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  • 日本近年机器人产业政策及发展计划

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    • 时间:2011-07-11
    • 编译:macrozhao
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    编者语:机器人正在迎接一个新时代的到来,日本具有国际上最先进的机器人技术,就全世界范围来看,全球工业机器人约有4成在日本。不
      编者语:机器人正在迎接一个新时代的到来,日本具有国际上最先进的机器人技术,就全世界范围来看,全球工业机器人约有4成在日本。不论在技术方面,还是在市场规模方面,日本可以称得上是“机器人大国”。在2004年5月发布的日本“新产业发展战略”中所指出的7个产业领域,机器人产业也是其中之一,同时,在进一步实施“新产业发展战略”的“新经济成长战略”报告中也把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上,近两年开始重新审视机器人产业政策。

      日本对机器人产业一直抱有非常大的希望,希望机器人能在日常生活和公共场所中成为更加贴近人类的工具,能在应对日本少子高龄化社会、解决日本劳动力下降、实现安心安全社会、创建便利和幸福的生活环境等诸问题中发挥作用。他们认为目前投放市场的机器人大多是工业机器人,其市场规模已经停留在缓慢成长阶段,而所谓的服务机器人其市场还不能说已经得到确立,实用化的事例也还很少。

      服务机器人正在逐步地一部分一部分地进入市场,但实际上真正开始普及预计在2010年前后。为了促进普及,不能只停留在研究开发上,必须支持按照用户需要进行的开发和应用,并且制定一些所需要的制度。特别是开发以实用化为目的的机器人技术和系统,及其所对应的样机开发。重要的是,用户应以引入和应用机器人为前提,给生产厂家提出所需要的技术指标,用户和生产厂家就机器人的作用、功能、外围环境和成本等进行充分的讨论。在此基础上,应该支持和倡导通过研究开发和实证实验,确认其功能并能提升必要的技术性能的用户主导型的作法。

      此外,机器人是各种技术的集成系统,虽然即使简单地将个别单元技术组合起来也能构成机器人,但往往未必能够达到实际使用中所需要的功能和性能。因此,为了达到实际使用时对机器人所要求的功能和性能,必须把机器人作为一个系统来完成。为了实现这种要求,必须根据机器人的潜在需求,预见10年后、20年后所要求的机器人的未来形象,针对未来机器人应该有的功能和性能,确定机器人必要的单元技术。

      根据引入计划,日本把实现市场需求和社会需求(所对应的产品形象)有关的技术课题经过整理和展望,编制成技术路线图。同时,把解决这些课题所还需要的单元技术和技术性能的进程沿着时间轴展开,编汇成完整的机器人路线图。机器人路线图划分为3个领域,即“新世纪工业机器人”、“服务机器人”和“特种机器人”,勾画出了10年以后各种机器人的未来形象(任务),从技术图中的重要技术中抽出其性能和所需要的技术等。路线图中提到为了创建和扩大新世纪机器人的早期市场,重要的是要缩短满足多种需求的机器人的开发时间、降低成本、扩大加入的企业。为此,提出了有助于缩短机器人开发,扩大机器人开发企业的“共同基础性技术”;有助于开发高级需求的机器人的“突破性新技术”;进而,从在其他领域中应用来扩大机器人技术的观点出发考虑“市场冲击力”,以及“基础技术开发的需要”。同时,为了确保日本在这样的机器人市场中的占有率,强化日本的技术竞争力也是很重要的。

      一、进一步完善未来机器人的市场环境

      1. 通过生产厂家和用户的协作为机器人实用化努力在讨论机器人技术的产业模式时,重要的是不要把机器人仅仅看作单一“产品”来销售,而是应该牢牢抓住它在为终端用户提供服务价值上所承担的服务业务和产生附加价值的作用。也就是说,不要把机器人看作是一种“物体”,更重要的是,应该具有一种服务工程思想,能预测和提供使用户感到有价值的“服务”。

      产业化中关键的问题是生产厂家应该以以下几方面作为开发机器人的目标:

      (1)把握用户的需求,熟悉掌握能够有效地利用机器人技术(RT)进行服务的全部流程;

      (2)确保机器人的安全性;

      (3)成本合适,操作简单,耐用性、可靠性良好,便于维修。

      为了成功地在服务业中有效地利用机器人技术,服务单位、用户和生产厂家有机地协作是必不可少的。具体应该采取以下的作法,(1)以应用机器人为前提组成服务单位、用户和生产厂家的团队;(2)在此基础上分析应用机器人对现行的业务和价格方面所产生的效果;(3)共同开发,同时讨论应用后的运行和维修管理体制问题。

       2.从风险资金和租赁业来看机器人产业的发展

      就像在IT产业发展中所看到的那样,一旦有成功事例出现,就会有来自风险资本的资金注入该产业,接着就是对后继风险企业的投资,形成螺旋式上升的趋势,产业的下游沿伸也在加速扩大。作为投资对象,已经可以看出服务机器人的一部分单元技术已经发展到实用水平,将来肯定会打开市场。但是,由于利用机器人技术(RT)的服务行业产业化的例子甚少,目前还没有真正给机器人进行风险投资。现在还处于风险资本难以真正给机器人风险企业投资的状况。所以,应采取通过表彰制度或发布会等形式,积极地向市场和社会展示应用成果,对于完善服务机器人的投资环境是非常必要的。

      长短期租赁业在新兴产品普及和扩大市场时期是起主要作用的因素之一。个人计算机和ETC等产品就是一个例子。特别是像机器人这样技术革新非常迅速的产品,采用租赁方式的好处是可以减少用户购买产品的风险,通过出租增加了和顾客接触的机会,掌握了顾客的需求,增加了销售机会。

      3.机器人技术需要具有综合能力的人才

      在生产现场,原来焊接、涂装和工件装卸是机器的最佳工艺环节,但是近年来,由于传感器(图像、声音、力传感器)和控制系统的高度发展,在组装和零件配套工序也采用机器人,机器人的应用范围正在断地扩大。因而,要求工作人员在生产工艺流程中,深入理解灵活运用机器人的性能和制约条件,让机器人发挥出更好的效果。因而要求技术人员不仅具有机器人相关的专业知识,而且还能在掌握生产工具设备性能的基础上,制定出设备整体的运行方案,正确地应用生产技术。

      基于上述考虑,也同样适用于服务机器人方面的相关人员。另外,服务机器人目前还没有大量应用,为此,仅仅抓住当前的需求,按照用户的要求制造产品还是不够的,要求技术人员具有能通晓用户要求实质、重新审视产品规格、开发新产品的能力和对机器人产业模式的分析能力。

      4.与人共存机器人安全保障应有的措施

      现在,在世界范围内,服务机器人的安全标准和安全保障还处在一种不完善状况。因而,建立服务机器人安全保障的方法,进而讨论和国际标准衔接的方案是发展服务机器人亟待解决的课题。

      在现行制度下考虑服务机器人事故责任时,首先参照产品责任法。在现行法律制度下,处理机器人问题时还有一些特殊之点,这就是,第一、机器人是自主移动的;第二、对机器人还没有建立一套标准的操作方法等;第三、机器人的定义以及机器人的分类不明确等。有关这些问题,必须积累一些相关经验,在产业创建期,希望生产厂家和用户积极地提供这些信息,并且设立“中间第三方机构”,把这些信息集中起来,进行适当地横向展开,并向有关部门提供这些信息。另外也可以通过保险公司对生产厂家和用户双方的风险进行保障。

      二、服务机器人如何发展

      1.以市场需求为基础制定政策

      审视以往的机器人政策,大都采取以研究开发项目为中心。许多科研在大学、科研院所等研究机构中,在还没有和市场需求紧密地联系起来时,就设立了研究课题,开始进行研究工作。但是,使用机器人的是用户,从开拓机器人市场的立场上来看,必须掌握用户的需求,据此制定总体政策。因此从原来着重以研究开发的偏向的作法中,转变到以市场为主导的作法上,以专用机器人为中心来寻找机器人应用的显在市场和潜在市场,在这样的基础上设立课题以及制定所需要的政策。

      2.市场驱动和技术牵引是创新的双轮

      “市场驱动”和“技术牵引”是创建和扩大市场相辅相成的两个车轮,是创建和扩大市场相辅相成的两个主要因素。缺少哪一个,市场开拓都会受到限制。其原因是,在“新技术开发—应用开发—市场规模扩大”的过程中,技术开发的成果并不是直接和市场相连接的,而是在进入市场的各个阶段中,“市场驱动”和“技术牵引”是同时并行的、相互影响的、共同发展的。也就是说,已经开发的技术,分阶段适用于多种多样的应用,通过和不同领域科学知识的融合、创新、周而复始,产品才能走向实用化。

      三、新世纪重点研究创新计划——减轻大城市大震灾特别计划

      2002年,日本以新设立的国际急救系统研究机构(IRS)为中心,在防灾科学技术研究所的支持下,文部科学省制订出“新世纪重点研究创新计划减轻大城市大震灾特别计划(简称大大特计划)”,其中的“急救机器人等高级防灾基础结构构筑的研究开发计划”(2002年~2007年)已经开始实施。该项目集中了日本全国250多位机器人研究专家,以支持紧急应对大震灾(人命救助等)的人体搜索、信息搜集、信息分布等为目的,进行机器人、智能传感器、便携式终端、人机接口等研究开发。该计划的研究资金预算如下表。

      该计划在川崎市和神户市设计建立了测试现场,在室内设置大规模地震灾害被破坏构造物等受害地模型,用实证实验和改进开发。该计划由制订实施计划的核心组和研究招标的招标组组成,研究项目招标的内容如下:

      ⑴信息搜集机器人,要求机器人能在各种地面移动,进行信息搜集和测绘;

      ⑵智能传感器和便携式终端,为了搜集受害者信息,需要智能传感器和便携式终端与机器人共同起作用,研究开发主动搜集灾害信息和人的判断技术,综合多种信息进行判断行动的技术;

      ⑶人机接口,研究开发的重点是遥操作技术和信息提示技术;

      ⑷为使研发的各种机器人、智能传感器、便携式终端、人机接口等系统实用化,还要研究系统性能评价方法、系统标准化、普及产业化措施等。

      最后根据招标的结果与核心组协调,确定了47个课题(如下)进行研究,原则上要求两年完成。

      四、未来需要解决的7个关键任务

      1.制造领域

      (1)能够处理柔性部件的机器人技术生产系统在汽车和家用电器等的组装工艺中,已经实现了对不变形部件的自动化装配,但是对柔性部件(车内布线等)的输送和装配作业,现在实现自动化还有一定的困难,还得依赖人的手工操作。另外,同时实现多个接插件的连接,由于接插件的形状是多种多样的,抓取和组装的方法也要求是多种多样的,自动化也有一定的难度。为此需要解决的课题是,研究能够实现在车内布线等以柔性部件为对象的全部组装作业自动化的机器人技术系统。

      (2)人与机器人协调型单元生产机器人技术系统进入上世纪90年代,在国际性成本竞争高涨等的形势下,日本出现了单纯生产工艺向海外转移、转向附加价值高的生产产业,在日本国内,加紧研究适应多品种变量生产的生产方式。其中,取代原来流水线式的生产方式,普及成为单元生产方式。在单元生产方式中,对应多品种变量生产用增加人工的负担来抑制初期的成本,另外一方面还有培养熟练操作人员需要花费时间、质量管理也难以进行等缺点。为此,需要解决的课题是应该提高单元生产方式中的生产率,研制在单元生产方式中能与人协调工作的机器人技术系统。

      2.服务领域

      (1)日常收拾整理用的机器人技术系统着眼于日常生活中简单的收拾整理工作,用机器人技术系统来实现原来靠人手工劳动完成的“整理”和“收拾”工作。具体地来说,饮食店里餐具的整理、搬运,家庭的家务收拾、洗涤物的收取存放、办公室书籍、办公用品的整理等,都让机器人代劳,来整理和收拾这些放置得杂乱无章的物品。应该开发的技术是能够搬运各种形状物品的操纵技术,对各种物品位置、姿势的识别、收藏空间结构化技术等。

      (2)与高龄老人进行情感交流的机器人技术系统创建能让高龄老人自主独立生活的生活辅助环境,为此,所要求解决的课题是研制情感交流机器人技术系统,能够理解包括高龄老人在内的各种年龄段人们的意图,按照指示代替人干一些简单的工作。要开发的技术是,以适应各年龄段人们以会话为主体的情感交流技术,和伴随有在物理空间行动的人型机器人通信技术等。

      (3)与人共存的自动搬运机器人技术系统在办公室或其他设施内与人共存的环境下,机器人能够识别自己的位置,能够回避人和障碍物进行自律的安全移动,是应用机器人技术给向导和搬运服务业务增加附加值的必要手段。搬运作业,例如垃圾箱的搬运、医院检体药品等的搬运、机场行李搬运、工厂内危险品搬运等,因为需要大量的劳力,希望能够应用机器人技术完成这些工作。

      3.特殊环境下作业领域

      (1)受灾建筑物内移动机器人技术系统

      受灾建筑物内(地铁、地下街、高层建筑等)危险性很高,搜寻和救助受害者非常需要机器人技术特别是在灾害初发期,收集信息和救助、紧急医治都是很重要的措施。收集信息高效率化和高精度化关系到以后是否能在整体活动中减轻灾害带来的伤害和损失。

      为此,所要求解决的课题是研制能够在受灾建筑物内迅速收集信息的移动机器人技术系统。需要开发的技术是高速移动机构、半自主移动、建筑物内通信位置测试技术和与GIS(Geographic Information System)的信息变换等。

      (2)建筑行业废弃物处理机器人技术系统

      建筑废弃物拆卸、处理时,按其材质不同,分为作为资源可再利用的、可以燃烧的和最后在处理场埋掉的,伴随着出现的一系列分类工作。在拆除建筑物时,需要靠工作人员手工分选这些材料,因为有必要改善这种劳动环境,也希望在这些工作中实现自动化。
     
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