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拥抱高科技,激活新动能

2019年08月29日 12:43:40 来源: 光明日报
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    2019世界机器人大会上,中国电子学会发布了《中国机器人产业发展报告2019》。报告显示,我国2019年机器人市场规模预计达到86.8亿美元。近年来,我国工业机器人市场规模持续增长,成为全球第一大工业机器人应用市场;服务机器人需求潜力巨大,特种机器人应用场景范围显著扩展,为我国经济高质量发展注入了新活力。

2019世界机器人大会上展出的工业机器人 新华社发

    中国成为全球第一大工业机器人应用市场

    机器人既是先进制造业的关键支撑装备,也是改善人类生活方式的重要切入点,其研发及产业化应用是衡量一个国家科技创新、高端制造发展水平的重要标志。根据机器人的应用环境,国际机器人联盟(IFR)将机器人分为工业机器人和服务机器人。其中,工业机器人指应用于生产过程与环境的机器人,主要包括人机协作机器人和工业移动机器人;服务机器人则是除工业机器人之外的,用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,主要包括个人/家用服务机器人和公共服务机器人。

    我国结合自身技术和产业发展实践,将机器人划分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。其中,工业机器人指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,在工业生产加工过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复的长时间作业,主要包括焊接机器人、搬运机器人、码垛机器人、包装机器人、喷涂机器人、切割机器人和净室机器人。服务机器人指在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的先进机器人,主要包括家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人,其中,公共服务机器人指在农业、金融、物流、教育等除医学领域外的公共场合为人类提供一般服务的机器人。特种机器人指代替人类从事高危环境和特殊工况的机器人,主要包括军事应用机器人、极限作业机器人和应急救援机器人。

    从机器人市场结构来看,今年我国工业机器人的市场规模预计将达57.3亿美元,占比66%,得益于智能制造加速升级带来的需求,我国工业机器人市场规模持续增长,当前已占全球工业机器人市场份额约三分之一,是全球第一大工业机器人应用市场,我国的国产工业机器人正逐步获得市场认可。

    服务机器人方面,今年我国服务机器人的市场规模有望达到22亿美元,同比增长33.1%,其中的家用服务机器人和公共服务机器人市场增速相对领先,家用市场正引领行业快速发展,我国服务机器人的智能相关技术可比肩欧美,创新产品大量涌现。

    特种机器人方面,我国市场保持较快发展,应用场景范围不断扩展,尤其是在应对地震、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,对特种机器人有突出的需求。2019年我国特种机器人市场规模预计将达7.5亿美元,进入蓄势待发的重要时期。我国的特种机器人部分关键核心技术取得突破,无人机、水下机器人等领域形成了规模化产品。

2019世界机器人大会上展出的医疗机器人 新华社发

    5G时代机器人领域的智能应用

    相对于目前使用的4G通信技术,在上网速度方面,5G能够提供1GB/秒用户体验速率和10GB/秒的峰值速率,有上百倍的提升;在网络时延方面,5G能够为用户提供毫秒级的端到端时延,时延降低10倍以上;在连接终端数量方面,5G支持每平方公里百万级终端连接,容量大1000倍。

    5G主要有三种应用场景:一是大带宽,能够在人口密集区为更多用户提供更快的传输速度,支撑高清视频、虚拟现实技术用于视频媒体、影音娱乐领域的虚拟和增强现实与游戏场景应用,带动消费升级;二是低时延、高可靠通信,主要面向工业互联网、智能制造、自动驾驶、智慧能源等领域,支撑制造业转型升级,高质量发展;三是海量物联网通信,主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集、实时解析为目标的物联网领域,提高社会管理效益和增强安全防护能力。

    5G将以全新网络架构,开启万物广泛互联、人机深度交互的新时代,成为全面构筑经济社会数字化转型的关键基础设施,带动各领域实现转型升级。据国际电信联盟预计,从2020—2035年,5G产业价值链GDP贡献将达3.5万亿美元,并将创造就业机会2200万人次。

    5G技术切合了传统制造企业基于机器人转型升级对无线网络的应用需求,能满足生产环境下机器人互联和远程交互应用需求,利用5G网络将机器人无缝连接,并进一步打通设计、采购、仓储、物流等环节,使生产更加扁平化、定制化、智能化,实现数据共享、敏捷互联、应用云化、智慧决策,在工业控制、物流追踪、工业AR、柔性制造等机器人应用场景起着重要支撑作用。

    工业控制:是机器人在制造业工厂最基础的应用,核心是闭环控制系统。5G可提供极低时延长、高可靠,海量连接的网络,使得闭环控制应用通过无线网络连接成为可能。毫秒级低时延技术将实现机器人之间和机器人与各类生产设备前所未有的互动和协调,提供精确高效的工业控制。

    物流追踪:依托机器人实现从仓库管理到物流的无人配送需要广覆盖、深覆盖、低功耗、大连接、低成本的连接技术,同时机器人工厂的端到端整合跨越了产品的整个生命周期,要连接分布广泛的已售出的商品,也需要低功耗、低成本和广覆盖的网络,5G能很好地满足这类需求。

    工业AR:大量使用机器人的智能化工厂具有高度的灵活性和多功能性,为快速满足新任务和生产活动的需求,工业AR可用于监控流程和生产流程。生产任务分步指引,例如手动装配过程指导,远程专家业务支撑,例如远程维护。在这些应用中,辅助AR设施需要最大程度具备灵活性和轻便性,以便维护工作高效开展。透过5G移动网络远程控制、监控及重新配置,能够让机器人及各类设备自我优化达到生产线及整体规划简化,实现生产车间全域视频监控和产品全流程跟踪。

    柔性制造:在智能制造生产场景中,需要机器人有自组织和协同的能力来满足柔性生产,这就带来了机器人对云化的需求。5G网络可以达到低至1ms的端到端通信时延,并且支持99.999%的连接可靠性,强大的网络能力能够极大满足云化机器人对时延和可靠性的挑战,提供涵盖供应链、生产车间和产品全生命周期制造服务。

    机器人将推动工业互联网的发展

    工业互联网是推动高质量发展的国家战略性新型基础设施,具有大范围、多场景、低时延、高可靠的典型特征,需要集中投入和着眼长期回报。工业互联网的建设目标,是要围绕陆、海、空、天形成全维度覆盖,面向虚拟世界与物理世界打通全领域连接,针对人类生产生活提供全方位支撑。目前,工业互联网正在两化融合与智能制造的基础上持续扩大和升级,从内部拓展到外部,从串行上升到并行,从线性发展到非线性,进一步促进大数据、云计算、人工智能、5G等新一代信息技术与制造业的深度融合。

    工业数据是工业互联网采集、传输、存储、分析和应用的关键资源要素,并随着工业互联网创新发展战略的深入贯彻实施而不断被赋予新的使命,成为助推现代工业体系升级和支撑制造业数字化、网络化、智能化转型的基础动力。部署在生产制造现场的机器人能够通过大范围、深层次的工业数据采集,以及异构数据的协议转换与边缘处理,构建工业互联网的数据基础。主要分为三种方式:一是通过各类通信手段接入其他不同设备、系统和产品,采集海量数据;二是依托协议转换技术实现多源异构数据的归一化和边缘集成;三是搭载边缘计算功能实现底层数据的汇聚处理,并实现数据向云端平台的集成。

    机器人作为工业互联网体系的重要组成部分,承载着大量相关系统、工艺参数、软件工具、企业业务需求和制造能力,引导汇聚和连接着大量工业资源,通过交互协同和迭代优化,为智能的产生提供必要基础,创造制造业智能化发展的前提条件。

    机器人能够发挥工业互联网平台的重要作用,成为工业全要素链接的枢纽,向上对接工业应用,向下连接海量设备,持续沉淀和积累海量具备应用推广价值的工业经验与知识模型,通过更为科学、高效的工业资源配置方式及路径,驱动制造业体系和生态的智能化升级与运转。

    机器人搭载的计算架构日益先进,并能够与高性能云计算基础设施相联通,从而实现对海量异构数据的集成、存储与计算,切实解决工业数据爆炸式增长与现有工业系统计算能力不相匹配的瓶颈问题,加快制造业以数据为驱动的网络化、智能化进程。(中国电子学会副理事长兼秘书长、中国工业互联网研究院院长 徐晓兰)

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