机器人论文

与当今机器人技术发展有关的概念论述王彤(哈尔滨工业大学信息与电气工程学院自动化系威海264209)摘要：工业机器人，是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科技术于一体的自动化装备。在工业自动化的发展中，发展高端智能装备，尤其是机器人技术与装备为中国未来实施工业4.0打下基础。《中国制造2025》规划了机器人长远发展目标，智能制造是“中国制造2025”的主攻方向，而工业机器人则是智能制造的重要组成部分。“机器制造机器”是制造业发展的一个必然趋势，随着3D打印机和智能机器人的结合，将一定程度上改变国内的制造业格局，并且将开创一种全新的商业模式，关键词：工业4.0；智能制造；中国制造2025；机器换人；3D打印技术中图分类号：TH133;TP183ConceptsRelatedTotheDevelopmentoftheRobotTechnologyWangTong(Departmentofautomation,HarbinInstituteofTechnology,WeihaiShandong264209，China)1工业4.0下的机器人技术什么是“工业4.0”？由以电子信息技术为核心的的第三次工业革命发展而来的第四次工业革命理念“工业4.0”，是德国联邦教研部及联邦经济技术部2013年汉诺威工业博览会上提出的新概念。“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。第三次工业革命将工业模拟化发展成为成熟的工业自动化，而第四次工业革命-“工业4.0”将会把工业自动化带向工业智能化的发展，其前后对比如图1所示。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络虚拟技术---信息物理系统相结合的手段，将工业向智能化转型，以“智能工厂”和“智能生产”实现工业设计、生产、运营及服务的全方位系统整合。1.1工业4.0的内涵“工业4.0”包括将虚拟网络-实体物理系统技术一体化应用于工业生产过程中使用物联网和服务技术。这将对价值创造、商业模式、下游服务和工作组织产生影响。“工业4.0”将是一种新的生产方式，一种新的生产模式，它将提供一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务。它的提出是多种理念的综合，它的创造是建立在这些理论的基础上并对之进一步地创新，是对以往柔性制造系统FMS，计算机集成制造系统CIMS、敏捷制造、精益生产等的部分理念的继承，但在系统实践上做出了不同的改进。和以往生产方式相比，这样在后续的流水线上，用户的个性化需求定制生产选项变可直接应用起来，用户能够直接参与到生产当中去。工业4.0是提倡以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。德国政府提出“工业4.0”为国家级战略，战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统（Cyber-PhysicalSystem)相结合的手段，将制造业向智能化转型并在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。“工业4.0”项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。图1第三次革命与第四次革命对比图1.2工业4.0与机器人技术工业4.0概念的核心目标是高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式，“工业4.0”的核心是自动化和智能化，终极目的是使制造业脱离劳动力禀赋的桎梏，将全流程成本降到较低，从而实现制造业竞争力的较大化。在4.0时代，不仅制造环节的人工将得到节省（实行机器人为主体的自动化生产连线），前端供应链管理、生产计划（互联网接入，实施管理订单）、后端仓储物流管理（WMS+自动化立体仓库）都将实现实现无人化，以及较低的渠道库存和物流成本。向“工业4.0”迈进的过程中，首先要解决自动化的问题，而在这个过程中，智能机器人就显得非常重要。工业4.0的终极目的是使制造业脱离劳动力禀赋的桎梏，目前中国制造业还远没有达到以高度自动化为特征的工业3.0时代，而高度的自动化是实现工业4.0的必备基础。在工业自动化的发展中，发展高端智能装备，尤其是机器人技术与装备为中国未来实施工业4.0打下基础。工业机器人，是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科技术于一体的自动化装备。随着技术的进步，机器人的自由度、精度、作业范围、承载能力等衡量各项技术指标都有了显著地提升。中国机器人市场仍然具有很大的潜力。中国已经成为全球最大的机器人市场，制造业的转型与升级带来了契机，且与日本制造业发展阶段类似。2中国制造2025：机器人必占高地2012年5月，国家工信部就发布了《智能制造装备产业“十二五”发展规划》，机器人作为智能制造装备的重要组成部分，迎来其战略性的发展契机。到目前，工信部已向全国发布了智能制造试点示范实施方案，这种示范预计要持续三年，2016年继续扩大，到2017年准备全面推广。机器人，作为制造业先进方向的杰出代表，已经站在了“风口”上。未来几年智能机器人的需求量会猛增，如果不能取得突破，不能掌握核心技术，我们的“工业4.0”计划、中国制造2025将难以实现。随着工业4.0及中国2025战略的提出，机器人与自动化成套装备的市场空间日益广阔。哈尔滨工业大学机器人研究所副所长李瑞峰此前在一次行业会议上表示，机器人代替人工，主要解决三个层次问题，即人干不了(特种机器人)、人干不好(汽车等高端领域)和人不想干(国内一般制造业)的，“现在到了人不想干的阶段，需要用到大量的机器人”。近几年里，国家出台了一系列政策，扶持高端智能产品、高新技术企业、先进装备制造业，从产品、企业和行业三个层面来鼓励工业机器人及其相关行业发展。但是从目前来看，国内工业机器人产业政策配套不完善、各政策间衔接不够紧密，很多企业的业务发展及扩张在一定程度上面临阻碍，行业发展速度受到抑制。然而《中国制造2025》规划了机器人长远发展目标，将很好的解决行业政策推广的不连续性，该规划的出炉，将给机器人产业带来长期的政策利好。当前我国发展下一代机器人产业，应首先注重夯实机器人产业技术基础，着力推动现有机器人的产业化进程，加快自主品牌机器人在国内市场的推广应用；探索新的技术研发模式，鼓励科研院所与企业发挥各自优势，多方建立下一代工业机器人前沿、共性技术研发与储备的国家级平台；从中国的国情、需求出发，突破下一代机器人核心技术，研制出下一代机器人样机系统、产品，并推进产业化进程，抢占下一代机器人国际制高点；对于应用于不同领域的机器人产品，实施不同的发展战略：一方面以企业为核心，以共性技术平台为支撑，优先发展下一代工业机器人，推进产需对接，抢占发展制高点；另一方面，以市场为导向，把握国内需求特点，发展医疗、养老助残等服务机器人和特殊服役环境下作业的特种机器人。3“机器人是‘制造业皇冠顶端的明珠’”智能总是悄无声息地渗透和改变人们的生活，智能手机、智能电视、车载充电器、频谱仪、电动汽车等等，常常还在我们惊叹智能科技的成果时，转眼它已出现在我们的生活周围，从最初的好奇到后来的习惯，直到最后依赖和离不开。智能工业机器人的使用也已经越来越普遍，且正以人工智能技术、机器人技术和数字化制造技术等新兴技术相结合的智能制造技术开始贯穿于设计、生产、管理和服务等制造业的各个环节，正引领新一轮制造业的变革。智能制造是什么？有人将其定义为能够自动感知和分析制造过程及其制造装备的信息流和物流，能以先进的制造方式，自主控制制造过程的信息流和物流，实现制造过程自主优化运行，满足客户个性化需求的现代制造系统。而其中机器人是实现智能制造的重要终端和载体。未来的机器人是智能制造的信息平台、算法平台、操作平台和集成平台，将更为专业化和智能化。近两年，随着国家战略性新兴产业的提出，两化融合的稳步推进，中国智能制造装备领域得到了全社会范围的广泛关注。随着产品性能提升的内在需求增加和中国劳动力价格上涨，产业转型升级的压力不断加大。工业机器人作为智能制造领域的代表，在产业转型升级的过程中正发挥着越来越重要的作用，工业机器人将推动智能制造加速推进。发展智能机器人是打造智能制造装备平台的必经之路。作为制造业最为耀眼的“明星”，工业机器人应成为智能制造的有效抓手。工业机器人能够极大提高生产力、创造新的工作并在短期内提高工人工作的安全性。由于工业机器人优势明显，在智能制造时代下的必需品。工业机器人的推广应用，能提升工业制造的自动化和智能化水平，降低人工成本上升和人口红利减少的影响，提高效率质量、降低成本消耗，是智能制造的突破口。智能制造是“中国制造2025”的主攻方向，而工业机器人则是智能制造的重要组成部分。工信部部长苗圩曾指出，要以工业机器人为抓手，通过对工业机器人在工业领域的推广应用，提升我国工业制造过程的自动化和智能化水平。4机器换人2012年底，在浙江、江苏的传统制造企业中逐渐兴起了“机器换人”，众多企业纷纷引进现代化、自动化的装备进行技术的改造升级。2014年，随着“东莞一号”文件及各项扶持政策的出台，“机器换人”在珠三角的制造业重镇-东莞轰轰烈烈的开展，并在全国的掀起了一场“机器换人”的浪潮。“机器换人”是以“现代化、自动化”的装备提升传统产业，利用机器手、自动化控制设备或流水线自动化对企业进行智能技术改造，实现“减员、增效、提质、保安全”的目的。通俗来讲：“机器换人”就是在用工紧张和资源有限的情况下，通过提升机器的办事效率，来提高企业的产出效益。“机器换人”不仅有助于企业缓解技工短缺的困境、应对上涨的劳动力成本，同时也能更好地满足现代生产的标准化要求，创造更大的产能，有助于解决中国目前面临的土地、环境承载能力等问题。“换掉了一批人，就得有另一批人补上。”长江学者、经济学教授刘志彪认为，“机器换人”一方面反映了市场对低端劳动力需求的大幅度减少，另一方面反映了技术工人、专业技术人员等明显紧缺，凸显出就业结构性矛盾。而企业对技术技能人才有四大需求：一是急需能操控智能制造、自动化设备的专业技能人员；二是增加电子工程、信息技术、机械等专业复合型人才；三是智能制造的多学科、跨领域和大数据特性，对管理人员提出了更高的要求；四是需要大量的高端服务业从业人员从事智能制造的配套工作。53D打印技术3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。3D打印智能化已经不是那么遥不可及，我们可以试想一下，如果在3D打印全程无人参与，它随时可以调整自己的工艺参数，能够对系统的异常反应做出识别和正确判断，像机器人一样具有可控行为，提高零件的打印精确度，那么3D打印可以加快在制造业领域的普及性。在当今，3D打印和智能机器人已经不再是一个陌生的话题，作为现在最热门的科技词汇，已成为当今世界科技发展的一个重要方向，或许会改变全球制造业的格局。提起3D打印技术，从字面意思就是立体打印，运用粉末、金属、陶瓷和塑料等不同的原料，以三维设计图形的数据为基础，将数据转换成实物的快速制作技术。而智能机器人顾名思义就是拥有发达的“大脑”，能够进行思考和反应，是一个独特的进行自我控制的“活物”。用机器人替代劳动力，成为未来制造业发展的一个必然趋势。3D打印和智能机器人已经被越来越多的人所关注和接受。智能制造已经成为国际新一轮的争论热点，具有学习和控制能力的3D打印机已经不再是天方夜谭，“机器制造机器”是制造业发展的一个必然趋势，随着3D打印机和智能机器人的结合，将一定程度上改变国内的制造业格局，并且将开创一种全新的商业模式，参考文献：[1]Analsys易观智库,工业4.0专题研究报告2015[R],2015-05-19.[2]刘荣,工业4.0及机器人深度研究.2015-11-06[3]《决策参考》，工业4.0和机器人将