ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI Chủ biên: GS.TSKH. Nguyễn Thiện Phúc HÀ NỘI – TP HỒ CHÍ MINH 5/2010 2 NỘI DUNG BÁO CÁO TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI I. Giới thiệu chung II. Tổng quan về tình hình ứng dụng robot công nghiệp trên thế giới III. Nhận thức mới về sự phát triển robot công nghiệp trên thế giới IV. Tuyển chọn các loại robot công nghiệp 3 I. GII THIU CHUNG Ra đời từ những năm 60, robot công nghiệp đã có những b-ớc phát triển quan trọng. Do sự xuất hiện máy vi tính, robot công nghiệp đã tiếp thu đ-ợc thành tựu mới đó và ngày càng hấp dẫn. Cao trào phát triển vào những năm 70 và đánh dấu mốc bằng Hội nghị quốc tế lần thứ 6 về "thiết kế chế tạo và ứng dụng robot công nghiệp" Chicago năm 1972. Sau đó lại lắng dần xuống, nhất là sau khủng hoảng dầu mỏ 1975 nh- để rút kinh nghiệm áp dụng vào chỗ nào là phát huy hiệu quả cao hơn. Đến những năm 80 thì xuất hiện nhu cầu hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing System) mà robot nh- là bộ phận cấu thành FMS. Nhu cầu đó kích thích b-ớc phát triển của robot công nghiệp. Trong năm 90 robot công nghiệp cũng có b-ớc phát triển mới theo h-ớng đồng bộ hệ thống trên cơ sở vận dụng những thành tựu của công nghệ thông tin ứng dụng. Bản thân phần kỹ thuật, robot công nghiệp cũng thể hiện các xu thế phát triển sau đây: 1.1. Trong giai đoạn đầu phát triển ng-ời ta rất quan tâm việc tạo ra những cơ cấu tay máy nhiều bậc tự do, đ-ợc trang bị nhiều loạt senso để có thể thực hiện đ-ợc những công việc phức tạp, nh- là để chứng tỏ khả năng thay thế con ng-ời trong nhiều loại hình công việc. 1.2. Khi đã có những địa chỉ ứng dụng trong công nghiệp, thì việc đơn giản hoá kết cấu để tăng độ chính xác định vị và giảm giá thành đầu t-, lại là những yêu cầu thực tế đối với sự phát triển này luôn luôn đ-ợc kích thích bởi thị tr-ờng hàng hoá cạnh tranh. Ngày càng có nhiều cải tiến quan trọng trong kết cấu các bộ phận chấp hành tăng độ tin cậy của các thiết bị điều khiển, tăng mức thuận tiện và dễ dàng khi lập trình v.v 1.3. Để mở rộng phạm vi ứng dụng cho robot công nghiệp nhằm thay thế lao động nhiều loại hình công việc, ngày càng rõ nét về xu thế tăng c-ờng khả năng nhận biết và xử lý tín hiệu từ môi tr-ờng làm việc. Các thành tựu khoa học và tiến bộ kỹ thuật Laser, kỹ thuật tia hồng ngoại, kỹ thuật 4 xử lý ảnh v.v đã ngày càng hiện thực xu thế phát triển robot công nghiệp h-ớng vào việc thích nghi đ-ợc với môi tr-ờng làm việc. 1.4. Cùng với các xu thế trên, robot công nghiệp luôn luôn đ-ợc định h-ớng tăng c-ờng năng lực xử lý công việc để trở thành các robot tinh khôn nhờ áp dụng các kết quả nghiên cứu về hệ điều khiển nơron và trí khôn nhân tạo v.v Nhu cầu của thị tr-ờng cạnh tranh luôn luôn đòi hỏi các nhà sản xuất phải thay đổi mẫu mã, kích cỡ và th-ờng xuyên cải tiến nâng cao chất l-ợng sản phẩm. Nh- vậy sự cạnh tranh hàng hoá đặt ra một vấn đề thời sự là phải có hệ thống thiết bị sản xuất thay đổi linh hoạt đ-ợc để có thể đáp ứng với sự biến động th-ờng xuyên của thị tr-ờng. Nhờ sự phát triển trong mấy chục năm gần đây của kỹ thuật số và công nghệ thông tin chúng ta mới có khả năng "mềm" hoá hệ thống thiết bị sản xuất. Trên cơ sở đó đã ra đời hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là ph-ơng thức sản xuất hiện đại. Nó có -u điểm cơ bản là các thiết bị chủ yếu của hệ thống chỉ đầu t- một lần, còn đáp ứng lại sự thay đổi sản phẩm bằng phần mềm máy tính điều khiển là chính. Hệ thống FMS rất hiện đại nh-ng lại thích hợp với qui mô sản xuất vừa và nhỏ. Ngày nay ở các n-ớc phát triển các hệ thống FMS có xu h-ớng thay thế dần các hệ thống thiết bị tự động "cứng" sản xuất hàng loạt lớn sản phẩm. Các hệ thống thiết bị tự động cứng này rất đắt tiền mà khi thay đổi về yêu cầu sản phẩm thì phải đổi mới gần nh- hoàn toàn. Nh- vậy, chúng nhanh chóng trở nên lạc hậu vì không thích nghi đ-ợc với thị tr-ờng đầy biến động. ý t-ởng chủ đạo trong việc tổ chức hệ thống sản xuất hiện đại linh hoạt là "linh hoạt hoá" và "modun hoá". Một hệ thống sản xuất linh hoạt có thể gồm nhiều modun linh hoạt. Một trong những hệ thống nh- vậy là hệ thống CIM (Computer Integrated Manufacturing) - hệ thống tích hợp sản xuất dùng máy tính. Để tạo ra những modun sản xuất linh hoạt đó cần có mặt robot nh- một bộ phận cấu thành. ở đây, robot làm những công việc chuyển tiếp giữa 5 các máy công tác (ví dụ cấp thoát phôi và dụng cụ cho các trung tâm gia công), vận chuyển trong phân x-ởng, thao tác trong kho tự động v.v Bản thân cơ cấu tay máy của robot cũng là một cơ cấu linh hoạt. Đó là cơ cấu không gian hở (không kép kín), có bậc tự do d- thừa nên độ cơ động rất cao. Mỗi khâu của cơ cấu có động lực riêng và chúng đ-ợc điều khiển bằng ch-ơng trình thay đổi đ-ợc. Có loại robot lại có thể tự thay đổi đ-ợc thao tác của mình của mình một cách linh hoạt khi nhn biết đ-ợc các tín hiệu từ sự hoạt động của bản thân (nội tín hiệu). Những cơ cấu nh- vậy gọi là cơ cấu điều khiển linh hoạt. 6 II. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI Tổng quan về tình hình ứng dụng robot công nghiệp trên thế giới có thể được biểu hiện rõ nét qua các cuộc điều tra khảo sát của các tổ chức quốc tế có uy tín như Hiệp hội Robotics quốc tế (IFR - International Federation of Robotics) phối hợp với ủy ban kinh tế châu Âu của Liên hiệp quốc (UNECE – United Nations Economic Commission for Europe). Đã hơn 20 năm nay 2 tổ chức quốc tế này đã cùng tổ chức các cuộc điều tra khảo sát về robotics (World Robotics Survey). Trong khuôn khổ đề tài, có lẽ chúng ta chỉ nên phân tích các kết quả từ những năm gần đây. Bắt đầu từ 2003. Trong tài liệu World Robotics 2003 do UNECE/IFR phát hành đã ghi nhận rằng trong nửa đầu năm 2003 số lượng đơn đặt hàng robots trên toàn thế giới tăng 26%, Bắc Mỹ 35%, Châu Âu 25%; Châu Á 18% và các vùng khác 19%. Hình 1 là biểu đồ về số lượng robot công nghiệp lắp đặt mới trong các năm 2001 - 2003 và dự báo đến năm 2006. Hình 1. Số lượng robot công nghiệp lắp đặt mới trong 2001 – 2003 và dự báo đến 2006 Số lượng 7 Hình 2 là biểu đồ về thị trường robot công nghiệp trong các năm 2001 – 2003 và dự báo đến năm 2006. Hình 2. Thị trường robot công nghiệp của các nước trong năm 2001 – 2003 và dự báo đến 2006. Hình 3 là chỉ số giá bán robot công nghiệp trên thị trường quốc tế đối chiếu với năm 1990. Hình 3. Chỉ số giá bán robot công nghiệp trên thị trường quốc tế đối chiếu với năm 1990. Số lượng 8 Hình 4. là biểu đồ số lượng robot tính trên 10.000 công nhân viên trong sản xuất công nghiệp năm 2002 ở các nước. Hình 4: Số lượng robot tính trên 10.000 công nhân trong ngành công nghiệp ô tô năm 2002. Hình 5 là biểu đồ thay đổi về số lượng robot tính trên 10.000 công nhân trong ngành công nghiệp ô tô năm 2002 và 2004 11 Hình 5 Số lượng robot tính đến 10.000 công nhân trong ngành công nghiệp ô tô năm 2002 và 2004 Số lượng Hoa Kỳ EU Đức Italya Thụy điển Phần Lan Pháp Tây ban nha Áo Benelux Đan mạch Anh Tây ban Nha Số lượng Pháp Đức Italy Nhật Thụy điển Anh Hoa Kỳ 9 Theo số liệu khảo sát ở nhiều nước số lượng robot công nghiệp đa năng với số bậc tự do ≥ 5 chiếm tỷ lệ khá cao, như nêu trong bảng sau: Số lượng robots Các loại Loại có DOF ≥ 5 Chiếm tỷ lệ Hoa Kỳ 9.995 9.090 91.3 Đức 11.867 8.181 68.9 Italia 5.470 4.388 80.2 Pháp 3.012 2.469 52.0 Tây Ban Nha 2.420 2.047 84.6 Hàn Quốc 3.998 1.142 28.6 Vương quốc Anh 750 694 92.5 Áo 670 604 90.1 Thụy điển 460 449 97.6 Benelux 620 439 70.8 Phần Lan 249 241 97.2 Đan Mạch 249 208 83.5 Liên bang Nga 190 180 94.7 Thụy Sĩ 170 151 88.8 Ba Lan 150 135 90.7 Nauy 80 68 85.0 Hungari 64 61 95.3 Tổng 40.373 30.548 75.7 Theo “World Robotics 2005” trên toàn thế giới đầu tư cho robot công nghiệp tăng 17% trong năm 2004 và trong 6 tháng đầu năm 2005 số lượng đơn đặt hang cũng tăng 13%. Từ kết quả khảo sát 2005 đó UNECE và IFR dự 10 báo trong giai đoạn 2005 - 2008 trung bình hàng năm đầu tư cho robotics sẽ tăng 6%. Trong năm 2004, trên 52.000 robots đã được cung cấp cho các nước Châu Á (bao gồm cả Australia và New Zealand) tăng 29% so với năm 2003 và chủ yếu đầu tư cho công nghiệp ô tô và công nghiệp lắp ráp hàng điện tử. Trong bảng dưới đây là số liệu thống kê về số lượng robot công nghiệp được lắp mới hàng năm và hoạt động của thị trường robot ở nhiều nước (tên các nước không cần dịch) [...]... vực ứng dụng 22 Số lượng Hình 23 là Biểu đồ thị trường robot ở Châu Á/ Úc Số lượng Hình 24 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Âu 23 Hình 25 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở các nước Châu Âu vào các năm 2005 – 2006 Hình 26 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Âu theo các loại hình công việc 24 Hình 27 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Âu theo các ngành nghề công nghiệp. .. các lĩnh vực ứng dụng Số lượng Hình 18 là Biểu đồ thị trường robot theo các năm ở Châu Mỹ 20 Số lượng Hình 19 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Á/ Úc Hình 20 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở các nước Châu Á trong các năm 2005 – 2006 21 Hình 21 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Á/Úc theo các loại hình công việc ứng dụng Hình 22 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu... theo các loại hình công việc phục vụ thời điểm cuối năm 2005 – 2006 Số lượng Hình 14 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Mỹ 18 Hình 15 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở các nước Châu Mỹ vào các năm 2005 – 2006 Hình 16 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Mỹ theo các loại hình công việc ứng dụng trong các năm 2005 – 2006 19 Hình 17 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu... 2006 và dự báo 2007 – 2010 Số lượng x 1.000 Hình 36 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Trung Quốc vào các năm 2004 – 2006 và dự báo 2007 – 2010 29 Số lượng x 1000 Hình 37 là Biểu đồ thị trường robot ở Châu Á/ Úc vào các năm 2004- 2005 Số lượng x 1000 Hình 38 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Âu vào các năm 2004 – 2006 và dự báo 2007 – 2010 30 Hình 39 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp. .. thị trường robot ở Châu Mỹ theo các năm 2004 – 2006 và dự báo 2007 – 2010 27 Hình 33 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Á vào các năm Số lượng x 1.000 2004 – 2006 và dự báo 2007 – 2010 Số lượng x 1.000 Hình 34 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Nhật Bản vào các năm 2004 – 2006 và dự báo 2007 – 2010 28 Số lượng x 1.000 Hình 35 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Hàn Quốc vào các năm... nghiệp trên phạm vi toàn cầu và theo từng vùng miền cũng như theo từng nước điển hình; Theo từng năm, chủ yếu là từ 2004 đến 2006; Theo từng lĩnh vực ngành nghề và loại hình công việc v.v Cụ thể là: Hình 11 là biểu đồ cung ứng robot công nghiệp trên thế giới theo các năm Hình 12 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp theo các vùng miền giai đoạn 2004 – 2006 17 Hình 13 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp. .. ứng robot một vài năm gần đây và từ đó dự báo cho đến năm 2010 Hình 29 là biểu đồ thị trường robot công nghệ trên thế giới theo các năm Số lượng x 1.000 Hình 30 là Biểu đồ cung ứng robot trên toàn cầu trong các năm 2004 – 2006 và dự báo từ 2007 – 2010 Hình 31 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Mỹ trong các năm 2004 – 2006 và dự báo 2007 – 2010 26 Số lượng x 1.000 Số lượng x 1.000 Hình 32 là... Số lượng viên trong sản xuất công nghiệp năm 2004 ở các nước Hình 8 Số lượng robot tính trên 10.000 công nhân năm 2004 ở các nước Trên đây đã trình bày tóm tắt phân tích tình hình ứng dụng và phát triển robot công nghiệp thế giới qua các kết quả khảo sát năm 2003 và năm 2005 của UNECE/IFR Tiếp theo đây sẽ trình bày chi tiết hơn về kết quả khảo sát năm 2007 (Theo 2007 World Robotics survery) của UNECE/IFR... thu về robot công nghiệp không tăng mà giảm 11% Mặc dầu, năm 2005 vẫn cho rằng ngành công nghiệp ô tô và ngành điện tử công nghiệp là động lực phát triển chủ yếu Nhưng trong các ngành này đầu tư cho robot đã giảm 17% và 34% 13 tương ứng, còn các ngành khác như công nghiệp chế biến thép, hóa chất và thực phẩm sức mua robot lại tăng Hình 10 là lượng hàng robot công nghiệp của các vùng miền trên thế Số.. .Hình 6 là biểu đồ về số lượng robot công nghiệp được lắp đặt trong các năm 2003 – 2004 và dự báo trong các năm 2005 – 2008 11 Sô lượng Hình 6 Số lượng robot công nghiệp được lắp đặt trong 2003 – 2004 và dự báo trong 2005 – 2008 Số lượng Hình 7 là biểu đồ về thị trường robot công nghiệp trong các năm 2003 – 2004 và dự báo giai đoạn 2005 – 2008 Hình 7 Thị trường robot công nghiệp ở các nước . BÁO CÁO TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI I. Giới thiệu chung II. Tổng quan về tình hình ứng dụng robot công nghiệp trên thế giới. THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BÁO CÁO TỔNG HỢP VÀ PHÂN TÍCH TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI Chủ biên: GS.TSKH. Nguyễn. 6 II. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG ROBOT CÔNG NGHIỆP TRÊN THẾ GIỚI Tổng quan về tình hình ứng dụng robot công nghiệp trên thế giới có thể được biểu hiện rõ