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我国机器人发展突破核心技术是关键
信息来源:上海市经济和信息化委员会 浏览次数:86 发布时间:2018年09月19日

        “机器人是‘制造业皇冠顶端的明珠’,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。”这是2014年6月9日,习近平总书记在两院院士大会报告中对机器人的高度概括。进入21世纪以来,全球制造业正在向自动化、集成化、智能化和绿色化方向发展,作为智能制造的主力军,机器人技术成为“第四次工业革命”的一个重要组成部分,正改变着全球制造业格局,带来了一场全新的技术革命。

  机器人发展新机遇

  2016年,由工信部、国家发改委和财政部共同印发的《机器人产业发展规划(2016~2020年)》中要求,经过五年的努力,要形成较为完善的机器人产业体系。在今年的机器人大会上,刘鹤副总理在致辞中指出,近年来全球机器人产业年均增长速度始终保持在15%以上,具有成为新增长点的潜力。有关机器人产业发展的文件陆续出台,让人们意识到我国机器人产业现正处于蓬勃发展的时期。

  据《中国机器人产业发展报告(2018)》显示,我国工业机器人市场发展较快,约占全球市场份额三分之一,是全球第一大工业机器人应用市场。据统计,2017年我国工业机器人销量达13.8万台,同比增长30%,预计2018年销量将超过15万台,市场规模将达到62.3亿美元。到2020年,国内市场规模将进一步扩大到93.5亿美元。

  除此之外,我国服务机器人的市场规模快速扩大,成为机器人市场应用中颇具亮点的领域。2018年,我国服务机器人市场规模有望达到18.4亿美元,同比增长约43.9%,高于全球服务机器人市场增速。到2020年,随着停车机器人、超市机器人等新兴应用场景机器人的快速发展,我国服务机器人市场规模有望突破40亿美元。

  当前,我国特种机器人市场保持较快发展,各种类型产品不断出现,在应对地震、洪涝灾害和极端天气,以及矿难、火灾、安防等公共安全事件中,对特种机器人有着突出的需求。2018年,我国特种机器人市场规模预计将达6.7亿美元,增速达到23.3%,高于全球水平。其中,军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人市场规模,预计分别为4.7亿美元、1.5亿美元和0.5亿美元,极限作业机器人是增速最快的领域。随着我国企业对安全生产意识的进一步提升,将逐步使用特种机器人替代人在危险场所和危害环境中进行作业。到2020年,特种机器人的国内市场需求规模有望达到10.7亿美元。

  经过近40年的发展,我国机器人技术在基础研究、产品研制、制造水平等方面均实现了突破与跨越,但与发达国家的差距仍然存在。只有我们不懈努力、奋起直追,中国机器人一定会在世界机器人的舞台上绽放中国制造的魅力。

  我国机器人产业的短板

  随着我国机器人市场的日臻成熟,我国关键技术突破与多元化应用取得积极进展,但不可否认的是,国产机器人的市场竞争能力依然不强,我国机器人行业要补齐短板,爬上价值链上游,核心技术仍是关键。

  如今围绕着大数据,物联网,人工智能等新兴技术的创新运用,机器人产业这颗“制造业皇冠上的明珠”正处在科技突破和产业变革的前沿,正在成为中国经济新常态下的新动能。据《2018年中国机器人产业发展报告》显示,我国机器人市场进入高速增长期,2018年,我国机器人市场规模预计达到87.4亿美元,2013~2018年的平均增长率达到29.7%。但是在巨大是的市场体量下,我国工业机器人市场70%是国外品牌,这表明了“我国自主品牌产品的性能和重点行业领域中高端的应用需求矛盾依然存在”,国产机器人在高端应用领域缺位。

  “中国从2013年开始成为全球最大的机器人市场,去年又创造了历史的双新高:一个是市场的容量创出了新的高度,超过了14万台。另一个是整个增速创出了整个中国机器人近几年发展最高的速度,平均增速已经达到了接近60%。”新松机器人自动化股份有限公司创始人、总裁曲道奎表示,2017年多关节机器人大量增速驱动了中国机器人市场的快速发展,而多关节机器人因为需要控制的复杂度和精确度算是机器人领域的高端,在我国以SCARA机器人和多关节机器人外资品牌依然占主导地位,几乎占到80%以上。

  “中国供应商面临的挑战就是如何能够去做那些更为复杂的机器人”,肯锡全球资深董事合伙人、麦肯锡亚洲运营咨询业务及物联网负责人KarelEloot表示,中国关于机器人的知识产权比较缺乏,目前中国只持有不到1%的工业机器人专利,在低端市场中国的份额相对比较多一些。中国目前有800多家机器人公司,但大多数公司的重点都是做系统集成的,没有自己的产品原型,也没有非常复杂的产品解决方案。

  突破核心技术是关键点


虽然我国自主品牌机器人在高端应用领域竞争能力较小,但是随着国产工?机器人应用的行业在继续扩大,应用范围越来越广,渗透率越来越高,我国在一些关键技术突破与多元化应用取得积极进展。《2018年中国机器人产业发展报告》显示,国产工业机器人正逐步获得市场认可。目前,我国已将突破机器人关键核心技术作为科技发展重要战略,在工业机器人方面,国内厂商攻克了减速机、伺服控制、伺服电机等关键核心零部件领域的部分难题,核心零部件国产化的趋势逐渐显现。应用快速拓展至塑料、橡胶、食品等细分行业,继汽车和电子之后,五金卫浴、家具家电也成为了国内工业机器人的主要应用领域;在服务机器人方面,智能化相关技术与国际领先水平基本并跑,我国在人工智能领域技术创新不断加快,中国专利申请数量与美国处于同等数量级,特别是计算机视觉和智能语音等应用层专利数量快速增长,催生出一批创新创业型企业。在特种机器人方面,政策引导带动特种机器人技术水平不断进步,特种无人机、水下机器人等产品研制取得新进展。目前,在特种机器人领域,我国已初步形成了特种无人机、水下机器人、搜救/排爆机器人等系列产品,并在一些领域形成优势。


面对“卡脖子”的核心技术,《2018年中国机器人产业发展报告》指出,我国工业机器人研发仍以突破机器人关键核心技术为首要目标,政产学研用通力配合,初步实现了控制器的国产化。


 突破核心技术需专注


哈尔滨工业大学机器人研究所所长、国家智能机器人重点专项总体专家组组长赵杰表示,核心零部件只是机器人的核心技术之一,核心技术是机器人技术和产业发展是一项系统性的工程,从基础前沿技术、共性关键技术、核心部件、核心软件、核心器件,到工业机器人和应用工艺系统解决方案等等多个方面。突破核心技术必须进行全面的突破,而且需要协同发展,这样才能推动我国工业机器人和整个机器人产业的快速发展。他指出,未来我们要从市场驱动向技术驱动转型,需要走出这种低水平重复的局面向中高端市场迈进。


“无论多大的公司、多厉害的产品,一旦失去了创新,引领作用被替代,竞争者就可以顺势切入。现在我们很多的产品都处在低水平重复的阶段,很大的问题就在于我们的创新能力还有待解决。”赵杰补充道。


同时,他还提到企业需要静心、专注的突破核心科技。他说:“机器人是多学科集成技术,无论企业做得多大也很难把所有的事情全做完或者全包在自己手里。我们真正需要的是在某个单项领域当中能够做到最好。数十年磨一剑,专注于细分领域,如果每个细分领域都做好,整个国产机器人也就会得到非常好的发展。”


 未来10年是发展的窗口期


自1962年世界上第一台工业机器人上线以来,经过半个多世纪的发展,机器人技术快速演进,在物联网、大数据、云计算、认知科学等领域的深度融合和推动下,不断形成新的发展形态,智能化的发展方向日益凸显,有望成为新一轮产业变革的先锋力量,引发人类生产生活方式的重大变革。


国际机器人联合会(IFR)预测:“机器人革命”将创造数万亿美元市场,从而带动与机器人相关的新材料功能模块、感知获取与识别、智能控制与导航等关键技术与市场快速发展。


国际数据公司(IDC)和中国信通院联合发布的《人工智能时代的机器人3.0新生态》报告提到,伴随着感知、计算和控制等技术的迭代升级和图像识别、自然语音处理、深度认知学习等数字技术在机器人领域的深入应用,将对机器人行业产生深远影响,加速机器人行业智能化的发展。新松机器人自动化股份有限公司创始人、总裁曲道奎表示,过去的工业机器人主要的技术构成是机械、电子、软件和控制;现在机器人已经与大数据、人工智能、物联网、云计算完全融合在了一起,形成了一个新的生态系统,这也是机器人最大的变化。只有通过这种技术的变化和突破,机器人才会拥有更高的性能、功能、智能和广阔的发展空间。


“机器人,除了它的硬件,外观形象和运动之外,非常重要的就是后台的理解、预测、决策以及前端交互能力。”科大讯飞股份有限公司董事长刘庆峰介绍说。AI技术可以看作是机器人后台的核心算法。在工业制造方面,AI技术能够促进人与机器人的合作,让人机协作更加智能。世界工程组织联合会候任主席、中国新一代人工智能战略研究院院长龚克讲到,“目前人工智能在新一轮的科技和工业革命当中扮演着非常突出的角色,人工智能、大数据、物联网、互联网、云计算等相互结合、相互赋能,正在推动这个时代形成新的生产力,进入崭新的发展阶段”。


专家指出,抓住未来10年智能社会发展的窗口期,加速换挡,在这一轮深刻调整产业结构中,向新的发展平台跃迁,实现新驱动发展,为实现中华民族伟大复兴中?梦提供强大动力。


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世界机?人的演变


机器人一词出现的时间并不太长。在我国,机器人最早是以机械装置或自动人偶的形式出现的。在西方,机器人最早开始被称为自动机或自行控制机器。


20世纪中期,大规模生产的迫切需求推动了自动化技术发展,使得数控机床应运而生。对数控机床的控制系统、伺服系统、减速器等关键零部件深入开发为机器人研发奠定了坚实的基础。同时,为配合原子能实验室在核辐射环境下对放射性物质处理,美国原子能委员会的阿尔贡研究所开发的遥控机械手和主从机械手,形成了第一代机器人雏形。


1954年,美国人乔治·沃尔德制造出世界上第一台可编程的机器人。这种机械手能够按照不同的程序从事不同的工作,具有通用性和灵活性,由此第二代机器人登上历史舞台。在这个时期,沃尔德与“工业机器人之父”的美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人Unimate,成立了世界第一家机器人制造工厂。到了1962年,美国AMF公司生产出机器人VERSTRAN。它与Unimate一样成为真正商业化的工业机器人,出口各国,掀起全世界对机器人研究的热潮。


1968年,美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。Shakey具备一定的人工智能,能够自主进行感知、环境建模、行为规划并执行任务,可以算是世界第一台智能机器人,拉开了第三代机器人的序幕。


进入21世纪,全球机器人技术与产业发展进入新阶段。人工智能、仿生、柔性材料等技术被广泛应用于各类机器人,第三代机器人即智能机器人迎来蓬勃发展期。2000年,日本本田技研的仿人机器人阿西莫问世。2001年1月,瑞典家电厂商伊莱克斯向市场推出全球首款扫地机器人“三叶虫”。2005年,波士顿动力公司在美国国防部高级研究计划局的资助下,研制出利用自动机械帮助美军在恶劣地况下运载物资的四足机器人“大狗”。2013年7月,波士顿动力公司又向外界公布其研制的身高1.8米双足抢险救灾机器人“阿特拉斯”。


我国机器人的崛起


我国对机器人的相关研究比国外晚了近三十年。从20世纪70年代后期到1985年前,国内先后有大大小小200多个单位自发进行机器人研究与开发,虽然没有机器人产品出现,但为我国机器人技术的发展奠定了基础。


1986年,国家“七五”科技攻关计划将工业机器人技术列为第72项攻关课题,开始组织研究机器人基础理论、关键元器件及整机产品,拨款在沈阳建立了全国第一个机器人研究示范中心。1986年年底开始实施的国家863计划,在自动化领域成立了专家委员会,其下设立了CIMS和智能机器人两个主题组。这两个计划的实施,使我国机器人产业从自发、分散、低水平重复的起步状态,进入了有组织、有计划的规划发展阶段。


经过1986~2000年国家863计划的实施,我国在机器人技术与自动化工艺装备等方面取得了突破性进展,缩短了同发达国家之间的差距。1988年2月,国防科技大学研制成功六关节平面运动型双足步行机器人,1990年研制成功十关节、十二关节空间运动型机器人系统。1994年,中科院沈阳自动化所等单位研制成功我国第一台无缆水下机器人“探索者”。1996年,上海交通大学在国内最先研制成功四足仿生机器人“JTUWM-Ⅲ”。1998年,上海未来伙伴机器人有限公司推出我国第一台教育机器人“AS-MⅡ”。2000年11月,国防科技大学研制成功我国第一台真正意义上的仿人机器人“先行者”。


进入21世纪,我国在仿生机器人、抢险救灾机器人,水下机器人、空间机器人等领域取得技术突破,在医疗机器人、民用无人机、家庭服务机器人、教育机器人等领域实现了产业化,在工业机器人领域形成了完整的产业链,应用范围不断扩大。


2001年,苏州科沃斯电器有限公司研发成功国内首台可自动行走的吸尘器机器人“地宝”,并基本与国际类似产品同步上市。2004年6月,重庆金山科技(集团)有限公司研制成功OMOM胶囊内镜,成为全球第二家、中国第一家研制出胶囊内镜的企业。2008年11月,塔米智能科技(北京)有限公司推出国内首家家用网络智能机器人“塔米(Tami)”。2010年,北京天智航医疗科技股份有限公司研制的模块化创伤骨科机器人获得我国第一个医疗机器人Ⅲ类(最高等级)器械注册证,成为继美国Com-puter Motion公司和Intuitive Surgical Sys-tem公司、瑞典Medical Robotics公司和以色列Mazor公司之后,全球第五家获得医疗机器人注册许可证的公司。2014年3月,由天津大学等单位联合研制的“妙手S”机器人首次用于临床,成功为3位患者进行了胃穿孔修补术和阑尾切除术。

 
 
 
 
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