。

张新华也拿出了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，文件中明确指出：“发展战略性新兴产业已成为世界主要国家抢占新一轮经济和科技发展制高点的重大战略”，并将“高端装备制造产业”列为七大战略性新型产业之一。

张新华表示，虽然目前工业机器人的应用领域主要集中在汽车制造业、汽车零部件、电力电子工业、金属加工业、塑料制品、饮料/食品等行业。但随着智能化水平的提高，智能机器

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

人将成为柔性制造（FMS）、工厂自动化（FA）、计算机集成制造系统（CIMS）等领域的自动工具。

据国际机器人联合会统计，近年来随着人口红利的消失，工业机器人在中国的应用急速攀升。2013年中国市场共销售工业机器人近37000台，总销量已经超过日本，成为全球第一大工业机器人市场。截至2014年9月，国内机器人企业已达420家，各省市在建机器人工业园区超过30个，2014年已经有54家A股上市公司并购或投资了机器人和智能自动化项目。 按照25%的增长速度，到2017年我国的工业机器人市场将有10万台的年需求量。但值得注意的是，在2013年销售的37000台机器人中，国外企业生产的占75%，大多是技术含量较高的机器人；由中国企业生产的，仅占25%，且大多是对性能要求降低的机器人。加之国外公司在电机、驱动控制器和减速器等核心功能部件方面的垄断，已经成为制约国内机器人产业健康发展的瓶颈。

航天机器人已走上生产线

此种情况下，33所于2014年获批成立北京市机器人伺服与控制系统工程技术研究中心。以此为平台，将联合政府、高校、企业、研究机构等多方力量共同开展机器人及伺服控制相关技术研究和科技成果的转化落地工作。研发方向主要包含伺服电机、模块化驱动器、减速器和控制器等核心功能部件及机器人整机。

经过三年的努力，33所机器人的研发已经涵盖机器人系统、人工智能、机器人机构、机器人电气、伺服电机五大专业，初步形成机器人核心功能部件及整机研发、生产和装配调试的能力，建立了机器人设计开发平台，完成了包括智能移动机器人、灵巧性机械臂放射源装卸机器人和系列台式工业机器人等机器人整机和系统项目研发。

其中，33所于2013年自主研发了我国首台装卸放射源的机器人，将工人从放射源装卸的辐射威胁中解放出来。该型机器人可以实现多种放射源和仪器的灵活作业的要求，采用图像识别、视觉伺服与末端随动综合控制技术，精确完成放射源装卸。而且，经过精心设计的灵巧末端夹持器可以确保夹持可靠，不会对放射源造成损伤。

除了石油领域，在煤矿、电网等领域，特种机器人也有大显身手的地方。面向反恐、侦察、排爆、电站巡检、煤矿巷道探测等方向，33所开发了中、小型通用移动机器人，融合了航迹推算、路径跟随、自主避障等多项导航控制技术。

代号为MGT-20K移动机器人就有这个“绝活”，凭借履带和两条手臂，可适应楼梯、沙滩、瓦砾、街道等多种路面，具有较强的爬坡、越障能力。上面安装的航姿系统、GPS、激光雷达等多种传感器，可用于变电站巡检、危险环境侦查、搜救和排爆等工作。

除了能跑会动的“活力派”，33所还针对市场需求研发了系列小型台式工业机器人，这些安静坐在工作台上的小家伙们分别将各自拿手的“绕线圈、打螺丝、点胶、焊接、食品装盒……”

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

动作一气呵成。据33所技术人员介绍，这十余台机器人组成了一条流水线，可以完成电路板焊锡、印制板点胶、螺钉装配和印制板切割等工作，可应于电子部件生产、装配、包装等领域。首批40台产品已经应用在空调、音响控制面板、电子智能钥匙等汽车零部件的生产领域。

“机器人不需要休息，不要加班费，不会跳槽，更不会跳楼，当很多人抱怨自己每天的工作就像机器人一样，已经有很多工业机器人可以像人一样工作了。”当被问到为什么搞小型台式工业机器人研发时，张新华幽默地说到。

33所的机器人家族虽然小“个子”居多，却也不乏大“块头”，该所为矿泉水生产线订制自动码垛机器人，就是一个名副其实的大“块头”。它每分钟可以码30箱矿泉水，码垛层数可达5～8层。之前，该公司一直依赖进口，而采用国产化的设备后，除机器人采购成本减半外，日常应用成本降低了60%以上。

在张新华看来，他想要做的不仅仅是那些只能简单替代部分工作的机器人，而是具有感知能力的智能机器人，他们有着发达的“大脑”，甚至可以模拟人类的思维。“将来的工厂可以通过智能机器人实现真正的‘无人化’，多传感器技术、物联网、大数据、云制造等都将融合到机器人制造中。只有实现了这些，我们才能说自己真正为国家的智能制造做了点事。” 未来，三院33所牵头的北京市机器人工程技术中心，将担负起推进机器人及核心功能部件技术研发和国产化的重任，助力国家智能制造装备工程化进程。同时，推进智能制造技术和装备在石油加工、煤炭开采、机械加工、食品加工等典型领域中的示范应用，为国民经济重点领域和国防建设作出更大贡献。