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)機器人是自動化技術發(fā)展的高度產(chǎn)物，它綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能和仿生學等多種學科，由操作機、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，是先進制造技術領域不可缺少的自動化設備，它的應用是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。工業(yè)機器人的可靠性是機器人在生產(chǎn)中能否長期穩(wěn)定運行的關鍵。隨著全球新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構的調(diào)整，工業(yè)機器人已經(jīng)成為了先進制造業(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)濟結(jié)構轉(zhuǎn)型的 “推力”、人口結(jié)構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)機器人市場的蓬勃發(fā)展。作為全球第一大工業(yè)機器人的應用市場，我國相繼出臺了 《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》等政策，明確地提出了實現(xiàn)機器人關鍵零部件和高端產(chǎn)品的重大突破，實現(xiàn)機器人質(zhì)量可靠性大幅提升的要求。因此，研究工業(yè)機器人的可靠性對于減少工業(yè)機器人系統(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

本文采用文獻計量統(tǒng)計法對國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性文獻進行分析，采用Excel軟件統(tǒng)計近幾十年國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性文獻的情況，以反映截止到當前國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究文獻的發(fā)表動態(tài)。采用Citespace可視化軟件，繪制國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究的科學知識圖譜，分析當前工業(yè)機器人可靠性研究的熱點與趨勢。

1.2 數(shù)據(jù)來源

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

2 國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性文獻的可視化分析

2.1 相關文獻的時間分布

基于篩選出的132篇有效文獻，通過Excel軟件對其進行了時間序列分析，所得到的結(jié)果如圖1所示。從圖1中可知，國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究是從1989年馮佩芳在 《現(xiàn)代防御技術》期刊上發(fā)表B S Dhillon的 《機器人的可靠性與安全性》一文的中文版開始的，文中提出機器人可靠性問題是一項復雜的問題，認為影響機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)機器人可靠性》和 《工業(yè)機器人液壓系統(tǒng)污染控制及可靠性研究》兩篇文獻，為后來工業(yè)機器人可靠性的研究奠定了基礎[2-3]。其中，朱北園認為要提升工業(yè)機器人的可靠性，必須對工業(yè)機器人的電子元器件、機電元件、機械零件、液壓元件和氣動元件進行可靠性試驗驗證，采用失效模式與影響分析 （FMEA）、故障樹分析（FTA）等方法進行可靠性分析。

縱觀國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性文獻時間分布發(fā)現(xiàn)，繼1989年發(fā)表第一篇相關文獻，1990年發(fā)表兩篇文獻奠定該領域的研究基礎后，學術界一直未在此領域有更深層次的研究，雖然1995年發(fā)表了5篇相關文獻，整體研究數(shù)量有所增長，但隨后相關研究則一直處于空白期，發(fā)表文獻的數(shù)量基本處于個位數(shù)，整體數(shù)量變化不大。從2011年起，相關研究文獻的數(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)學術界對于工業(yè)機器人可靠性研究得較少，經(jīng)過近30年時間，研究文獻總量僅達到132篇，除2013-2017年處于研究高峰期外，其余年份相關研究文獻數(shù)量僅為個位數(shù)，表明該領域仍具有一定的研究空間。

圖1 國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究文獻的時間分布

2.2 相關文獻的科學知識圖譜分析

基于Citespace軟件繪制132篇有效文獻數(shù)據(jù)的作者合作、機構合作的科學知識圖譜。

作者合作的科學知識圖譜如圖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)點表示該作者的發(fā)文章量，節(jié)點越大，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系。從圖2中可知，國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究領域主要作者為王洪光、戴建生和陳殿生，3位作者在該領域發(fā)表的文獻篇數(shù)均超過5篇。

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

圖2 國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究作者合作的科學知識圖譜

表1 國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究文獻發(fā)表量排名前10的機構

2.3 國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性分析方法

對132篇有效文獻進行二次篩選，篩選出與工業(yè)機器人可靠性分析方法相關的文獻，共計10篇。對10篇文獻進行分析可知，當前學術界主要采用機器人可靠性模糊評價方法、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于工業(yè)機器人可靠性的研究 （如表2所示）[4-12]，整體關于國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性分析方法的研究較為缺乏。

表2 國內(nèi)關于工業(yè)機器人可靠性分析方法的文獻

3 結(jié)束語

本文從有效文獻的時間分布、主要作者、機構和主要方法等角度對國內(nèi)工業(yè)機器人可靠性研究進行了分析，得出以下結(jié)論：1）國內(nèi)對于工業(yè)機器人可靠性的關注度較低，已發(fā)表的相關文獻較少，從1990年發(fā)表第一篇相關文獻至今，相關文獻的總數(shù)僅達到100余篇，但從側(cè)面反映該領域仍具有較大的未開拓的研究視角；2）國內(nèi)關于工業(yè)機器人可靠性研究的高產(chǎn)作者較少，主要研究機構較為分散，研究主力為大學；3）國內(nèi)關于工業(yè)機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，且該領域研究甚少，發(fā)表文獻僅為個位數(shù)。

由于可靠性評估是對工業(yè)機器人可靠性分析的基礎工作，良好的評估方法能夠為工業(yè)機器人可靠性的提高及可靠性管理提供支持，同時能夠為準確預測工業(yè)機器人的維修、維護提供可靠的技術支撐，從而能夠在技術層面上延長工業(yè)機器人的使用時間，提高其使用可靠性。

隨著國家對工業(yè)機器人及其質(zhì)量的愈加重視，未來關于工業(yè)機器人可靠性的研究將逐步地成為熱點研究領域。未來可采用神經(jīng)網(wǎng)絡分析法、灰色預測模型、FMEA等多種方法對工業(yè)機器人的可靠性進行評估預測分析，拓寬當前學術界對此領域的研究方向，增強對工業(yè)機器人的可靠性分析，推進工業(yè)機器人可靠性的提升，促進我國工業(yè)機器人發(fā)展水平的不斷提高。

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

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

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

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

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

[6]王改云，梁芬，朱名日，等.基于故障樹的焊接機器人可靠性分析 [J].微計算機信息 （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)機器人系統(tǒng)可靠性分析 [J].機電工程技術，2017， 46 （8）： 48-52.

[8]李廷春，李琳，張鐵.基于可靠性分析的機器人系統(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)機器人系統(tǒng)可靠性預測方法研究 [J].南京師范大學學報 （工程技術版），2008，8（2）：6-9.

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

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

[12]羅天洪，劉淼，馬翔宇，等.擴張卡爾曼濾波和配準算法的工業(yè)機器人誤差補償 [J].機械科學與技術，2016， 35 （10）： 1550-1555.

日本現(xiàn)超高性能新型量子計算機 瞬間解析復雜算法

據(jù)日本共同社報道，日本NTT物性科學基礎研究所等11月20日宣布成功研發(fā)了超高性能的新型量子計算機，可以瞬間解析以往計算機不易解開的復雜算法。研究所計劃進一步優(yōu)化性能，使之成為提高交通網(wǎng)、無線通信等各類網(wǎng)絡效率的強力武器。

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

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

計算機由該研究所首席特別研究員武居弘樹等人研發(fā)。該機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算機的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)定而推導出結(jié)論。溫度變化曾是影響其工作時間的最大因素，團隊通過將其放置在不易導熱的箱子中等，把連續(xù)工作時間從試驗階段的10 min延長至24 h。

（摘自新浪科技）