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國內外機器人應用現狀及技術發展趨勢

2019-11-29 上海鋼管行業協會 閱讀

【內容提要】本文簡述國內外機器人應用現狀,近五年來中國機器人產業規模年均增速約30%,2017年達到70億美元,其中工業機器人產量超過13萬臺,服務機器人銷量34萬臺。但工業機器人國產品牌2017年市場占有率降至27%,基礎研究薄弱,警惕核心技術空心化。回顧國外工業機器人自1959年美國發明后,日本通過消化引進,迅速發展成為“機器人王國”,與美國、德國、韓國并列為四大機器人強國。目前工業機器人不僅廣泛用于汽車、金屬等民用行業,而且成為各國軍方的技術制高點。我國工業機器人發展的目標之一是2020年國產品牌占有率要達到45%以上,國內先進企業已經在涉足核心技術,正在“彎道超車”過程中。我國工業機器人企業多達3300多家,但規模都不大,基礎研究力不強,希望政府加強支持。鋼鐵行業也應支持機器人零部件的材料開發。

1.我國機器人應用的概況

2018年8月15日第三屆世界機器人大會在北京召開,有160多家機器人企業、科研院所及高校參加;2018年9月17日世界人工智能大會在上海拉開大幕,有150多家前沿企業,200多位重量級嘉賓參加;此后召開的第20屆中國國際工業博覽會,都有一個共同亮點,各類機器人紛紛亮相,如世界機器人大會展出一個組裝汽車機器人能夠輕易舉起一輛汽車(圖1)。從世界機器人大會獲悉,五年來中國機器人產業規模年均增速接近30%,2017年達到70億美元,其中工業機器人產量超過13萬臺,服務機器人銷量34萬臺。

1.1關于機器人分類及其應用

從應用市場來看,有工業機器人及服務機器人。其中工業機器人按功能分為焊接機器人和關節機器人。2015年中國市場上工業機器人銷量66700臺,其中焊接機器人銷量12673臺,約占工業機器人銷量的1/3。

所謂關節機器人是指能完成各種運動動作的機器人(或機械臂),目前機器人多個關節數量達到6軸以上。最初為簡易形態機器人,現在國內能制造適用于多個行業的關節機器人。2015年中國市場銷售關節機器人為54027臺,約占工業機器人銷量的2/3,應用最為廣泛。

服務機器人的應用場景,廣義來說,就是非工業領域,如家庭、健康、醫療、教育、金融、體育、文化、餐飲、商業等,例如圍棋機器人(圖2),乒乓球機器人(圖3),彈鋼琴機器人(圖4)等多為關節機器人。目前我國服務機器人市場銷量為34.1萬臺。我國機器人產業的迅速發展,取得很大的成績,但也存在一些問題。

1.2國產工業機器人產業狀況的隱憂

1.2.1國產品牌工業機器人市場占有率下降。中國機器人產業聯盟2018年7月初發布數據表明,2017年國產品牌工業機器人市場份額下降6個百分點,降至不到27%,從而結束了過去五年占有率的持續增長,這其中焊接機器人市場也是如此,70%以上的焊機機器人市場被外國品牌所占領。

1.2.2警惕國產工業機器人技術空心化。過去國產工業機器人以低價在市場上取勝,如今國外品牌工業機器人價格也在下降,國產品牌的價格優勢已經弱化。更值得注意的是,國產品牌工業機器人大多數應用在搬運、碼垛和上下料等低端領域;以及長于組裝,即從國外購買工業機器人整機,在國內進行系統集成,使用的絕大多數核心軟件、關鍵零部件都來自國外,例如70%的減速機都是國外產品,成為國外品牌的代工廠。我國是世界上最大的機器人消費國,也是產量增長最快的機器人大國,但國外品牌占比越來越大,這是一個危險的信號,表明國產品牌在產業上處于邊沿化,技術上處于空心化。這也意味著我國從一開始便面臨國外領先企業帶來的充分市場競爭,也意味著跨國技術、跨國投資、合同制造是近30年來經濟全球化的基本趨勢。我國主辦上述三個世界機器人、人工智能及工業博覽會,就是為國內機器人產業開啟一扇窺視國際機器人動態的窗口,“知己知彼”的原則,也適用于商戰。

2國外工業機器人發展概述

2.1國外工業機器人產業發展簡史。世界上第一臺工業機器人始于1959年美國率先發明,十年之后于1969年美國通用汽車公司在組裝產生產線上應用點焊機器人;1973年德國發明世界上第一臺六軸機器人;1974年瑞典開發了首臺全電器微處理器控制的工業機器人;1974年日本引進美國工業機器人技術,經過七年消化,于1981年創新出全球首臺具有接觸傳感力和力覺傳感功能的弧焊機器人;1998年瑞典推出機器人路徑離線編程與仿真軟件,開創了智能機器人的雛形;2004年日本開發了機器人控制系統NX,可實現四臺機器人多達38軸同步控制;2005年丹麥研制出離線焊接機器人智能化系統,從而實現復雜結構的焊接;2006年意大利推出無線示教器的機器人;2007年日本推出當時速度最快的弧焊機器人。以上的發明創造為現代工業機器人的發展奠定了基礎,指明了方向。

2.2國外工業機器人發展現狀簡述。2016年全球工業機器人銷量超過29萬臺,世界工業機器人年產量最高的公司為2~3萬臺(套),國外品牌在高端關節機器人和復雜焊接的機器人的國際市場占絕對優勢,掌控了工業機器人四大核心部件(精密減速器、伺服電機、伺服驅動和控制器)。日本、美國、德國和韓國是工業機器人四大強國,其中日本號稱“機器人王國”,工業機器人的裝備量約占世界工業機器人裝備量的60%,在生產、使用和出口等方面都位居世界第一位。韓國為全世界工業機器人密度最大的國家約748臺,其服務于焊接加工領域的焊接機器人占全球在役工業機器人的50%左右。從品牌來看,全球工業機器人領域中,被日本發那科、安川電機、瑞士ABB和德國庫卡四個品牌占據市場份額達70%以上。2018年10月17日,日本東京舉辦了2018年世界機器人博覽會,最新的類人機器人紛紛亮相,足以以假亂真,機器人技術已相當成熟。

從全球工業機器人區域需求量的趨勢來看,亞太地區尤其中國是工業機器人安裝量增長最大的市場;從全球工業機器人下游行業需求量的潛力來看,傳統領域仍然是汽車行業,約占38.8%,約9.5萬臺,金屬行業位居第三。

工業機器人已成為軍工企業的項目,美俄研制軍用機器人有優勢。俄羅斯到2025年俄軍無人系統裝備中,機器人占比達30%,美軍在伊拉克、阿富汗戰爭中至少有10款作戰機器人上陣,俄軍在敘利亞戰爭期間投入6臺作戰機器人。從國防視角,戰斗機器人已經成為西方國家軍方角力的技術制高點。(新民晚報,2018年4月12日,21版)

3.中國機器人產業發展的方向和措施

從2018年中國召開的三個世界級博覽會,可以看出,現在有兩個熱點:一個是機器人熱,另一個是人工智能熱。這兩個熱點的交叉重疊處在機器人。有業內專家提醒說,面對“熱”要“冷思考”。

3.1關于工業機器人發展的主要目標。2013年12月份,工信部發布了《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》,要求到2020年,工業機器人行業和企業的技術創新能力和國際競爭力明顯增強,高端產品市場占有率提高到45%以上,機器人密度(每萬名員工使用機器人臺數)達到100臺以上,基本滿足國防建設、國民經濟和社會發展需要。其后發布的《中國制造2025重點領域技術創新綠皮書》,提出機器人2020年擁有自主知識產權的國產機器人及關鍵零部件具有滿足國內市場的50%的供給能力,力爭到2020年基本解決機器人關鍵零部件依靠國外的瓶頸。

以上兩個文件提出的目標完成年限為2020年,到如今約有三年的時間供機器人行業及企業去努力工作。但從前述2017年國產品牌工業機器人市場占有率已經下降到27%,與45%或50%的目標值的差距還很大,可想而知,任務頗為艱巨。從時間區隔來看,工信部上述文件提出的時間為2013年底,要求完成時間是2020年,給機器人行業和企業有七年的周期,并不算緊迫。為什么呢?從前述1974年日本川崎公司在引進美國工業機器人技術Unimate后,經七年消化,于1981年創新出全球首臺具有接觸傳感和力覺傳感的弧焊機器人,日本企業用七年時間從跟跑發展到并跑甚至領跑。工信部給工業機器人行業和企業以七年時間,要求高端產品占有率達到45%~50%,目標還是適當的。關于基本滿足國防建設的需求,這項要求比較高。前述美俄軍用機器人近7、8年來已經達到實戰水平,例如完成偵察任務,給導彈指引打擊目標,這種軍用機器人要求達到智能機器人的水平。由此可見,工業機器人產業如不緊跟時代步伐,落后是要挨打的。

3.2正視差距,彌補短板,力爭完成2020年的目標而奮起直追

我國工業機器人的差距在于核心軟件、關鍵零部件的缺失,當發生貿易戰,都可能成為致命隱患。因此,開發國產工業機器人核心技術刻不容緩。當然,國產品牌正在急起直追,已經在涉足核心技術領域的研制,并拓展市場份額,如沈陽新松、上海新時達、安徽埃夫特、廣州數控、南京埃斯頓、華中數控和嘉騰機器人等國產著名企業都取得良好業績;在AGV領域,國內品牌在與國外名牌處于并跑階段;如北京機科發展、廣州遠能、長沙馳眾等企業;在關鍵零部件開發方面也頗有起色,如南通振康生產的RV減速機、蘇州綠的生產的諧波減速機在國產品牌中屬于佼佼者。有專家指出:“機器人產業想在中國成氣候,必須解決核心零部件和元器件的問題”。

3.3國產機工業機器人行業和企業要注意到國內外市場形勢的緊迫性。從國內看,由于傳統制造業勞動力成本上升及新興產業如3C、手機制造業的迅速崛起,對機器人的市場需求趨勢很旺盛,未來三年工業機器人市場增長率將高達40%~50%。從國外看,中國工業機器人目前已被列入美國加征關稅之列,不僅如此,美國已經開始在工業機器人領域對中國進行技術封鎖,一些華人背景的科技人員回國受到限制,甚至遭到美國FBI的調查。一些西方國家步美國后塵,對中國筑起技術壁壘,例如德國目前啟用《對外貿易法》可追溯到2016年中國美的集團成功收購德國最大工業機器人制造商庫卡。這意味著中國與國外先進技術之間的交流可能被切斷,這對中國工業機器人產業的發展產生不利的影響,這就倒逼國內要激勵自己創新。

3.4對政府有關部門的兩點建議。一是要加大對國產機器人產業的支持力度。這是因為,我國機器人產業分布在20多個省市,相關企業多達3393家,但規模不大,工業機器人產量最高的企業其年產量2000臺(套)左右,相當于國外同類企業最高年產量的1/10~1/15。因此,多數企業需要首先解決自己的生存問題,急于產品投放市場,根本顧不上,也沒有能力投資巨大的基礎研發。關鍵技術創新機構只靠沈陽自動化研究院一家是不夠的。2017年12月,上海市政府牽頭相關企業及高校共同投巨資成立上海機器人產業技術研究院,中科院機器人與智能制造創新研究院2018年10月25日在沈陽市揭牌,其主要聚集在核心軟件及關鍵裝備的研究,為國內機器人產業開發提供技術支持。再看南方的廣東省,聚集的機器人廠商最多,達到658家。因此,建議廣東省似可參考上海模式,由地方政府布局成立廣州機器人技術開發研究院,搭建南方機器人科學研發平臺。同時,建議政府按市場原則組織機器人企業聯合重組,做大做強。

二是在機器人職業教育方面,國內高校的機器人研究方向,要從學習國外品牌的操作維護為主,升級到核心技術(核心芯片、核心控制算法等)研究為重點,加大機器人基礎研究。正如中國科協黨組書記懷進鵬指出:“機器人產業發展需要潛心基礎研究的探索者,不僅能‘細聽蟬翼寂,遙感雁來聲’,還要善于從產業實踐中提煉和解決科學問題,使創新研究源于產業,高于產業,回歸產業”。

 

2018.10.26


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