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国内外机器人应用现状及技术发展趋势

2019-11-29 网赌最正规的平台 阅读

【内容提要】本文简述国内外机器人应用现状,近五年来中国机器人产业规模年均增速约30%,2017年达到70亿美元,其中工业机器人产量超过13万台,服务机器人销量34万台。但工业机器人国产品牌2017年市场占有率降至27%,基础研究薄弱,警惕核心技术空心化。回顾国外工业机器人自1959年美国发明后,日本通过消化引进,迅速发展成为“机器人王国”,与美国、德国、韩国并列为四大机器人强国。目前工业机器人不仅广泛用于汽车、金属等民用行业,而且成为各国军方的技术制高点。我国工业机器人发展的目标之一是2020年国产品牌占有率要达到45%以上,国内先进企业已经在涉足核心技术,正在“弯道超车”过程中。我国工业机器人企业多达3300多家,但规模都不大,基础研究力不强,希望政府加强支持。钢铁行业也应支持机器人零部件的材料开发。

1.我国机器人应用的概况

2018年8月15日第三届世界机器人大会在北京召开,有160多家机器人企业、科研院所及高校参加;2018年9月17日世界人工智能大会在上海拉开大幕,有150多家前沿企业,200多位重量级嘉宾参加;此后召开的第20届中国国际工业博览会,都有一个共同亮点,各类机器人纷纷亮相,如世界机器人大会展出一个组装汽车机器人能够轻易举起一辆汽车(图1)。从世界机器人大会获悉,五年来中国机器人产业规模年均增速接近30%,2017年达到70亿美元,其中工业机器人产量超过13万台,服务机器人销量34万台。

1.1关于机器人分类及其应用

从应用市场来看,有工业机器人及服务机器人。其中工业机器人按功能分为焊接机器人和关节机器人。2015年中国市场上工业机器人销量66700台,其中焊接机器人销量12673台,约占工业机器人销量的1/3。

所谓关节机器人是指能完成各种运动动作的机器人(或机械臂),目前机器人多个关节数量达到6轴以上。最初为简易形态机器人,现在国内能制造适用于多个行业的关节机器人。2015年中国市场销售关节机器人为54027台,约占工业机器人销量的2/3,应用最为广泛。

服务机器人的应用场景,广义来说,就是非工业领域,如家庭、健康、医疗、教育、金融、体育、文化、餐饮、商业等,例如围棋机器人(图2),乒乓球机器人(图3),弹钢琴机器人(图4)等多为关节机器人。目前我国服务机器人市场销量为34.1万台。我国机器人产业的迅速发展,取得很大的成绩,但也存在一些问题。

1.2国产工业机器人产业状况的隐忧

1.2.1国产品牌工业机器人市场占有率下降。中国机器人产业联盟2018年7月初发布数据表明,2017年国产品牌工业机器人市场份额下降6个百分点,降至不到27%,从而结束了过去五年占有率的持续增长,这其中焊接机器人市场也是如此,70%以上的焊机机器人市场被外国品牌所占领。

1.2.2警惕国产工业机器人技术空心化。过去国产工业机器人以低价在市场上取胜,如今国外品牌工业机器人价格也在下降,国产品牌的价格优势已经弱化。更值得注意的是,国产品牌工业机器人大多数应用在搬运、码垛和上下料等低端领域;以及长于组装,即从国外购买工业机器人整机,在国内进行系统集成,使用的绝大多数核心软件、关键零部件都来自国外,例如70%的减速机都是国外产品,成为国外品牌的代工厂。我国是世界上最大的机器人消费国,也是产量增长最快的机器人大国,但国外品牌占比越来越大,这是一个危险的信号,表明国产品牌在产业上处于边沿化,技术上处于空心化。这也意味着我国从一开始便面临国外领先企业带来的充分市场竞争,也意味着跨国技术、跨国投资、合同制造是近30年来经济全球化的基本趋势。我国主办上述三个世界机器人、人工智能及工业博览会,就是为国内机器人产业开启一扇窥视国际机器人动态的窗口,“知己知彼”的原则,也适用于商战。

2国外工业机器人发展概述

2.1国外工业机器人产业发展简史。世界上第一台工业机器人始于1959年美国率先发明,十年之后于1969年美国通用汽车公司在组装产生产线上应用点焊机器人;1973年德国发明世界上第一台六轴机器人;1974年瑞典开发了首台全电器微处理器控制的工业机器人;1974年日本引进美国工业机器人技术,经过七年消化,于1981年创新出全球首台具有接触传感力和力觉传感功能的弧焊机器人;1998年瑞典推出机器人路径离线编程与仿真软件,开创了智能机器人的雏形;2004年日本开发了机器人控制系统NX,可实现四台机器人多达38轴同步控制;2005年丹麦研制出离线焊接机器人智能化系统,从而实现复杂结构的焊接;2006年意大利推出无线示教器的机器人;2007年日本推出当时速度最快的弧焊机器人。以上的发明创造为现代工业机器人的发展奠定了基础,指明了方向。

2.2国外工业机器人发展现状简述。2016年全球工业机器人销量超过29万台,世界工业机器人年产量最高的公司为2~3万台(套),国外品牌在高端关节机器人和复杂焊接的机器人的国际市场占绝对优势,掌控了工业机器人四大核心部件(精密减速器、伺服电机、伺服驱动和控制器)。日本、美国、德国和韩国是工业机器人四大强国,其中日本号称“机器人王国”,工业机器人的装备量约占世界工业机器人装备量的60%,在生产、使用和出口等方面都位居世界第一位。韩国为全世界工业机器人密度最大的国家约748台,其服务于焊接加工领域的焊接机器人占全球在役工业机器人的50%左右。从品牌来看,全球工业机器人领域中,被日本发那科、安川电机、瑞士ABB和德国库卡四个品牌占据市场份额达70%以上。2018年10月17日,日本东京举办了2018年世界机器人博览会,最新的类人机器人纷纷亮相,足以以假乱真,机器人技术已相当成熟。

从全球工业机器人区域需求量的趋势来看,亚太地区尤其中国是工业机器人安装量增长最大的市场;从全球工业机器人下游行业需求量的潜力来看,传统领域仍然是汽车行业,约占38.8%,约9.5万台,金属行业位居第三。

工业机器人已成为军工企业的项目,美俄研制军用机器人有优势。俄罗斯到2025年俄军无人系统装备中,机器人占比达30%,美军在伊拉克、阿富汗战争中至少有10款作战机器人上阵,俄军在叙利亚战争期间投入6台作战机器人。从国防视角,战斗机器人已经成为西方国家军方角力的技术制高点。(新民晚报,2018年4月12日,21版)

3.中国机器人产业发展的方向和措施

从2018年中国召开的三个世界级博览会,可以看出,现在有两个热点:一个是机器人热,另一个是人工智能热。这两个热点的交叉重叠处在机器人。有业内专家提醒说,面对“热”要“冷思考”。

3.1关于工业机器人发展的主要目标。2013年12月份,工信部发布了《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》,要求到2020年,工业机器人行业和企业的技术创新能力和国际竞争力明显增强,高端产品市场占有率提高到45%以上,机器人密度(每万名员工使用机器人台数)达到100台以上,基本满足国防建设、国民经济和社会发展需要。其后发布的《中国制造2025重点领域技术创新绿皮书》,提出机器人2020年拥有自主知识产权的国产机器人及关键零部件具有满足国内市场的50%的供给能力,力争到2020年基本解决机器人关键零部件依靠国外的瓶颈。

以上两个文件提出的目标完成年限为2020年,到如今约有三年的时间供机器人行业及企业去努力工作。但从前述2017年国产品牌工业机器人市场占有率已经下降到27%,与45%或50%的目标值的差距还很大,可想而知,任务颇为艰巨。从时间区隔来看,工信部上述文件提出的时间为2013年底,要求完成时间是2020年,给机器人行业和企业有七年的周期,并不算紧迫。为什么呢?从前述1974年日本川崎公司在引进美国工业机器人技术Unimate后,经七年消化,于1981年创新出全球首台具有接触传感和力觉传感的弧焊机器人,日本企业用七年时间从跟跑发展到并跑甚至领跑。工信部给工业机器人行业和企业以七年时间,要求高端产品占有率达到45%~50%,目标还是适当的。关于基本满足国防建设的需求,这项要求比较高。前述美俄军用机器人近7、8年来已经达到实战水平,例如完成侦察任务,给导弹指引打击目标,这种军用机器人要求达到智能机器人的水平。由此可见,工业机器人产业如不紧跟时代步伐,落后是要挨打的。

3.2正视差距,弥补短板,力争完成2020年的目标而奋起直追

我国工业机器人的差距在于核心软件、关键零部件的缺失,当发生贸易战,都可能成为致命隐患。因此,开发国产工业机器人核心技术刻不容缓。当然,国产品牌正在急起直追,已经在涉足核心技术领域的研制,并拓展市场份额,如沈阳新松、上海新时达、安徽埃夫特、广州数控、南京埃斯顿、华中数控和嘉腾机器人等国产著名企业都取得良好业绩;在AGV领域,国内品牌在与国外名牌处于并跑阶段;如北京机科发展、广州远能、长沙驰众等企业;在关键零部件开发方面也颇有起色,如南通振康生产的RV减速机、苏州绿的生产的谐波减速机在国产品牌中属于佼佼者。有专家指出:“机器人产业想在中国成气候,必须解决核心零部件和元器件的问题”。

3.3国产机工业机器人行业和企业要注意到国内外市场形势的紧迫性。从国内看,由于传统制造业劳动力成本上升及新兴产业如3C、手机制造业的迅速崛起,对机器人的市场需求趋势很旺盛,未来三年工业机器人市场增长率将高达40%~50%。从国外看,中国工业机器人目前已被列入美国加征关税之列,不仅如此,美国已经开始在工业机器人领域对中国进行技术封锁,一些华人背景的科技人员回国受到限制,甚至遭到美国FBI的调查。一些西方国家步美国后尘,对中国筑起技术壁垒,例如德国目前启用《对外贸易法》可追溯到2016年中国美的集团成功收购德国最大工业机器人制造商库卡。这意味着中国与国外先进技术之间的交流可能被切断,这对中国工业机器人产业的发展产生不利的影响,这就倒逼国内要激励自己创新。

3.4对政府有关部门的两点建议。一是要加大对国产机器人产业的支持力度。这是因为,我国机器人产业分布在20多个省市,相关企业多达3393家,但规模不大,工业机器人产量最高的企业其年产量2000台(套)左右,相当于国外同类企业最高年产量的1/10~1/15。因此,多数企业需要首先解决自己的生存问题,急于产品投放市场,根本顾不上,也没有能力投资巨大的基础研发。关键技术创新机构只靠沈阳自动化研究院一家是不够的。2017年12月,上海市政府牵头相关企业及高校共同投巨资成立上海机器人产业技术研究院,中科院机器人与智能制造创新研究院2018年10月25日在沈阳市揭牌,其主要聚集在核心软件及关键装备的研究,为国内机器人产业开发提供技术支持。再看南方的广东省,聚集的机器人厂商最多,达到658家。因此,建议广东省似可参考上海模式,由地方政府布局成立广州机器人技术开发研究院,搭建南方机器人科学研发平台。同时,建议政府按市场原则组织机器人企业联合重组,做大做强。

二是在机器人职业教育方面,国内高校的机器人研究方向,要从学习国外品牌的操作维护为主,升级到核心技术(核心芯片、核心控制算法等)研究为重点,加大机器人基础研究。正如中国科协党组书记怀进鹏指出:“机器人产业发展需要潜心基础研究的探索者,不仅能‘细听蝉翼寂,遥感雁来声’,还要善于从产业实践中提炼和解决科学问题,使创新研究源于产业,高于产业,回归产业”。

 

2018.10.26


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