báo cáo tổng hợp và phân tích tình hình phát triển và ứng dụng robot công nghiệp trên thế giới

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)


11

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.

12













Hình 6. Số lượng robot công nghiệp được lắp đặt
trong 2003 – 2004 và dự báo trong 2005 – 2008.
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
trong 2003 – 2004 và dự báo trong 2005 – 2008.
Tính đến cuối quý II năm 2005, theo số liệu khảo sát của UNECE/IFR
thì so với năm 2004 số lượng đơn đặt hang mua các loại robot công nghiệp
tăng trung bình là 13% và phân bổ theo các vùng miền như sau:
Bắc Mỹ + 36% Châu Á -1%
Sô lượng
Số lượng

13
Châu Âu +7% Các vùng miền khác -49%
Hình 8 là biểu đồ thay đổi về số lượng robot tính trên 10.000 công nhân
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. Qua đấy

cũng thấy các dự báo từ những năm trước chỉ là số liệu tham khảo. Còn kết
quả khảo sát của UNECE/IFR năm 2009 sẽ trình bày ở phần cuối.
Các cuộc khảo sát của UNECE/IFR rất chú ý đến các số liệu thống kê,
phân tích thị trường, dự báo cho các năm tiếp theo. Việc khảo sát được tiến
hành ở nhiều khu vực riêng lẻ nhưng cũng có những số liệu tổng thể trên toàn
thế giới.
Không như dự báo, năm 2006 so với năm 2005, doanh 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%
Số lượng
Hoa Kỳ
Châu Âu
Đức
Italy
Thụy Điển
Phần Lan
Tây Ban Nha
Pháp
Benelux
Vương quốc
Anh
Đan mạch
Áo

14
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
giới theo từng năm.

Năm 2006 hơn 61.700 robot được cung cấp cho các nước Châu Á (bao
gồm cả Australia và New Zealand), ít hơn trong năm 2005 khoảng 19%.
Ở Nhật Bản trong năm 2006 lượng hàng robot công nghiệp so với năm
2005 giảm đi 26%, tương đương 37.400 chiếc. Ở Hàn Quốc, giảm 17%, tương
đương 10.800 chiếc. Ở Trung Quốc là thị trường robot đứng thứ 3 ở Châu Á,
trong năm 2006 đã lắp mới 5.800 robot, nhiều hơn 29% so với năm 2005. Ở
Ấn Độ, năm 2006 so với 2005, lượng robot được cung cấp cũng tăng gấp đôi,
khoảng 850 chiếc. Ở các nước khác ở Châu Á, như Indonesia, Malaysia,
Philippines, Singapore, Đài Loan, Thái Lan và Việt Nam sức mua hàng robot
cũng tăng khoảng 7%.
Ở các nước Châu Mỹ mức đầu tư cho robot công nghiệp giảm 18%,
tương đương 17.900 chiếc. Tuy nhiên ở các nước như Mexico, Argantina và
Brazil lại tăng khoảng 10%.
Ở các nước Châu Âu, lượng hàng robot công nghiệp bán được giảm
11%, tức là khoảng 31.500 chiếc. Tuy nhiên ở Đức, thị trường lớn nhất ở
Châu Âu lại tăng 13%, tức khoảng 11.400 chiếc.
Số lượng

15
Bảng dưới đây là số liệu về thị trường thế giới về robot công nghiệp và
dự báo giai đoạn 2007 – 2010.

Các nước

Lắp mới hàng năm
Thị trường cuối năm
2005
2006
2007
2010
2005
2006
2007
2010
Châu Mỹ
21,986
17,910
21,400
24,400
143,634
154,680
167,100
209,000
Bắc Mỹ
21,567
17,417
20,500
23,000
139,984
150,725
162,400
200,900
Trung Nam Mỹ
419

493
900
1,400
3,650
3,955
4,700
8,100
Châu Á/Úc
76,047
61,748
66,000
75,000
481,652
479,027
500,500
579,900
Trung Quốc
4,461
5,770
6,600
7,900
11,557
17,327
23,900
47,000
Ấn Độ
450
836
1,600
4,500

1,069
1,905
3,500
14,100
Nhật Bản
50,501
37,393
39,900
42,300
373,481
351,658
355,000
362,900
Hàn Quốc
13,005
10,756
10,700
11,800
61,576
68,420
73,600
94,000
Đài Loan
4,096
4,307


15,464
19,204

Thái Lan
1,458
1,102


2,472
3,574


Các nước Châu
Á khác
1,163
812


11,095
11,385


Úc/NewZealand
913
772


4,938
5,554


Châu Âu

28,432
31,536
35,000
39,000
296,918
315,624
329,800
380,000
Áo
485
498


4,148
4,382


Benelux
1,097
1,459


9,362
10,128


Đan Mạch
354
417

2,661
3,103


Phần Lan
556
321


4,159
4,349


Pháp
3,077
3,071
3,300
3,200
30,236
32,110
34,000
38,800
Đức
10,075
11,425
12,700
13,000
126,294
132,594

137,900
147,400
Italya
5,425
6,259
6,900
6,400
56,198
60,049
63,800
72,000

16
Nauy
115
181


811
960


Bồ Đào nha
144
268


1,542
1,710

Tây Ban Nha
2,709
2,409


24,141
26,008


Thụy Điển
939
865


8,028
8,245


Thụy Sỹ
442
458


3,732
3,940


Thổ Nhĩ Kỳ
207

368


403
771


Anh
1,363
1,220
1,000
800
14,948
15,082
15,300
13,800
Trung/Đông Âu
1,287
1,322


9,446
10,781


Các nước khác
Châu Âu
157
995

809
1,502


Châu Phi
204
426
700
900
634
1,060
1,700
4,400
Tổng
126,669
112,203
123,100
139,300
922,838
950,874
999,100
1,173,300

Về mật độ sử dụng robot tính theo số lượng robot trên 10.000 công
nhân thì năm 2006 ở Nhật Bản là 349, còn ở Hàn Quốc là 187.
Ở Châu Âu mật độ sử dụng robot cao nhất ở Đức là 186, ở Italya là
138, ở Thụy Điển là 123, ở Phần Lan là 101, ở Pháp là 92, ở Tây Ban Nha là
79, ở Đan Mạch, Áo, Thụy Sỹ, Anh là từ 50 đến 72, ở Nauy là 33 và ở Bồ
Đào Nha là 19.

Ở Hoa Kỳ mật độ sử dụng robot chỉ là 99. Như thế ở Đức và Hàn Quốc
mật độ sử dụng robot cao hơn Hoa Kỳ gần 90% và ở Nhật Bản cao hơn 2,5
lần.
Nếu chỉ tính trong ngành công nghiệp ô tô thì mật độ sử dụng robot ở
Nhật 1820, ở Italya là 1630, ở Đức là 1.220, ở Pháp là 1.160 ở Tây Ban Nha
là 970, ở Hoa Kỳ là 830, ở Vương quốc Anh là 600, ở Thụy Điển là 590.
Về loại hình robot được sử dụng nhiều hơn thì theo số liệu năm 2006
có 67.478 robot loại hoạt động theo hệ tọa độ phỏng sinh, giảm 9% so với
năm 2005, có 24.148 robot loại theo hệ tọa độ vuông góc, giảm 4% so với

17
năm 2005, có 15.509 robot loại theo hệ tọa độ trụ, thấp hơn 71% so với năm
2005 và 1867 robot loại SCARA, cao hơn 48% so với năm 2005.
Từ hình 11 đến hình 28 là các biểu đồ về tình hình cung ứng robot công
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





18
Hình 13 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp theo các loại hình công việc
phục vụ thời điểm cuối năm 2005 – 2006

Hình 14 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Mỹ
















Số lượng

19
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

20
Hình 17 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Mỹ theo các
lĩnh vực ứng dụng

Hình 18 là Biểu đồ thị trường robot theo các năm ở Châu Mỹ













Số lượng

21
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


Số lượng

22
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 Á/ Úc theo các
lĩnh vực ứng dụng




23
Hình 23 là Biểu đồ thị trường robot ở Châu Á/ Úc

Hình 24 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Âu











Số lượng
Số lượng

24
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

25
Hình 27 là Biểu đồ cung ứng robot công nghiệp ở Châu Âu theo các
ngành nghề công nghiệp chủ yếu



Hình 28 là Biểu đồ thị trường robot ở Châu Âu theo các năm











Số lượng