中美物流機器人產業發展比較研究及啟示

徐曉璇

（南京工業職業技術大學 商務貿易學院，江蘇 南京210046）

0 引言

物流機器人作為工業機器人的一個分支，已成為全球新一輪科技和產業革命的重要切入點，特別是在新冠疫情的影響下，全球經濟不景氣，社會對物流智能化、無接觸化的需求越來越強烈。物流機器人能夠實現物流自動化，是智慧物流的重要組成部分，其應用的加速普及，使得我國物流機器人產業獲得了難得的發展機遇。

但就目前狀況來看，中美兩國物流機器人產業仍存在很大差距，研究我國物流機器人產業，尤其是物流機器人市場和運行機制，與美國相關領域進行比較，尋找原因和戰略對策，對我國物流機器人產業發展具有重要意義。

1 中美物流機器人產業發展現狀

1.1 物流機器人的行業界定

按照中國電子學會的分類，目前機器人可以分為三類：工業機器人、服務機器人、特種機器人，而物流機器人屬于工業機器人中新興的AGV和協作機器人范疇。目前物流機器人并沒有統一的定義，從行業應用的角度出發，以物流的“倉”、“運”、“配”三大核心要素為基準，將應用在各種重要物流環節的機器人統稱為物流機器人，如AGV、碼垛機器人、分揀機器人、末端配送機器人等。

1.2 中美物流機器人產業相關發展規劃

中國機器人市場自2013年以來一直領先于全球其他國家，發展潛力巨大，這與中國政府高度重視機器人相關產業發展，并制定了一系列促進行業快速、健康發展的政策有關。2013年12月30日，國家工信部發布《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》，提出機器人產業到2020年的發展目標。2016年4月，工信部發布了《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》，制定了五年內形成較為完善的機器人產業體系的戰略目標。2016年12月9日，工信部制訂了《工業機器人行業規范條件》，與此同時，工信部、發改委、國家認監委聯合發布《關于促進機器人產業健康發展的通知》。2017年6月工信部主導“倉儲機器人及智能產業聯盟”正式成立。2017年7月7日，工信部印發《工業機器人行業規范管理實施辦法》，均旨在促進我國機器人行業持續健康發展。除此之外，《國務院關于促進快遞業發展的若干意見》《“互聯網+”高效物流實施意見》《快遞業發展“十三五”規劃》《國家郵政局關于加快推進郵政業供給側結構性改革的意見》等政策文件也相繼出臺。

美國政府2011年推出了《國家機器人計劃》，以“建立美國在下一代機器人技術及應用方面的領先地位”。2013年美國發布了《機器人技術路線圖：從互聯網到機器人》，強調機器人技術在美國制造業和衛生保健領域的重要作用，有助于推動美國機器人技術在各領域的廣泛應用以及技術方面的領先地位。2016年由美國150多名研究專家共同完成《2016美國機器人發展路線圖—從互聯網到機器人》，對機器人技術的廣泛應用場景做了綜述。2017年年初，美國正式發布了《國家機器人計劃2.0》，旨在加快美國協作型機器人的發展和應用，實現協作型機器人與人類伙伴的共生關系。

1.3 中美物流機器人產業發展現狀

我國從20世紀60年代開始發展物流機器人產業，近年來，隨著國家智能制造和智慧物流戰略的推動，物流機器人產業迎來新的發展機遇。據前瞻產業研究院統計數據顯示（如圖1所示），2008年中國智能物流市場規模僅為620億元，2012年開始市場規模突破千億元并呈現高速增長態勢，據預測2022年將增長至8 000億元，2025年有望突破萬億元大關。

圖1 中國智能物流市場規模

目前，我國物流機器人的功能以搬運、碼垛、拆垛、分揀為主，主要應用于工業制造業和物流業。在工業制造業，物流機器人需要完成各種生產物資的存儲運輸，實現物流與生產的對接任務，汽車、電子、金屬加工等行業對物流機器人的需求旺盛；在物流業，物流機器人負責連接工廠、貿易商、消費者，實現商品的存儲、分揀、配送，電商、快遞行業對具有分揀功能的物流機器人（AGV）的需求迫切。

我國AVG物流機器人技術起步較晚，但發展迅速。隨著計算機技術、傳感器技術、伺服控制等硬件越來越進步，再加上各種先進的導航技術及算法的優化，如基于圖像識別的二維碼導航、RFID自動識別、激光引導、無線通信和模型特征匹配技術、北斗衛星定位系統、基于UWB無線定位的無線導航、基于SLAM算法的自然導航，使傳統的AGV從依賴固定標記物導航，過渡到自然導航的智能AGV，應用領域也越來越廣。2017年以來，我國AGV行業不斷細分，出現專做某一特殊領域應用的AGV：比如停車智能機器人AGV，解決了城市停車難問題；在AGV上加載機械手，可以直接到貨架面前去揀選貨品，改變單一的“貨到人”模式；借助傳感器和智能算法，產生了滿足柔性化搬運需要且增強環境感知和靈活運動能力的新一代自主移動機器人AMR(Autonomous Mobile Robot)。

除了AGV，在倉儲物流領域的碼垛、拆垛、分揀包裝等環節工業機器人及無人倉系統不斷擴展應用場景，如碼垛機器人、拆垛機器人、分揀機器人、智能倉儲系統。結合大數據、物聯網技術與智能算法，機器人路徑規劃和群體調度的效率大大提高，同時末端無人配送物流車近年受到關注。

我國在物流機器人領域產生了一批具有代表性的研究院所和知名企業，具體見表1。

表1 我國物流機器人產業研究院所及知名企業

美國政府向來重視機器人產業的發展，在2019年更新了《國家人工智能戰略》，對人工智能發展戰略的七個重點領域進行了部署。經過多年發展，美國誕生出許多重要的機器人系統集成商，掌握了世界頂尖的機器人核心技術，是世界重要的機器人研發組裝銷售中心，其物流業巨頭近年來也不斷推出智能倉儲機器人、無人駕駛車輛、傳感器、自動識別和可穿戴技術。

2012年Amazon在各個倉庫大規模部署物流機器人Kiva，實現了“貨到人”的新模式。谷歌公司于2015年開始布局無人車領域，特斯拉啟用Autopilot自動駕駛系統，已累計行駛1.6億km以上。2016年移動出行巨頭Uber宣布以6.8億美元高價收購Otto，提升自動駕駛能力。UPS于2016年宣布計劃在2020年前將其30個最繁忙的物流樞紐完全實現自動化。美國物流業的巨頭萊德系統公司宣布成功實現了智能倉庫的升級，可通過先進的自動化技術為全球領先消費品牌提供實時可見性的服務。據統計，截至2020年9月，全球共有38.1萬臺工業機器人，中國、日本和美國累計控制著全球工業機器人安裝量的58.71%。受新冠疫情影響，美國的新裝機量下降了17%，2019年售出3.33萬臺，但銷售額仍處于歷史第二高，位居世界第三位。

同時，美國物流機器人研究院所及物流業巨頭紛紛將研發重點放在物流機器人領域，具體見表2。

表2 美國物流機器人產業研究院所及知名企業

2 中美物流機器人產業發展的差異比較

2.1 與美國相比，中國物流機器人技術相對滯后但發展空間巨大

美國是機器人的誕生地，智能網絡技術已充分應用在物流機器人領域。美國的機器人產業經過近60年的發展，實現了機器人核心技術的產業化，出現了具有國際影響力的工業機器人供應商，形成了龐大的產業規模。隨著智能制造技術的高速發展，目前美國的新一代智能機器人包括物流機器人技術仍處于國際領先地位。

我國機器人產業始于1986年，2015年隨著國家人工智能戰略的實施以及智慧物流的發展，物流機器人技術發展迅速，但與美國相比還存在一定差距。總體來看，我國物流機器人企業在激烈的市場競爭中不斷細分，嘗試新的商業模式，如設備代運營、融資租賃、共享機器人平臺等，以找尋更適合自己的發展路徑。同時，物流機器人在類型、功能、產業、地理等基礎上不斷進行細分。基于類型，物流機器人被細分為機械臂、AGV、協作移動機器人等，據預測，協作式移動機器人將占整個物流機器人市場的最大份額，是增長最快的領域。基于功能，物流機器人可分為拾取和放置托盤和去托盤、運輸和包裝。基于產業，市場細分為醫療保健、電子商務、汽車、外包物流、零售、消費品、食品和飲料等。基于地理，隨著自動駕駛及AI技術發展，物流機器人應用場景從傳統戶內轉向戶外大批量應用。

未來物流機器人將有助于各行業供應鏈優化，發展空間巨大。借助物流機器人，在制造業、流通業、農業，零部件將實現加工最優化；原材料、產品將實現采購、庫存、包裝和支付最優化；在一些高危環境中實現物品的轉移、識別、切割、回收等安全作業。

2.2 和美國相比，中國物流機器人關鍵核心技術有待提高

我國的物流機器人大部分核心部件以進口為主，涉及到的關鍵技術主要包括核心零部件、導航技術、調度系統等。雖然在部分技術上有所突破，但并不具備顯著的成本和技術優勢，與美國相比整體仍存在較大差距。

在核心硬件方面，我國物流機器人的變速器、控制器、傳感器等核心部件有待加強，特別是控制器產品對軟件的響應速度、易用性、穩定性方面仍有欠缺。在導航技術方面，非結構環境下激光導航及低成本VSLAM導航、多智能體的分布式協同控制技術，自主網絡通信技術、可穿戴設備的人機耦合及實現技術，面向人機和諧共融的情感識別與交互機理等仍需加強。在調度系統方面，機器人系統與上位調度系統融合，移動機器人工具化趨勢明顯。總之，我國物流機器人的關鍵核心技術會隨著人工智能、物聯網、大數據等新技術的應用得到極大提高。

2.3 和美國相比，我國物流機器人企業在全球市場競爭中的表現有待提高

據Tractica預測，全球倉儲和物流機器人的出貨量在未來5年將迅速增長，從2018年的19.4萬臺增長到2022年的93.8萬臺，全球收入將從2018年的83億美元增加到2022年的308億美元。LogisticsIQ?的數據則顯示，2025年僅倉庫自動化市場將增長至270億美元，其中AGV/AMR市場份額預計將達到15%。這些利好將為中國物流機器人企業參與全球競爭提供難得機會。

我國物流機器人行業近幾年不斷發展壯大，考慮國外的人力成本、投資環境、一些發達國家對物流系統自動化改造的需求等因素，我國物流機器人企業開始走出國門，如新松、昆船、極智嘉、快倉等，且業務比重越來越大。相對于國內的物流機器人市場，發達國家市場更加看中產品的標準化程度、企業的綜合實力及售后服務能力等因素，這些對機器人出口企業充滿了挑戰。整體來看，與美國企業相比，我國物流機器人出口企業的國際競爭力仍需進一步提高。

3 我國物流機器人領域未來發展的幾點啟示

3.1 推動物流機器人關鍵核心技術發展

與國外機器人相比，我國物流機器人核心技術落后，產品同質化競爭嚴重。高精度減速器、高性能伺服電機和驅動器、高性能控制器等核心零部件的成本占到國產機器人成本的70%，是制約我國機器人產業發展的技術瓶頸，但市場前景廣闊。目前，我國物流機器人零部件供應商數量不斷增多，說明核心零部件的自主創新能力有所增強，未來還需提高技術穩定性和批量生產能力，打破國外技術壁壘和長期依賴進口局面。此外，5G、物聯網、智能算法和感知識別技術在物流領域的深度融合將推動標志性、高附加值的智能物流機器人產品的研發，成為物流機器人新的增長點。

3.2 行業標準化加速產品落地國內外市場

我國物流機器人市場目前還處于初級階段，市場不規范，行業標準化程度不高，產品標準滯后，用戶對產品功能識別性低。國家為推動行業發展，已經出臺了相關標準，比如2019年全國自動化系統與集成標準化技術委員會審查并通過《物流機器人信息系統通用技術規范》，2020年6月國家發改委、交通運輸部印發《關于進一步降低物流成本的實施意見》，2020年7月國家發改委等13部門發文，支持自動駕駛、自動裝卸堆存、無人配送應用基礎設施，2020年8月交通運輸部圍繞智慧交通基礎設施和智慧物流建設發布相關指導意見。

但應看到這些標準的強制性還不夠，沒有一套完善統一的國家標準體系，物流機器人在關鍵零部件、核心算法等方面與國外相比存在不小差距，導致我國物流機器人產品的應用還十分有限。國產物流機器人產品出口海外市場需要面臨不同的認證標準，例如美國UL認證、歐盟CE認證、韓國KC認證等，需要企業從生產控制、技術研發、產品質量、安全環保等多方面制定標準，充分了解客戶需求，在標準產品的基礎上為客戶定制解決方案。

3.3 促進物流機器人產業鏈共贏發展

盡管我國物流機器人產業在政策支撐與前沿科技驅動下取得了快速發展，但市場的無序化競爭、關鍵技術的成本過高，導致國外企業占據了市場的主導地位。我國工業機器人供應商占國內市場的比重從2014年的10%上升至2019年的35%，而大部分市場仍由全球一級供應商主導，如Fanuc、安川、ABB和Kuka。據預測，全球一級供應商的市場份額到2025年可能會下降到40%，這就意味著國內機器人供應商的研發生產能力有望得到進一步提升，通過行業內的并購實現資源的整合。

未來我國的物流機器人產業需要充分運用產業鏈協同研發能力、跨領域融合、開源機器人操作系統等開放式創新方法，站在客戶角度研發物流機器人產品，幫助客戶提高作業效率、降低成本、創造價值。重視技術的不斷積累和創新，保護和尊重國際和國內發明專利，實現研究院所和企業的共融發展，在政策的強力扶持及資本的不斷投入下實現物流機器人產業鏈的和諧共贏。相關行業管理部門應將技術創新政策傾向于物流機器人產業的中上游環節，幫助企業彌補技術創新短板，加強對物流機器人關鍵新材料、關鍵零部件的政策引導，提高產業鏈的配置支撐能力。