摘 要 工业机器人近几年得到快速发展，广泛应用于各个领域。首先，分析了国内外工业机器人的发展态势及在产业方面的差距；然后，介绍了工业机器人在石油领域的应用案例，说明工业机器人在石油领域应用空间广阔；最后，提出了加快推进工业机器人在石油领域应用的建议。
关键词 工业机器人；石油；应用；发展
1 工业机器人的发展态势浅析
工业机器人具有柔性好、自动化程度高、可编程性、通用性等特点，已经广泛运用到汽车制造、机械加工、电子信息等诸多领域，机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。
素有工业机器人“四大家族”之称的发那科、安川电机、ABB、KUKA分属于日本、瑞士、德国，工业机器人除机器人本体以外的伺服电机、减速器、控制系统等核心部件也多被“四大家族”所掌控，使我国工业机器人与国外厂商的竞争力和产品成本差距较大。2014年，“四大家族”机器人业务收入约55亿美元，占了全球工业机器人约50%的市场份额，更占据中国机器人产业70%以上的市场份额，几乎垄断了国内机器人制造、焊接等高阶领域[1]。但近年来，新兴企业不断涌现打破工业机器人市场的现有格局，四大主要企业的垄断地位日益受到威胁，丹麦优傲机器人生产的6轴串联工业机器人和Rethink Robotics生产的机器人具备轻巧灵活等特点，广受市场青睐。各国机器人企业不断崛起，涌现出埃斯顿、沈阳新松、广州数控等具备相当竞争力的机器人企业，新兴崛起的机器人企业使机器人使用成本大幅下降，老牌机器人企业数量和价格上都受到极大影响。2014年，我国机器人销量已占到全球销量的约四分之一，其中国产机器人占国内市场份额逐年上升，2014年比重接近29%[2]。谷歌、阿里巴巴等互联网企业进军机器人市场，正在形成工业机器人领域新的竞争格局。
2015年，我国发布了《中国制造2025》战略规划，将机器人产业的发展提升到战略层面。根据国家工信部《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》，到2020年，要建立完善的智能制造装备产业体系，产业销售收入超过3万亿元，实现装备的智能化及制造过程的自动化。随着相关政策与资金的逐步落实，将有力促进我国工业机器人产业的快速发展[3]。
2 工业机器人在石油领域的应用
2.1 焊接机器人在石油领域的应用
焊接机器人的应用，改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高生产效率，焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性，对于保证产品焊接质量至关重要。
焊接机器人目前在石油领域的应用日益广泛。如国内石油钻机龙头企业，中石油宝石机械公司引进了KUKA焊接机器人在大型石油钻机部件，如游车侧板、箱形梁上进行自动焊接作业，达到了提升产能及效率、提高质量、降低劳动强度的效果，使该公司钻机构件焊接自动化水平大幅提高。
为解决水下焊接危险性高、工艺要求高的特点，武汉理工大学研制的牵索塔式钻井平台桁架结构水下机器人提高了工作效率。目前国内外球罐焊接机器人应用比较成熟，美国BUG-O和A.O.Smith公司、加拿大Servo-robot公司、日本神户制钢等公司的全位置球罐焊接机器人水平最高，国内北京石油化工学院开发的轨道全位置智能焊接机器人、清华大学研制的爬行式全位置焊接机器人大幅提高了传统手工焊接效率，焊接质量高，已具备施工资质[4]。
2.2 工业机器人已服务海洋能源开发
由美国斯坦福大学发明的潜水机器人“海洋一号”是一个一体化的机器人系统，拥有人类的视力、触觉感知能力并装有人工大脑。我国自主研制成功“海马号”4500米级深海非载人遥控探测潜水器、“海牛号”3000米级海底多用途钻机等，深地、深海探测能力显著增强[5]。
水下机器人（ROV）在海洋油气开发中作用巨大，可广泛应用于水下井口装置、水下防喷器系统（BOP）、水下采油树的安装检修等作业。国外在海洋钻井作业中已非常普遍适用，而国内的产品研制才刚刚起步，沈阳新松、中科院自动化所依托国家项目研制了水下机器人，进行了现场试验。
另外，快速增长的海底油气管道铺设工作，及防止因海底管道泄露造成巨大的经济损失及环境污染，需要高效率和紧急修复的水下管道焊接机器人与维修机器人。法国Saturmax Bug双焊炬管道全位置自动焊接机器人应用效果良好，挪威STATOIL公司海底管道维修机器人系统，采用高压干法水下焊接方法，通过远程控制完成水下焊接工作。北京石油化工学院研制的适用水下3000米深水铺管的具备狭窄间隙焊接能力的海底管道铺设焊接机器人，同时也开展了高压干法水下管道维修焊接机器人的研究[4]。
2.3 工業机器人在石油高危、复杂环境中的应用
工业机器人可以代替人在危险的或人无法到达的环境下作业。例如，哈萨克斯坦的卡萨干油田含有致命硫化氢气体，很多工作必须得由机器人来完成，荷兰壳牌石油公司使用一款名为“Sensabot”可以用于监控设备和执行安全检查任务、探测可能存在的有毒和易燃气体的机器人，它是第一台在油气行业被许可用于爆炸性环境的机器人，工程师通过远程操控平台，通过WiFi或移动网络，引导 Sensabot进行各种工作。像英国BP等其他石油公司，也正在研发机器人设备，来监控油气管道设施，壳牌的Sensabot是石油行业自动化进程的一个典型代表[6]。
在石油复杂环境中应用的水平井牵引机器人与通常的管道机器人相比工作环境非常恶劣，工作空间严重受限，牵引动力性能越来越高，它可广泛用于油田水平井的各项作业，机器人主要由驱动机构、测量机构及辅助行走机构组成，水平井牵引机器人经过最近十多年的发展，经过陆上和海上油田测井实践及多家测井公司的不断完善，结构被不断改进，可靠性和性能不断提高。其中，国外WELLTEC、Schlumberger公司支撑式牵引机器人、OMEGA公司伸缩式牵引机器人是典型代表，已投入现场应用。国内哈尔滨工业大学、西南石油大学在水平井牵引机器人开发方面处于国内前沿水平[7] 。
其他，如中石油川庆钻探公司研制的工业机器人在测井探针放射源装配中的应用，使操作人员摆脱了放射性物质对身体的危害，确保测井作业的安全生产[8]。另外，石油天然气化工行业对自动清罐机器人在洗塔、清罐等空间有限、高危环境中高效、安全地完成任务，降低工作强度的期望强烈，应用前景非常广阔。
3 发展建议
中国的工业机器人市场今后将是技术不断提高，市场迅速扩大，市场竞争激烈的局面。预计今后的几年内，国内工业机器人的需求量将以35%以上的速度高速增长。
石油工业是国民经济的支柱产业，其生产具有规模大、工艺复杂，有许多高危、复杂作业环境等特点。随着天然气、非常规能源开发，尤其是海洋油气开发，对该领域工业机器人的需求将快速增长。但与发达国家该领域工业机器人技术相比，我国还存在较大差距，尤其是核心部件亟须实现技术突破，如伺服电机、控制器、减速器等阻碍成本降低，减缓工业机器人在石油领域的投入应用。
因此，国内企业应抢抓机遇，加快资源整合，在产品可靠性、针对性、核心高附加值的关键部件方面下功夫，推进该领域工业机器人的应用步伐。随着ABB、KUKA等众多国外机器人企业逐渐将市场主要目标从传统汽车领域放在新的增长领域，国产工业机器人的时间差很快就会被抹去。可以预计，随着产业化进程的不断推进，工业机器人在未来石油领域的应用空间将日益广阔。
参考文献
[1] 机器人大战 百年发展成就工业机器人“四大家族”[EB/OL]. http：//mt.sohu.com/20160912/n468211720.html，2016-09-12.
[2] “四大家族”工业机器人领域新的竞争格局正形成[EB/OL].http：//news.xinhuanet.com/politics/2016-03/21/c_128818746.html，2016-06-14.
[3] 新机器时代工业机器人行业发展研究[EB/OL]. http：//robot.ofweek.com/2016-08/ART-8321202-8420-30019247_7.html，2016-08-04.
[4] 石油化工行业特种焊接机器人技术现状及发展[EB/OL]. http：///t/37660/2016/0817/5684869.html， 2016-08-17.
[5] 高危行业，让机器人来“站岗”？[EB/OL]. http：//dzb.zgsyb.com.cn/syb/html/2016-11/21/content_7391469.html，2016-11-30.
[6] 當石油行业机器人在无人岛，会发生什么？[EB/OL]. http：///news/201609/18/35921.html，2016-09-18.
[7] 白相林，李浩呈，刘文剑. 油田水平井牵引机器人驱动单元的设计[J].吉林大学学报，2008，38（09）：122-127.
[8] 雷绿银，陈雄，李红刚，等. 工业机器人在放射源装卸控制系统中的应用[J]. 石油仪器，2014，28（05）：21-24.
作者简介
第一作者：阎炫彤，男，1998年10月出生，现宝鸡中学学习。