工业机器人介绍详解

四川大学制造科学与工程学院工业机器人一、制造模式变革与智能制造二、机器人智能制造模式分析三、中国机器人产业发展现状四、新一代机器人技术发展趋势一、制造模式变革与智能制造“新工业革命”正在以“山雨欲来风满楼”的架势席卷全球。平台技术和平台型企业是新工业革命产业生态环境系统的主导力量，新的工业模式将促使产业组织结构由集中式控制向分散式增强型控制的产业生态转变。对于制造业而言，成本竞争是一个永恒的话题，但目前我们所面临的现实却是人口红利逐渐消失，劳动力成本猛增。而另一方面，低附加值的现状还在继续，资源环境已不可持续，高端制造竞争力不足，低端制造又面临外流，所以现在不是需要简单的转型升级，而是需要制造模式的变革。制造业面临的问题制造业模式变革技术“红利”（功能、性能、成本）支撑全球面临技术模式变革美国的再工业化美国“制造业回归”（2009年起）美国丧失了低端产业的领先优势高端产业市场也落后于德国和日本美国在制造业相关的R&D投入和活动在逐渐衰退美国总统奥巴马在2012年国情咨文中提出，经济发展、就业增长、国家安全的关键是制造业。智能机器人技术和产业将影响全球制造业格局！美国的高端战略：保持在高端制造领域的研发领先、技术领先和制造领先。机器人数字制造人工智能2012年，美国奇点大学VivekWadhwa教授在《华盛顿邮报》撰文：“Whyitischina’sturntoworryaboutmanufacturing?欧洲新工业革命（I4.0）德国以工业4.0计划为引领的制造业领先计划（2013年3月发布）制造业是德国传统的经济增长动力，德国装备制造业全球领先德国在应用信息技术，如嵌入式系统、应用软件等领域全球领先双领先战略目标：1、全球领先的装备制造业2、领先的智能制造技术提供者智能机器人技术和产业将影响全球制造业格局！德国的前瞻战略：通过利用信息物理系统CPS相结合的手段，将制造业向智能化转型。中国制造模式难以持续三大要素面临困境1）劳动力密集2）低成本、低附加值3）严重损耗资源环境1）劳动力结构性短缺、人口红利到期2）高成本、高附加值3）资源环境无以为继高耗能，高污染，低技术含量，低附加值劳动力效率1/8单位GDP耗能：8×日本，4×美2×韩国、印度制造业模式变革与智能制造改变原有制造业的模式现有的制造系统无法满足未来市场的需要快速市场响应（以电子消费品为例）—生命周期只有24个月—调整生产系统适应新产品需要140-160天全球化生产组织—跨价值网的企业间集成—不在价值之内，参与不了全球化组织“机器人革命”有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业格局我国将成为全球最大的机器人市场。我们不仅要把我国机器人水平提高上去，而且要尽可能多地占领市场。习总书记2014年两院院士大会上讲话习主席说：以物质生产，物质服务为主的经济发展模式向以信息生产、信息服务为主的经济发展模式转变。一场革命——信息化信息技术已经成为率先渗透到经济社会生活各领域的先导技术。两股洪流——无人化，智慧化三个技术高地——机器人，数字制造，人工智能。影响未来的颠覆性技术Disruptivetechnologies无人（自主）化包括智能化、自动化、网络化例：四大无人机系统Uvs，UxV空中无人机UAVs、UnmannedAerialVehicles地面无人车UGVs、UnmannedGroundVehicles水面无人船USVs、UnmannedSurfaceVehicles潜水艇UUVs、UnmannedUnderwaterVehicles例：智慧XX“物化成人”“灵魂”——信息化技术“灵魂”附于制造业——智能制造智能制造——泛在制造——智能机器人智慧化什么是人工智能?智能科学—从微观、宏观层面研究大脑，解释人类智能的产生机理，即脑科学。—基于揭示的原理，用模拟的方法加以实现就是人工智能。—人工智能技术的进步是提高智能制造和智能机器人水平的制高点。我国2013年装备制造业产值20万亿，约占我国GDP1/3，全球装备制造业占比1/3。2014年我国高端制造业占比—10%。问题：核心技术基础工业人才只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全，不能用别人的昨天来装扮自己的明天，不能总指望依赖他人的科技成果来提高自己的科技水平，更不能做其他国家的附庸，永远跟在别人的后面亦步亦趋。习总书记说：我们要组织精干力量突破若干核心技术，组织有实力的单位对部分基础零部件进行攻关。现代化武器、重大装备、各类智能产品控制系统心脏的芯片——80%以上依赖进口；飞机发动机、机载电子设备和配套件大量进口；高铁所需部分核心零部件80%以上需要进口；工程机械所需的高压泵、阀、马达及控制系统几乎全部进口；机器人重的伺服电机、减速器等。什么技术是核心技术？——我们必须的，别人会，我们不会的技术，无论是整机还是部件。——特别是软件。我国部分大型企业缺少创新的动力和积极性，不少企业担不起“以企业为创新主体”的责任。导致以企业为主体产、学、研结合实际效果不佳，不能获得预期成果。中国国家战略我们不仅要把我国机器人水平提高上去，而且要尽可能多的占领市场机器人革命有望成为“第三次工业革命”的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业格局，而且我国将成为全球（数万亿美元）最大的机器人市场。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一个标志机器人的地位：1）影响制造业格局2）万亿美元市场2）制造业皇冠顶端的明珠二、机器人智能制造模式分析机器人与人的深度融合人类与机器的联合，即嵌入我们大脑的知识和技巧将与我们创造的容量更大，速度更快，知识分享能力更强的智能相结合。我们的智能会逐渐非生物化，其智能程度将远远高于今天的智能——一个新的文明正在冉冉升起，它将使我们超越人类的生物极限，大大加强我们的创造力。在这个新世界中，人类与机器、现实与虚拟的区别将变的模糊，我们可以任意的装扮成不同的身体，扮演一系列不同的角色。——节自《奇点临近》据估计：2010年：出现第一代低级通用机器人能从事简单的家务劳动智能水平相当于小爬虫（SmallReptiles）2015年：有机械手的实用型机器人多台合作完成多种任务其技能（skills）相当于青蛙（Frog）2020年：通用机器人可从事大多数简单乏味的劳动2030年：第二代通用机器人具有类似哺乳动物（Manmal）智能和识别能力有限的学习机制，在叉路口可根据经验选择路径第三代机器人，类似灵长类动物（SmallPrimates）的智能白领机器人知识工业自动化运用机器人进行复杂分析，精确判断，创造性的解决问题，越来越多的知识工作由机器人（软件机器人）来完成。将会出现机器人工程师、机器人设计师、机器人管理员等。机器人支撑制造模式变革新一轮工业革命需要机器人技术支撑劳动力成本不断上升加速机器人需求新技术进步扩大机器人应用范围客户化定制依赖于机器人制造未来制造业挑战机器人改变了生产方式，带来制造业模式变革。制造业三项关键技术生产方式：数字化制造生产决策：人工智能生产工具：智能机器人技术因素：机器人技术进步Speed,AccuracyPayload,reliabilityInteractionCapabilityMuliti-sensorIntelligentApplicationsNetworkingCapabilityFroma“robotworker”toa“robottechnician”工业机器人带来的经济效益1、改善劳动条件，逐步提高生产效率。2、更强与可控的生产能力，加快产品更新换代。3、提高零件的处理能力与产品质量。4、消除枯燥无味的工作，节约劳动力。5、提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险。6、减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存。7、提高企业竞争力。成本因素：机器人成本不断下降RMB20122022SCARA6万4.2万SCARA系统12万8.4万投资回报1.2年2.5个月6-DOF12万8.4万6-DOF系统24万16.8万投资回报2.4年5个月工业机器人成本将以每年4%减少成本因素：人工成本日益攀升50%60%70%80%90%100%110%20052006200720082009201020112012201320142015各国制造业成本对比美国墨西哥中国印度工资以年均20%的速度上涨（数据截止2012年底，根据以往几年平均增长来估计未来至2015年的增长速度）人民币汇率以年均5%的速度增长货运价格以年均5%的速度增长（综合考虑油价走势和其他因素）成本因素：人工成本日益攀升2012年人均工资￥4.2万/年（≈3523元/年。福利20%），用工成本￥5万/年。2012年上半年城市居民工资收入相比去年同期增长13%，农民工工资也上涨了14.9%。今后10年人工成本增长率保持在15%，到2025年，人均用工成本将达到20万/年（$3371元/月）。国家和地区（美元）2000200820122025美国2837332536004388日本2711284730003657韩国13862469----中国882905593371中国人均成本将从现在￥5万/年增加到2025年的20万/年初始条件成本因素：机器人性价比凸显成本比较结论工业机器人系统平均价格30万，每年维修及服务成本2万；一位成熟的焊接技工月工资6000元；工业机器人可替代3个焊接技工。工业机器人成本：5万元/年（按10年使用寿命折旧，含维修费用）；人工成本:21.6万元（0.6*12*3）。一台工业机器人在产生相同效益时，投入的成本是使用人工成本的23%。三、中国机器人产业发展现状我国制造业的发展正处于工业化发展过程中，具有自动化、智能化、绿色化、网络化、信息化的发展趋势，随着市场的激烈竞争、劳动力成本的逐渐上升，以及用户对个性化、定制化的需求越来越迫切，老龄化社会的加剧形成，一线产业工人减少的趋势不可逆转，我国制造业普遍需要技术和设备升级改造，以增强竞争力，提高经济效益，因此，我国工业机器人产业的发展空间巨大。中国总人口和劳动人口（1950-2050年）单位：亿人0246810121416195019551960196519701975198019851990199520002005201020152020202520302035204020452050总人口劳动人口我国劳动力情况未来20年，“theold-agedependencyratio”要增加一倍，中国工作年龄人口2015年开始下降。我国劳动力逐年递减01234519501960197019801990200020102020203020402050中国60岁以上人口数（单位：亿）01020304019501960197019801990200020102020203020402050中国60岁以上人口所占比例（%）劳动力资源短缺，人口红利消失，老龄化日益严重。机器人技术提升机器人价格下降（50%）劳动力短缺劳动力成本上升（30%）机器人“井喷式”发展成为可能！机器人制造模式变革市场现状：机器人市场分析根据国际机器人联合统计，2013年外资企业在华销售工业机器人总量超过27000台，较上年增长20%；据中国机器人产业联盟统计，2013年国内企业在我国销售工业机器人总量超过9500台，较2012年增加65.5%。2013年中国市场共销售工业机器人近37000台，约占全球销量的五分之一，总销量超越日本，成为全球第一大机器人市场。市场现状：中国机器人市场空间分析每万名制造业工人机器人保有量：韩国：396；日本：332；德国：273世界平均水平：58中国：23国际市场：存量市场中国市场：增量市场中国机器人产业初步形成序号代号上市公司覆盖行业产品介绍1300024机器人军工、电力、汽车等AGV、洁净机器人、点焊机器人、弧焊机器人等2002