自 2023 年 1 月，工业和信息化部等十七部门印发《“机器人 +”应用行动实施方案》以来，我国机器人产业发展按下“加速键”，机器人与行业融合逐渐紧密。以煤矿机器人为代表的“机器人 + 矿山”领域已取得一定进展，其形成的技术、产品与产业孵化经验正逐步赋能其他行业，在煤矿、铝镁、钢铁、石油石化等领域的应用不断走深向实。
▍煤矿机器人行业解析
原国家煤监局 2019 年发布了《煤矿机器人重点研发目录》，涵盖 5 大类 38 种煤矿机器人，首次将煤炭工程与机器人技术进行了官方链接，为机器人在煤炭行业的应用指明了方向。随后 4 年里，工信部、国家矿山安全监察局等多个部门连续发文，持续推动智能化技术与煤炭产业融合发展，煤矿机器人作为人工智能技术在矿山领域落地应用的重要场景支撑，“机器人 + 矿山”产业开始蓬勃发展。我国煤矿机器人大致分巡检、辅助作业、救援、智能化煤机等主要品类，其中智能化煤机是在传统煤机基础上实现无人操作、自主作业，而巡检、辅助作业、救援则更多是以传统机器人形态展现，因此，煤矿机器人呈现了机器人产品进入煤矿及技术赋能煤机两方面的特点。智能煤机方面，产业链比较完善，但是在巡检、辅助作业、救援等机器人与煤矿结合方面，仍未形成系统化的产业体系。当前行业内已实现 31 种煤矿机器人的应用，占据 5 大类 38 种的 81.58%，虽然已在百余家煤矿进行应用，初步实现了部分危重场景减人替人，但对煤矿井下的恶劣场景解析以及工艺流程尚未明晰，多项关键技术尚未攻克。总体来看，目前依然处于技术攻坚阶段。战略性新兴产业的孵化必然需要经历机遇、问题和战略三个阶段，目前煤矿机器人正处于问题阶段，还需持续发展投入，未来可期。
煤矿机器人作为机器人和煤炭行业的交叉新兴学科，发展年限短，产品及产业方面还存在大量问题。研发端，总体上是细分场景和技术路线难以有效衔接带来的矛盾，以及巡检类和辅助作业类机器人实用性、可靠性难以达到客户期望导致的落地应用艰难。一是当前分类方式不能满足同一场景、不同技术路线下大量机器人产品定位精准划分，且易将成熟的工业机器人智能化水平直接定义到煤矿机器人上，缺少符合煤矿行业属性的产品价值及功能评价标准；二是巡检类机器人智能化水平、长期可靠性及品质亟待提升，AI、大模型等技术未能充分在煤矿场景下应用；三是辅助作业类机器人本体基本可靠性较差，面向井下作业工艺任务的设计理念和技术脉络尚未清晰，基础理论尚未突破；四是受限于硬件、算力、网络等因素，人机共融、集群协同管控还处于完善架构、技术优化阶段。
同时，产业端也面临着关键元器件供给能力、工艺机器人化、标准测试规范、行业与专业复合型人才、文化融合等方面存在的缺陷导致产业发展缓慢等问题，主要包含 6 方面。一是供应链薄弱且不够完善，难以实现有效的资源配置利用；二是工艺任务未能实现参数化，不能转化成机器人用模型；三是过去的标准都是以煤矿为主导的安全性标准，而机器人这种新品类更侧重性能检验，但目前相关检测机构及标准并不能打通煤矿安全约束下的机器人性能检测之间的关系，缺少相关检验检测标准和测试平台；四是既懂煤矿、又懂机器人的中高端研发人才严重供给不足；五是缺少合适的组织形态支撑先进技术和传统行业融合的战略性新兴产业发展，传统职能型组织形态的机器人企业由于采用分散式事业部模式，难以聚焦资源进行深度开发以及多产品并行开发状态下的共性技术应用；六是机器人代表的先进技术与煤矿为代表的传统行业两种文化融合艰难，煤矿环境艰苦恶劣，要求机器人可靠性高，且现场作业人员希望机器人简单实用，但机器人这种先进技术又需要相对精细化的调试、维护、保养，两种文化还需磨合。以上问题归根结底是由于煤矿井上下天然分割，网络无法全天候覆盖等行业属性带来的限制，使“机器人 + 矿山”对场景交互需求的深度更强，作业过程中离散化特征明显，造成使用端和供应端存在大量认知差异。工业机器人发展到今天已经拥有了 70 多年的工业文化与机器人技术渗透融合，本质是“机器人 + 工业”，而“机器人 + 矿山”应该基于对行业的深度理解，推动煤矿机器人产业发展。因此，未来煤矿机器人应该结合“机器人 +”的特点进行产品研发和产业构建。研发端依靠关键技术、底层算法等方面的持续攻关，解决堵点及“卡脖子”技术难题，并将煤矿机器人横向分类、纵向分级，打通技术路线与应用场景有效衔接，构建基于工艺的参数化模型库，解耦机器人智能化程度和实际需求。而产业端则需要靠提升管理、完善供应链、创新组织机制、加强上下游协同等方式来解决，打通煤矿圈、机器人圈沟通渠道，形成文化共融；通过基础固链、技术补链和融合强链完善产业链；建设测试标准体系，培养“机器人 + 煤矿”创新应用复合型高端人才；构建矩阵型组织、采用 IPD 研发模式实现多产品并行的深度与快速开发，形成共性技术、元器件、模型等的复用。
▍“机器人 +”产业融合发展思路
从煤矿机器人的发展过程中可以看到，实现“机器人 +行业”应用基本的技术架构和方法论是一致的，主要区别是各行业需求、环境等差异化带来的工艺、技术路线的差异化。在明确了异同点的前提下，结合自身的煤矿机器人产业建设经验提出 7 步“机器人 + 行业”融合发展思路。
一是形成面向法规、环境、工艺差异特征下的机器人产品设计思路及技术路线，将人工从事的工作任务步骤和动作解耦成机器人技术，形成参数化模型库，提供具有行业特色的机器人解决方案。二是要推动以机器人为代表的创新技术与传统行业文化融合，将创业团队从新技术的跟随者逐步转变成为新技术的驱动者。三是打造行业与产业融合创新模式，在行业内孵化既有行业经验又有产业经验的企业、团队，在同一组织内实现行业企业的融合共通，同时探索先进的现代化企业管理方法，有效地把行业需求及产业建设在一套研发模式下打通。四是推动机器人产业链、供应链重构和调整，研发出适应行业法规要求和环境任务特征的关键元器件，打通协作共赢的上下游产业合作关系。五是持续丰富满足行业特性和需求的检验检测标准，不断改进和优化检验检测体系，建设专业机构与严格的监管和认证制度。六是通过教育培训、校企合作等方式，培养一批既具备机器人技术又理解行业的高素质人才。七是加强创新组织建设，机器人企业与行业企业通过设立联合实验室、研究中心等创新平台，形成机器人与行业协同联合体，实现产学研用深度融合。
▍中煤科工煤矿机器人产业孵化经验
笔者于 2019 年抓住煤矿智能化建设机遇，快速成立机器人研发团队，打造了围绕产品线进行快速孵化的产品流程化组织。发展的前 2 年，从最初的以申请科研项目研发模式，到逐渐理解按照需求进行产品线梳理，通过科学的 IPD 研发体系保证了面向需求并基于平台的快速开发，从无到有建立煤矿机器人生产基地及多场景交互式测试中心，打造了生产及工艺质量测试体系，过程中实现了成果快速产出，但也暴露出大量问题。又经过 2 年的调整，企业初步走向正轨，形成了不断推动煤矿机器人产业发展的 7 个“1 套”核心竞争力体系，包含 1 套机器人的产品研发体系及多品类机器人、1 套技术体系及多项关键核心技术、1 套产业体系、1 套生态合作圈、1 套人才队伍、1 套“机器人 +”文化、1 套煤矿机器人“引领性” 认知，探索出一条“机器人 + 矿山”的崭新产业孵化路径。煤矿机器人产业基地如图 1 所示。一是构建了机器人产品研发及技术攻关体系，梳理形成了 6 条产品线、6 个开发平台、17 条技术线，开发出煤矿及非煤特种机器人 30 余款，攻克 40 余项原创关键技术，推动先进技术在传统行业落地应用。二是锻造了“机器人 + 煤矿”融合的企业文化，在当前技术不能一次性满足客户需求的条件下，高端人才勇于深入煤矿现场，逐步去挖掘阶段性应用场景并实现分步落地应用，形成了基于市场化项目运作满足客户分阶段要求的观念。三是建设了“机器人 + 矿山”生态合作圈，牵头成立了第一个“机器人 + 行业”组织 ——“机器人 + 矿山”产业协同推进方阵，推动创新链与产业链融合发展。四是打造了涵盖研发、生产、销售等的人才队伍，培养了大批“煤矿 + 机器人”复合型人才。五是结合华为生态构建了 AI 在矿用机器人领域中的硬件及算法国产化技术应用体系，实现系列化机器人算力平台迁移和原创性算法适配，完成了百余台套国产化机器人的现场交付应用。六是打造持续引领中国矿山机器人技术和产业的认知体系，第一个提出了巡检、辅助作业机器人技术架构，第一个发布了煤矿机器人分类分级体系，第一个获批工信部煤矿机器人产业技术基础服务平台，推动了整个中国矿山机器人发展。七是重构了面向机器人战略性新兴技术与传统企业结合的组织形态，探索出了基于共性技术开发平台的面向传统行业广域场景的多品类机器人模块化开发的新型研发模式，实现了矩阵型组织下基于 IPD 研发模式和 CBB 共用单元的模块化复用和面向行业、场景与任务的快速开发，效率提升了 70% 以上。煤矿机器人产品图谱如图 2 所示。
图1 煤矿机器人产业基地
图2 煤矿机器人产品图谱
▍总结
以矿山机器人为代表的机器人和 AI 技术赋能千行百业，是未来产业高质量发展的重要路径和保障。笔者结合自身产业孵化经历，深度剖析行业发展规律，针对产品和产业两方面的 10 个痛点，提出了机器人与行业融合发展 7 步路径；系统性梳理产业孵化经验，不断围绕个人、企业、行业痛点出发，通过不断试错和探索，打造形成 7 个“1 套”核心竞争力体系，期望能够为机器人与其他行业融合发展提供助力。
▍关于中煤科工机器人
中煤科工机器人科技有限公司成立于2021年,是国资委所属大型中央企业中国煤炭科工集团有限公司的全资二级子公司,也是中国煤炭科工集团定点发展特种机器人核心零部件、技术和产品的产业基地。公司主营业务包括煤矿、铝镁、钢铁等特种行业巡检、辅助作业、救援机器人产品,机器人集群指挥调度以及人工智能技术与多行业融合应用。是中煤科工集团煤矿机器人产业链链主单位,机器人学科与产业建设牵头单位、煤矿机器人创新团队负责单位及煤矿机器人产品线牵头单位,致力于打造中国矿山具身智能机器人原创技术策源地及现代产业链链长，成为具有全球竞争力的科技创新实用型“机器人+”领军企业。
文 ／中煤科工机器人科技有限公司 王雷
