機器人時代,國產機器人如何后來居上?
近幾年無疑是工業機器人的大發展時期,國內外制造業的智能化、自動化趨勢越來越明顯。我國政府在《中國制造2025》中將機器人作為重點發展領域之一,強調積極研發機器人新產品,促進機器人標準化、模塊化發展,以此提升中國制造的質量。
據工信部最新統計,2017年1-9月,我國工業機器人產量達到95351臺(套),同比增長69.4%,9月當月產量為13085臺(套),比上年同月增長103.2%。如此良好的勢頭足以說明我國工業機器人市場需求量的增多和應用范圍的擴大。
CNPP數據平臺公布了截至目前為止,工業機器人的十大品牌:

從中可以看出,十大品牌中有7家都為國外品牌,且排名比較靠前。新松、埃夫特、廣州數控3家作為國產機器人品牌也在榜上。一個機器人品牌的影響力依賴于它的技術硬實力、產品銷量、企業形象、服務質量、產業鏈的完整度等。綜合各種因素來看,國內外工業機器人的發展程度還有相當大的差距,我們可以從工業機器人的使用密度和應用領域上來分析。
從工業機器人使用密度上來說,中國工業機器人使用密度遠遠低于國際密度,且低于世界平均水平。這導致了國內機器人市場布局極大地受國外機器人主流廠商影響,同時這也是國外機器人廠商致力于在中國實現本土化經營的原因之一。

數據來源:中國產業信息網
另外,在中國3400家機器人公司里,只有27家在中國有生產基地并真正具備競爭力。這些企業的機器人應用行業以汽車行業為主,其次是消費電子、電子電氣、食品飲料等,處于整個產業鏈的邊緣,并多有低水平重復性建設。而國外工業機器人已滲入了醫療、航天、保健等更高層次的領域。

數據來源:中國產業信息網
十大工業機器人品牌的應用行業如下表所示:

我國與其他國家在工業機器人技術研發和應用上的差距,究其原因,主要有三:
一是國內機器人廠商嚴重缺乏核心零部件,關鍵核心技術突破速度緩慢。一般來說,核心技術的研究投入力度大、周期長,大部分企業更注重短時間內的經濟效益,進行低水平的重復性建設,放棄或較少地進行技術研究;
二是機器人本體與相關行業緊密度不夠,缺乏相應的行業解決方案。深入了解一個行業需要耗費相當大的時間與精力,淺嘗輒止只會讓機器人廠商停留在某行業的邊緣,從而拿不出較好的機器人行業解決方案;
三是與機器人應用行業相關的軟件開發力度不夠,配套設置、集成應用方面不成熟。如ABB機器人的行業軟件就有多種,包括:弧焊軟件,裝配軟件,切割軟件,上下料軟件,機加工軟件,碼垛軟件,PickMaster拾料大師,塑料軟件,沖壓自動化軟件,點焊軟件等。
除此之外,我國國產工業機器人還有創新能力不夠、生產系統不完善等問題。
而從目前的情況來說,國內工業機器人廠商欲增強競爭力,需要進軍更為高端的領域。硬件設備上應加大核心零部件的投入,擴大機器人的群體應用,提高機器人的精度和穩定性;軟件上應加大相關編程軟件的研發力度,節約機器人編程時間,減少對低端產業的依賴,深入產業鏈的核心。
工業和信息化部總工程師張峰曾指出,軟件是引領科技創新的核心力量,建設強大的軟件產業,是我國構建全球競爭新優勢、搶占新工業革命制高點的必然選擇。
正如張峰工程師所說,機器人編程軟件的應用十分有利于簡化機器人的應用操作,使機工業機器人為更廣大的人群所接受,達到易學易用的目的。
隨著示教編程的式微,離線編程軟件在國外內興起。國外的離線編程軟件,如RobotStudio,RobotDK等,核心技術已比較成熟。在國內做一款有特色、專業能力強、符合我國國情的離線編程軟件是亟待解決的問題。
經過調查,國內的RobotArt離線編程軟件致力于高端制造技術,助力中國智能制造,打破國外技術壟斷,在離線編程技術領域取得了非凡成就。從這款軟件的發展歷程、核心技術和行業應用領域中,我們可窺見到中國離線編程技術的大好未來。
RobotArt于2013年正式推出,2015年重構平臺,正式推出企業版、教育版等。2016年,RobotArt支持深度自定義,包括自定義機器人、運動學算法、后置、VI等;正式推出 OEM版本。2017年,RobotArt Cloud 正式上線,正在將源源不斷的機器人編程資源提供給用戶。
RobotArt的諸多核心技術與機器人生產線緊密相關,包括:
(1)面向機器人生產線的高性能3D平臺
生產線仿真,數據量相當大,性能是關鍵。新建的3D平臺可實際應用于機器人生產線。在此平臺上,用于生成軌跡的零件用B-Rep表示,以保證加工精度。其他模型用三角片表示,以提高性能。渲染引擎采用插拔式設計,便于底層顯示組件的切換。用戶數據對象、內部數據的表示以及渲染引擎構成了合理的存在運作體系。

(2)復雜的軌跡離線編程系統
RobotArt的軌跡離線編程系統復雜卻又簡單。機器人作為運動主體,軌跡作為數據核心,通過零件的點、線、面信息生成軌跡,軌跡點上記錄所屬機器人的逆解結果、速度、IO事件等,并可進行參數化修改。整個編程系統一氣呵成,使得操作流暢,數據信息記錄準確,參數修改簡單便捷。

(3)深度開放的機器人編程系統
國內機器人品牌不下百種,又互不兼容。若由本體商自助添加旗下機器人到軟件,會整體提高國產機器人應用水平和對外競爭力。而RobotArt軟件的機器人編程系統深度開放,通過定義機器人功能,開放以下幾類接口:DH參數、幾何模型、逆解算法、后置配置,實現多種品牌機器人的兼容。

(4)面向機器人生產線的工藝規劃仿真系統
生產線仿真重在生產周期計算、使用率分析,找出瓶頸,進而開展優化,這是生產線設計的必備功能。RobotArt的工藝規劃仿真系統,以運動設備所擁有的軌跡為基礎、結合自身的關節限速與負載重心等,計算出時序圖、使用率等。

(5)機器人生產線云資源庫
模型不足已成為生產線設計效率瓶頸,軟件將云資源庫中的海量模型供用戶選擇,必會大幅提高設計效率。另外,通過互動與獎勵機制,公司發動廣大從業人員共同豐富資源庫,從而使得社會資源共享,行業進步提速。
云資源庫平臺搭建在如阿里云等商業云上,以減少運維成本。離線編程軟件內嵌云資源Web頁面,以降低代碼維護成本。

(6)機器人指令生成技術
通用機器人指令生成技術,可根據控制器型號自動生成相應指令,支持10家以上主流國產機器人指令生成與載入。
(7)機器人運動學仿真與實際機器人一致性技術
RobotArt支持10家以上主流國產機器人仿真,同過此技術,可使得機器人工作軌跡、可達性、干涉性模擬達100%。
RobotArt的行業應用領域如下圖所示:

RobotArt為國內的離線編程軟件樹立了一個良好的品牌榜樣。我們堅信,離線編程仿真技術理應受到足夠的重視,做一款中國人自己的離線編程軟件,無論是在刺激工業機器人的需求上,還是攻克高難度的機器人核心技術上,都是一個非常好的突破口。國內的工業機器人有望在機器人應用的高端領域與國外并肩而立,使得國產機器人制造商后來居上,助力中國實現從“制造”到“智造”的轉變。
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