“中国制造2025”解读:推动机器人产业发展
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2022-11-05 16:28
站在新的历史高度,立足全局战略形势,“中国制造2025”明确提出了我国实施制造强国战略首个十年的行动纲领,并将“高档数控机床与机器人”列为重点推进的领域之一。文件提出,机器人产业发展应“聚焦汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人应用需求,以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用领域,积极开发创新产品,推动机器人标准化、模块化发展,不断拓展市场应用”。同时,要着力突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件的技术瓶颈,以及系统集成设计与制造技术。在重点领域技术创新路线图中,清晰指明未来十年我国机器人产业的发展重点主要集中在两个方向:一是加快研发工业机器人本体及关键零部件系列化产品,推动工业机器人产业化与应用落地,满足我国制造业转型升级的迫切需求;二是集中攻克智能机器人关键技术,加速培育一批智能化机器人产品,积极应对新一轮科技与产业变革带来的挑战。
1. 以需求为导向,提升创新能力,拓展市场应用
根据不同的应用环境,国际机器人联合会(IFR)将机器人分为两类:一类是应用于制造环境中的工业机器人,另一类则是服务于非制造环境中的服务机器人。工业机器人是指在工业生产中使用的通用型机器人,是现代制造业中重要的工厂自动化设备。而服务机器人则是为人类提供服务的非生产性机器人。服务机器人技术主要应用于结构复杂、环境非结构化的场景中,它能够通过自身传感器和通信系统获取外部环境信息,从而做出决策并完成相应任务。
1. 中国已成为全球最大的工业机器人市场,但其潜力仍有待挖掘。
工业机器人主要指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,广泛应用于工业生产过程中的搬运、焊接、装配、加工、涂装及清洁生产等环节。2014年,全球工业机器人销量创历史新高,达到22.5万台,同比增长27%。推动市场增长的主要动力来自亚洲地区,尤其是中国和韩国。
近年来,中国对机器人的需求迅猛增长,已成为全球机器人市场的重要一极。2014年,中国工业机器人销量达到5.6万台,同比增长52%,再次蝉联全球最大的工业机器人市场。用户群体已从完全外资企业和中外合资企业,扩展到本土企业,甚至包括中小型企业。目前,中国沿海发达工业区的许多企业产品主要用于出口,因此对产品质量要求极高。越来越多的企业开始用机器人替代传统产业工人。其中,在珠江三角洲地区,工业机器人使用量的年均增长率已高达30%,尤其在装配、点胶、搬运、焊接等领域,更是掀起了机器人应用的热潮。
尽管自2013年起,中国已成为全球最大的工业机器人市场,但制造业中工业机器人的密度仍处于较低水平。2013年,中国工业机器人密度仅为每1万名产业工人30台,不到全球平均水平的一半。与工业自动化程度较高的韩国(每1万名产业工人437台)、日本(323台)和德国(282台)相比,这一差距更为明显。因此,国内工业机器人市场仍具有巨大潜力。
作为制造业大国,中国在工业机器人应用方面一直处于相对落后的地位。除了汽车行业外,机器人在通用制造业中的应用基本上仍处于自发、分散或零散的状态。随着中国工厂自动化的发展,工业机器人也将迅速推广至其他行业,如电子、金属制品、橡胶与塑料、食品、建材、民爆、航空以及医疗设备等行业。
工业机器人的应用程度是一个国家工业自动化水平的重要指标。我国工业机器人的发展,应着眼于加快推动本国智能制造的发展需求,并实现机器人供需两端的协同合作。一方面,提升我国机器人制造企业的创新能力,推动机器人向标准化、模块化和系统化方向发展,降低使用成本,提高集成应用水平,从而拓展市场应用领域;另一方面,积极试点应用自主品牌机器人,重点打造一批效果突出的典型应用示范项目,以带动工业机器人广泛应用于传统制造业的转型升级。
2. 中国服务机器人产业应以需求为导向,注重发展。
服务机器人包括特种服务机器人和家用服务机器人。服务机器人应用广泛,主要涉及维护、维修、运输、清洁、安保、救援、监控、医疗护理、养老护理、康复以及残疾人辅助等领域。服务机器人是一种新型智能设备,也是战略性高科技产品,未来其市场空间将超过工业机器人。
过去五年,全球服务机器人市场呈现迅猛增长态势。根据国际机器人联合会(IFR)的统计数据,2013年,全球专业服务机器人和个人/家用服务机器人的销量分别达到2.1万台和400万台,市场价值分别为35.7亿美元和17亿美元,同比分别增长4%和28%。展望未来几年,全球服务机器人市场仍将继续保持快速增长。随着互学习与知识共享云机器人技术取得重大突破,小型家庭辅助机器人已大幅降低生产成本,并有望在2020年前形成一个规模累计至少达416亿美元的新兴市场。与此同时,尽管面向残障人士的辅助设备起步较慢,但预计未来20年将迎来强劲的增长势头。
目前,全球服务机器人的技术研发主要由美国、日本、中国、德国和韩国引领。而我国的服务机器人发展则相对滞后于工业机器人。与日本、美国等国家相比,我国在服务机器人领域的研发起步较晚,与发达国家的绝对差距仍较为明显。不过,相较于工业机器人,国内外之间的差距已有所缩小。服务机器人通常结合特定需求市场进行开发,本土企业更容易因地制宜、因文化特色布局,从而占据有利的市场定位,保持一定的竞争优势;另一方面,国外的服务机器人也多属于新兴产业,大多数相关企业成立时间尚短。因此,中国服务机器人产业正迎来更大的机遇与广阔的发展空间。
从发展趋势来看,我国的专业服务机器人有望率先实现产业化,而个人/家用机器人则稍后,尤其是医疗机器人、危险及特殊环境下的巡检机器人等。随着中国步入老龄化社会,人们对医疗、护理和康复的需求正日益增长。与此同时,由于人们生活水平追求的提升,个人/家用机器人未来将拥有更加广阔的市场空间。
2. 突破技术瓶颈,提升产业化能力
机器人融合了现代制造技术、新材料技术和信息控制技术,是智能制造的代表性产品。其研发、制造与应用,已成为衡量一个国家科技创新能力和制造业水平的重要标志,并已引起全球制造强国的广泛关注。
我国机器人产业的发展可追溯到20世纪80年代。当时,科技部将工业机器人纳入了科技研究规划。原机械工业部率先组织开展了点焊、弧焊、喷涂、搬运等各类工业机器人的研发工作。其他部委也积极启动相关项目给予支持,由此掀起了中国工业机器人发展的第一个高潮。然而,此后由于市场需求不足,机器人领域的自主研发与产业化进程一度陷入长期停滞。进入2010年之后,中国机器人装机量逐年攀升,并开始全面布局机器人产业链的建设与发展。
机器人产业的发展涵盖研发与测试、机器人本体及零部件的产业化、系统集成技术以及服务等多个环节,每个环节都至关重要。目前,中国机器人产业链的发展仍任重道远。总体来看,中国大多数机器人企业集中在系统集成领域,其中以加工和装配型企业为主。然而,在核心关键技术的原创性研究、高可靠性基础功能部件、系统工艺应用解决方案以及主机规模化生产等方面,中国与发达国家仍存在较大差距。特别是在关键零部件领域,精密减速器、伺服电机和驱动器等核心部件高度依赖进口。尽管国家多年来已在这一领域投入大量资金予以支持,但由于市场规模较小、产业化水平较低,难以有效推动核心零部件的自主发展,导致相关成果不尽如人意。
可以看出,中国机器人技术的不足制约了产业化规模,而规模较小又反过来限制了技术的发展,进而影响了机器人产业化的进程。若想提升国产机器人的市场竞争力,一方面应扩大国产机器人的产量,增强国内机器人企业的生产能力;另一方面,则需推动国产机器人关键零部件的本地化,提高关键部件的生产水平,以满足国内机器人产能扩张的需求。
过去两年,国家高度重视智能制造与机器人产业。工业和信息化部、国家发展改革委、科技部等部门正全力推动机器人产业发展,从顶层设计、财税金融支持、示范应用、人才培养等多方面促进自主品牌机器人产业的壮大。相关扶持政策日益完善且更加细化。同时,中国机器人产业路线图及机器人产业“十三五”规划的相关工作也在稳步推进中。这将有力推动我国机器人企业突破技术瓶颈,提升产业化能力。
当前,对于中国机器人产业而言,已不再是重视与否的问题,而是应以怎样的视野看待这一产业,以及如何通过怎样的思路来培育和推动产业有序发展。针对机器人产业的市场需求、技术创新模式、资金支持方式等问题,各地政府的相关扶持政策有望进一步细化和完善。
3. 加快新一代机器人的开发与生产,抢占机器人技术及产业发展的下一个制高点。
随着机器人技术的发展,根据功能的不同,机器人被分为通用型机器人和智能机器人。其中,通用型机器人指仅具备通用编程能力和基本操作功能的机器人。目前,我国生产的大多数机器人都属于这一类别;而智能机器人的定义尚无统一标准,多数专家认为,智能机器人至少应具备以下几项核心功能:首先,能够适应不确定的作业环境;其次,能灵活操控复杂对象;第三,可与人类实现密切的协调与协作;第四,具备自然的人机交互能力;第五,拥有安全可靠的人机协作特性。无论是现代工业机器人还是服务机器人,最终都将朝着具备学习能力的智能机器人方向发展。我们通常将智能机器人称为下一代机器人。随着3D视觉感知与认知、力传感器等技术的不断进步,以及这些技术与工业互联网、云计算、大数据等新一代信息技术的深度融合,下一代机器人的智能化水平将进一步提升,对外界环境的感知能力也将随之增强,从而能够顺利完成动态复杂的作业任务,并实现多机协同,与人类并肩合作。
为了进一步抢占国际市场,提升制造业在全球的竞争地位,各经济大国纷纷积极尝试并陆续制定发展规划,以把握先进机器人技术的发展机遇。目前,德国政府正实施“工业4.0”战略,致力于建设“智能工厂”,打造“智能制造”。其中,人机协作以及机器与机器之间的互联互通,是其核心议题之一。与此同时,美国于2013年提出了《美国机器人发展路线图》,重点聚焦制造业领域,旨在突破机器人强适应性与可重构装配、仿人灵巧操作、基于模型的集成与供应链设计、自主导航、非结构化环境感知、教育培训,以及机器人与人类协同作业时的安全性等关键技术。2015年初,日本政府发布了《日本机器人新战略》,并在其五年行动计划中明确指出,需“研发数据终端、网络化、云计算等技术,为下一代机器人落地应用提供支撑”。近年来,韩国政府也相继出台多项政策,大力支持第三代智能机器人的研发与应用。2012年,韩国公布了《机器人未来战略作战网络2022》,其政策重心在于助力韩国企业进军国际市场,抢占智能机器人产业化的先机。在美、日、欧等科技强国的大力推动下,过去五年间,新一代机器人原型机、示范应用乃至实用化系统不断涌现。
从我国当前的视角来看,新一代工业机器人的市场需求尚未完全成熟,但具有战略意义的共性技术的研发与储备却显得尤为迫切。目前,要推动我国新一代机器人产业的发展,首先应着力夯实机器人产业的技术基础,重点加快现有机器人的产业化进程,并加速自主品牌机器人在国内市场的推广应用。同时,积极探索新型技术研发模式,鼓励科研院所与企业充分发挥各自优势,共同搭建面向新一代工业机器人的国家级平台,开展前沿及共性技术的研究、开发与储备工作。立足我国国情与实际需求,突破新一代机器人的核心技术,打造新一代机器人原型系统与产品,推动其产业化进程,抢占国际下一代机器人领域的制高点。针对不同应用领域的机器人产品,我们将实施差异化的发展策略:一方面,以企业为核心、以共性技术平台为支撑,优先推进新一代工业机器人的研发,促进产需对接,牢牢把握产业发展制高点;另一方面,坚持以市场为导向,紧扣国内需求特点,重点发展医疗护理、养老助老以及适用于特殊服务环境的特种机器人等服务型机器人。