機器人標準體系國內外對比研究

王雨 徐月 邢超超

【摘要】 首先，闡述了機器人標準化的必要性與重要性，并運用魏爾曼三維體系框架的思想搭建了機器人標準體系框架，該體系提升了標準容量，能夠準確定位機器人相關標準;其次，進一步分析了國內外機器人標準化組織及機器人標準化現(xiàn)狀;最后，對比分析了我國機器人標準體系存在的不足，并提出了相關舉措。該研究有助于加快我國機器人標準制修訂步伐，助力機器人產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

【關鍵詞】 機器人;魏爾曼三維體系;標準化組織;標準體系;國內外對比

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.002

Comparative Research on Robot Standard System at Domestic and Abroad

WANG Yu，XU Yue，XING Chao-chao

（China Automotive Technology and Research Center <Tianjin> Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

Abstract： Firstly，this article explains the necessity and importance of the robot standard system，using Verman's 3D system framework to complete and build the robot standard system framework，which increases the standard capacity，which can accurately locate robots standards. Secondly，further analyzed the standardization organization of international and domestic robot standardization organizations and robot standardization. Thirdly，compared and analyzed the shortcomings of our robot standard system，and proposed relevant measures. This research will help accelerate the pace of our robot standard formulation and revision，and help the industry's health and continuous development.

Key words：robot;Verman 3D structure model;standardization organization;standard system;domestic and foreign comparison

隨著我國“機器換人”戰(zhàn)略的提出，機器人產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展階段，為加強機器人產(chǎn)業(yè)的頂層設計，國家發(fā)布了《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》[1]，經(jīng)過國家與行業(yè)政策指引，機器人產(chǎn)業(yè)由高速發(fā)展進入了高質量發(fā)展的新階段。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計報告中的數(shù)據(jù)顯示，中國擁有全球最大的機器人市場，國內初創(chuàng)企業(yè)投融資情況良好，國際機器人巨頭也紛紛在華持續(xù)投資，體現(xiàn)出中國機器人市場具有良好前景。2018年，工業(yè)機器人裝機總量占全球總量的38%，2019年，由于汽車市場低迷，裝機總量比2018年減少了9%，但仍高于歐洲和美洲裝機總量，占全球工業(yè)機器人裝機總量的30%以上。

隨著我國機器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，新技術、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)不斷涌現(xiàn)，但由于相關技術標準滯后于產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展、標準體系交叉重疊等問題，扼制了我國機器人產(chǎn)業(yè)向高端方向發(fā)展。因此，我國應更加重視機器人標準體系的建設工作，用以支撐機器人產(chǎn)品與技術服務能力，提高行業(yè)準入門檻，設立企業(yè)動態(tài)白名單，防止產(chǎn)能過剩。

為推進機器人標準化工作，搶占國際市場，國家標準化管理委員會批準成立了國家標準化總體組和國家機器人技術咨詢委員會，并發(fā)布了《國家機器人標準體系建設指南》[2]，構建了我國機器人產(chǎn)業(yè)標準體系的總體框架，但目前仍存在標準體系分散交叉等問題，尚未形成完整有序的標準體系，需進一步針對機器人標準體系進行系統(tǒng)梳理，與機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家標準體系對比，查找差距和不足，以規(guī)范我國機器人產(chǎn)業(yè)高端有序發(fā)展。

1 我國機器人標準體系建設研究

1.1 機器人標準體系結構分析方法

建立適合我國實際發(fā)展的機器人標準體系，是推行機器人標準化工作的重要一環(huán)，這將有利于推進技術進步，加強國際合作，提升產(chǎn)品質量。為有效解決機器人標準體系分散交叉問題，本文利用魏爾曼三維機構模型理論[3]，優(yōu)化我國機器人標準體系。魏爾曼標準體系由標準層次、專業(yè)序列、行業(yè)門類三個層次構成，三個層次形成的空間曲面構成了機器人標準體系的內容。在三維坐標體系中，每一層次可無限細分，形成完整獨立的一維空間體系?；谖籂柭S結構模型基礎理論，本文借鑒現(xiàn)有相關工業(yè)產(chǎn)品標準體系建設思路，結合我國機器人產(chǎn)業(yè)特點，提出了我國機器人標準體系構建方法，將機器人標準體系細分為產(chǎn)品維、種類維和技術維三個維度（見圖1）。

1）種類維

在種類維度上，按照機器人標準化對象，將其分為基礎標準、檢測與評定標準、系統(tǒng)集成標準、整機標準與零部件標準。其中，基礎標準主要包括詞匯、通用技術條件等;檢測與評定標準包括可靠性、電磁兼容等;整機標準包括整機性能測試等;零部件標準包括減速器、伺服電機性能測試等;系統(tǒng)集成包括整機協(xié)作安全等。

2）產(chǎn)品維

在產(chǎn)品維度上，國際通用定義將機器人分為工業(yè)機器人與服務機器人。近些年，我國特種機器人應用逐漸增多，因此，結合我國實際機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征，將機器人分為：工業(yè)機器人、服務機器人和特種機器人，其中，醫(yī)療機器人、物流機器人等均劃分在服務機器人類別中。

3）技術維

在技術維度上，根據(jù)機器人應用場景主要為多機協(xié)作的特點，將技術層次分為感知層、網(wǎng)絡層、應用層三個維度。感知層主要包括先進傳感器技術，網(wǎng)絡層主要包括網(wǎng)絡及接口服務技術，應用層主要包括協(xié)作機器人安全技術等。

1.2 機器人三層標準體系框架

結合機器人標準體系結構分析方法的三個層次，將機器人標準體系從種類維進行細分，如圖2所示。

2 國內外機器人標準體系現(xiàn)狀

2.1 國際機器人標準化組織現(xiàn)狀

國際組織中涉及機器人標準化組織有ISO、IEC等。其中，ISO有中央標準化委員會，即機器人技術委員會TC 299，制定了絕大多數(shù)機器人及機器人相關標準。目前，TC 299下設6個工作組，覆蓋基礎、個人護理、工業(yè)安全、服務機器人、醫(yī)療機器人、模塊化領域。

IEC建立了分布型組織，其中機器人標準主要由技術委員會和各領域附屬委員會制定，包括IEC/TC 59（家用和類似用途電器性能技術委員會）、IEC/TC 61（家用和類似用途電器安全技術委員會）、IEC/TC 62（醫(yī)用電氣技術委員會）、IEC/TC 116（電動電器工具安全技術委員會）、IEC/TC129（電力機器人標準化技術委員會）等。為解決各技術委員會間的交叉協(xié)同問題，IEC建立了機器人應用技術咨詢委員會。

2.2 我國機器人標準化組織現(xiàn)狀

為進一步解決我國機器人標準化交叉無序的現(xiàn)狀，經(jīng)國家標準化管理委員會批準，成立了國家機器人標準化總體組和專家咨詢組?？傮w組和專家咨詢組的成立，有利于統(tǒng)籌發(fā)揮內部各技術委員會的資源和優(yōu)勢，為各技術委員會搭建了充分交流合作平臺，加強了標準實施效果，有效解決了彼此間信息分享不及時的問題，強化了新型高效的標準化組織機構，對機器人標準化工作進行自上而下的統(tǒng)籌協(xié)調，加快推進了機器人標準化工作。目前，總體組共匯集了國內15個技術委員會（見圖3），技術領域覆蓋了醫(yī)療、自動化、機械等。但可以清楚地看到，各個標準化技術委員會在機器人領域的標準化工作邊界有待進一步明晰，標準制修訂工作仍任重道遠。

2.3 國際組織機器人標準體系現(xiàn)狀分析

ISO近五年制修訂機器人相關標準共12項（見表1），依據(jù)產(chǎn)品類別分：服務機器人標準6項，工業(yè)機器人標準3項，系統(tǒng)集成標準3項;依據(jù)標準種類分：檢測技術與評定方法6項，基礎標準3項，系統(tǒng)集成標準3項。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得出，國際化標準組織在服務機器人領域加大標準制修訂力度，發(fā)布了《服務機器人相關性能測試方法》;在工業(yè)機器人領域，重點關注工業(yè)機器人的安全性能，發(fā)布了《協(xié)作機器人安全測試方法》。與ISO的標準全面覆蓋不同的是，IEC重點關注家庭服務機器人標準的制修訂。IEC近五年共制修訂機器人相關標準7項（見表2），均為服務機器人相關標準，其中：檢測評定標準5項，基礎標準1項，零部件相關標準1項。

2.4 發(fā)達國家機器人標準體系現(xiàn)狀分析

日本作為機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家，一直主導國際服務機器人產(chǎn)業(yè)，近五年，日本工業(yè)標準調查會制修訂了6項機器人相關標準（見表3），均為服務機器人標準，根據(jù)機器人標準體系結構分析方法，均為系統(tǒng)集成標準。可見，隨著國際人口老齡化進程的逐步加快，日本等發(fā)達國家開始關注服務機器人產(chǎn)業(yè)。服務機器人主要應用在醫(yī)療、養(yǎng)老、物流等方面，安全問題需要引起足夠重視，而標準作為引導產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展的必要條件起著不可或缺的作用。

2.5 我國機器人標準體系現(xiàn)狀分析

近五年，在國家標準化管理委員會領導和國家機器人標準化總體組的組織下，通過各技術委員會的努力，我國已發(fā)布機器人相關標準83項，標準范圍覆蓋工業(yè)機器人、服務機器人、特種機器人等，標準領域包括基礎標準、檢測與評定方法標準、整機標準、關鍵零部件標準、系統(tǒng)集成標準等。表4為近五年我國服務機器人相關標準，共8項，其中，檢測與評定方法標準6項，基礎標準2項。

3 我國機器人標準體系存在的問題

1）標準體系需進一步完善。目前，我國機器人標準多為電氣安全、機械安全、環(huán)境可靠性等通用標準，大部分機器人領域尚無專用標準。因此，制訂相關專用標準，重點關注服務機器人、特種機器人及工業(yè)協(xié)作機器人安全領域將對發(fā)展機器人新興技術起到重要作用。

2）標準存在重復交叉現(xiàn)象。機器人作為一個多學科交叉的領域，技術委員會分布在各技術領域，存在彼此溝通不充分、不及時的問題。目前，機器人標準化總體組中相關技術委員會多達15個，工作邊界有待進一步明晰。如國家推薦標準中GB/T 12643—2013規(guī)定了工業(yè)機器人性能規(guī)范及試驗方法，而國家推薦標準GB/T 20868—2007也規(guī)定了性能試驗實施規(guī)范，具有一定重復性

3）傳統(tǒng)標準亟須升級換代。通過梳理我國機器人標準，發(fā)現(xiàn)部分傳統(tǒng)標準制修訂時間較早，尚無替換標準，已不再適合機器人產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的需要，應加快傳統(tǒng)標準替換更新工作。

4）機器人檢測與評定方法標準需要補充。部分標準只明確了相關概念和定義，相關測試方法不明確，應深度挖掘機器人相關測試方法，重點關注工業(yè)機器人、服務機器人安全協(xié)作測試標準的制修訂工作。

5）標準制修訂工作滯后于技術發(fā)展。隨著機器人產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，相關的機器人技術也在快速發(fā)展，但目前我國重點關注工業(yè)機器人標準，服務機器人標準尚未完全覆蓋，應加快創(chuàng)新機器人產(chǎn)品的標準制修訂力度，引導產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展。

6）標準體系過于分散。根據(jù)國家機器人標準化總體組發(fā)布機器人標準統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國陸續(xù)發(fā)布機器人相關標準83項，覆蓋工業(yè)機器人接口、服務機器人模塊化等領域，已深度聚焦相關前沿技術，但標準體系冗余，未能從整體布局考慮，標準所涉及領域之間過于分散。

4 完善我國機器人標準體系建設舉措

1）系統(tǒng)梳理國內外現(xiàn)有標準，明確機器人標準化和重點應用領域需求的基礎上，對比發(fā)現(xiàn)目前我國機器人標準化工作中存在標準缺失問題;在標準的制修訂、標準實施應用過程中，逐步調整、補充和完善標準體系。

2）效仿國際標準組織成立專家協(xié)同委員會，技術專家源于不同的技術委員會;加大技術委員會準入力度，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，全國汽車標準化技術委員會（TC 114）未在標準化總體組成員單位中。

3）根據(jù)需求梳理急需修訂的標準清單，明確需要替換的標準清單，在標準制修訂的過程中，需進一步考慮機器人產(chǎn)品的特殊性，與傳統(tǒng)通用標準實現(xiàn)進一步區(qū)分。

4）借鑒不同工業(yè)產(chǎn)品測試方法，標準制修訂過程中要擴大起草單位范圍，如企業(yè)、研究機構、檢測機構、高校等。

5）優(yōu)化機器人標準體系，加強檢測與評定方法、基礎標準制修訂工作，目前多數(shù)傳統(tǒng)標準缺少明確的試驗方法，操作性不強。

6）利用相關平臺，做好標準宣貫工作，使得相關新技術企業(yè)了解標準的重要性，進而主動參與新產(chǎn)品標準制修訂工作。

5 結論

機器人產(chǎn)業(yè)在智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新興發(fā)展戰(zhàn)略版圖中占有重要地位。本文采用魏爾曼三維法設計了機器人標準體系結構，分析了國際、國內機器人標準化組織及標準制修訂現(xiàn)狀，并指出了現(xiàn)有標準體系的不足，提出了應對相關缺陷的舉措，舉措的提出有利于確保產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)健康發(fā)展，對引導產(chǎn)業(yè)技術進步有著重要作用。

【參考文獻】

[1] 工業(yè)和信息化部，發(fā)展改革委，財政部.關于印發(fā)《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》的通知[A].2016-3-21.

[2] 四部委印發(fā)《國家機器人標準體系建設指南》[J].質量與認證，2017（7）：14.

[3] 許彥鑫，蘇偉.基于三維架構的綜合標準體系構建與應用[J].航天標準化，2017（3）：8-10+19.

【作者簡介】

王雨，1989年出生，男，工程師，碩士，研究方向為智能機器人技術。

徐月，1992年出生，男，工程師，碩士，研究方向為動力電池熱失控。

邢超超，1993年出生，男，助理工程師，碩士，研究方向為數(shù)據(jù)處理。