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基于云的工业机器人智能系统潜思

陶永 2018-09-18 2151 132

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科技最前沿

剖析产业发展现状

为区域/园区工作者洞悉行业发展

机器人硬件方面外资企业的布局和占有率占有很大优势,而人工智能技术方面国内外基本处于同一起跑线上。技术发展趋势上,本次人工智能的技术爆发仍未达到高潮,而机器人硬件短时间内不会有革命性的发展,人工智能+机器人是各个国家都认同的发展方向。人工智能+机器人的模式下,人工智能将会占据主导地位,因此中国企业机器人硬件的劣势将逐步缩小,因而,只要起步不落后国外企业,那么是有可能在未来数年打造出一批能够进入世界前列的工业机器人企业。

       市场分析

  (1)中国工业机器人市场规模及增长趋势。2015年,中国工业机器人市场规模整体增幅比较乐观,销售量达到82,495台,同比增长39.6%,销售额达到128.2亿元,同比增长37.3%。在宏观经济和制造业增速下滑的态势下,中国工业机器人市场继续维持30%以上增长速度。2016年国产工业机器人销量继续增长,上半年累计销售19257台,按可比口径计算较上年增长37.7%,增速比上年同期加快10.2个百分点;考虑到前期研发企业实现投产、新企业进入等因素,实际销量比上年增长70.8%,已连续多年保持了较高的增长速度,产业发展处于上升通道。从企业层面看,有超过六成的国产工业机器人制造企业销售量同比增长,特别是部分龙头企业发展形势喜人。企业积极应对用户行业转型升级的契机,积极调整产品结构、提升产品质量,销量实现成倍增长。鉴于工业机器人替代空间巨大,预计未来几年,中国工业机器人市场仍将维持高速增长态势。

  (2)国产品牌和外资工业机器人市场分析。2015年,外资品牌工业机器人的市场表现远好于国产品牌,外资品牌销售量占比70.4%,国产品牌销售量占比29.6%。国产品牌工业机器人以直角坐标、关节和Delta机型为主,价格较低,相较外资品牌而言,国产品牌机器人在销售量、销售额以及产品品质等方面,都有提升空间。

  通过上述分析可以看出机器人市场仍被外资企业主导。因此国内企业除了稳步提升自身的产品质量外,也需要认真思考快速提升自身整体性能的方法。考虑到市场对柔性智能化机器人的强烈需求,拥有智能机器人系统的机器人高端装备可有效地提高其竞争力。

  (3)工业机器人应用行业分析。目前工业机器人主要应用于汽车和电子工业,国外品牌标准工业机器人在这些行业处于垄断地位,但对于通用工业,由于其产品规格多样,标准化程度低,缺乏专业的机器人维护人员,国外机器人在通用工业的应用也刚刚起步。而建材产业作为通用工业的典型领域正在逐步采用自动化设备升级产线。工业机器人作为高自由度的先进设备,在建材加工产业有着越来越广泛的应用。目前工业机器人在建材产业的应用主要集中在喷漆、喷釉和打磨三个领域,在建材领域的示范应用,集中解决针对产品标准化程度低、规格多样、缺乏运维人员的问题。

  国内外现状和技术发展趋势

  《中国制造2025》明确提出了我国实施制造强国的战略,将“高档数控机床和机器人”作为大力推动的重点领域之一,并在重点领域技术创新路线图中明确了我国未来十年机器人产业的发展重点主要为两个方向:一是开发工业机器人本体和关键零部件系列化产品,推动工业机器人产业化及应用,满足我国制造业转型升级迫切需求;二是突破智能机器人关键技术,开发一批智能机器人,积极应对新一轮科技革命和产业变革的挑战。

  与此同时,在全球经济萎靡不振的背景下,美国提出了“再工业化”,欧洲提出了“新工业革命”。以互联网、新材料和新能源为基础,“数字化智能制造”为核心的第三次工业革命即将来临,而“数字化智能制造”的主体就是机器人。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人使用实践表明,工业机器人的普及是实现自动化生产、提高社会生产效率、推动企业和社会生产力发展的有效手段。机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域。工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流。

  中国已连续三年成为全球最大机器人市场,正在大力投入实现制造业的转型升级:据统计,2015年我国工业机器人保有量约为25万台,2017年机器人销量将超过10万台,预计到2020年,我国工业机器人年销量与保有量将分别超过15万台与80万台,到2025年机器人年销量将达26万台。

  基于近年我国人力成本上升、包含工业机器人在内的自动化设备投资回收期的缩短、工业机器人人均保有量较低的现状,中国工业机器人存在巨大的增长空间,行业的景气度将维持很长一段时间,因此中国将是工业机器人市场最有发展潜力的国家。在市场扩大的同时以库卡、ABB等四大巨头为代表的外资机器人公司加速中国本土化布局,进一步提升市场占有率,目前外资企业在工业机器人行业的市场占有率占有压倒性的优势。相比之下中国工业机器人虽然发展迅速,但是仍处于工业机器人生产的产业链下游,多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。

  通过这些基础数据可以分析出中国工业机器人企业想要与机器人生产技术更为先进的外资企业站在同一舞台上对抗,除了坚实的提高自身技术基础以外,也要主动寻找新的突破点,并将其融入自身的产品中。

  目前机器人制造技术本身短时间内不会有革命性的突破。相比之下值得注意的是,人工智能领域最近数年存在爆发式的技术发展,国家在“中国制造2025”计划中也明确提出了在工业行业应用人工智能技术的思路。同时,考虑到我国人工智能领域的研究已处于世界先进水平,部分领域甚至能够领先欧美,因此将人工智能与工业机器人结合是中国机器人企业突破外资机器人企业布局的一种可行方法。更细致的考虑,人工智能+机器人模式下占主导地位的将是各种人工智能技术,而非机器人硬件性能本身,因此这种合作可以让中国工业机器人企业扬长避短。

  综上所述,目前机器人硬件方面外资企业的布局和占有率占有很大优势,而人工智能技术方面国内外基本处于同一起跑线上。技术发展趋势上,本次人工智能的技术爆发仍未达到高潮,而机器人硬件短时间内不会有革命性的发展,人工智能+机器人是各个国家都认同的发展方向。人工智能+机器人的模式下,人工智能将会占据主导地位,因此中国企业机器人硬件的劣势将逐步缩小,因而,只要起步不落后国外企业,那么是有可能在未来数年打造出一批能够进入世界前列的工业机器人企业。

  近几年世界范围内涌现出大量结合人工智能与工业机器人的应用概念(图1),但是这些目前尚没有大型工业机器人企业展示出成熟的技术应用。这意味着全球范围内的大型工业机器人制造商已经开始意识到人工智能+机器人的可行性,并在这方面进行了研发投入(图2),但是这方面的研发投入时间明显较短,因此还没有能做出成熟的产品。

码垛机器人操作系统


  图1 KINEMA SYSTEM公司提出的基于机器学习的码垛机器人系统

人工机器人系统

  图2 FANUC的FIELD人工智能机器人系统

  另外,中国工业行业应用机器人的一大障碍就是海量的中小型工厂不具备应用基于预先编程的传统机器人的人员条件。大部分中小型工厂由于其产量、一致性较低的问题,应用机器人往往意味着不断的变换机器人程序,而这在实际日常生产中是不具备实际可行性的。在中小型工厂虽然每台机器人可以取代数个工人,但是为了保证其能正常的使用,往往需要雇佣一定数量的成本更为高昂的机器人程序员。这导致机器人应用企业的成本并没有实质上的降低。鉴于此,本项目将搭建一个云平台,为接入其中的机器人提供快速的编程与故障处理,保养等服务。

  发展建议

  在巨大的产业转型升级市场需求下,市场急需通过最新的人工智能技术,基于以太网和大数据系统,实现对现有工业机器人系统的智能化升级,使得机器人系统具有对生产加工过程的学习能力、自主识别和工艺规划能力,达到智能化、柔性化生产的目的。

  

  基于以上分析,应抓紧研制一个基于云的机器人智能系统。该系统包含工业机器人集成系统、数据传感、数据采集、数据传输、数据运动存储和计算机机器人系统远程控制等部分,可通过机器视觉或激光扫描,对需要机器人操作的物体进行扫描、三维重建,并将相关数据上传至云端服务器。云端的系统针对不同工件进行相应的机器人轨迹规划,进而自动生成对应的工业机器人程序,然后进行初步的评估,并下发到工厂的实际机器人进行试生产。当云端的数据库拥有足够多的数据后,将运用机器学习和优化方法对机器人轨迹和程序生成方法进行优化,从而提升生成的机器人轨迹质量以及精度。


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