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作者：863計(jì)劃機(jī)器人技術(shù)主題專(zhuān)家組組長(zhǎng) 王田苗 從需求入手分析了我國(guó)急需解決的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題分析了世界在這些領(lǐng)域的現(xiàn)狀與趨勢(shì)，討論了國(guó)家863計(jì)劃?rùn)C(jī)器人技術(shù)主題在“十五”期間的工作目標(biāo)和任務(wù)。 世紀(jì)之交，世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大而深刻的變革，美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的政府先后推出并實(shí)施了多個(gè)與機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化工藝裝備相關(guān)的國(guó)家研究計(jì)劃，以支持相關(guān)的核心技術(shù)和關(guān)鍵重大裝備的研發(fā)與應(yīng)用。我國(guó)政府也非常重視機(jī)器人技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)，并在國(guó)家“十五”863計(jì)劃中予以重點(diǎn)支持。經(jīng)過(guò)國(guó)家863計(jì)劃15年的實(shí)施，我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化工藝裝備等方面已取得了突破性進(jìn)展，縮短了同發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。但是在機(jī)器人與自動(dòng)化裝備中核心及關(guān)鍵技術(shù)的原創(chuàng)性研究、高性能關(guān)鍵工藝裝備的自主設(shè)計(jì)和制造能力、重大成套裝備的系統(tǒng)集成與開(kāi)發(fā)能力、高可靠性基礎(chǔ)功能部件的批量生產(chǎn)應(yīng)用等方面，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)仍存在較大的差距。 為了進(jìn)一步提高我國(guó)機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化工藝裝備的整體技術(shù)水平，進(jìn)一步縮短同發(fā)達(dá)國(guó)家之間在制造業(yè)信息化方面的差距。“十五”期間，迫切需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化工藝裝備研究開(kāi)發(fā)的支持，以期在戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備技術(shù)與競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)、基礎(chǔ)制造裝備與成套關(guān)鍵裝備制造技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)等重點(diǎn)方向?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新和跨越式發(fā)展，趕超世界先進(jìn)水平，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家安全建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。 1. 需求分析 進(jìn)入21世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生重大而深刻的變革，但制造業(yè)依然是世界各發(fā)達(dá)與發(fā)展中國(guó)家加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑。 我國(guó)是一個(gè)制造業(yè)大國(guó)，尚處于工業(yè)化進(jìn)程之中，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里，制造業(yè)仍將在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占主導(dǎo)地位。在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，我國(guó)正逐步成為世界最重要的制造業(yè)基地之一。 然而目前我國(guó)裝備制造業(yè)的整體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比尚有較大的差距，尤其是在戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備技術(shù)與競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)、基礎(chǔ)制造裝備與成套關(guān)鍵裝備制造技術(shù)等方面差距更大，這種差距又主要體現(xiàn)在先進(jìn)裝備的自主設(shè)計(jì)與獨(dú)立制造能力差，成套與系統(tǒng)集成、優(yōu)化能力差，技術(shù)創(chuàng)新和集成創(chuàng)新能力差。這些差距已經(jīng)成為制約我國(guó)制造業(yè)乃至其他行業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題之一。 隨著我國(guó)加入WTO，我國(guó)裝備制造業(yè)從來(lái)沒(méi)有像今天這樣直接地面對(duì)國(guó)際同行的有力競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)。如何適應(yīng)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和快速變化的世界市場(chǎng)需求，不斷以高質(zhì)量、低成本、快速響應(yīng)的手段在新的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中求得生存和發(fā)展，已是我國(guó)裝備制造業(yè)不容回避的問(wèn)題。同時(shí)加入WTO也為我們提供了前所未有的機(jī)遇，我們必須抓住機(jī)遇迎頭趕上。 1．1國(guó)家發(fā)展迫切需要的戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備與競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù) 戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備是指那些涉及國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)命脈以及在國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)影響重大的裝備；競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)是指在未來(lái)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中有可能開(kāi)拓新的廣闊市場(chǎng)或成為新的戰(zhàn)略必爭(zhēng)技術(shù)。可以說(shuō)，戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備與競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的興衰與存亡，是一個(gè)國(guó)家安全獨(dú)立和成為一個(gè)強(qiáng)國(guó)必須擁有的裝備和技術(shù)。 對(duì)機(jī)器人技術(shù)主題，用于國(guó)家戰(zhàn)略資源勘探——海洋資源開(kāi)發(fā)的水下作業(yè)裝備和空間資源探索的空間探測(cè)器，用于高精尖設(shè)備制造的超精密加工裝備，面向IT 等產(chǎn)業(yè)的電子專(zhuān)用制造裝備，對(duì)未來(lái)許多行業(yè)將產(chǎn)生重大影響的微機(jī)電系統(tǒng)以及集當(dāng)代眾多高技術(shù)于一身的仿人形機(jī)器人、仿生機(jī)器人、微操作機(jī)器人等特種機(jī)器人，都是關(guān)系到子孫后代的戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備或競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)，是花錢(qián)也買(mǎi)不到的裝備與技術(shù)，是中國(guó)要成為一個(gè)強(qiáng)國(guó)必備的裝備與技術(shù)。 1．2國(guó)家發(fā)展急需的基礎(chǔ)制造裝備與成套裝備制造技術(shù) 一個(gè)國(guó)家僅僅擁有了戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備和競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)是不夠的。要想成為經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，完成工業(yè)化的建設(shè)，必須在裝備制造業(yè)掌握有關(guān)基礎(chǔ)制造裝備與成套裝備制造的核心技術(shù)。2O世紀(jì)70～80年代美國(guó)制造業(yè)發(fā)展的衰落和競(jìng)爭(zhēng)力減弱的例子很好地說(shuō)明了這一點(diǎn)。2O世紀(jì)70年代前，美國(guó)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力一直令對(duì)手望塵莫及，但到了80年代，美國(guó)人發(fā)現(xiàn)日本、德國(guó)等國(guó)家后來(lái)居上，逐步取代了他在國(guó)際市場(chǎng)的霸主地位。經(jīng)過(guò)認(rèn)真深入地分析，他們發(fā)現(xiàn)其原因是美國(guó)失去了在裝備制造業(yè)方面的優(yōu)勢(shì)，而日、德等國(guó)，特別是日本，對(duì)制造技術(shù)及裝備研究的投入比例遠(yuǎn)大于美國(guó)。于是從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，開(kāi)展了一系列旨在振興美國(guó)裝備制造業(yè)的龐大計(jì)劃，加大了對(duì)制造業(yè)技術(shù)與裝備研究的投人，使美國(guó)的制造業(yè)重振雄風(fēng)，也使美國(guó)經(jīng)濟(jì)得以逐步復(fù)蘇并保持持續(xù)增長(zhǎng)的勢(shì)頭。 在世界經(jīng)濟(jì)全球化的今天，雖說(shuō)絕大多數(shù)基礎(chǔ)制造裝備與成套裝備，只要花錢(qián)都可以買(mǎi)到，但對(duì)我國(guó)這樣的發(fā)展中大國(guó)來(lái)說(shuō)，必須掌握了關(guān)鍵的基礎(chǔ)制造裝備與成套裝備制造的核心技術(shù)，才能牢固占有國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并不斷開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)，在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。 a. 對(duì)基礎(chǔ)制措裝備的需求。一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的高低，很大程度上取決于其基礎(chǔ)制造裝備水平的高低。據(jù)原國(guó)家機(jī)械局預(yù)測(cè)：20O5年我國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)總?cè)萘考s 30 000臺(tái)，中、高檔市場(chǎng)年需求量 12 O00臺(tái)，其中數(shù)控車(chē)床、加工中心（包括數(shù)控銑床）占60％，約7000臺(tái)�；A(chǔ)制造裝備不僅需求量大，而且對(duì)裝備的技術(shù)水平的要求越來(lái)越高，如飛機(jī)制造業(yè)中的大臺(tái)面多坐標(biāo)數(shù)控龍門(mén)銑床、高速加工中心、專(zhuān)用高速蜂窩銑等。對(duì)于這樣的高檔專(zhuān)用設(shè)備，目前主要依賴(lài)進(jìn)口。但這類(lèi)設(shè)備是西方國(guó)家對(duì)華禁運(yùn)的重點(diǎn)，1999年的“考克斯報(bào)告”提出要控制對(duì)華出口機(jī)床，2000年美國(guó)就通過(guò)了針對(duì)中國(guó)的《控制高技術(shù)機(jī)床出口》法案。 b．對(duì)大型、成套裝備的需求。我國(guó)汽車(chē)到2005年產(chǎn)量可接近270萬(wàn)輛，“十五”期間我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)購(gòu)買(mǎi)生產(chǎn)線所需的各種技術(shù)裝備，初步測(cè)算就將達(dá)到600億元；還有在電子、家電制造業(yè)，對(duì)生產(chǎn)線所需的數(shù)控加工裝備、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化物流輸送系統(tǒng)均有巨大的市場(chǎng)需求。 在非制造領(lǐng)域同樣有著迫切的需求。未來(lái)10年，我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將處于前所未有的高速發(fā)展階段，將新建鐵路1萬(wàn)余km，新建城市地鐵1000km，公路建設(shè)投資 1萬(wàn)億元；在水利建設(shè)方面，就有130多個(gè)水電工程需要建設(shè)；國(guó)家計(jì)劃的大型露天礦有25個(gè)需要開(kāi)采；此外尚有“西氣東輸”、“南水北調(diào)”、“進(jìn)藏鐵路” 等巨大工程。這些均將形成對(duì)大型工程、建筑機(jī)械（裝備）的巨大市場(chǎng)需求，如需要6.3m左右，用于地鐵隧道掘進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)約120臺(tái)（每臺(tái)數(shù)千萬(wàn)元）。 然而，我國(guó)對(duì)于一些大型的成套裝備基本都依賴(lài)引進(jìn)，目前光纖制造裝備的 100％，IC制造裝備的85％，石化裝備的8O％，轎車(chē)工業(yè)裝備。數(shù)控機(jī)床和其他數(shù)字化機(jī)械（如紡織機(jī)械、多色膠印機(jī)）的70％以上依賴(lài)進(jìn)口。同樣，大型工程機(jī)械（如用于地鐵隧道掘進(jìn)的盾構(gòu)機(jī)）也主要依賴(lài)進(jìn)口，且比例在上升。一個(gè)明顯的例子是挖掘機(jī)，我國(guó)有挖掘機(jī)企業(yè)近2O家，雖然市場(chǎng)需求20000 臺(tái)，但在國(guó)外品牌挖掘機(jī)的大舉進(jìn)攻下節(jié)節(jié)敗退，目前國(guó)產(chǎn)挖掘機(jī)的市場(chǎng)份額已剩不到5％。 綜上所述，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展對(duì)機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化工藝裝備中的戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備、基礎(chǔ)制造裝備和成套裝備提出了迫切需求。研究開(kāi)發(fā)上述技術(shù)與裝備是實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)。完成工業(yè)化的迫切需要；是促進(jìn)我國(guó)制造業(yè)“兩個(gè)根本性轉(zhuǎn)變”，實(shí)施制造業(yè)信息化工程的需要；是增強(qiáng)國(guó)防實(shí)力、國(guó)家安全與國(guó)際地位的需要；是實(shí)現(xiàn)黨中央第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的需要；是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基本保證。 2. 現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析 2.1 戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備與競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù) 正是看到了機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化工藝裝備中包含著許多具有戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性的高技術(shù)，美國(guó)、歐盟、日本等西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)此極為重視，先后推出并實(shí)施了多個(gè)國(guó)家研究計(jì)劃，我國(guó)也在國(guó)家863計(jì)劃中予以重點(diǎn)支持。在此，我們對(duì)與本主題有關(guān)的若干戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備與競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與重大研究方向作簡(jiǎn)要的列舉分析。 2.1.1 水下作業(yè)裝備 21世紀(jì)是人類(lèi)向海洋進(jìn)軍的世紀(jì)。海洋資源是近幾年國(guó)際上激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一，是各國(guó)重要的戰(zhàn)略目標(biāo)。為進(jìn)行海上石油開(kāi)發(fā)、海洋科學(xué)研究、海底礦藏勘探開(kāi)發(fā)、海底打撈救生以及軍事應(yīng)用，如偵察巡邏、掃雷、預(yù)警等，迫切需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)水下作業(yè)裝備。 國(guó)際公海組織規(guī)定，對(duì)有能力進(jìn)行深�？碧降膰�(guó)家將有優(yōu)先開(kāi)采權(quán)�！熬盼濉逼陂g，我國(guó)海洋局已利用本主題開(kāi)發(fā)的 6 000m水下機(jī)器人，在太平洋上勘探了3O萬(wàn)平方公里，并獲得了其中礦產(chǎn)資源最豐富的7．5萬(wàn)平方公里的優(yōu)先開(kāi)采權(quán)，為后人留下了一份產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了以技術(shù)換資源的目標(biāo)。下一步聯(lián)合國(guó)將對(duì)富鉆結(jié)殼進(jìn)行勘探，如果沒(méi)有勘探技術(shù)裝備能力，將失去開(kāi)采權(quán)。我國(guó)在水下機(jī)器人方面雖然擁有一定的基礎(chǔ)，但與美國(guó)。俄羅斯、日本等國(guó)相比還有很大的差距，遠(yuǎn)不能滿足未來(lái)開(kāi)發(fā)海洋的需求，我國(guó)在深海載人潛水器、深海作業(yè)機(jī)器人、12O00m海溝探測(cè)機(jī)器人等方面還有很多沒(méi)有開(kāi)發(fā)而必須開(kāi)發(fā)的裝備。 2.1.2 超精密加工裝備 信息、航空、航天，特別是國(guó)防工業(yè)對(duì)精密和超精密加工的需求是非常迫切的。如導(dǎo)彈、航空與航天器上使用的精密陀螺儀（精密陀螺儀轉(zhuǎn)子的偏心增加 0.5ｕm，將引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差），飛機(jī)和潛艇上使用的高精度葉片，空對(duì)空導(dǎo)彈上使用的紅外接收器非球面反射鏡，航天望遠(yuǎn)鏡上使用的超精密鏡片等，無(wú)一不需要特殊的精密與超精密加工技術(shù)。同時(shí)，精密、超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，也是一些高新技術(shù)和某些尖端科學(xué)賴(lài)以存在和發(fā)展的基礎(chǔ)。 目前，國(guó)際上超精密車(chē)床主軸回轉(zhuǎn)精度均已達(dá)O．025ｕm。工件表面粗糙度Ｒa=0.01～0.02ｕm，最高達(dá)0．0045ｕm。進(jìn)人21世紀(jì)，超精密加工的精度將達(dá)至0.001ｕm（1nm）。超精密加工尤其是納米加工是當(dāng)前各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家主攻的目標(biāo)。此外，超精加工材料對(duì)象由金屬擴(kuò)大到非金屬，高密度、高能量的粒子束加工工藝和裝備，以三維曲面加工為主的高性能超精密加工工藝和裝備以及配套的三維超精密檢測(cè)技術(shù)和加工環(huán)境的控制技術(shù)等正成為進(jìn)一步的發(fā)展趨勢(shì)。而我國(guó)在超精密加工方面尚處于起步階段。 2.1.3電子專(zhuān)用制造裝備 電子制造尤其是集成電路IC制造已成為制造業(yè)最重要的領(lǐng)域之一。預(yù)計(jì)到2O05年，我國(guó)集成電路市場(chǎng)總銷(xiāo)售額將達(dá)到1000億元。這種巨大的市場(chǎng)需求必將拉動(dòng)對(duì)集成電路（IC）制造裝備的巨大需求。據(jù)預(yù)測(cè)，“十五”期間我國(guó)需建IC芯片生產(chǎn)線30多條、IC封裝生產(chǎn)線15條左右。另?yè)?jù)預(yù)測(cè)，建設(shè)一條年封裝能力為1億塊的IC封裝生產(chǎn)線，裝備投資約需2億元人民幣。若按我國(guó)IC年需求量增長(zhǎng)20億塊計(jì)算，則僅增添IC的封裝設(shè)備每年就需4O億元人民幣。 IC制造中的核心和關(guān)鍵裝備包括制芯（前道工序）和封裝（后道工序）2大部分。前道工序裝備發(fā)展的趨勢(shì)是研制新型超精細(xì)光刻機(jī)等設(shè)備，以突破 0.1ｕm的大關(guān)；后道裝備則是發(fā)展與更密、更小、更輕的新型封裝工藝相適應(yīng)的更快。成本更低的封裝設(shè)備，并且對(duì)整個(gè)后封裝工序的各種設(shè)備以數(shù)字化封裝線方式進(jìn)行工藝和裝備的集成。由于IC制造不僅對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有巨大的影響，而且對(duì)國(guó)家安全極為重要，所以一些高精密的IC制造裝備成了一些發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷電子行業(yè)的核心武器。國(guó)家在IC制造行業(yè)中雖有一定的基礎(chǔ)，也與國(guó)外合資建立了一些生產(chǎn)線，但由于我們自己沒(méi)有先進(jìn)的IC制造裝備，使我國(guó)的IC行業(yè)受到了很大的制約。目前我國(guó)集成電路芯片制造設(shè)備的85％仍依賴(lài)進(jìn)口。為了在 IC行業(yè)占有一席之地，我國(guó)必須自主開(kāi)發(fā)IC制造的核心裝備。 2.1.4 微機(jī)電系統(tǒng)（MEM） MEMS是國(guó)際公認(rèn)的一項(xiàng)戰(zhàn)略高科技，是未來(lái)先進(jìn)制造發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)之一，并在醫(yī)療保健、生物基因、IT消費(fèi)電子、環(huán)保監(jiān)測(cè)、軍事武器等器件及微系統(tǒng)應(yīng)用方面具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，作為信息獲取關(guān)鍵的多種傳感MEMS已成功地應(yīng)用于汽車(chē)、電子等行業(yè)和軍事領(lǐng)域；在令人矚目的信息科學(xué)和生命科學(xué)的發(fā)展中，光MEMS被認(rèn)為是開(kāi)啟全光通信之門(mén)的金鑰匙；高密度MEM生物芯片將強(qiáng)有力地推動(dòng)生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展。 近幾年，采用MEMS技術(shù)的微型衛(wèi)星、微型飛行器和進(jìn)人狹窄空間的微型機(jī)器人，也展示了誘人的應(yīng)用前景。現(xiàn)在MEMS已形成年產(chǎn)值14O億美元的規(guī)模，預(yù)計(jì)5年后將達(dá)到300多億美元的規(guī)模。 MEM是以電子制造的方式設(shè)計(jì)與制造的微機(jī)電系統(tǒng)，他是多種學(xué)科的交叉融合，已成為當(dāng)今國(guó)際高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)熱點(diǎn)，MEMS產(chǎn)業(yè)也正在形成之中。為此各國(guó)政府都非常重視MEMS技術(shù)，美國(guó)國(guó)防部近幾年每年投人7000萬(wàn)美元用于MEMS研究，德國(guó)也投入約7000萬(wàn)美元用于MEMS的研究。MEMS對(duì)我國(guó)而言是個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇。 2.1.5 特種機(jī)器人 特種機(jī)器人通常是在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下工作，即作業(yè)無(wú)法在事先布置好的條件下進(jìn)行，而且在作業(yè)過(guò)程中環(huán)境可能發(fā)生變化。與在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人相比，在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下工作的特種機(jī)器人控制更加困難，要求的智能程度更高，如空間與深海作業(yè)、精密操作、在役管道內(nèi)作業(yè)等。 特種機(jī)器人集當(dāng)代眾多高技術(shù)于一身，目前重點(diǎn)研究的特種機(jī)器人有仿人機(jī)器人、微機(jī)器人、微操作機(jī)器人、水下機(jī)器人、醫(yī)用機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)林與農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)器人等等，將在航空航天、能源、交通、海洋、生物、醫(yī)療、服務(wù)、農(nóng)業(yè)、軍事和娛樂(lè)等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。 正因?yàn)槿绱耍芯亢桶l(fā)展特種機(jī)器人技術(shù)一直受到世界各國(guó)的重視，許多國(guó)家都把特種機(jī)器人技術(shù)列入本國(guó)的高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃或國(guó)家的關(guān)鍵技術(shù)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃。如美國(guó)的“國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)”、“商業(yè)部新興技術(shù)”和“國(guó)防部和能源部關(guān)鍵技術(shù)”等計(jì)劃，歐共體的“尤里卡計(jì)劃（EU－REKA）”和“信息技術(shù)研究發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃（ES－PRIT）”，日本的“極限作業(yè)機(jī)器人研究計(jì)劃（ R＆DOF ROBOICS INEXTREME－ENVI－RONMENT）”、“微機(jī)器研究計(jì)劃（R＆D OF MI－CROMACHINE TECHNOLOGY）”、“仿人形機(jī)器人研究計(jì)劃（HUMANOID ROBOICS PROJECT）”等，新加坡、韓國(guó)、巴西等發(fā)展中國(guó)家也都有相應(yīng)的計(jì)劃內(nèi)容。我國(guó)863計(jì)劃智能機(jī)器人主題前15年工作的重點(diǎn)之一就是發(fā)展我國(guó)的特種機(jī)器人技術(shù)，并在若干方向上取得了令世人矚目的成就，但在總體上，與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有不小的差距。 2．2基礎(chǔ)制造裝備與技術(shù) 21世紀(jì)基礎(chǔ)制造裝備的水平主要體現(xiàn)在高精度、高效率、低成本和高柔性等幾個(gè)方面。發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家數(shù)控機(jī)床的加工精度普遍已達(dá)到1ｕm的水平，有些已達(dá)到0．1ｕm。國(guó)外主軸轉(zhuǎn)速在10 000～20 000r／min的加工中心已普及，轉(zhuǎn)速高達(dá)250 000r／min的實(shí)用主軸也正在研制中；直線電機(jī)的軸進(jìn)給速度已達(dá)ZO0m／mn。超高速切削的研究已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工上。高效率、高精度工藝的一個(gè)典型例子是精密成形技術(shù)，如近/凈成形（Near Net or Net Shape Form－ing）技術(shù)，其目的是盡量減少切削，甚至免除切削，減少原材料的浪費(fèi)，同時(shí)提高制造效率，精密成形技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已得到廣泛應(yīng)用。如：美國(guó)的汽車(chē)、宇航、航空工業(yè)的模鍛件、精密鍛件占總鍛件量的80％以上；日本汽車(chē)鍛件達(dá)到63.9％；德國(guó)達(dá)到70％～75％。柔性自動(dòng)化仍是機(jī)床業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。柔性自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展是敏捷生產(chǎn)設(shè)備。為適應(yīng)敏捷生產(chǎn)模式，人們正在探求設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)重組以及生產(chǎn)單元的動(dòng)態(tài)重組問(wèn)題。 目前我國(guó)的基礎(chǔ)制造裝備與國(guó)際先進(jìn)水平相比還存在著階段性差距。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家早在20世紀(jì)五六十年代就已普遍采用了優(yōu)質(zhì)高效低耗的工藝及裝備，實(shí)現(xiàn)了柔性自動(dòng)化，目前正向集成化、敏捷化方向發(fā)展。而我國(guó)大多數(shù)企業(yè)目前還采用較落后的制造工藝與技術(shù)裝備進(jìn)行生產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)高效低耗工藝的普及率不足10％，數(shù)控機(jī)床、精密及高效設(shè)備不足5％，現(xiàn)在配國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的中檔數(shù)控機(jī)床還不到25％，高檔數(shù)控機(jī)床的 90％以上依賴(lài)進(jìn)口。數(shù)字化機(jī)械（如紡織機(jī)械、多色膠印機(jī)）的 7O％以上依賴(lài)進(jìn)口。 歸納起來(lái)，目前國(guó)產(chǎn)基礎(chǔ)制造裝備普遍存在著“四差”問(wèn)題，即可靠性相對(duì)差、成套性差、外觀質(zhì)量相對(duì)差、名牌效應(yīng)差，從而嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的提高，同時(shí)也嚴(yán)重制約了制造業(yè)及其相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。 2．3 成套關(guān)鍵裝備與技術(shù) 國(guó)外在大型、成套裝備方面有很大優(yōu)勢(shì)，并且在成套裝備的高技術(shù)化方面，取得了巨大的進(jìn)展，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化、柔性自動(dòng)化，并大量采用工業(yè)機(jī)器人，正向著智能化、集成化的方向發(fā)展。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)工業(yè)裝備整體技術(shù)水平落后國(guó)際水平1O～15年，制造業(yè)與自動(dòng)化技術(shù)落后15～20年，裝備中工業(yè)機(jī)器人數(shù)量極少，數(shù)控化比例很低（5％），尚處于單機(jī)自動(dòng)化和剛性自動(dòng)化階段，現(xiàn)有成套裝備中技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比較先進(jìn)的只占1/3，近1／5已經(jīng)老化，超期率近4O％。裝備落后，導(dǎo)致產(chǎn)品普遍檔次低、質(zhì)量差，已成為制約制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。 面向非制造業(yè)的成套裝備，如各種工程機(jī)械、建筑機(jī)械已成為當(dāng)今國(guó)際自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前國(guó)際工程機(jī)械的發(fā)展正逐步向機(jī)。電、液、訊一體化的方向發(fā)展。歐洲由產(chǎn)、學(xué)。研組成的聯(lián)合研究團(tuán)體在政府資助下，在深入開(kāi)展單體智能化技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)始了機(jī)群智能化技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)，標(biāo)志著工程機(jī)械智能化的研究又向前邁出了一大步。 我國(guó)工程機(jī)械正在完成機(jī)械液壓一體化的進(jìn)程，應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行工程機(jī)械智能化方面的研究還處于起步階段。對(duì)個(gè)別機(jī)種的單機(jī)智能化研究已經(jīng)開(kāi)始，并初步得到實(shí)際應(yīng)用。但是從整體上看，無(wú)論從單機(jī)智能化工程機(jī)械種類(lèi)，還是研究和開(kāi)發(fā)的深度，與技術(shù)先進(jìn)國(guó)家相比都還存在很大的差距，機(jī)群智能化技術(shù)的研究還處于空白。 3. 目標(biāo)與任務(wù) 3.1 主題總體戰(zhàn)略目標(biāo) 主題發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是圍繞制造業(yè)信息化工程的關(guān)鍵技術(shù)與裝備，以重大專(zhuān)項(xiàng)與重點(diǎn)課題為主線，研究開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)、單元產(chǎn)品和系統(tǒng)裝備，掌握戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備關(guān)鍵技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)，增強(qiáng)自主設(shè)計(jì)與制造重大關(guān)鍵設(shè)備的能力，提升制造業(yè)基礎(chǔ)裝備的水平，取得一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新成果，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人技術(shù)與自動(dòng)化工藝裝備的跨越式發(fā)展。 3.2 重點(diǎn)任務(wù) 主題研究?jī)?nèi)容分為重大專(zhuān)項(xiàng)與重點(diǎn)課題、一般課題2部分。重大專(zhuān)項(xiàng)與重點(diǎn)課題著重解決國(guó)家發(fā)展急需的戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備、基礎(chǔ)制造裝備與成套關(guān)鍵裝備中的某一重大問(wèn)題，增強(qiáng)自主設(shè)計(jì)與制造能力、產(chǎn)品成套及系統(tǒng)集成能力，提升裝備制造業(yè)的水平。一般課題（即前沿探索性課題）圍繞國(guó)家發(fā)展急需的戰(zhàn)略必爭(zhēng)裝備、基礎(chǔ)制造裝備、成套關(guān)鍵裝備與競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)中的某一問(wèn)題，進(jìn)行前沿探索性研究，強(qiáng)調(diào)原始創(chuàng)新，增強(qiáng)裝備制造業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新能力，增強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備。 3.2.1 重大專(zhuān)項(xiàng)與重點(diǎn)課題 重大專(zhuān)項(xiàng)與重點(diǎn)課題是主題工作內(nèi)容的重中之重。“十五”期間，“機(jī)器人技術(shù)主題”的重大專(zhuān)項(xiàng)是深海載人潛水器與微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）。重點(diǎn)課題是數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)裝備、全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)、智能化工程機(jī)械防人形機(jī)器人以及水下機(jī)器人、（基因）微操作機(jī)器人等特種機(jī)器人，其目標(biāo)與指標(biāo)以及其作用與影響（預(yù)期成果）分別分析如下。 a．7 OO0m載人潛水器。根據(jù)該載人潛水器用戶（業(yè)主）中國(guó)大洋協(xié)會(huì)勘查深海錳結(jié)核、富鈷結(jié)殼、熱液礦硫化物和深海生物等資源的計(jì)劃目標(biāo)及要求，計(jì)劃到 2005年完成一臺(tái)采用多種高新技術(shù)。新材料和新工藝集成起來(lái)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的7 000m載人潛水器，使其總體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。該潛水器將在21世紀(jì)我國(guó)研究開(kāi)發(fā)國(guó)際海底資源的偉大事業(yè)中發(fā)揮不可替代的重要作用，并可向世界展示我國(guó)科學(xué)技術(shù)的實(shí)力。 b．微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）。針對(duì)國(guó)際MEMS發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)的產(chǎn)業(yè)化前景，結(jié)合國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略，圍繞我國(guó)醫(yī)療保健、生物基因、環(huán)保監(jiān)測(cè)、IT與家電等行的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，以發(fā)展我國(guó)MEMS產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)的關(guān)鍵支撐技術(shù)作為切入點(diǎn)，掌握MEMS相關(guān)的材料、設(shè)計(jì)、制造、工藝、檢測(cè)、裝備與系統(tǒng)集成等方面的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)出若干小批量、多品種、高質(zhì)量的MEMS器件及微系統(tǒng)，建立我國(guó)的MEMS研發(fā)體系和產(chǎn)業(yè)化基地，為推動(dòng)MEMS的可持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)。 c．?dāng)?shù)控關(guān)鍵技術(shù)與裝備。面向國(guó)家制造業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)裝備產(chǎn)業(yè)化需求，以中檔精切類(lèi)數(shù)控機(jī)床裝備的產(chǎn)業(yè)化作為切入點(diǎn)，以機(jī)制創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新作為突破口，掌握數(shù)控裝備關(guān)鍵技術(shù)，塑造中國(guó)數(shù)控機(jī)床品牌，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；根據(jù)國(guó)防工業(yè)的具體需求，設(shè)計(jì)制造高精尖精密加工裝備，打破國(guó)外封鎖；通過(guò)整機(jī)帶動(dòng)相關(guān)的機(jī)床設(shè)計(jì)、系統(tǒng)與伺服、高附加值關(guān)鍵部件以及配套工具技術(shù)創(chuàng)新及可靠性的發(fā)展，全面提升國(guó)家基礎(chǔ)制造裝備的核心競(jìng)爭(zhēng)力。 d．全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)（盾構(gòu)機(jī)）。設(shè)計(jì)研制適應(yīng)我國(guó)典型土層的6.3m全斷面盾構(gòu)機(jī)，完成2～3km的實(shí)際施工隧道應(yīng)用示范工程、形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的盾構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試等系統(tǒng)技術(shù)，制定盾構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系，建立土壤分析、裝備設(shè)計(jì)與制造產(chǎn)業(yè)化基地，提高國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)的生產(chǎn)能力。 e．智能化工程機(jī)械。結(jié)合國(guó)情，選擇工業(yè)基礎(chǔ)較好、共性技術(shù)較多和經(jīng)濟(jì)效益顯著的工程機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行信息化智能化改造升級(jí)，選擇市場(chǎng)占有率較高、具有行業(yè)帶動(dòng)作用的道路施工工程機(jī)械，開(kāi)展在線機(jī)群智能化同步施工工程機(jī)械的研究開(kāi)發(fā)和示范應(yīng)用；加快我國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)品的升級(jí)換代與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)新一代工程機(jī)械的自主創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，提高我國(guó)工程機(jī)械產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化的形成。 f．仿人報(bào)機(jī)器人。以開(kāi)發(fā)世界先進(jìn)的仿人形機(jī)器人為目標(biāo)，突破仿人形機(jī)器人系統(tǒng)中的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)際先進(jìn)水平的仿人形機(jī)器人，為仿人形機(jī)器人在服務(wù)、科技、軍事、工業(yè)以及危險(xiǎn)環(huán)境中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，推動(dòng)機(jī)械電子、控制、傳感技術(shù)與人工智能等相關(guān)科學(xué)的技術(shù)革新與發(fā)展。 3.2.2 前沿探索處課題 一般課題即前沿探索性課題，是“機(jī)器人技術(shù)主題”開(kāi)展前沿高技術(shù)、競(jìng)爭(zhēng)前核心技術(shù)研究的重點(diǎn)，目標(biāo)是增強(qiáng)我國(guó)在機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化工藝裝備中的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新能力，增強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備。 前沿探索性課題按研究?jī)?nèi)容分屬3個(gè)專(zhuān)題。 a．制造工藝與裝備專(zhuān)題。制造工藝與裝備專(zhuān)題（專(zhuān)題一）主要圍繞高精度、高效益、低成本、高柔性和潔凈化的制造過(guò)程（系統(tǒng)）對(duì)先進(jìn)制造工藝與裝備的要求，開(kāi)展產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)、納米級(jí)超精密加工、近牌成形、特種材料加工與生物制造等關(guān)鍵工藝技術(shù)及裝備，以及其他基于先進(jìn)工藝或新結(jié)構(gòu)的重要裝備的研究工作。 b．特種機(jī)器人專(zhuān)題。特種機(jī)器人專(zhuān)題（專(zhuān)題二）主要圍繞非制造業(yè)對(duì)特種機(jī)器人的復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)能力、可靠性、智能化等要求，開(kāi)展水下機(jī)器人。醫(yī)用機(jī)器人、（基因）微操作機(jī)器人、仿生機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人、管道機(jī)器人、農(nóng)林機(jī)器人等方面的關(guān)鍵技術(shù)及原型樣機(jī)研究工作。 c．基礎(chǔ)部件及系統(tǒng)專(zhuān)題。基礎(chǔ)部件及系統(tǒng)專(zhuān)題（專(zhuān)題三）主要圍繞高速度、高精度、數(shù)字化、智能化工藝裝備的需求，開(kāi)展檢測(cè)與傳感器信息融合技術(shù)、智能控制與遠(yuǎn)程操作、先進(jìn)功能部件、新型數(shù)字化驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高速高精度動(dòng)機(jī)構(gòu)、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)化控制器等先進(jìn)基礎(chǔ)部件及系統(tǒng)研究工作。 |
