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安全领域机器人的机遇与挑战

发布时间: 2020-05-25 14:31   作者: 黄鑫   来源: 赛迪智库

  机器人产业代表着未来智能装备的发展方向,其研发及应用是衡量一个国家科技创新、高端制造及智能社会发展水平的重要标志。机器人产业是利用科技创新实现本质安全的重要载体,其快速发展为提升全社会本质安全水平提供了良好契机,具有巨大的社会效益和经济效益。特别在应对安全生产、自然灾害、火灾消防、公共安全突发事件和应急救援中,对机器人需求巨大。随着我国对安全的重视程度不断加深,抓住社会安全迈向智能化发展的机遇,机器人在安全领域将迎来广阔应用前景。

  机器人应用于安全领域的机遇

  机器人作业是实现本质安全的必经途径。中国机器人市场快速发展,客观上推动了机器人向安全领域加速渗透。据国际机器人联合会发布的数据,2019年,我国机器人市场规模达86.8亿美元,其中工业机器人市场规模为57.3亿美元,约占总规模的66%。目前,工艺技术革新、企业智能化改造、产业转型升级等正在推动工业机器人更广泛地应用于汽车、食品、机械、电子、家具加工等行业,替代或辅助人类从事工作量大、重复性高、工序繁琐的工作,而在焊接、切割等特殊岗位使用机器人替代人从事危险度较高的工作,实现“机械化换人、自动化减人”,不仅是提高质量控制和安全生产水平的科技保障,也是在人口红利逐渐减少的情况下提高生产效率、降低用工成本的必然趋势。机器人将逐渐成为未来安全、高效生产的必然选择。

  高危作业环境和岗位亟须机器人替代人。安全领域涉及各类机器人产品,不仅包括占市场份额最大的工业机器人,还包括增速突出的服务机器人和特种机器人。在极端作业环境、恶劣天气或相对复杂的作业空间中,受生产条件苛刻、行动受限等环境条件的限制,迫切需要使用机器人替代人从事危险工作,减少一线员工数量,或提前探明环境情况,以提高高危行业作业的安全性和智能性,减少现场作业人员伤亡。如地下矿山开采,环境大多高温高湿,且充满有毒有害气体和粉尘,严重危害矿工的身体健康,甚至生命安全,在矿山智能化改造中采用机器人装备,不仅可以提高矿山企业的生产效率,还可以替代矿工脱离危险作业环境,提高了采矿作业的安全性;在地震、火灾、矿难、危化品泄露等突发事件应急救援中,机器人可以进入危险环境,凭借远程通讯、定位、防爆、防水防热、图像采集等功能,近距离收集前线信息,为科学评估救援条件提供数据支撑,以实现最大程度保障人员、设备和财产安全。

  信息技术的快速发展和机器人性能的不断提升促使机器人的应用场景和模式进一步向安全领域拓展。一方面,日益增长的市场需求和人民安居乐业的迫切愿望推动机器人加快新产品研发,满足安全领域各细分领域的需要。如近些年出现的超高压输电线路巡检机器人、管道巡检机器人、消防灭火机器人、仿生救援机器人等细分领域的系列产品,都是机器人在安全领域应用的初步探索。另一方面,相关技术的进步也提升了机器人的环境适应性,使其不仅可以实现在高温高湿等极限条件下作业,更具备定位、防爆、图像获取与传输、避障、生命探测、远程通讯等多项功能,为机器人进入包括采掘、建筑、核工业、消防、安防监测、抢险救援、反恐防爆等更广泛市场领域提供了支撑,也为提升全社会安全保障能力发挥更大作用。

  政策助推安全领域机器人产业发展。《机器人产业发展规划(2016-2020年)》中提到,促进机器人向更广领域发展,围绕救援救灾、能源安全、公共安全等领域,培育特殊作业等方面的需求,重点发展消防救援机器人等标志性产品,包括在危险程度高的化工、民爆等行业推进工业机器人的广泛应用,在救灾救援领域,推进专业服务机器人在自然灾害、火灾、核事故、危险品爆炸现场的示范应用等。《中共中央国务院关于推进安全生产领域改革发展的意见》中明确提出“推动工业机器人、智能装备在危险工序和环节广泛应用。”《关于加快安全产业发展的指导意见》进一步提出“生产安全领域,重点发展用于高危作业场所的工业机器人(换人)等,应急救援方面,重点发展各类搜救、破拆、消防等智能化救援装备”。2019年公布的《煤矿机器人重点研发目录》,更是聚焦煤矿领域的关键岗位,对重点研发的5类机器人提出具体要求。

  我国安全领域机器人产业发展中面临的主要挑战

  安全领域机器人市场培育不足。安全领域机器人虽存在巨大的潜在市场,但并未充分调动和开发。首先,安全领域在机器人产业强势发展浪潮中属于弱势和冷门。自2013年我国成为全球最大的机器人市场以来,每年保持高速增长,但出于安全原因应用机器人的比例仍较低。据中国电子学会统计,特种机器人在全球机器人市场总规模中占14%,而在我国机器人市场规模中仅占9%。从具体应用场景看,应急救援机器人和极限作业机器人在全球特种机器人市场规模中占比为16%和32%,而在我国为8%和23%。其次,安全领域机器人应用环境较复杂,不确定因素较多,还处于变化中,受现有技术和人机协作程度的限制,大部分机器人在安全领域的应用尚处在初步探索阶段,作业能力和智能化水平与安全领域结合的方式及应用场景还有待创新。

  产学研用各环节间尚未形成有机的链条。一方面,拥有技术优势的部分科研院所成果转化能力不足,生产企业独立研发实力不够雄厚,实际应用现场的环境条件在实验室难以模拟,而研发、制造、应用之间沟通合作不畅,存在研发出的机器人实用性不强的现象。另一方面,相关行业间沟通不足也对打造安全市场需要的机器人制造了障碍。安全领域机器人具有特殊性,不仅需要具备机器人感知、决策、执行等基本特征,还要适应各类复杂变化环境的特殊要求,如火灾现场的防火耐高温、危化品泄露现场的防腐蚀性、地下矿山的防粉尘与防爆等,这些特殊环境分属不同行业,且专业性强,跨专业合作研发的不足使得机器人很难跨越行业门槛。

  同质化的产品市场竞争环境对安全领域机器人整体竞争力提升造成不利影响。首先,大量企业随着机器人概念和投资的热度迅速涌入,但其中部分企业以模仿甚至抄袭产品扰乱市场,机器人可靠性和安全性距离安全领域应用的需求和期望还有较大差距,低水平重复竞争破坏了市场的有效秩序。其次,从机器人行业整体来看,国外品牌拥有技术优势,而我国大部分企业以组装和代加工为主,利润率低导致没有足够资金投入新产品研发的问题,很难在安全细分领域实现突破创新,在同类型产品竞争中也处于劣势。再次,我国安全领域机器人目前还处于发展初期,产品标准体系尚不健全,缺少行业龙头企业、知名企业带动,没有形成凝聚发展的态势。

  促进我国安全领域机器人产业发展的建议

  大力培育安全领域机器人市场。首先推动安全机器人在矿山、化工、灾害及事故救援等工作条件差、危险因素多的危险行业、危险岗位、危险工序应用,减少安全事故发生的可能,加快淘汰高危行业落后装备,将机器人产品列入先进安全产品应用推广目录,通过费用减免、税收抵扣等方式鼓励应用先进机器人装备,支持机器人产品在生命探测、应急救援、智能巡检等领域示范应用,总结经验并在行业内进行推广。以助力国内企业转型升级、提高全社会安全水平为重点,搭建安全领域机器人供需对接平台,为企业和市场搭建供需信息沟通的桥梁。抓住安全领域机器人的潜在市场,尽快打造细分领域市场品牌、形成应用示范、扩大产业规模。

  打造安全领域机器人产学研用紧密联系的链条。安全领域机器人产业发展的关键是技术创新研发。第一,以企业作为创新的主体,整合优势资源,重点培养国际领先的机器人企业建立企业技术研发中心,鼓励企业在研发阶段参与改进设计,在生产、使用环节加强反馈与检测,通过研究费用专项及税费减免等措施,鼓励企业突破关键核心技术,增强企业技术研发的动力。第二,创建跨专业、跨领域的安全领域机器人研发联盟,引导安全与机器人等多行业间科研院所、企业跨行业协作配合,加强横向联合,推进信息互动共享,提高安全领域机器人专业适用性,并真正应用到实际中去。第三,以安全和应急产业园区为依托,在有产业基础或区域优势的地区组建安全细分领域机器人研发与产品推广中心,加快科技创新和成果转化,各级财政专项资金和各类社会资金投向。第四,充分发挥行业协会、联盟等机构的作用,组织高水准、深层次活动互动交流活动,推进机器人产业与安全领域的深度融合交流,提高研究成果转化效率。

  整合和引导市场规范化发展。首先,标准是机器人产业规范发展的必要条件,尽快制定适应细分领域技术和市场发展的需求的机器人标准,提高机器人产品质量、扩大生产数量,提升产品的专业化水平。其次,安全可靠应成为机器人进入市场的前提,建立机器人系统的可靠性保障体系是确保机器人实现专业化发展和规模化应用的关键。机器人可靠性是一项复杂的系统工程,需要将安全可靠作为机器人的基本要求,在机器人系统的设计、生产、测试、运行和维护等各个环节,充分考虑机器人运行的环境因素和系统中的薄弱环节,通过不断优化增强机器人的可靠性能,适应安全领域的极端环境。再次,建立安全领域机器人检测评定中心,结合实际应用环境强化产品检测认证,推动产品标准化发展和质量稳步提升。

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