機(jī)器人產(chǎn)業(yè)如何 從“跟跑”轉(zhuǎn)向“并行”“領(lǐng)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(xué)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(jī)器人科技和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢、主要發(fā)達(dá)國家的戰(zhàn)略部署和我國機(jī)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(chǔ)上形成的《智享機(jī)器人時代——我國機(jī)器人發(fā)展之路》一書即將出版，我們獲得授權(quán)提前擷取其中部分內(nèi)容與讀者分享。
進(jìn)入21世紀(jì)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(jī)器人不斷從汽車制造領(lǐng)域向機(jī)械、建材、物流、食品乃至航空、航天、船舶制造等領(lǐng)域滲透。智能技術(shù)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(hù)等工作的服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人�！皺C(jī)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(jī)器人聯(lián)合會（IFR）預(yù)測：“機(jī)器人革命”將創(chuàng)造數(shù)萬億美元的市場，從而帶動與機(jī)器人相關(guān)的新材料功能模塊、感知獲取與識別、智能控制與導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)與市場快速發(fā)展。
2014年6月9日，習(xí)近平總書記在兩院院士大會的報告中提到，“機(jī)器人是‘制造業(yè)皇冠頂端的明珠’，其研發(fā)、制造、應(yīng)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(biāo)志。機(jī)器人主要制造商和國家紛紛加緊布局，搶占技術(shù)和市場制高點”�！拔覀儾粌H要把我國機(jī)器人水平提高上去，而且要盡可能多地占領(lǐng)市場。我們要審時度勢、全盤考慮、抓緊謀劃、扎實推進(jìn)”。
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(dá)國家中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造、機(jī)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(lǐng)域。作為先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，工業(yè)機(jī)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(biāo)志。
目前，從全球機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀來看，呈現(xiàn)兩大特點：其一，無人系統(tǒng)備受關(guān)注，仿生領(lǐng)域已成重點。在無人系統(tǒng)領(lǐng)域，典型代表為美國研制的RQ-4全球鷹無人機(jī)。作為目前最先進(jìn)的無人機(jī)，在伊拉克、阿富汗戰(zhàn)場上得到了廣泛應(yīng)用。在仿人/生機(jī)器人領(lǐng)域，1999年日本本田率先研究雙足仿人機(jī)器人的預(yù)測運動控制，并在2000年發(fā)布了首款A(yù)SIMO機(jī)器人。在仿動物機(jī)器人領(lǐng)域，波士頓動力公司率先突破四足機(jī)器人復(fù)雜動力學(xué)建模、控制與驅(qū)動問題，于2005年推出了首款BigDog四足大狗機(jī)器人。其二，醫(yī)療康復(fù)漸成熱點，家用服務(wù)逐步成真。IntuitiveSurgical公司1999年首次發(fā)布達(dá)芬奇外科手術(shù)機(jī)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(jī)器人發(fā)展有四個特點：首先，全球市場快速增長，工業(yè)應(yīng)用獨占鰲頭。據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計，2013年全球機(jī)器人市場總規(guī)模達(dá)342.7億美元。其中，工業(yè)機(jī)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(yīng)用逐步拓展，服務(wù)應(yīng)用漸成熱點。國外工業(yè)機(jī)器人企業(yè)的業(yè)務(wù)大多起源于汽車制造。近年來，工業(yè)機(jī)器人企業(yè)開始高度關(guān)注電子信息制造、食品加工、化工等傳統(tǒng)行業(yè)中的機(jī)器人應(yīng)用。機(jī)器人應(yīng)用也正從工業(yè)領(lǐng)域向國防軍事、醫(yī)療康復(fù)、助老助殘、家居服務(wù)等領(lǐng)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(jī)、系統(tǒng)集成等機(jī)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(lǐng)域，應(yīng)用于工業(yè)關(guān)節(jié)機(jī)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(jī)器人整機(jī)領(lǐng)域，發(fā)那科、庫卡、abb、安川四大企業(yè)是全球市場的絕對強(qiáng)者。第四，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)頻發(fā)力，機(jī)器人技術(shù)助發(fā)展。近兩年，國際互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)大舉進(jìn)軍機(jī)器人領(lǐng)域。以谷歌為例，2013年收購了8家機(jī)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(jìn)展。虛擬業(yè)務(wù)與現(xiàn)實業(yè)務(wù)相結(jié)合，是谷歌獲取持久發(fā)展力的重要途徑。
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)越來越受到世界各國的高度關(guān)注。主要經(jīng)濟(jì)體紛紛將發(fā)展機(jī)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(jī)器人生產(chǎn)規(guī)模最大、應(yīng)用最廣的國家，其仿人機(jī)器人、家用機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人技術(shù)也十分領(lǐng)先；歐盟及德國在工業(yè)機(jī)器人和醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域居于領(lǐng)先地位；韓國在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展較為優(yōu)秀；美國主要優(yōu)勢在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，特別是醫(yī)療機(jī)器人和國防軍工機(jī)器人。
我國機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會（IFR）統(tǒng)計，2004—2013年的十年間，我國工業(yè)機(jī)器人市場銷量的年均復(fù)合增長率高達(dá)29.8%。2013年，市場銷量達(dá)36560臺，同比增長30.4%，首次超過日本成為全球最大工業(yè)機(jī)器人市場。國產(chǎn)服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)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(jī)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(jī)器人的多個領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。新松機(jī)器人在自動導(dǎo)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(jī)器人方面進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用。廣州數(shù)控研發(fā)了自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品，用于機(jī)床上下料等。奇瑞裝備與哈工大合作研制的165kg點焊機(jī)器人已在自動化生產(chǎn)線上開始應(yīng)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(jī)、系統(tǒng)集成應(yīng)用與核心零部件方面也進(jìn)行了研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣。
但也應(yīng)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(jī)器人核心零部件領(lǐng)域長期依賴進(jìn)口。這嚴(yán)重制約了我國工業(yè)機(jī)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(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人等領(lǐng)域開展了廣泛研究，并取得了一些成果。北京理工大學(xué)研制的“匯童”BHR及浙江大學(xué)研制的Wu & Kong仿人機(jī)器人連續(xù)對打乒乓球最高可達(dá)110回合，機(jī)器人與人對打最高可達(dá)140回合。在教育機(jī)器人領(lǐng)域，上海未來伙伴機(jī)器人有限公司于1998年推出全球第一臺教育機(jī)器人產(chǎn)品AS-MII能力風(fēng)暴機(jī)器人。
在特種機(jī)器人領(lǐng)域，我國在一些領(lǐng)域已形成發(fā)展優(yōu)勢。例如，在水下機(jī)器人領(lǐng)域，中船重工702所、中科院沈陽自動化所、中科院聲學(xué)所等多家單位設(shè)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(dá)到了7062.68米。在民用無人機(jī)領(lǐng)域，深圳大疆科技自主研發(fā)的系列產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)外多項技術(shù)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(jī)器人領(lǐng)域，北航機(jī)器人研究所聯(lián)合海軍總醫(yī)院于2003年設(shè)計出了適合輔助腦外科手術(shù)的機(jī)器人，截至2008年底已經(jīng)成功實施5000余例手術(shù)。
我國從1982年就開始了工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化研究工作，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)36項。近年來，我國機(jī)器人領(lǐng)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(jī)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(jī)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(jī)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(shè)立了分公司，并且大部分已在國內(nèi)擁有工廠或計劃開設(shè)工廠。這些企業(yè)普遍以六軸或以上高端工業(yè)機(jī)器人為主，幾乎壟斷了國內(nèi)汽車制造、焊接等高端領(lǐng)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(jī)器人整機(jī)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(jìn)入者，2015年國內(nèi)機(jī)器人整機(jī)產(chǎn)能將達(dá)到60000臺/年。
截至2014年5月，國內(nèi)機(jī)器人企業(yè)接近400家，其中工業(yè)機(jī)器人企業(yè)353家，上市企業(yè)44家；從事機(jī)器人研究的科研院所達(dá)300余家。但迄今為止國內(nèi)高校還沒有開設(shè)獨立的機(jī)器人學(xué)專業(yè)，無法培養(yǎng)機(jī)器人技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需要的專業(yè)交叉、復(fù)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(guān)專業(yè)畢業(yè)生隊伍龐大，但推動成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的專業(yè)研發(fā)人才、設(shè)計人才、應(yīng)用人才尤其是領(lǐng)軍創(chuàng)業(yè)的復(fù)合型人才奇缺。目前國內(nèi)現(xiàn)有機(jī)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(jī)器人專家的國際影響力還相對較弱，鮮見能夠在相關(guān)國際組織任職的世界級科學(xué)家，人才資源結(jié)構(gòu)性短缺問題突出。
此外，在國家將機(jī)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(guān)扶持政策，爭相打造機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地。截至2014年6月，全國已建或擬建的機(jī)器人相關(guān)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(jī)器人發(fā)展著力點
目前我國在機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在三個方面。一是減速器、伺服電機(jī)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(shè)計技術(shù)，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(shù)數(shù)據(jù)平臺，應(yīng)用工藝與集成設(shè)計、作業(yè)與操作工具、系統(tǒng)集成設(shè)計軟件等較為落后。
目前，我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)正處于重點跨越、整體帶動的發(fā)展機(jī)遇期，即應(yīng)以發(fā)展工業(yè)機(jī)器人為突破口，同時以“政府引導(dǎo)、市場主導(dǎo)”的方式發(fā)展服務(wù)機(jī)器人，以支持重大工程的方式發(fā)展特種機(jī)器人。
在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)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(chǔ)裝備等因素的強(qiáng)力推動之下，我國工業(yè)機(jī)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(shù)基礎(chǔ)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(jī)器人智能化升級換代發(fā)展機(jī)遇，積極培育本土企業(yè)，實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的彎道超車。在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，我國與發(fā)達(dá)國家同處產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步階段，在研究基礎(chǔ)、技術(shù)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(jì)社會的發(fā)展，醫(yī)療健康、家庭服務(wù)，老年看護(hù)、教育娛樂等民生市場需求旺盛，服務(wù)機(jī)器人存在巨大潛在市場。在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)和市場條件下，我國服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)具備突破核心技術(shù)，創(chuàng)造需求并逐步獲得競爭優(yōu)勢的機(jī)會窗口。在特種機(jī)器人領(lǐng)域，在國家安全戰(zhàn)略需求的帶動下，軍用機(jī)器人必將成為國防現(xiàn)代化的重要組成部分；安全、民生領(lǐng)域的反恐防爆機(jī)器人、能源安全機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、空間機(jī)器人等特種機(jī)器人也存在迫切需求。同時，我國特種機(jī)器人技術(shù)在某些領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家水平接近，在水下機(jī)器人、空間機(jī)器人、軍用無人機(jī)等領(lǐng)域還具有一定優(yōu)勢�；谔囟ㄐ枨蠛鸵延屑夹g(shù)基礎(chǔ)，在國家重大戰(zhàn)略需求的刺激下，我國特種機(jī)器人領(lǐng)域存在由“并跑”到“領(lǐng)跑”的機(jī)會窗口。
對我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
該書指出，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)路線頂層設(shè)計。成立中央機(jī)器人發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組；發(fā)揮專家咨詢委員會支撐作用；制定國家機(jī)器人發(fā)展技術(shù)路線；出臺國家機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃；科學(xué)引導(dǎo)地方機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
協(xié)同創(chuàng)新是當(dāng)下實現(xiàn)我國機(jī)器人技術(shù)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(yīng)完善國家科研項目運行機(jī)制；捋順高校科研成果轉(zhuǎn)化機(jī)制；構(gòu)建協(xié)同創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，支持在細(xì)分領(lǐng)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(jī)器人技術(shù)測試平臺；建立國家機(jī)器人人才培養(yǎng)體系；加強(qiáng)機(jī)器人領(lǐng)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(jī)器人研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)給予相應(yīng)的政策扶持和鼓勵。具體包括：設(shè)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(yīng)用；鼓勵國內(nèi)企業(yè)收購?fù)馄蟮取?/span>
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什么是機(jī)器人
機(jī)器人是一種能夠半自主或全自主工作的智能機(jī)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(fù)雜的工作，提高工作效率與質(zhì)量，服務(wù)人類生活，擴(kuò)大或延伸人的活動及能力范圍。機(jī)器人種類繁雜，通�？煞譃楣I(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人和特種機(jī)器人三類。
我國機(jī)器人技術(shù)發(fā)展歷程
我國在機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)研究比國外晚了近三十年。從20世紀(jì)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(jìn)行機(jī)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(lǐng)域成立了專家委員會，其下設(shè)立了CIMS和智能機(jī)器人兩個主題組。自此，我國機(jī)器人技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用，從自發(fā)、分散、低水平重復(fù)的起步狀態(tài)進(jìn)入了有組織、有計劃的規(guī)劃發(fā)展階段�！笆濉薄笆晃濉逼陂g，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(jī)器人等，取得了一批創(chuàng)新性研究成果。2011年以來，我國機(jī)器人市場尤其是工業(yè)機(jī)器人市場快速增長，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈逐步形成，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。
國際早期機(jī)器人技術(shù)發(fā)展歷程
現(xiàn)代機(jī)器人研究始于20世紀(jì)中期，其技術(shù)背景是計算機(jī)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(shù)的發(fā)展，為機(jī)器人研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。另一方面，原子能實驗室的惡劣環(huán)境要求某些操作機(jī)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(jī)械手。
1954年，美國的戴沃爾最早提出了工業(yè)機(jī)器人概念。最早的工業(yè)機(jī)器人實用機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)。
1970年以后，機(jī)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(jìn)機(jī)器人技術(shù)，并于1968年試制出第一臺日本產(chǎn)Unimate機(jī)器人。經(jīng)過短暫的搖籃階段，日本的工業(yè)機(jī)器人很快進(jìn)入實用階段，并由汽車業(yè)逐步擴(kuò)大到其他制造業(yè)以及非制造業(yè)。 摘自中國機(jī)器人網(wǎng)
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