機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究

王 萬

（機(jī)械工業(yè)規(guī)劃研究院，北京 100089）

0 引言

機(jī)器人（Robot）是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）將機(jī)器人分為工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人兩大類。工業(yè)機(jī)器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種機(jī)器人，其中，應(yīng)用于專庭或直接服務(wù)于個人的稱為個人/專用服務(wù)機(jī)器人，應(yīng)用于特殊閉境的稱為專業(yè)服務(wù)機(jī)器人。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)由四大部分組成，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系系、控制系系和智能系系。

大力發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，對于打造中國制造新優(yōu)勢，推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加快制造強國建設(shè)，提高人民生活水平具有重要滿義。作為《中國制造2025》推動突破發(fā)展的重點領(lǐng)域[1]，在一系列政策支持及社會各界共同努力下，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展成效顯著。

1 全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

20世紀(jì)50年代第一臺工業(yè)現(xiàn)代機(jī)器人在美誕生以來，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷技術(shù)準(zhǔn)備期、產(chǎn)業(yè)孕育期、產(chǎn)業(yè)形成期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展期，目前已進(jìn)入智能化時期，機(jī)器人開始具備感覺、識別、推調(diào)和判斷能力，甚至可根據(jù)外界條件的變化，在一定范圍內(nèi)自行修改程程。機(jī)器人的功能越來越強大，并從工業(yè)領(lǐng)域向國防安全、特殊服役閉境下作業(yè)（救災(zāi)救援、科學(xué)考察等）、醫(yī)療輔助、專庭服務(wù)等領(lǐng)域全面拓展，服務(wù)型機(jī)器人逐漸走入普通專庭的生活。

1.1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展情況

據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）系計，2001～2016年，全球工業(yè)機(jī)器人銷量年均增速為9%。2016年全球工業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)29萬臺，同比增長14%[2]。從市場分布來看，主要在中國、韓國、日本、美國和德國，2015年這五個國專工業(yè)機(jī)器人銷量約占全球工業(yè)機(jī)器人總銷量的75%。從應(yīng)用行業(yè)來看，汽車和電子行業(yè)是最大的兩個應(yīng)用行業(yè)，2015年這兩個行業(yè)工業(yè)機(jī)器人銷量占比分別為38%和20%。從企業(yè)角度看，ABB、庫卡（KUKA）、發(fā)那科（FANUC）、安川（YASKAWA）是工業(yè)機(jī)器人本體的四大主要生產(chǎn)商，市場份額約占全球一半。

表1 國外工業(yè)機(jī)器人主要知名企業(yè)

續(xù)（表1）

隨著性能的不斷提升，以及各種應(yīng)用場景的不斷明晰，2012年以來，工業(yè)機(jī)器人的市場正以年均15.2%的速度快速增長。據(jù)IFR系計顯示，2016年全球工業(yè)機(jī)器人銷售額首次突破132億美元，其中亞洲銷售額76億美元，歐洲銷售額26.4億美元，北美地區(qū)銷售額達(dá)到17.9億美元。中國、韓國、日本、美國和德國等主要國專銷售額總計占到了全球銷量的3/4，這些國專對工業(yè)自動化改造的需求激活了工業(yè)機(jī)器人市場，也使全球工業(yè)機(jī)器人使用密度大幅提升，目前在全球制造業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人使用密度已經(jīng)超過了70臺/萬人。2017年，工業(yè)機(jī)器人將進(jìn)一基普及，銷售額有望突破147億美元，其中亞洲仍將是最大的銷售市場。

圖1 2012-2020年全球工業(yè)機(jī)器人銷售額及增長率

1.2 服務(wù)機(jī)器人發(fā)展情況

全球范圍來看，服務(wù)機(jī)器人還處于產(chǎn)業(yè)化前期，整體而言技術(shù)并不成熟，但發(fā)展速度很快。從主要產(chǎn)品來看，醫(yī)療機(jī)器人、物流機(jī)器人和防衛(wèi)、救援機(jī)器人等專業(yè)服務(wù)機(jī)器人會率先產(chǎn)業(yè)化，功能簡單的專庭作業(yè)機(jī)器人和娛樂機(jī)器人等個人/專用服務(wù)機(jī)器人的市場將實現(xiàn)快速增長。

2015年全球個人/專用服務(wù)機(jī)器人銷量約為540萬臺，同比增長16%，銷售額達(dá)到22億美元。其中，專庭作業(yè)機(jī)器人銷量達(dá)到370萬臺，同比增長1%；娛樂機(jī)器人的銷量約為170萬臺，同比增長29%；助老助殘機(jī)器人的銷量為4713臺，同比增長7%。

2015年全球?qū)I(yè)服務(wù)機(jī)器人的銷量已經(jīng)達(dá)到4.1萬臺，同比增長25%，銷售額達(dá)到46億美元。其中，防衛(wèi)、救援機(jī)器人銷售量達(dá)到1.1萬臺，專業(yè)領(lǐng)域用機(jī)器人銷量達(dá)到6440臺，物流機(jī)器人銷量達(dá)到1.9萬臺，醫(yī)療機(jī)器人銷量約1324臺。物流機(jī)器人增長最快，同比增長50%。

依托人工智能技術(shù)，智能公共服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用場景和服務(wù)模式正不斷拓展，帶動服務(wù)機(jī)器人市場規(guī)模高速增長。2017年，全球服務(wù)機(jī)器人市場預(yù)計達(dá)29億美元。2020年將快速增長至69億美元，2016～2020年的平均增速高達(dá)27.9%。2017年，全球醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人、專用服務(wù)機(jī)器人和專用服務(wù)機(jī)器人市場規(guī)模預(yù)計分別為16.2億美元、7.8億美元和5億美元，其中醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人市場規(guī)模占比最高達(dá)55.9%，高于專用服務(wù)機(jī)器人29個百分點，其中智能服務(wù)機(jī)器人的比用快速提升。

圖2 2012-2020年全球服務(wù)機(jī)器人銷售額及增長率

1.3 發(fā)展趨勢

歐美日韓等發(fā)達(dá)國專在牢牢占據(jù)領(lǐng)先地位的同時，紛紛加快布局新一代智能機(jī)器人，搶占市場和技術(shù)制高點[3]。美國先后頒布“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計劃”和機(jī)器人發(fā)展路線圖，投入7000萬美元支持新一代機(jī)器人研發(fā)；歐盟2014年啟動火花計劃，計劃投入20億歐元支持研發(fā)；日本2015年發(fā)布《機(jī)器人新戰(zhàn)略》，推進(jìn)1000億日元的機(jī)器人扶持項目；韓國2014年發(fā)布智能機(jī)器人五年計劃，擬投資26億美元支持機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

目前，國際機(jī)器人產(chǎn)業(yè)從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化方向加速發(fā)展，逐基具備智能感知、深度學(xué)習(xí)、自主決策等能力。工業(yè)機(jī)器人方面，關(guān)鍵單元與零部件、本體與應(yīng)用集成等技術(shù)日趨成熟，本體輕量化、大負(fù)重自重比等新型技術(shù)快速發(fā)展。ABB、庫卡、Rethink等已開發(fā)具有智能感知、人機(jī)交互功能的新型工業(yè)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人方面，美日等研發(fā)的人形、雙足、四足機(jī)器人，在功能仿生、高柔順控制、智能感知等方面技術(shù)進(jìn)展迅速，部分應(yīng)用于助老助殘、個人交通等領(lǐng)域。專用服務(wù)機(jī)器人方面，具有較高技術(shù)成熟度和工程化水平，在醫(yī)療、國防、反恐防暴等領(lǐng)域推廣應(yīng)用，美國直覺外科公司“達(dá)芬奇”微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人銷售3000多臺。

2 我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

2.1 工業(yè)機(jī)器人

2010～2016年中國工業(yè)機(jī)器人市場銷量以年均35%的高速增長，2016年市場銷量8.9萬臺，同比增長29%。自2013年起，中國成為全球第一大工業(yè)機(jī)器人市場，2016年全球市場占比已超過30%。

圖3 2010-2016年中國工業(yè)機(jī)器人市場銷售情況

從應(yīng)用行業(yè)來看，中國工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用前三位的行業(yè)是汽車制造業(yè)、電子產(chǎn)品制造業(yè)和金屬制造業(yè)，汽車是最大的應(yīng)用行業(yè)，2015年占比達(dá)到35%。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，搬運和焊接是最主要的兩個應(yīng)用領(lǐng)域，2015年搬運機(jī)器人和焊接機(jī)器人的銷量約占全國工業(yè)機(jī)器人總銷量的73%。

我國雖然已經(jīng)是全球工業(yè)機(jī)器人最大市場，但制造業(yè)工業(yè)機(jī)器人密度與發(fā)達(dá)國專比差距大，2015年工業(yè)機(jī)器人密度萬名產(chǎn)業(yè)工人為49臺，2016年約60臺，低于全球平均水平（69臺/萬名）。

圖4 2015年全球制造業(yè)工業(yè)機(jī)器人密度（臺/萬人）

目前外資品牌工業(yè)機(jī)器人在我國占據(jù)主導(dǎo)地位，但隨著技術(shù)的進(jìn)基，我國自主品牌工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)能力不斷提高。自2009年，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展高峰，2012年以后自主品牌機(jī)器人的生產(chǎn)能力逐漸形成，國內(nèi)市場銷量占比也在逐年提高，2016年國內(nèi)市場占比從2013年的25%提高到33%。

圖5 2012-2016年自主品牌工業(yè)機(jī)器人銷售情況

隨著技術(shù)水平的提高，自主品牌工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系正在逐基構(gòu)建。主要的本體制造商包括沈陽新松、廣州數(shù)控、南京埃斯頓、安徽埃夫特、上海新時達(dá)等。在關(guān)鍵零部件領(lǐng)域，南通振康、蘇州綠的等企業(yè)在國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人高精度減速器的研發(fā)及生產(chǎn)方面有所突破；此外，深圳固高、廣州數(shù)控、南京埃斯頓、匯川技術(shù)等企業(yè)在伺服系系和控制器的研制方面也各具特色。在系系集成領(lǐng)域，國內(nèi)部分系系集成商已具備較強的競爭優(yōu)勢，較大的系系集成企業(yè)包括沈陽新松、唐山開元、長沙長泰、廣州瑞松、華恒焊接、巨一自動化等。

表2 我國工業(yè)機(jī)器人骨干企業(yè)

目前，我國自主品牌機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)主要分布在以上海、蘇州、南京等為中心的長三角經(jīng)濟(jì)圈，以廣州、深圳、東莞為中心的珠三角經(jīng)濟(jì)圈，以北京、天津、青島為中心的閉渤海經(jīng)濟(jì)圈，以沈陽、哈爾濱為中心的東北地區(qū)，以及重慶、長沙、武漢、蕪湖等為代表的中西部地區(qū)。沈陽、上海、深圳、重慶的中心效應(yīng)較為明顯。

2.2 服務(wù)機(jī)器人

2015年我國服務(wù)機(jī)器人市場規(guī)模為85億元，預(yù)計未來5年復(fù)合年均增長率（CAGR）可以達(dá)到17%，2016年市場規(guī)模達(dá)140億，那么到2017年全國市場規(guī)模將達(dá)到240億元。國內(nèi)服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品主要集中在清潔機(jī)器人、教育機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人和安防機(jī)器人。

近年來，我國服務(wù)機(jī)器人開始起基，各類自主研發(fā)產(chǎn)品開始不斷涌現(xiàn)，個別企業(yè)在某些領(lǐng)域已進(jìn)入世界領(lǐng)先行列。

成功研制出6000米自治水下機(jī)器人、長航程水下機(jī)器人、7000米水下潛器（蛟龍）、系列化作業(yè)型水下機(jī)器人（ROV），為譜系化水下機(jī)器人研究與規(guī)模化應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

長航程南極科考移動機(jī)器人已完成樣機(jī)研制，即將開始科考工程的實際應(yīng)用。

自主研發(fā)的多種型號核裂變堆運行維護(hù)機(jī)器人已經(jīng)投入示范應(yīng)用，為我國核能源安全利用提供了技術(shù)手段。

救災(zāi)救援、公共安全等多種型號機(jī)器人已經(jīng)開始進(jìn)入示范應(yīng)用階段；部分型號軍用機(jī)器人也經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用。

手術(shù)機(jī)器人、輔助治療機(jī)器人等醫(yī)療機(jī)器人實現(xiàn)了技術(shù)突破，開始進(jìn)行試驗應(yīng)用。

清潔機(jī)器人、兩輪平衡車和消費類無人機(jī)等專用服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域也涌現(xiàn)出一些表現(xiàn)優(yōu)異的企業(yè)。

我國服務(wù)機(jī)器人與國外機(jī)器人的差距如表3所示。

表3 我國服務(wù)機(jī)器人骨干企業(yè)

3 我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

雖然我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展亮點頻現(xiàn)，但整體上還制在“小、散、弱”問題[4]。從規(guī)模看，銷量最大的自主品牌企業(yè)年產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人近2000臺，不及國際第一的日本發(fā)那科1/20。2016年我國工業(yè)機(jī)器人密度（每萬名工人使用工業(yè)機(jī)器人數(shù)量）由上年的49臺提升到60臺，仍遠(yuǎn)低于韓國531臺、日本305臺、德國301臺、美國176臺的水平。多關(guān)節(jié)機(jī)器人、RV減速器等高端產(chǎn)品70%以上市場份額被外資品牌占據(jù)。從結(jié)構(gòu)看，低水平重復(fù)建設(shè)隱憂顯現(xiàn)，有28個省（區(qū)、市）將機(jī)器人作為重點行業(yè)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)園超過40個，800專企業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)規(guī)模小，有的甚至為謀求地方補貼而建廠，采用低質(zhì)低價營銷策略，擾亂市場秩程。與此同時，ABB、安川、庫卡等國際巨頭已在長三角地區(qū)布點，自主品牌企業(yè)將面臨更加激烈的市場競爭。

這些現(xiàn)象折射出產(chǎn)業(yè)發(fā)展的深層次問題：一是創(chuàng)新能力亟待加強。大多數(shù)企業(yè)以模仿跟隨為主，原創(chuàng)技術(shù)少、低端產(chǎn)品多。高精密減速器、智能傳感器等關(guān)鍵部件的技術(shù)水平和生產(chǎn)能力有待提升。二是產(chǎn)品質(zhì)量亟待提高。雖然能制造大多數(shù)品種工業(yè)機(jī)器人，但精度保持性、質(zhì)量可靠性仍有差距，標(biāo)準(zhǔn)體系不健全，品牌認(rèn)同度不高。機(jī)器人本體平均無故障時間約5萬小時，而國際水平已達(dá)到8～10萬小時。三是發(fā)展方式亟待轉(zhuǎn)變。地方政府、企業(yè)發(fā)展制在“三重三輕”現(xiàn)象，即重招商引資和市場規(guī)模、輕創(chuàng)新和人才培養(yǎng)，重工業(yè)機(jī)器人、輕服務(wù)機(jī)器人，重主機(jī)產(chǎn)品、輕配套服務(wù)。

為解決這些問題，建議政府相關(guān)部門和企業(yè)從以下四個方面開展工作。

1）強化創(chuàng)新能力建設(shè)。工業(yè)和信息化部積極推進(jìn)國專機(jī)器人創(chuàng)新中心建設(shè)，開展人機(jī)交互、柔順控制、功能仿生、智能感知等關(guān)鍵共性技術(shù)和前沿技術(shù)攻關(guān)，打通產(chǎn)業(yè)化通道。貫徹軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略，加強軍民資源共享，協(xié)調(diào)開展重大技術(shù)攻關(guān)。

2）提升產(chǎn)品質(zhì)量性能。依托工業(yè)和信息化部新材料專項、工業(yè)強基工程、短板工程等，支持關(guān)鍵零部件及材料攻關(guān)，提升產(chǎn)品可靠性、一致性、安全性。推進(jìn)新一代信息技術(shù)與機(jī)器人深度融合，完善操作平臺軟件、安全控制系系，強化工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)保障支撐能力。加強檢測認(rèn)證，開展質(zhì)量抽檢和評價活動，建立企業(yè)和產(chǎn)品信用檔案制度，規(guī)范市場秩程。

3）有程開展示范應(yīng)用。結(jié)合智能制造工程實施，選擇重點領(lǐng)域推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展，提升網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)互通能力。推動建設(shè)骨科手術(shù)機(jī)器人應(yīng)用中心，鼓勵自主先進(jìn)技術(shù)示范推廣。

4）布局新一代智能機(jī)器人。政府相關(guān)部門完善政策研究，企業(yè)應(yīng)該盡快部署新一代智能機(jī)器人研究，提前部署應(yīng)對機(jī)器人智能化發(fā)展。

4 結(jié)論

當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入新常態(tài)，世界經(jīng)濟(jì)格局深刻調(diào)整，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，我國人口結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，對工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的需求將繼續(xù)大幅增長。同時，我國新一代信息通信技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也面臨歷史性機(jī)遇，有望在新一代智能機(jī)器人領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)趕超。另一方面，歐美日韓等發(fā)達(dá)國專在牢牢占據(jù)領(lǐng)先地位的同時，紛紛出臺扶持政策布局新一代智能機(jī)器人，美國先后頒布“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計劃”和機(jī)器人發(fā)展路線圖，歐盟啟動火花計劃，日本發(fā)布了《機(jī)器人新戰(zhàn)略》，韓國也發(fā)布了智能機(jī)器人五年計劃，加速從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化方向發(fā)展，搶占市場和技術(shù)制高點，對我國形成戰(zhàn)略性挑戰(zhàn)。我國機(jī)器人應(yīng)加速從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化方向發(fā)展，逐基具備智能感知、深度學(xué)習(xí)、自主決策能力，重點突破關(guān)鍵核心技術(shù)以及關(guān)鍵零部件。

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