盛秀婷

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

工業(yè)機(jī)器人是自動化技術(shù)發(fā)展的高度產(chǎn)物，它綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能和仿生學(xué)等多種學(xué)科，由操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備，它的應(yīng)用是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人的可靠性是機(jī)器人在生產(chǎn)中能否長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著全球新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為了先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，代表了一個國家的制造業(yè)水平。我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的 “推力”、人口結(jié)構(gòu)變化造成勞動力短缺與制造業(yè)用人成本趨勢性上升的 “拉力”和產(chǎn)業(yè)政策扶持的 “催化力”正推動著國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場的蓬勃發(fā)展。作為全球第一大工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用市場，我國相繼出臺了 《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》等政策，明確地提出了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人關(guān)鍵零部件和高端產(chǎn)品的重大突破，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人質(zhì)量可靠性大幅提升的要求。因此，研究工業(yè)機(jī)器人的可靠性對于減少工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)故障、減少安全事故的發(fā)生、提高勞動生產(chǎn)率等具有非常重大的意義。

1 研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

本文采用文獻(xiàn)計(jì)量統(tǒng)計(jì)法對國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性文獻(xiàn)進(jìn)行分析，采用Excel軟件統(tǒng)計(jì)近幾十年國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性文獻(xiàn)的情況，以反映截止到當(dāng)前國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究文獻(xiàn)的發(fā)表動態(tài)。采用Citespace可視化軟件，繪制國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究的科學(xué)知識圖譜，分析當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人可靠性研究的熱點(diǎn)與趨勢。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文基于CNKI數(shù)據(jù)庫，采用文獻(xiàn)搜索方法，設(shè)置搜索關(guān)鍵詞為 “工業(yè)機(jī)器人可靠性”，設(shè)定時(shí)間范圍為不限，期刊范圍為SCI來源期刊、EI來源期刊、核心期刊和CSSCI期刊，共計(jì)檢索到159篇文獻(xiàn)，通過人工篩選，剔除與主題不相關(guān)以及重復(fù)的文獻(xiàn)27篇，最終得到132篇有效文獻(xiàn)。

2 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性文獻(xiàn)的可視化分析

2.1 相關(guān)文獻(xiàn)的時(shí)間分布

基于篩選出的132篇有效文獻(xiàn)，通過Excel軟件對其進(jìn)行了時(shí)間序列分析，所得到的結(jié)果如圖1所示。從圖1中可知，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究是從1989年馮佩芳在 《現(xiàn)代防御技術(shù)》期刊上發(fā)表B S Dhillon的 《機(jī)器人的可靠性與安全性》一文的中文版開始的，文中提出機(jī)器人可靠性問題是一項(xiàng)復(fù)雜的問題，認(rèn)為影響機(jī)器人可靠性的主要因素為人員失誤或差錯、軟件的差錯、隨機(jī)故障和硬件中系統(tǒng)故障等[1]。隨后在1990年，朱北園和劉超分別發(fā)表了 《工業(yè)機(jī)器人可靠性》和 《工業(yè)機(jī)器人液壓系統(tǒng)污染控制及可靠性研究》兩篇文獻(xiàn)，為后來工業(yè)機(jī)器人可靠性的研究奠定了基礎(chǔ)[2-3]。其中，朱北園認(rèn)為要提升工業(yè)機(jī)器人的可靠性，必須對工業(yè)機(jī)器人的電子元器件、機(jī)電元件、機(jī)械零件、液壓元件和氣動元件進(jìn)行可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證，采用失效模式與影響分析 （FMEA）、故障樹分析（FTA）等方法進(jìn)行可靠性分析。

縱觀國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性文獻(xiàn)時(shí)間分布發(fā)現(xiàn)，繼1989年發(fā)表第一篇相關(guān)文獻(xiàn)，1990年發(fā)表兩篇文獻(xiàn)奠定該領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)后，學(xué)術(shù)界一直未在此領(lǐng)域有更深層次的研究，雖然1995年發(fā)表了5篇相關(guān)文獻(xiàn)，整體研究數(shù)量有所增長，但隨后相關(guān)研究則一直處于空白期，發(fā)表文獻(xiàn)的數(shù)量基本處于個位數(shù)，整體數(shù)量變化不大。從2011年起，相關(guān)研究文獻(xiàn)的數(shù)量呈現(xiàn)快速增長勢頭，由2011年的5篇增長至2015年的23篇，隨后開始呈現(xiàn)下降勢頭?？傮w上看，國內(nèi)學(xué)術(shù)界對于工業(yè)機(jī)器人可靠性研究得較少，經(jīng)過近30年時(shí)間，研究文獻(xiàn)總量僅達(dá)到132篇，除2013-2017年處于研究高峰期外，其余年份相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)量僅為個位數(shù)，表明該領(lǐng)域仍具有一定的研究空間。

圖1 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究文獻(xiàn)的時(shí)間分布

2.2 相關(guān)文獻(xiàn)的科學(xué)知識圖譜分析

基于Citespace軟件繪制132篇有效文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的作者合作、機(jī)構(gòu)合作的科學(xué)知識圖譜。

作者合作的科學(xué)知識圖譜如圖2所示，共選擇出了68位作者以及作者之間的77條連線，圖2中各個節(jié)點(diǎn)表示該作者的發(fā)文章量，節(jié)點(diǎn)越大，表示該作者的發(fā)文量越多，連線代表某年作者之間的合作關(guān)系。從圖2中可知，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究領(lǐng)域主要作者為王洪光、戴建生和陳殿生，3位作者在該領(lǐng)域發(fā)表的文獻(xiàn)篇數(shù)均超過5篇。

由于CNKI數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出的文獻(xiàn)格式中并未包含機(jī)構(gòu)信息，因此Citespace無法生成相關(guān)機(jī)構(gòu)合作的科學(xué)知識圖譜，本文通過對132篇有效文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，列出發(fā)文量在前10名的機(jī)構(gòu)，如表1所示。從表1中可知，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究機(jī)構(gòu)分布較散，且研究數(shù)量均較少，發(fā)表相關(guān)文獻(xiàn)最多的機(jī)構(gòu)為哈爾濱工業(yè)大學(xué)，但發(fā)表量僅為4篇。從前10名主要發(fā)表機(jī)構(gòu)可以看出，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究絕對主力為大學(xué)，企業(yè)對于該領(lǐng)域的研究幾乎為空白。

圖2 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究作者合作的科學(xué)知識圖譜

表1 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究文獻(xiàn)發(fā)表量排名前10的機(jī)構(gòu)

2.3 國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性分析方法

對132篇有效文獻(xiàn)進(jìn)行二次篩選，篩選出與工業(yè)機(jī)器人可靠性分析方法相關(guān)的文獻(xiàn)，共計(jì)10篇。對10篇文獻(xiàn)進(jìn)行分析可知，當(dāng)前學(xué)術(shù)界主要采用機(jī)器人可靠性模糊評價(jià)方法、無失效數(shù)據(jù)可靠性分析方法、FTA和蒙特卡羅法等方法開展關(guān)于工業(yè)機(jī)器人可靠性的研究 （如表2所示）[4-12]，整體關(guān)于國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性分析方法的研究較為缺乏。

表2 國內(nèi)關(guān)于工業(yè)機(jī)器人可靠性分析方法的文獻(xiàn)

3 結(jié)束語

本文從有效文獻(xiàn)的時(shí)間分布、主要作者、機(jī)構(gòu)和主要方法等角度對國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人可靠性研究進(jìn)行了分析，得出以下結(jié)論：1）國內(nèi)對于工業(yè)機(jī)器人可靠性的關(guān)注度較低，已發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)較少，從1990年發(fā)表第一篇相關(guān)文獻(xiàn)至今，相關(guān)文獻(xiàn)的總數(shù)僅達(dá)到100余篇，但從側(cè)面反映該領(lǐng)域仍具有較大的未開拓的研究視角；2）國內(nèi)關(guān)于工業(yè)機(jī)器人可靠性研究的高產(chǎn)作者較少，主要研究機(jī)構(gòu)較為分散，研究主力為大學(xué)；3）國內(nèi)關(guān)于工業(yè)機(jī)器人可靠性分析采用的方法較為局限，主要為可靠性模糊評價(jià)方法、無失效數(shù)據(jù)可靠性分析方法、FTA和蒙特卡羅法等，且該領(lǐng)域研究甚少，發(fā)表文獻(xiàn)僅為個位數(shù)。

由于可靠性評估是對工業(yè)機(jī)器人可靠性分析的基礎(chǔ)工作，良好的評估方法能夠?yàn)楣I(yè)機(jī)器人可靠性的提高及可靠性管理提供支持，同時(shí)能夠?yàn)闇?zhǔn)確預(yù)測工業(yè)機(jī)器人的維修、維護(hù)提供可靠的技術(shù)支撐，從而能夠在技術(shù)層面上延長工業(yè)機(jī)器人的使用時(shí)間，提高其使用可靠性。

隨著國家對工業(yè)機(jī)器人及其質(zhì)量的愈加重視，未來關(guān)于工業(yè)機(jī)器人可靠性的研究將逐步地成為熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。未來可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法、灰色預(yù)測模型、FMEA等多種方法對工業(yè)機(jī)器人的可靠性進(jìn)行評估預(yù)測分析，拓寬當(dāng)前學(xué)術(shù)界對此領(lǐng)域的研究方向，增強(qiáng)對工業(yè)機(jī)器人的可靠性分析，推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人可靠性的提升，促進(jìn)我國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展水平的不斷提高。

[1]DHILLON B S，馮佩芳.機(jī)器人的可靠性與安全性 [J].現(xiàn)代防御技術(shù)，1989，17（2）：73-80.

[2]朱北園.工業(yè)機(jī)器人可靠性 [J].質(zhì)量與可靠性，1990（2）： 15-16.

[3]劉超.工業(yè)機(jī)器人液壓系統(tǒng)污染控制及可靠性研究 [J].機(jī)械， 1990， 17 （1）： 2-6.

[4]許馮平，鄧宗全.管道機(jī)器人可靠性分析模糊評判方法研究 [J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2005，22（10）11-13.

[5]蘇金遠(yuǎn).基于無失效數(shù)據(jù)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)可靠性研究[J].機(jī)械工程師， 2012 （11）： 52-53.

[6]王改云，梁芬，朱名日，等.基于故障樹的焊接機(jī)器人可靠性分析 [J].微計(jì)算機(jī)信息 （嵌入式與SOC），2008， 24 （6-2）： 272-273； 302.

[7]施維，李懷政，陳啟愉，等.基于蒙特卡羅與故障對的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)可靠性分析 [J].機(jī)電工程技術(shù)，2017， 46 （8）： 48-52.

[8]李廷春，李琳，張鐵.基于可靠性分析的機(jī)器人系統(tǒng)故障維修系統(tǒng) [J].現(xiàn)代制造工程，2006（12）：100-102；122.

[9]陳勝軍.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)可靠性預(yù)測方法研究 [J].南京師范大學(xué)學(xué)報(bào) （工程技術(shù)版），2008，8（2）：6-9.

[10]周健，楊柳，張致嘉，等.工業(yè)機(jī)器人可靠性分析 [J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2015（1）：25-26.

[11]秦鋒，胡啟國，劉廷.基于概率有限元的工業(yè)機(jī)器人小臂可靠性分析 [J].機(jī)電信息，2016（21）：106-108.

[12]羅天洪，劉淼，馬翔宇，等.擴(kuò)張卡爾曼濾波和配準(zhǔn)算法的工業(yè)機(jī)器人誤差補(bǔ)償 [J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2016， 35 （10）： 1550-1555.

日本現(xiàn)超高性能新型量子計(jì)算機(jī) 瞬間解析復(fù)雜算法

據(jù)日本共同社報(bào)道，日本NTT物性科學(xué)基礎(chǔ)研究所等11月20日宣布成功研發(fā)了超高性能的新型量子計(jì)算機(jī)，可以瞬間解析以往計(jì)算機(jī)不易解開的復(fù)雜算法。研究所計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化性能，使之成為提高交通網(wǎng)、無線通信等各類網(wǎng)絡(luò)效率的強(qiáng)力武器。

研究所還計(jì)劃27日起在網(wǎng)絡(luò)公開該系統(tǒng)，以便一般用戶試用。

圍繞量子計(jì)算機(jī)，正在進(jìn)行著各種不同類型的研發(fā)。此次的新型計(jì)算機(jī)類型與解析銀行結(jié)算和電商交易密碼的不同。

計(jì)算機(jī)由該研究所首席特別研究員武居弘樹等人研發(fā)。該機(jī)擅長從龐大的排列組合中找出最佳正確答案，在將2 000人按關(guān)系親疏分組的測試中，以0.005 s的速度得出了正確答案，速度約是目前最快的大型計(jì)算機(jī)的100倍。

其基本原理是促使在光纖回路中形成大量的激光 “粒子”，根據(jù)分析何種狀態(tài)下光粒子最為穩(wěn)定而推導(dǎo)出結(jié)論。溫度變化曾是影響其工作時(shí)間的最大因素，團(tuán)隊(duì)通過將其放置在不易導(dǎo)熱的箱子中等，把連續(xù)工作時(shí)間從試驗(yàn)階段的10 min延長至24 h。

（摘自新浪科技）