《海洋机器人帮助改善欧洲长期天气预报工作》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: mall
  • 发布时间:2018-11-09
  • 10月20日,皇家研究船(RRS)James Cook启程探险,期间将试用海洋机器人获取气候数据,该技术可改善欧洲长期天气预报工作。

    来自英国国家海洋学中心(NOC)的研究队伍计划从非洲西海岸到美国东海岸之间的一系列仪器中获取数据(统称为RAPID阵列)。之前,这些数据由研究船每18个月收集一次,而在这次探险中,研究人员将利用一种新新型气候数据自动收集系统,该系统会使用海洋机器人从仪器中检索数据。

    构成RAPID阵列的科学仪器被放置在“系泊设备”上,从海底锚固件(有时超过5 km深)延伸到海平面以下。在南安普敦和利物浦的NOC实验室开发的新装置将连接到其中一个系泊装置,以收集电线上所有仪器的数据,然后使用声音信号将数据传输到海面的海洋机器人,再通过卫星把数据发送给NOC。

    目前有200多种仪器在水中收集有关海流系统—有时被称为“大西洋输送带”或大西洋经向翻转环流(AMOC)的温度、盐度和流速的数据。AMOC负责将热量从热带地区输送到欧洲西北部,维持其相对温和的气候。这种传热所涉及的能量相当于英国平均电力消耗率的35000倍,或相当于英国平均核电站产量的100万倍。

    “RAPID计划”始于2004年,属于英国自然环境研究委员会(NERC)与美国国家科学联合会以及美国国家海洋与大气管理局(NOAA)之间的合作项目。该计划十多年来一直以AMOC为研究对象,已取得许多重要成果:2009-2010年,AMOC减速导致纽约的海平面上升了13 cm,导致大规模的洪水和侵蚀,而用RAPID数据建立的气候模型可提供极端季节性天气的早期预警,对于世界气候具有重要意义。据NOC团队估计,自2004年以来,AMOC已减速15%,而这可能是引起“冷盘(Cold blob)”——北大西洋的一个海域比周围海域更冷的原因之一。

    (刘雪雁 编译)

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    • 在国产机器人的整机新能、核心零部件逐步取得进展之后,巨大的人才缺口、应用生态的匮乏开始成为制约“机器人红利”的重要因素。 自2013年成为全球最大的机器人市场之后,中国的“机器人红利”渐行渐近。在8月15-19日举行的世界机器人大会期间,整个机器人行业都明显感受到“人口红利消失之后,越来越多的制造企业探索通过机器人打破瓶颈”。 中国机器人市场的爆发超出所有人预期。根据世界机器人协会IFR此前发布的《2018年世界机器人报告》,2017年,中国市场消费机器人高达13.8万台,同比增长58%,占全球38万台总销量的36.3%。这一销量远超IFR此前预测的11.5万台。2013年以来,中国机器人市场规模从3.7万台提升至13.8万台,年复合增长率38.97%。 根据中国机器人产业联盟数据,2016-2017年,中国机器人密度已从69台/万人提升至101台/万人。机器人密度是指每万名工人使用机器人数量,IFR此前公布数据介绍,2016年全球制造行业机器人密度为74台/万人。 根据《机器人产业发展规划(2016-2020年)》,中国到2020年的机器人密度将达到150台/万人,未来3年仍存在数十万的市场需求。相比之下,日本、德国的机器人密度已超过300台/万人,韩国更是达到631台/万人,中国仍存在巨大的增量空间。而目前,这一高速增长的市场需求正在驱动中国乃至全球的机器人产业链、应用生态加速成熟。 国产机器人的规模效应 “2017年,我们签了1000台销售订单,今年会超过3000台。”2015年成立的遨博智能科技如今已经成为国内协作机器人的领军企业,遨博智能机器人研究院院长李永东告诉记者,“我们有200-300家企业正在试用产品,其中包括很多以前从没使用过机器人的中小企业。从试用到批量订货的市场拓展中,订单在高速增长。”目前,遨博机器人在国内销量仅次于Universal Robots,后者是全球最早推出协作机器人的公司,目前总销量已突破20000台。 在传统工业机器人逐渐取代了单调重复、高负荷、高危险性工作之后,适用于柔性生产线、低成本、操作简单的协作机器人在近几年开始登上历史舞台。 “电子、汽车、服装等行业,一条生产线会生产很多类型的产品,一周生产一个订单,之后迅速换另一个产品,这就要求机器人能够快速切换不同工具,能够快速编程切换到新的产品上,而且机器人要有足够的安全性与工人协同”。李永东告诉记者,“传统机器人做不到,但协作机器人应运而生。” 协作机器人主要工作在负载10公斤以下的人工作业场景,诸如汽车、电子行业的拧螺钉、上下料、零部件打磨、检测、电路板焊接等环节,其操作简单、部署成本低等特性被越来越多中小企业所接受。 2017年国内协作机器人市场规模约4000-5000台,在总市场中占比约3.5%。不过,协作机器人是目前增速最快的市场,而且,在李永东看来,“如果以销售套数统计,协作机器人很快会成为需求量最大的产品。” 值得一提的是,遨博机器人的低成本主要得益于全产业链的国产化,其核心操作系统、控制器属于自研,伺服电机等核心零部件与国内企业定制研发,在与Universal Robots同样达到0.02毫米精度的情况下,其产品成本降低了50%以上。目前,遨博机器人除了在国内迅速扩张之外,还有20%-30%的订单来自于韩国、美国、欧洲等国外市场。 减速器、伺服电机、控制器是机器人的三大核心部件,目前这三大产品的国产化都已经取得部分突破。以苏州绿的谐波减速器为例,太平洋证券预测:“2017年绿的谐波减速器2017年出货量已达7万套,且2018年将翻倍成长,预计可以替代日本企业HD的市场份额。” 在核心部件国产化之前,国产机器人进口价格是国际企业的两倍以上,使得国产机器人在性能、成本上均难以参与竞争,如今,在同样性能的产品中国产机器人已经具备明显成本优势。 根据《机器人产业发展规划(2016-2020年)》,到2020年,自主品牌工业机器人年产量达到10万台,精密减速器、伺服电机及驱动器、控制器的性能、精度、可靠性达到国外同类产品水平,市场占有率达到50%以上。 国产机器人的硬仗 2017年,国内市场上国产机器人的销量达到37825台,同比增长了29.8%,但是,如果要达到2020年产量10万台目标,国产机器人至少在此后四年保持40%的复合增长率。 而相比之下,2017年,外资机器人在华销售量超过10万台,同比增长了72%。国产机器人的市占率反而从2016年的32.7%降至26.8%,降低了5.9%个百分点。 “2017年市场的爆发主要来自汽车、3C行业,这两个行业大部分产线对精度、出货效率要求非常高,国产机器人指标、性能、一致性暂时达不到要求,所以一直以来这两个行业都是以进口为主。”一位资深行业分析师告诉记者,“2017年,3C、汽车行业的机器人需求量占总市场的65%,而且主要增量也来自这两个行业,所以国产机器人的占比就自然下滑了。” 根据中国机器人产业联盟数据,2017年,在3C制造业,外资机器人占比71.6%,在汽车行业,外资机器人占比更是高达89.6%。 不过,国产机器人在金属加工、焊接,以及物料搬运、码垛行业正在迅速占领市场,60%的国产机器人主要用户不同场景的搬运、上下料,而在这一市场,国产机器人占比已经达到36.6%。国产机器人、核心零部件的突破主要来自于物料搬运、金属加工等一般制造业场景。 “最近几年国内企业一直进步,减速器、控制器、伺服电机系统都取得了一定程度上的突破。”科技自动化联盟秘书长、国产伺服驱动器厂商清能德创董事长王健告诉记者,“在对精度、性能要求不高的码垛、上下料、一般焊接市场上都可以胜任。” “受益于国内强大的电子制造业基础,我们可以设计、制造可靠、可用的伺服驱动器,并做到进口替代。”王健告诉记者,但想要让机器人在精度、性能、一致性等指标上再进一步,仍需要持续的积累,“减速器、电机这类核心部件,都属于机械制造,我们与国际企业在机械制造领域存在着工艺、材料、装备、设计等全方位的差距。” “现在,国产机器人产业正处在一个相对艰难的微妙时刻。”王健告诉记者,在中国机器人企业逐步崛起之后,国际机器人、零部件巨头都在开始有节奏地进行价格调整,国产机器人的利润被一步步压缩,“虽然产量、用量都在增加,但毛利在下降,外资企业的竞争力在提升,国内的整机、零部件却很难有更多的利润去支撑研发,行业正在逐渐步入红海。” 虽然同样走在中国市场的机器人浪潮中,但显然外资企业的生存环境远比国产企业舒适。王健告诉记者,“虽然长远来看国产机器人肯定能够成长起来,但现在我们有一场硬仗要打。” 遭遇生态瓶颈 对于诸多制造企业而言,“机器人转型”同样也是一场硬仗。 “买一台机器人,可能只要20万,但是为了让机器人在生产线上工作,你可能得花800万、1000万。”一位手机制造企业人士告诉记者,“以前的厂房、生产线都是为人工设计的,现在上机器人,要重新设计生产线、要给机器人装护栏,产线改造要花很多钱,而且,机器人的安装、调试、检修、维护,甚至产品更换、编程都完全依赖机器人企业。” 在该人士看来,“虽然机器人本身成本降下来了,但是机器人的应用、人才等配套的成熟还有一段距离,尤其对于没有人才积累的中小企业。” 一位国际机器人企业人士向记者介绍,“在欧洲、韩国等国家,机电类工人都具备机器人操作能力,他们拿到机器人都可以自行安装、调试、开发。但在国内,还有很多企业工程师没见过机器人,所有流程都得我们派驻现场工程师。” 值得注意的是,根据IFR数据,在2010-2015年,美国、德国汽车行业分别安装了6万、1.4万个机器人,同期增加就业人口23万、8万个。但在国内,机器人已经替换掉近百万用工量,但新增的机器人操作工程师却形成了巨大的人才缺口。 2017年2月,教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合印发了《制造业人才发展规划指南》,到2020年,中国机器人产业人才缺口达到300万,2025年将扩大到450万。 除此之外,机器人应用的生态体系也需要逐步完善。“机器人使用的机械爪、机器视觉摄像头、传感器等周边产品要进行定制设计。”库伯特市场部大客户经理杨一粟告诉记者,“针对物料码垛、装配、打磨等不同工业场景下的应用程序需要逐步开发,机器人与生产线上其他设备的协同,需要建立一整套的生态体系。”库伯特是一家成立于2016年,专注于工业机器人智能操作系统的公司,系统中内置了多个场景的应用程序以及3D视觉、力控算法。目前京东、顺丰、菜鸟、九州通达等企业在使用其操作系统。 在国产机器人、核心零部件逐渐成熟之后,劳动力结构的转型、机器人产业人才的培养、以及智能制造生态平台的建设开始成为“机器人红利”的瓶颈,在陆续上马的“机器换人”行动中,这些正在出现的问题需要得到更多的重视。.