国内工业机器人可靠性研究综述

盛秀婷

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

0 引言

工业机器人是自动化技术发展的高度产物，它综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能和仿生学等多种学科，由操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备，它的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人的可靠性是机器人在生产中能否长期稳定运行的关键。随着全球新一轮产业结构的调整，工业机器人已经成为了先进制造业中不可替代的重要装备和手段，代表了一个国家的制造业水平。我国经济结构转型的 “推力”、人口结构变化造成劳动力短缺与制造业用人成本趋势性上升的 “拉力”和产业政策扶持的 “催化力”正推动着国内工业机器人市场的蓬勃发展。作为全球第一大工业机器人的应用市场，我国相继出台了 《机器人产业发展规划（2016-2020年）》等政策，明确地提出了实现机器人关键零部件和高端产品的重大突破，实现机器人质量可靠性大幅提升的要求。因此，研究工业机器人的可靠性对于减少工业机器人系统故障、减少安全事故的发生、提高劳动生产率等具有非常重大的意义。

1 研究方法及数据来源

1.1 研究方法

本文采用文献计量统计法对国内工业机器人可靠性文献进行分析，采用Excel软件统计近几十年国内工业机器人可靠性文献的情况，以反映截止到当前国内工业机器人可靠性研究文献的发表动态。采用Citespace可视化软件，绘制国内工业机器人可靠性研究的科学知识图谱，分析当前工业机器人可靠性研究的热点与趋势。

1.2 数据来源

本文基于CNKI数据库，采用文献搜索方法，设置搜索关键词为 “工业机器人可靠性”，设定时间范围为不限，期刊范围为SCI来源期刊、EI来源期刊、核心期刊和CSSCI期刊，共计检索到159篇文献，通过人工筛选，剔除与主题不相关以及重复的文献27篇，最终得到132篇有效文献。

2 国内工业机器人可靠性文献的可视化分析

2.1 相关文献的时间分布

基于筛选出的132篇有效文献，通过Excel软件对其进行了时间序列分析，所得到的结果如图1所示。从图1中可知，国内工业机器人可靠性研究是从1989年冯佩芳在 《现代防御技术》期刊上发表B S Dhillon的 《机器人的可靠性与安全性》一文的中文版开始的，文中提出机器人可靠性问题是一项复杂的问题，认为影响机器人可靠性的主要因素为人员失误或差错、软件的差错、随机故障和硬件中系统故障等[1]。随后在1990年，朱北园和刘超分别发表了 《工业机器人可靠性》和 《工业机器人液压系统污染控制及可靠性研究》两篇文献，为后来工业机器人可靠性的研究奠定了基础[2-3]。其中，朱北园认为要提升工业机器人的可靠性，必须对工业机器人的电子元器件、机电元件、机械零件、液压元件和气动元件进行可靠性试验验证，采用失效模式与影响分析 （FMEA）、故障树分析（FTA）等方法进行可靠性分析。

纵观国内工业机器人可靠性文献时间分布发现，继1989年发表第一篇相关文献，1990年发表两篇文献奠定该领域的研究基础后，学术界一直未在此领域有更深层次的研究，虽然1995年发表了5篇相关文献，整体研究数量有所增长，但随后相关研究则一直处于空白期，发表文献的数量基本处于个位数，整体数量变化不大。从2011年起，相关研究文献的数量呈现快速增长势头，由2011年的5篇增长至2015年的23篇，随后开始呈现下降势头。总体上看，国内学术界对于工业机器人可靠性研究得较少，经过近30年时间，研究文献总量仅达到132篇，除2013-2017年处于研究高峰期外，其余年份相关研究文献数量仅为个位数，表明该领域仍具有一定的研究空间。

图1 国内工业机器人可靠性研究文献的时间分布

2.2 相关文献的科学知识图谱分析

基于Citespace软件绘制132篇有效文献数据的作者合作、机构合作的科学知识图谱。

作者合作的科学知识图谱如图2所示，共选择出了68位作者以及作者之间的77条连线，图2中各个节点表示该作者的发文章量，节点越大，表示该作者的发文量越多，连线代表某年作者之间的合作关系。从图2中可知，国内工业机器人可靠性研究领域主要作者为王洪光、戴建生和陈殿生，3位作者在该领域发表的文献篇数均超过5篇。

由于CNKI数据库导出的文献格式中并未包含机构信息，因此Citespace无法生成相关机构合作的科学知识图谱，本文通过对132篇有效文献进行统计分析，列出发文量在前10名的机构，如表1所示。从表1中可知，国内工业机器人可靠性研究机构分布较散，且研究数量均较少，发表相关文献最多的机构为哈尔滨工业大学，但发表量仅为4篇。从前10名主要发表机构可以看出，国内工业机器人可靠性研究绝对主力为大学，企业对于该领域的研究几乎为空白。

图2 国内工业机器人可靠性研究作者合作的科学知识图谱

表1 国内工业机器人可靠性研究文献发表量排名前10的机构

2.3 国内工业机器人可靠性分析方法

对132篇有效文献进行二次筛选，筛选出与工业机器人可靠性分析方法相关的文献，共计10篇。对10篇文献进行分析可知，当前学术界主要采用机器人可靠性模糊评价方法、无失效数据可靠性分析方法、FTA和蒙特卡罗法等方法开展关于工业机器人可靠性的研究 （如表2所示）[4-12]，整体关于国内工业机器人可靠性分析方法的研究较为缺乏。

表2 国内关于工业机器人可靠性分析方法的文献

3 结束语

本文从有效文献的时间分布、主要作者、机构和主要方法等角度对国内工业机器人可靠性研究进行了分析，得出以下结论：1）国内对于工业机器人可靠性的关注度较低，已发表的相关文献较少，从1990年发表第一篇相关文献至今，相关文献的总数仅达到100余篇，但从侧面反映该领域仍具有较大的未开拓的研究视角；2）国内关于工业机器人可靠性研究的高产作者较少，主要研究机构较为分散，研究主力为大学；3）国内关于工业机器人可靠性分析采用的方法较为局限，主要为可靠性模糊评价方法、无失效数据可靠性分析方法、FTA和蒙特卡罗法等，且该领域研究甚少，发表文献仅为个位数。

由于可靠性评估是对工业机器人可靠性分析的基础工作，良好的评估方法能够为工业机器人可靠性的提高及可靠性管理提供支持，同时能够为准确预测工业机器人的维修、维护提供可靠的技术支撑，从而能够在技术层面上延长工业机器人的使用时间，提高其使用可靠性。

随着国家对工业机器人及其质量的愈加重视，未来关于工业机器人可靠性的研究将逐步地成为热点研究领域。未来可采用神经网络分析法、灰色预测模型、FMEA等多种方法对工业机器人的可靠性进行评估预测分析，拓宽当前学术界对此领域的研究方向，增强对工业机器人的可靠性分析，推进工业机器人可靠性的提升，促进我国工业机器人发展水平的不断提高。

[1]DHILLON B S，冯佩芳.机器人的可靠性与安全性 [J].现代防御技术，1989，17（2）：73-80.

[2]朱北园.工业机器人可靠性 [J].质量与可靠性，1990（2）： 15-16.

[3]刘超.工业机器人液压系统污染控制及可靠性研究 [J].机械， 1990， 17 （1）： 2-6.

[4]许冯平，邓宗全.管道机器人可靠性分析模糊评判方法研究 [J].机械设计，2005，22（10）11-13.

[5]苏金远.基于无失效数据工业机器人控制系统可靠性研究[J].机械工程师， 2012 （11）： 52-53.

[6]王改云，梁芬，朱名日，等.基于故障树的焊接机器人可靠性分析 [J].微计算机信息 （嵌入式与SOC），2008， 24 （6-2）： 272-273； 302.

[7]施维，李怀政，陈启愉，等.基于蒙特卡罗与故障对的工业机器人系统可靠性分析 [J].机电工程技术，2017， 46 （8）： 48-52.

[8]李廷春，李琳，张铁.基于可靠性分析的机器人系统故障维修系统 [J].现代制造工程，2006（12）：100-102；122.

[9]陈胜军.工业机器人系统可靠性预测方法研究 [J].南京师范大学学报 （工程技术版），2008，8（2）：6-9.

[10]周健，杨柳，张致嘉，等.工业机器人可靠性分析 [J].现代制造技术与装备，2015（1）：25-26.

[11]秦锋，胡启国，刘廷.基于概率有限元的工业机器人小臂可靠性分析 [J].机电信息，2016（21）：106-108.

[12]罗天洪，刘淼，马翔宇，等.扩张卡尔曼滤波和配准算法的工业机器人误差补偿 [J].机械科学与技术，2016， 35 （10）： 1550-1555.

日本现超高性能新型量子计算机 瞬间解析复杂算法

据日本共同社报道，日本NTT物性科学基础研究所等11月20日宣布成功研发了超高性能的新型量子计算机，可以瞬间解析以往计算机不易解开的复杂算法。研究所计划进一步优化性能，使之成为提高交通网、无线通信等各类网络效率的强力武器。

研究所还计划27日起在网络公开该系统，以便一般用户试用。

围绕量子计算机，正在进行着各种不同类型的研发。此次的新型计算机类型与解析银行结算和电商交易密码的不同。

计算机由该研究所首席特别研究员武居弘树等人研发。该机擅长从庞大的排列组合中找出最佳正确答案，在将2 000人按关系亲疏分组的测试中，以0.005 s的速度得出了正确答案，速度约是目前最快的大型计算机的100倍。

其基本原理是促使在光纤回路中形成大量的激光 “粒子”，根据分析何种状态下光粒子最为稳定而推导出结论。温度变化曾是影响其工作时间的最大因素，团队通过将其放置在不易导热的箱子中等，把连续工作时间从试验阶段的10 min延长至24 h。

（摘自新浪科技）