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人工智能推动机器换人 机器人产业整体突破是还是坏
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日期:2017-08-05 11:06:20来源:物联中国 点击:621
核心提示:随着制造业转型升级、机器换人步伐的加快,工业机器人产业呈现爆发式增长,已经成为先进制造业中必不可少的一种支撑力量。机器人和自动化产业成为未来我国高端制造业发展的主流方向,但产业实际还存在核心技术薄弱、标准有待完善、人才及品牌缺乏的问题。其中标准缺乏导致自主品牌的工业机器人产品质量落后,产需对接过程中...

随着制造业转型升级、机器换人步伐的加快,工业机器人产业呈现爆发式增长,已经成为先进制造业中必不可少的一种支撑力量。机器人和自动化产业成为未来我国高端制造业发展的主流方向,但产业实际还存在核心技术薄弱、标准有待完善、人才及品牌缺乏的问题。其中标准缺乏导致自主品牌的工业机器人产品质量落后,产需对接过程中矛盾突出,已经成为工业机器人产业持续发展的一大障碍。

机器人产业是一个国家科技创新水平和高端制造业发展水平的重要标志。美日德等发达国家于2010年左右相继宣布回归制造业,并不约而同地选择机器人产业作为切入点,制定了一系列政策规划予以推进。典型的有美国《机器人发展路线图——从互联网到机器人》和日本《机器人新战略》。我国同样高度重视机器人产业的发展,《中国制造2025》和《智能制造发展规划(2016-2020年)》中均将机器人产业作为重点发展方向。在政策环境基本同步的情况下,机器人产业的发展更多受市场环境、技术态势和机构创新等因素的影响,本文就此进行了梳理和剖析。

产业规模持续扩大

当前,在全球劳动力成本持续上升、自动化技术水平不断提高的共同作用下,机器人产业发展迅速、市场空间巨大。未来在新一轮工业革命体系中,机器人作为代表性的产业方向,应用领域不断延伸,市场规模会持续扩大。

1.以机器人为切入点,发达国家发力高端制造业

为解决本国经济实体“空心化”的问题,美日德等发达国家相继宣布回归制造业,但并不是回归传统制造业,而是使制造业结构向知识密集型和高附加值的方向发展。由于生产过程的智能化是关键条件之一,机器人成为最为契合的切入点,需求量将不断增加。从2014年的数据来看,日本的工业机器人生产和安装总量达到12.7万台,同比增长30.5%;美国机器人市场规模为2.6万台,同比增长11%;德国市场规模为2万台,同比增加10%[1]。基于各国未来的工业发展战略,市场规模还会延续这一增长态势。如日本在《机器人新战略》中,把成为“世界第一的机器人应用国家”作为三大核心目标之一确定下来,未来将在制造、服务、自然灾害应对、工程建设与农业生产等领域广泛使用新型机器人。

2.以机器人作为支撑,新兴经济体着力制造业转型升级

以中国、印度和巴西为代表的新兴经济体正经历制造业转型升级的历史时期,生产过程的自动化和生产主体的智能化是重要的转型方向,因此对机器人的需求极为旺盛。尤其是对我国来说,逐渐消失的人口红利,使得“机器换人”成为必然。2013年,我国成为全球最大的机器人市场,销量达3.7万台;2014年市场规模达到5.7万台,同比增长56%;2015年,销量约6.6万台,增长了16%,市场价值达13亿美元,占全球13%[2]。预计到2020年市场价值达到33亿美元。

技术竞争日趋激烈

机器人技术的研究整体呈现快速发展态势,研究成果不断涌现。但从产业链角度看,上中下游技术之间存在一定的差异。其中,附加值高的上游和中游技术对机器人产业的发展具有决定性作用,而下游部分主要是系统集成和应用,产品附加值较低。因此,本文重点分析了机器人产业上、中游技术的发展态势。

1.机器人产业上游技术壁垒较高,长期为美日德等国企业垄断

处于机器人产业链上游的核心零部件(如控制器、伺服电机和减速机)是价值链中的利润关键点,占机器人整体生产成本的70%以上。上游技术研究壁垒高,技术创新主体主要来自日本、美国和德国。我国的专利数量虽然位列第二,但包含大量的实用新型专利,技术方案创新程度较低(见图1)。日本在机器人产业链上游处于绝对领先地位,拥有大量优势企业,如安川电机和发那科公司,技术研发和市场扩张均十分活跃,创新成果丰富。德国、瑞士与韩国等由于在该领域拥有面向全球的领军企业库卡、ABB公司与三星重工而跻身机器人强国之列。我国目前在机器人核心部件领域的研究较弱,大部分集中在中低端区域,难以突破高端技术瓶颈。此外,创新多来自于科研院所,还未出现面向全球的机器人领军企业。

1986-2016年机器人产业上游技术专利申请来源国

2.机器人产业中游技术兼具门槛低和附加值高的特点,为竞争性研发的焦点

机器人产业链中游的技术包括本体设计和控制系统开发,相对于核心零部件的高技术壁垒,中游技术的进入门槛有所降低,同时其产业附加值又较系统集成应用高,因此其成为全球各国研究的热点。日本由于具有完善的产业链发展模式,在机器人产业中游技术方面依然处于领先地位,但未形成垄断局面;美国、德国、韩国与中国均有相关研究和成果。其中,我国在该技术领域的专利储备数量已与日本非常接近,远大于韩美德三国(见图2)。

1986-2016年机器人产业中游技术专利申请来源国

技术创新机构群体日益壮大

1.发达国家企业技术创新能力持续走强

机器人作为一种应用型技术产品,机构的技术创新行为很大程度上体现为一个国家在该领域的产业发展程度。研究发现,全球机器人主要机构的存在形态属于典型的智能装备产业机构形态,即少数巨头企业掌握大量的核心技术,且这些企业的跨国战略布局态势明显,从而形成全球垄断的局面(见表1)。基于机器人领域的成熟性与垄断性,差异化、系统化和垂直并购是这些企业追求技术优势增长及市场规模扩张最为常见的模式。

1986-2016年全球机器人上、中游核心技术专利申请人排名

在这些巨头企业中,目前日本企业最多,且处于机器人产业链的不同位置,共同构建起较为完善的日本机器人产业链。其中,除了有位列机器人“四大家族”的发那科公司和安川电机外,精工爱普生、松下和日立等综合型企业,以及本田、丰田和日产等机器人应用领域的主要企业,均开始涉足机器人技术的研究。此外,韩国、德国与瑞士的企业数量虽不能与日本媲美,但均拥有典型的智能装备领域巨头企业,即韩国三星、德国库卡和瑞士ABB。与这些国家相比,我国还未出现机器人领域的巨头企业,表中仅有两家机构来自中国,分别为鸿海精密工业股份有限公司和哈尔滨工业大学,而前者相对于典型的中国企业不具代表性。

2.我国的技术创新集中在科研院所,市场能力正在孕育

我国对机器人领域的研究主要来自高校和科研院所(见表2),这一情况也与我国智能装备领域机构整体的存在形态一致,即技术创新的主体并非企业而是科研机构。与丰富的技术创新成果对应的却是匮乏的成果转化,技术成果产业化的步伐缓慢。哈尔滨工业大学的技术转化模式较为典型,实行基础研究和应用研究并行,创立哈工大机器人集团进行技术转化和产业化,产品分布在机器人产业链上游和中游。中国科学院沈阳自动化研究所也采取同样的模式进行技术转化,成立新松机器人自动化股份有限公司。然而多数高校并未建立长期有效的协同创新或技术转化体系,阻碍了技术创新成果的产品化、市场化进程。

1986-2016年我国机器人上、中游核心技术专利申请人排名

我国机器人产业期待整体突破

我国高度重视机器人产业的发展,在顶层设计和政策规划上与发达国家基本同步。同时我国是全球第一大机器人市场,未来制造业转型升级依然存在大量的机器人需求,市场环境优于发达国家。然而,我国机器人产业发展还存在除政策和市场外的其他诸多问题,而这些问题从根本上阻碍了当前我国机器人产业的良性发展。

1.技术和产品集中在产业链的中下游,上游技术瓶颈影响全产业链竞争力

尽管我国基本掌握了本体设计制造、控制系统软硬件与运动规划等工业机器人相关技术,但与国外相比,总体技术水平仍存在较大差距。目前,国产工业机器人以中低端产品为主,主要是搬运和上下料机器人,大多为三轴和四轴机器人;应用于汽车制造、焊接等高端行业领域的六轴或以上高端工业机器人市场主要被日本和欧美企业占据。国产六轴工业机器人占全国工业机器人新装机量不足10%,2014年国产工业机器人在我国销量为1.6万台,在市场总额中占比不到30%。此外,我国缺乏核心及关键技术的原创性成果和创新理念,精密减速器、伺服电机、伺服驱动器和控制器等高可靠性基础功能部件方面的技术差距尤为突出,长期依赖进口。

2.创新主体以科研院所为主,企业规模小和创新水平低为产业短板

机器人作为应用型技术产品,研究的主体应为以产品开发为主的企业,只有这样才能快速实现创新成果的商品化。机器人传统强国都拥有技术研发和产品开发均处于世界前列的巨头企业,从而带动本国机器人产业发展的同时提升本国在全球机器人领域的地位。而目前来看,我国还未出现能与机器人“四大家族”抗衡的巨头企业,技术创新主要由科研机构进行,形成了技术研究和产品开发“两张皮”的局面,严重阻碍我国机器人产业的发展。

3.创新成果转化较弱,产业化步伐缓慢

由于我国机器人技术研究主要集中于科研院所,因此研发成果的转化成为机器人产业发展的关键。从实践来看,除哈尔滨工业大学和中国科学院沈阳自动化研究所外,我国多数高等院校还未形成长期高效的技术转化模式。最为普遍的方式是就某个技术领域或产品与企业合作展开研发,但机器人技术是系统性、平台级的技术体系,尤其是上游技术的突破极为困难,研发周期长,且结果还有较大的不确定性,因此企业往往因为无法承担时间成本而中途放弃,导致我国研发成果的转化率低。

加快我国机器人产业发展的建议

大力发展机器人产业对推动供给侧改革、培育新的科技发展动能和新产业具有重大现实意义。目前,我国在机器人的关键部件、产品与产业化以及基础研究方面与发达国家依然存在较大差距,需要加强以下三个方面工作,加快我国机器人产业发展。

1.加大研发力度,突破机器人产业核心技术瓶颈

目前,我国在机器人领域的研究主要集中在中下游,上游核心技术瓶颈始终难以突破。这不仅增加了国产机器人的制造成本,同时还存在随时遭遇发达国家技术封锁的风险。因此须加快机器人产业核心技术的研发步伐,突破技术瓶颈。建议从国家层面加大技术研发的投入力度,针对应用需求,开展工业机器人全生命周期可靠性和制造工艺技术研究,同时充分利用和整合现有资源,继续推进研发平台、应用验证平台和整机及关键部件检测中心的建设工作。

2.提升企业技术创新能力,培育机器人领域领军企业

机器人产业具有集聚度高的特点,领军企业对产业发展的带动作用明显。日本、德国和韩国目前都有面向全球的领军企业,如日本的发那科和安川电机、德国的库卡以及韩国的现代重工等,从而带动本国机器人产业的整体发展。就我国市场而言,东北集聚区拥有哈工大集团和沈阳新松两家国内机器人领军企业,但在技术实力和市场占有率上,都未达到与国际巨头抗衡的规模,培育领军企业依然是我们目前的战略目标。其中技术实力的提升是关键因素,因此须进一步提升企业的技术创新能力。

3.探索新型科技成果转化模式,加快产业化步伐

我国科研机构拥有大量的机器人领域研究成果,但局限于现有的技术转化路径和模式,多数未进行及时转化,有的已错失技术进入市场的窗口期。建议继续鼓励有创新成果的科研机构做强做大所属企业,加大技术和产品的推广力度,突破市场化、产业化和国际化瓶颈限制。积极引导高校与国内龙头企业合资成立公司或推进技术合作,既可帮助高校克服在市场、资金方面的诸多限制,又可以降低企业技术研发方面的风险。此外,政府还要加快建立应用示范基地、产业集群基地、产业技术创新联盟和专业化众创空间等载体,统筹各方力量,共同营造良好的机器人产业生态。

出处:物联中国
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