機器人產(chǎn)業(yè)如何 從“跟跑”轉(zhuǎn)向“并行”“領跑”
2015-4-20 12:11:27 點擊：
去年9月，中國科協(xié)委托中國電子學會牽頭組織國內(nèi)科研、產(chǎn)業(yè)一線的專業(yè)人員和行業(yè)研究人員30余人，對世界機器人科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢、主要發(fā)達國家的戰(zhàn)略部署和我國機器人產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展路徑開展了深入研究。在研究報告基礎上形成的《智享機器人時代——我國機器人發(fā)展之路》一書即將出版，我們獲得授權提前擷取其中部分內(nèi)容與讀者分享。
進入21世紀以來，全球制造業(yè)正在向自動化、集成化、智能化、綠色化方向發(fā)展。作為智能制造的主力軍，工業(yè)機器人不斷從汽車制造領域向機械、建材、物流、食品乃至航空、航天、船舶制造等領域滲透。智能技術與社會生產(chǎn)、生活相結(jié)合，還催生了可從事修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等工作的服務機器人和特種機器人。“機器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個切入點和重要增長點，將影響全球制造業(yè)格局。國際機器人聯(lián)合會（IFR）預測：“機器人革命”將創(chuàng)造數(shù)萬億美元的市場，從而帶動與機器人相關的新材料功能模塊、感知獲取與識別、智能控制與導航等關鍵技術與市場快速發(fā)展。
2014年6月9日，習近平總書記在兩院院士大會的報告中提到，“機器人是‘制造業(yè)皇冠頂端的明珠’，其研發(fā)、制造、應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志。機器人主要制造商和國家紛紛加緊布局，搶占技術和市場制高點”。“我們不僅要把我國機器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領市場。我們要審時度勢、全盤考慮、抓緊謀劃、扎實推進”。
全球發(fā)展現(xiàn)狀
經(jīng)過五十多年的快速發(fā)展，在發(fā)達國家中，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應用于汽車及汽車零部件制造、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料行業(yè)、食品工業(yè)、木材與家具制造業(yè)等諸多領域。作為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機器人已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標志。
目前，從全球機器人技術現(xiàn)狀來看，呈現(xiàn)兩大特點：其一，無人系統(tǒng)備受關注，仿生領域已成重點。在無人系統(tǒng)領域，典型代表為美國研制的RQ-4全球鷹無人機。作為目前最先進的無人機，在伊拉克、阿富汗戰(zhàn)場上得到了廣泛應用。在仿人/生機器人領域，1999年日本本田率先研究雙足仿人機器人的預測運動控制，并在2000年發(fā)布了首款ASIMO機器人。在仿動物機器人領域，波士頓動力公司率先突破四足機器人復雜動力學建模、控制與驅(qū)動問題，于2005年推出了首款BigDog四足大狗機器人。其二，醫(yī)療康復漸成熱點，家用服務逐步成真。IntuitiveSurgical公司1999年首次發(fā)布達芬奇外科手術機器人。目前該系統(tǒng)在1450余家科研及醫(yī)院場所得到安裝使用。
從產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來看，全球機器人發(fā)展有四個特點：首先，全球市場快速增長，工業(yè)應用獨占鰲頭。據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計，2013年全球機器人市場總規(guī)模達342.7億美元。其中，工業(yè)機器人市場規(guī)模約為290億美元，同比增長11.5%。其次，工業(yè)應用逐步拓展，服務應用漸成熱點。國外工業(yè)機器人企業(yè)的業(yè)務大多起源于汽車制造。近年來，工業(yè)機器人企業(yè)開始高度關注電子信息制造、食品加工、化工等傳統(tǒng)行業(yè)中的機器人應用。機器人應用也正從工業(yè)領域向國防軍事、醫(yī)療康復、助老助殘、家居服務等領域迅速拓展。其三，跨國企業(yè)優(yōu)勢明顯，大型企業(yè)發(fā)展全面。目前，跨國企業(yè)在核心零部件、整機、系統(tǒng)集成等機器人產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)均有明顯優(yōu)勢。例如在減速器領域，應用于工業(yè)關節(jié)機器人中的諧波減速器基本被日本哈默納科一家公司壟斷。在工業(yè)機器人整機領域，發(fā)那科、庫卡、abb、安川四大企業(yè)是全球市場的絕對強者。第四，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)頻發(fā)力，機器人技術助發(fā)展。近兩年，國際互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)大舉進軍機器人領域。以谷歌為例，2013年收購了8家機器人企業(yè)，2014年初又收購了人工智能公司DeepMind和智能家居公司Nest。谷歌還持續(xù)研發(fā)無人駕駛汽車，并取得較大進展。虛擬業(yè)務與現(xiàn)實業(yè)務相結(jié)合，是谷歌獲取持久發(fā)展力的重要途徑。
機器人產(chǎn)業(yè)越來越受到世界各國的高度關注。主要經(jīng)濟體紛紛將發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略，并以此作為保持和重獲制造業(yè)競爭優(yōu)勢的重要手段。目前，日本是全球工業(yè)機器人生產(chǎn)規(guī)模最大、應用最廣的國家，其仿人機器人、家用機器人、服務機器人技術也十分領先；歐盟及德國在工業(yè)機器人和醫(yī)療機器人領域居于領先地位；韓國在服務機器人領域發(fā)展較為優(yōu)秀；美國主要優(yōu)勢在系統(tǒng)集成領域，特別是醫(yī)療機器人和國防軍工機器人。
我國機器人發(fā)展現(xiàn)狀
據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計，2004—2013年的十年間，我國工業(yè)機器人市場銷量的年均復合增長率高達29.8%。2013年，市場銷量達36560臺，同比增長30.4%，首次超過日本成為全球最大工業(yè)機器人市場。國產(chǎn)服務機器人、特種機器人也開始形成一定競爭力。盡管如此，2013年我國每萬名制造業(yè)從業(yè)人員僅擁有25臺機器人，不到日本的十分之一，與世界58臺的平均水平也有較大差距。
目前，我國已在工業(yè)機器人的多個領域取得重要進展。新松機器人在自動導引車（AGV）等方面取得重要市場突破。博實股份重點在石化等行業(yè)的自動包裝與碼垛機器人方面進行產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣應用。廣州數(shù)控研發(fā)了自主知識產(chǎn)權的工業(yè)機器人產(chǎn)品，用于機床上下料等。奇瑞裝備與哈工大合作研制的165kg點焊機器人已在自動化生產(chǎn)線上開始應用。此外，安徽埃夫特、南京埃斯頓、安徽巨一自動化、常州銘賽、青島科捷自動化、蘇州博實、北京博創(chuàng)等企業(yè)在整機、系統(tǒng)集成應用與核心零部件方面也進行了研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣。
但也應看到，我國在高精度減速器、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等工業(yè)機器人核心零部件領域長期依賴進口。這嚴重制約了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及國際競爭力的形成。
我國已在仿生機器人、康復機器人等領域開展了廣泛研究，并取得了一些成果。北京理工大學研制的“匯童”BHR及浙江大學研制的Wu & Kong仿人機器人連續(xù)對打乒乓球最高可達110回合，機器人與人對打最高可達140回合。在教育機器人領域，上海未來伙伴機器人有限公司于1998年推出全球第一臺教育機器人產(chǎn)品AS-MII能力風暴機器人。
在特種機器人領域，我國在一些領域已形成發(fā)展優(yōu)勢。例如，在水下機器人領域，中船重工702所、中科院沈陽自動化所、中科院聲學所等多家單位設計完成的7000米級“蛟龍?zhí)枴庇?012年6月27日下潛最大深度達到了7062.68米。在民用無人機領域，深圳大疆科技自主研發(fā)的系列產(chǎn)品，填補了國內(nèi)外多項技術空白。其飛行影像系統(tǒng)已占據(jù)國內(nèi)70%、全球50%以上的市場份額。在醫(yī)療外科機器人領域，北航機器人研究所聯(lián)合海軍總醫(yī)院于2003年設計出了適合輔助腦外科手術的機器人，截至2008年底已經(jīng)成功實施5000余例手術。
我國從1982年就開始了工業(yè)機器人的標準化研究工作，現(xiàn)行標準36項。近年來，我國機器人領域的專利申請量也呈逐年遞增態(tài)勢。截至2014年9月19日，我國機器人專利申請23877項，其中發(fā)明專利13367項，實用新型專利8325項，外觀專利2185項。
我國機器人發(fā)展面臨挑戰(zhàn)
由于需求旺盛、潛力巨大，中國市場成為全球主要機器人廠家的必爭之地。發(fā)那科、ABB、庫卡、安川、Staubli、Denso、Epson、Toshiba、Adept、三菱、Yamaha、川崎重工等，均在中國設立了分公司，并且大部分已在國內(nèi)擁有工廠或計劃開設工廠。這些企業(yè)普遍以六軸或以上高端工業(yè)機器人為主，幾乎壟斷了國內(nèi)汽車制造、焊接等高端領域。此外，國外核心零部件企業(yè)也抓緊搶灘我國市場，如納博特斯克近期將在中國投資50億日元建立新工廠，并計劃在2016年生產(chǎn)10萬臺精密減速器。
據(jù)美國IHS統(tǒng)計，2015年國際機器人整機廠商在中國的總產(chǎn)能將超過55000臺/年。加上本土企業(yè)及新進入者，2015年國內(nèi)機器人整機產(chǎn)能將達到60000臺/年。
截至2014年5月，國內(nèi)機器人企業(yè)接近400家，其中工業(yè)機器人企業(yè)353家，上市企業(yè)44家；從事機器人研究的科研院所達300余家。但迄今為止國內(nèi)高校還沒有開設獨立的機器人學專業(yè)，無法培養(yǎng)機器人技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需要的專業(yè)交叉、復合型、工程化專門人才。相對龐大的市場需求，雖然國內(nèi)相關專業(yè)畢業(yè)生隊伍龐大，但推動成果轉(zhuǎn)化和應用的專業(yè)研發(fā)人才、設計人才、應用人才尤其是領軍創(chuàng)業(yè)的復合型人才奇缺。目前國內(nèi)現(xiàn)有機器人研發(fā)人員約1.5萬人，行業(yè)工程師約2萬人，但我國機器人專家的國際影響力還相對較弱，鮮見能夠在相關國際組織任職的世界級科學家，人才資源結(jié)構(gòu)性短缺問題突出。
此外，在國家將機器人提升至戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之后，國內(nèi)各地陸續(xù)出臺相關扶持政策，爭相打造機器人產(chǎn)業(yè)基地。截至2014年6月，全國已建或擬建的機器人相關產(chǎn)業(yè)園（基地）已超過30個，規(guī)劃總面積超過2.8萬畝，到2020年的規(guī)劃投資額超過5000億元。但總體說來，國內(nèi)園區(qū)同質(zhì)化競爭態(tài)勢較為明顯。
我國機器人發(fā)展著力點
目前我國在機器人領域的技術瓶頸主要體現(xiàn)在三個方面。一是減速器、伺服電機與驅(qū)動器等核心零部件無法與國外同類產(chǎn)品競爭。二是靈巧操作、感知與智能核心單元，傳感器、實用化智能軟件與國外產(chǎn)品差距顯著。三是系統(tǒng)集成設計技術，與行業(yè)緊密配合的仿真環(huán)境試驗數(shù)據(jù)積累不夠，缺乏共性技術數(shù)據(jù)平臺，應用工藝與集成設計、作業(yè)與操作工具、系統(tǒng)集成設計軟件等較為落后。
目前，我國機器人產(chǎn)業(yè)正處于重點跨越、整體帶動的發(fā)展機遇期，即應以發(fā)展工業(yè)機器人為突破口，同時以“政府引導、市場主導”的方式發(fā)展服務機器人，以支持重大工程的方式發(fā)展特種機器人。
在工業(yè)機器人領域，在勞動力成本上升、制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級以及發(fā)展智能制造基礎裝備等因素的強力推動之下，我國工業(yè)機器人市場存在長期剛性需求，具有廣闊市場空間。由于已經(jīng)具有一定技術基礎和產(chǎn)業(yè)積累，我國完全可以憑借龐大的國內(nèi)市場，抓住機器人智能化升級換代發(fā)展機遇，積極培育本土企業(yè)，實現(xiàn)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的彎道超車。在服務機器人領域，我國與發(fā)達國家同處產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步階段，在研究基礎、技術積累、市場需求和競爭環(huán)境等方面差距不大。隨著我國老齡化社會的到來及經(jīng)濟社會的發(fā)展，醫(yī)療健康、家庭服務，老年看護、教育娛樂等民生市場需求旺盛，服務機器人存在巨大潛在市場。在現(xiàn)有技術基礎和市場條件下，我國服務機器人產(chǎn)業(yè)具備突破核心技術，創(chuàng)造需求并逐步獲得競爭優(yōu)勢的機會窗口。在特種機器人領域，在國家安全戰(zhàn)略需求的帶動下，軍用機器人必將成為國防現(xiàn)代化的重要組成部分；安全、民生領域的反恐防爆機器人、能源安全機器人、醫(yī)療機器人、空間機器人等特種機器人也存在迫切需求。同時，我國特種機器人技術在某些領域與發(fā)達國家水平接近，在水下機器人、空間機器人、軍用無人機等領域還具有一定優(yōu)勢。基于特定需求和已有技術基礎，在國家重大戰(zhàn)略需求的刺激下，我國特種機器人領域存在由“并跑”到“領跑”的機會窗口。
對我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
該書指出，應加強技術路線頂層設計。成立中央機器人發(fā)展領導小組；發(fā)揮專家咨詢委員會支撐作用；制定國家機器人發(fā)展技術路線；出臺國家機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃；科學引導地方機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
協(xié)同創(chuàng)新是當下實現(xiàn)我國機器人技術突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本途徑。該書建議在構(gòu)建多方協(xié)同創(chuàng)新體系方面應完善國家科研項目運行機制；捋順高校科研成果轉(zhuǎn)化機制；構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，支持在細分領域具有核心競爭力的“隱形冠軍”企業(yè)差異化發(fā)展；建立國家機器人技術測試平臺；建立國家機器人人才培養(yǎng)體系；加強機器人領域國際交流合作。
該書建議在WTO規(guī)則允許的前提下，對從事機器人研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)給予相應的政策扶持和鼓勵。具體包括：設立產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資基金；開展稅收優(yōu)惠試點工作；支持國內(nèi)品牌推廣應用；鼓勵國內(nèi)企業(yè)收購外企等。
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什么是機器人
機器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機器，具有感知、決策、執(zhí)行等基本特征，可以輔助甚至替代人類完成危險、繁重、復雜的工作，提高工作效率與質(zhì)量，服務人類生活，擴大或延伸人的活動及能力范圍。機器人種類繁雜，通常可分為工業(yè)機器人、服務機器人和特種機器人三類。
我國機器人技術發(fā)展歷程
我國在機器人領域的相關研究比國外晚了近三十年。從20世紀70年代后期開始，國內(nèi)先后有大大小小200多個單位自發(fā)進行機器人研究與開發(fā)。1986年底開始實施的國家863計劃，在自動化領域成立了專家委員會，其下設立了CIMS和智能機器人兩個主題組。自此，我國機器人技術的研究、開發(fā)和應用，從自發(fā)、分散、低水平重復的起步狀態(tài)進入了有組織、有計劃的規(guī)劃發(fā)展階段。“十五”“十一五”期間，我國相繼研制了深海載人潛器、高精尖數(shù)控加工裝備、危險作業(yè)機器人等，取得了一批創(chuàng)新性研究成果。2011年以來，我國機器人市場尤其是工業(yè)機器人市場快速增長，機器人產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，進入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。
國際早期機器人技術發(fā)展歷程
現(xiàn)代機器人研究始于20世紀中期，其技術背景是計算機和自動化的發(fā)展，以及原子能的開發(fā)利用。一方面，大批量生產(chǎn)的迫切需求推動了自動化技術的發(fā)展，為機器人研發(fā)奠定了基礎。另一方面，原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機械代替人處理放射性物質(zhì)。在這一需求背景下，美國原子能委員會的阿爾貢研究所于1947年開發(fā)了遙控機械手。
1954年，美國的戴沃爾最早提出了工業(yè)機器人概念。最早的工業(yè)機器人實用機型是1962年美國AMF公司推出的“VERSTRAN”和Unimation公司推出的“Unimate”。1965 年，MIT演示了第一個具有視覺傳感器的、能識別與定位簡單積木的機器人系統(tǒng)。
1970年以后，機器人研究得到了廣泛的普及。
日本于1967年由川崎重工從美國引進機器人技術，并于1968年試制出第一臺日本產(chǎn)Unimate機器人。經(jīng)過短暫的搖籃階段，日本的工業(yè)機器人很快進入實用階段，并由汽車業(yè)逐步擴大到其他制造業(yè)以及非制造業(yè)。 摘自中國機器人網(wǎng)
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