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2023-03-29
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工业机器人是世纪重大高科技成果之一,机器人产品已在社会的许多领域得到广泛应用,为提高世界工业自动化水平发挥了重要作用.
随着工业机器人的发展,以及机器人智能水平的提高,工业机器人已在众多领域得到了应用。目前,中国工业机器人的使用主要集中在汽车工业和电子电气工业,弧焊机器人、点焊机器人、搬运机器人等在生产中被大量采用。
工业机器人的应用,使工业产品的生产效率、生产成本及产品质量均有所的提高,也在一定程度上促进了我国制造业的转型升级。同时随着中国人口红利的消失,中国经济发展步入“新常态”,制造业由“低端制造”向“高端制造”转移等现象的出现,也增加了工业机器人的使用。
未来全球工业机器人主要有以下趋势:
(1)机器人与信息技术深入融合
大数据和云存储技术使得机器人逐步成为物联网的终端和节点。信息技术的快速发展将工业机器人与网络融合,组成复杂性强的生产系统,各种算法如蚁群算法、免疫算法等可以逐步应用于机器人应用中,使其具有类人的学习能力,多台机器人协同技术使一套生产解决方案成为可能。
(2)机器人产品易用性与稳定性提升
随着机器人标准化结构、集成一体化关节、自组装与自修复等技术的改善,机器人的易用性与稳定性不断被提高。
一是机器人的应用领域已经从较为成熟的汽车、电子产业延展至食品、、化工等更广泛的制造领域,服务领域和服务对象不断增加,机器人本体向体积小、应用广的特点发展。
二是机器人成本快速下降。和工艺日趋成熟,机器人初期投资相较于传统专用设备的价格差距缩小,在个性化程度高、工艺和流程繁琐的产品制造中替代传统专用设备具有更高的经济效率。
三是人机关系发生深刻改变。例如,工人和机器人共同完成目标时,机器人能够通过简易的感应方式理解人类语言、图形、身体指令,利用其模块化的插头和生产组件,免除工人复杂的操作。现有阶段的人机协作存在较大的安全问题,尽管具有视觉和先进传感器的轻型工业机器人已经被开发出来,但是目前仍然缺乏可靠安全的工业机器人协作的技术规范。
中国工业机器人行业发展前景及趋势预测
1、工业机器人规模预测
2020年受到疫情影响,但是由于中国措施采取及时,抗疫成效显著,企业复工复产较快,因此对工业机器人的总体产量影响较小,2020年全国工业机器人市场规模约为63亿美元,预计2021-2025年复合增长率预计在15%左右,2026年市场规模可达172亿美元。
2、工业机器人共融为未来技术突破要点
目前我国工业机器人主要在结构化环境汇总执行确定性任务,在复杂动态环境中作业的情况并不足够灵活,主要是因为工业机器人在与环境的共融、与其他机器人之间协同方面感知能力较弱。随着传统工业机器人在机器视觉、智能传感与云技术等技术的发展下,未来工业机器人将更智能化,柔性化,即由传统机器人向共融机器人优化。
3、云化机器人及工业机器人云平台将兴起
在智能制造生产场景中,需要工业机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产,这就带来了云化机器人(机器人大脑在云端)及工业机器人云平台的需求。和传统机器人相比,云化机器人需要通过网络连接到云端的控制中心,基于超高计算能力的平台,并通过大数据和人工智能对生产制造过程进行实时运算控制。实际上,如今已有厂商开始在云化机器人及工业机器人云平台上进行布局。
2017年时华为、Skymind、中国移动、达闼科技、GTI、软银共同推出《云化机器人白皮书(GTI 5G and Cloud Robotics
White
Paper)》,其中指出云化机器人即位于数据中心的“大脑”利用人工智能和其他软件技术,借助本地机载控制器对传统机器人下达指令,云机器人将打来新的价值链、技术、架构、体验和新商业模式。未来,随着5G、AI、云计算等技术的发展成熟,云化机器人及工业机器人云平台或将成为新一轮发展热点。
4、工业机器人在医疗领域的应用潜力有待挖掘
目前工业机器人主要应用于汽车行业,随着汽车行业工业机器人应用的饱和,工业机器人的应用正在向其他领域逐步拓展。在疫情驱动下部分工业机器人厂商随即布局医疗领域的工业机器人,例如利用工业机器人组装医用注射器或或用于填充和关闭小瓶等,具体情况如下表所示:
——更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》。
近年来随着工业机器人与物联网我国仓储物流机器人工业机器人与物联网的需求增速提高工业机器人与物联网,应用于这一领域工业机器人与物联网的工业机器人的销量与市场规模也随之增长。同时在发展的过程中以形成Geek+、快仓与海康威视的仓储物流机器人第一梯队以及其他企业组成的第二梯队。
未来随着智能物流的迅速发展以及技术的不断突破,仓储物流机器人将在状态感知、实时决策以及准确执行方面更加智能,应用将更加广泛,需求也将随之增多。
工业机器人行业主要上市公司:埃斯顿(002747)、埃夫特(688165)、ST伯朗特(430394)、华中数控(300161)、新时达(002527)等。
本文核心数据:机器人下游需求增速、叉式移动机器人市场规模、叉式移动机器人销量、仓储物流机器人竞争梯队
1、物流行业机器人增速较快
据MIR统计,2019-2020年我国医疗用品行业与物流行业对工业机器人的需求增速最多,分别达到了26%与20%,其中医疗用品的需求增加主要来自于疫情的刚需,物流领域需求的增加则主要是因为我国仓储物流行业对工作效率的更高要求。
2、仓储物流中AGV机器人应用场景最多
仓储物流机器人在智能仓储环节有六大应用场景,主要为入库、存取、拣选、包装、分拣与出库,不同场景对应的工业机器人如下所示:
3、叉式移动机器人销量逐年增长
在智能仓储物流的环节中,AGV机器人(移动机器人)的应用环节较多,目前的叉式移动机器人(AGV/AMR)是指在叉车上加载各种导引技术,构建地图算法,辅以避障安全技术,实现叉车的无人化作业。随着中国智慧物流的推进速度不断加快,将有更多行业使用AGV机器人替代传统叉车。
据统计,2015-2020年我国叉式移动机器人销量从300台增长到了5000台,市场规模从2.5亿元增长到17.2亿元。
4、国内仓储物流机器人分为两个梯队
在仓储物流机器人迅速发展的过程中,涌现出了不少优秀的企业,其中处于第一梯队的企业主要有Geek+、快仓与海康威视,占了市场的主要份额;第二梯队有艾瑞斯机器人、马路创新与牧星智能等,其中Geek+专注于为企业例如大型商超、医药企业、零售公司等提供以机器人为核心的智能仓储解决方案,是我国仓储物流机器人领域的龙头企业。
5、仓储物流机器人发展趋势
随着物联网技术、人工智能与工业机器人技术合作发展下,未仓储物流机器人在结合物联网与人工智能的情况下其在状态感知、实时决策以及准确执行方面将会有所提升。除此之外,我国工业机器人的发展核心在于核心零部件的技术突破,企业在发展的过程中也应注重自主创新能力的培养。
以上数据参考前瞻产业研究院《中国工业机器人行业产销需求预测与转型升级分析报告》。
目前工业机器人与物联网,物联网技术在产品信息化、生产制造环节、经营管理环节、节能减排、安全生产等领域得到应用。
1、物联网技术在产品信息化领域的应用
产品信息化是指将信息技术被物化在产品中,以提高产品中的信息技术含量的过程。推进产品信息化的目的是增强产品的性能和功能,提高产品的附加值,促进产品升级换代。目前,汽车、家电、工程机械、船舶等行业通过应用物联网技术,提高了产品的智能化水平。
在汽车行业,物联网汽车、车联网、智慧汽车等逐渐兴起,为汽车工业发展注入新动力。2010年6月,针对物联网在汽车行业的应用,国际标准化组织提出了全网车(The
Fully Networked
Car,FNC)的概念,其目标是使汽车驾驶更安全、更舒适、更人性化。通用汽车推出了电动联网概念车EN-V,通过整合GPS导航技术、Car-2-Car通信技术、无线通信及远程感应技术,实现了自动驾驶。车主可以通过物联网对汽车进行远程控制。例如在夏季,车主可以在进入停车场前通过手机启动汽车空调。在车辆停放后,车载监控设备可以实时记录车辆周边的情况,如发现偷窃行为,系统会自动通过短信或拨打手机向车主报警。汽车芯片感应防盗系统可以正确识别车主,在车主接近或远离车辆时自动打开或关闭车锁。售后服务商可以监测车辆运行状况,对故障进行远程诊断。Car-2-Car通信技术可以使车辆之间保持一定的安全距离,避免对撞或追尾事故。
在家电行业,物联网家电的概念已经出现,物联网技术的发展将促进智能家电的发展。美的集团在上海世博会上展示了物联网家电解决方案。海尔集团推出了物联网冰箱和物联网洗衣机,小天鹅物联网滚筒洗衣机已进入美国市场。小天鹅物联网滚筒洗衣机专门针对美国新一代智能电网进行设计,能识别智能电网运行状态及分时电价等信息,自动调整洗衣机的运行状态以节约能耗。
在工程机械行业,徐工集团、三一重工等都已在工程机械产品中应用物联网技术。通过工程机械运行参数实时监控及智能分析平台,客服中心可以通过电话、短信等纠正客户的不规范操作,提醒进行必要的养护,预防故障的发生。客服中心工程师可以通过安装在工程机械上的智能终端传回油温、转速、油压、起重臂幅、伸缩控制阀状态、油缸伸缩状态、回转泵状态等信息,对客户设备进行远程诊断,远程指导客户如何排除故障。
2、物联网技术在生产制造领域的应用
物联网技术应用于生产线过程检测、实时参数采集、生产设备与产品监控管理、材料消耗监测等,可以大幅度提高生产智能化水平。在钢铁行业,利用物联网技术,企业可以在生产过程中实时监控加工产品的宽度、厚度、温度等参数,提高产品质量,优化生产流程。在家电行业,海尔集团在数字化生产线中应用了RFID技术,提高了生产效率,每年可节省1200万元。
3、物联网技术在经营管理领域的应用
在企业管理方面,物联网技术主要应用于供应链管理、生产管理等领域。
(1)在供应链管理领域的应用
在供应链管理方面,物联网技术主要应用于运输、仓储等物流管理领域。将物联网技术应用于车辆监控、立体仓库等,可以显著提高工业物流效率,降低库存成本。海尔集团通过采用RFID提高了库存管理水平和货物周转效率,减少了配送不准确或不及时的情况,每年减少经济损失达900万元。鹤山雅图仕印刷有限公司的RFID应用项目实施3年来,成品处理效率提高了50%,差错率减少了5%,人力资源成本减少了2700万元。
(2)在生产管理领域的应用
在纺织、食品饮料、化工等流程型行业,物联网技术已在生产车间、生产设备管理领域得到应用。例如,无锡一棉开发建立了网络在线监控系统,可对产量、质量、机械状态等9类168个参数进行监测,并通过与企业ERP系统对接,实现了管控一体化和质量溯源,提升了生产管理水平和产品质量档次。此外,还可以及时、准确地发现某台(某眼、某锭)的异常情况,引导维修人员有的放矢地工作。
山东泓坤纺织有限公司车间温湿度监控物联网应用系统由前端设备、控制设备和管理后台组成。前端设备主要是各类温湿度传感器,负责实时采集车间环境数据并上传到控制设备;控制设备负责将各传感器数据通过GPRS网络上传到管理后台,并通过LED显示屏实时显示温湿度数据。如果环境数据超过既定的阀值,管理后台将通过短信等方式提醒相关工作人员,以便及时采取必要措施。该系统的应用使布机的作业效率从原先的70%左右提高到目前的90%。
4、物联网技术在节能减排领域的应用
物联网技术已在钢铁、有色金属、电力、化工、纺织、造纸等“高能耗、高污染”行业得到应用,有效地促进了这些行业的节能减排。智能电网的发展将促进电力行业的节能。江西电网公司对分布在全省范围内的2万台配电变压器安装传感装置,对运行状态进行实时监测,实现用电检查、电能质量监测、负荷管理、线损管理、需求侧管理等高效一体化管理,一年来降低电损1.2亿千瓦时。
利用物联网技术建立污染源自动监控系统,可以对工业生产过程中排放的污染物COD等关键指标进行实时监控,为优化工艺流程提供依据。
5、物联网技术在安全生产领域的应用
物联网已成为煤炭、钢铁、有色等行业保障安全生产的重要技术手段。通过建立基于物联网技术的矿山井下人、机、环监控及调度指挥综合信息系统,可以对采掘、提升、运输、通风、排水、供电等关键生产设备进行状态监测和故障诊断,可以监测温度、湿度、瓦斯浓度等。一旦传感器监测到瓦斯浓度超标,就会自动拉响警报,提醒相关人员尽快采取有效措施,减少瓦斯爆炸和透水事故的发生。通过井下人员定位系统,可以对井下作业人员进行定位和跟踪,并识别工业机器人与物联网他们的身份,以便在矿难发生时得到及时营救。
二、工业领域物联网技术推广策略
物联网技术在工业领域具有广泛的应用前景,是建设“智慧企业”,发展“智慧工业”的关键技术。笔者认为,可以从以下几个方面推进物联网技术在工业领域的应用:
一是推进物联网技术在产品信息化中的应用。鼓励企业将物联网技术嵌入到工业产品中,提高产品网络化、智能化程度。重点在汽车、船舶、机械装备、家电等行业推广物联网技术,推动智慧汽车、智能家电、车联网、船联网等的发展。推进电子标签封装技术与印刷、造纸、包装等技术融合,使RFID嵌入到工业产品中。
二是在生产制造环节推广物联网技术,提高工业生产的自动化、智能化水平。通过进料设备、生产设备、包装设备等的联网,发展具有协作能力的工业机器人群,建设“无人工厂”,提高企业产能和生产效率。
三是在经营管理环节推广物联网技术,提高企业管理效率和智能化水平。在供应链管理、车间管理等管理领域推广物联网技术。
四是推进物联网技术在工业节能减排领域的应用。利用物联网技术对企业能耗、污染物排放情况进行实时监测,对能耗、COD、SO2等数据进行分析,以便优化工艺流程,采取必要的措施。
五是推进物联网技术在工业安全生产领域的应用。利用物联网技术对工矿企业作业设备、作业环境、作业人员进行实时监测,对温度、压力、瓦斯浓度等数据进行分析,当数据超标时自动报警,以便有关人员及时采取措施;或自动停机、切断电源、加大排风功率等,以避免重大安全生产事故发生。
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