依托工业机器人 促进我国智能产业可持续发展
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  无论是美国的工业互联网还是德国的工业4.0,都意在制造业领域,特别是智能制造领域,占据制高点。而在《中国制造2025》的实施过程中,工业机器人产业,也可以成为我国在智能制造领域的突破口和重要抓手。壮大和发展工业机器人产业,有利于实现国家科技事业的发展目标,有利于实现经济社会发展的动力转换、方式转变、结构调整的繁重任务。

  依托工业机器人促进我国智能产业可持续发展

  工业机器人是抢占制造业高地的重要突破口

  智能制造是先进制造发展的最新形态,是中国制造业转型升级的新方向、新趋势,在《中国制造2025》中占有重要地位。智能制造集成了技术创新、模式创新和组织方式创新,是集成制造、精益生产、敏捷制造、虚拟制造、网络化制造等多种先进制造系统和模式的综合。而工业机器人产业,是智能制造的系统和模式中必不可少的一环,工业机器人被称为制造业皇冠顶端的明珠,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志,对于国家制造业的整体转型升级具有以点带面的现实意义。

  实现产业的可持续发展,不仅仅是关注一个产业的产值高低以及能够提供什么产品,或者局限于强调环保减排,而是要解决并协调好经济、生态环境和社会三方面的关系,把产业的经济效益、生态效益、社会效益、技术进步和创新能力放在全球化的市场环境中,结合国情进行综合思考和评价。

  截至目前,制造业领先国家,都针对制造业的可持续发展出台了一系列政策。金融危机发生以来,全球各国和地区开始越来越重视实体经济,尤其是制造业的发展,以巩固其在技术、产业方面的领先优势,积极抢占未来先进制造的制高点。美国加快推进再工业化,奥巴马政府先后发布一系列国家层面的先进制造发展战略,并在多个项目中强调创新和人才培养的重要性,以期维持并提高创新生态系统水平。美国通用电气集团提出了工业互联网概念,其目的就是通过智能机器间的连接最终实现人机连接,结合软件和大数据分析,突破物理和材料科学的限制,升级关键的工业领域、激发生产率、提高能效。德国工业4.0则提出构建虚拟网络实体物理融合系统,将虚拟世界和现实世界联系起来创建一个真实的网络世界,以进一步提高生产效率,维持德国在全球市场的领导地位,确保其装备制造业在全球范围内的竞争优势。

  不论是工业互联网还是工业4.0,都是将整合机器、机组和智能设备、智能网络和智能决策,建立一个虚拟网络实体物理相融合的系统作为主要任务,自主地为工厂提供最优化的生产过程。这个最优化的生产过程将满足人类对于经济效益、生态效益和社会效益的需求,然而系统的完善必须依靠创新发展和技术进步。虚拟网络实体物理融合系统的基础在于单机智能设备的互联,不同类型和功能的智能单机设备的互联组成智能生产线,不同的智能生产线间的互联组成智能车间,智能车间的互联组成智能工厂,不同地域、行业、企业的智能工厂的互联组成一个制造能力无所不在的智能制造系统。工业机器人是在制造业的工厂中,主要使用的单机智能生产设备。其在生产过程中,通过智能网络互联,可以做到优化资源配置,从而达到节约资源、提高劳动生产率的目的。工业机器人带来的经济效益、生态效益和社会效益是毋庸置疑的。对于我国工业机器人发展而言,起步较晚,整个工程科学界创新能力不足,从而制约了工业机器人产业的可持续发展。然而,要实现制造强国,我国工业机器人的可持续发展刻不容缓。工业机器人的可持续发展,将为生态、就业和社会发展带来综合性的益处,依靠工业机器人领域创新水平的提升,将带来整体工业领域的技术进步。

  为贯彻落实好《中国制造2025》将机器人作为重点发展领域的总体部署,推进我国机器人产业快速健康可持续发展,2016年4月27日,工业和信息化部正式发布《机器人产业发展规划(2016-2020年)》。根据该规划的发展目标,我国将经过五年的努力,形成较为完善的机器人产业体系;技术创新能力和国际竞争能力明显增强,产品性能和质量达到国际同等水平,关键零部件取得重大突破,基本满足市场需求。规划的提出,为工业机器人领域的突破性发展,指明了方向和路径。

  工业机器人产业发展面临的主要问题

  技术和规模,是国内工业机器人领域面临的根本问题。目前,国内工业机器人产业发展受关键零部件依赖进口的制约,产业主体普遍不大,成本高企、产能落后、产业分布不尽合理,与国外企业相比,在市场竞争中处于劣势地位。而随着下一代智能机器人技术的研发,我国有机会实现技术和产业领域的跨越式发展。

  作为近年来最具潜力的工业机器人新兴市场,我国工业机器人起步于20世纪80年代,经过近40年的发展,目前已经基本掌握了机器人操作机的优化设计制造技术,解决了工业机器人控制、驱动系统的设计技术和机器人软件的设计和编程等关键技术,还掌握了大型机器人自动生产线(工作站)与周边配套设备的开发和制造技术,掌握了运动学和轨迹规划技术,能够生产部分机器人关键器件,开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等功能的工业机器人。目前,我国主要工业机器人公司有中国新松机器自动化股份有限公司、山东鲁能智能技术有限公司和常州铭赛机器人科技有限公司等。

  根据国际机器人联合会(IFR)统计,2001年到2014年,全球机器人销量年均增速为13%。2014年全球工业机器人销量创下新高,达到22.5万台,同比增长27%。2014年全球工业机器人市场分布的统计显示,中国已经成为世界上最大的工业机器人市场。截至目前,和国际知名企业相比,中国机器人产业主要存在以下三大问题:

  1.部分关键零部件依赖进口,不掌握行业发展先进技术,受国际企业价格战压力影响,发展后劲不足。

  2010年以后,我国工业机器人装机量逐年递增,国内企业也开始发展机器人全产业链。在此期间,政府陆续出台了若干鼓励机器人产业发展的政策措施,支持的力度逐年加大,成效也愈发显著,促进了国内机器人产业的快速发展。但是,由于核心及关键技术薄弱、高可靠性基础功能部件的批量生产与应用能力不足,使得我国工业机器人产品存在附加值低、自主品牌机器人市场份额和品牌知名度不高等问题。目前,我国工业机器人产业水平与发达国家还有相当差距,运动控制器、伺服电机及驱动器、精密减速器等关键部件仍然大量依赖进口,一些仓促上马的工业机器人项目,在一定范围内导致产业低端产品过剩,使得发展尚不充分的工业机器人产业遭遇了多重风险。

  虽然已有部分企业在减速器、伺服电机和控制器等工业机器人技术领域取得进展,但是整体技术差距仍长期存在。其中精密减速器是目前我国工业机器人关键零部件中最薄弱的环节。由于其制造技术难度大,致使国产产品质量稳定性较差、精度较低和使用寿命较短,该类产品始终在工业领域没有真正实现国产化的批量生产,成为制约我国工业机器人发展的主要瓶颈。国内企业购买减速器、运动控制器的价格是国外企业价格的近4倍,购买伺服驱动器的价格是国外的近2倍。这种情况导致同等质量的工业机器人,国内企业可获得的利润空间被严重压缩。而由于缺乏足够的竞争优势,国产高端机器人供应能力明显不足,也严重制约了国内机器人产业的快速发展。以165公斤六轴关节机器人为例,国产品牌的生产成本比国外品牌要高出44%,导致我国机器人生产企业与外资品牌在市场价格竞争中处于不利地位。2013年,国产的六轴及以上工业机器人的销量占全国工业机器人总销量的比重只有6%,而外资品牌的同类产品占比则高达62%。

  2.工业机器人行业企业规模偏小,成本压力大,低端产能存在重复建设问题,高端需求不足。

  总体来看,中国的本土工业机器人产品与外资产品技术差距在10年以上。国际公司的产品线广、成本低、规模大,在市场领域仍处于较大优势地位。国内机器人生产企业同国外机器人公司相比,市场份额相对较小,个体企业普遍存在规模难以发展的问题。目前我国工业机器人生产企业还集中在集成领域,加工组装企业占多数,即使是龙头企业规模也就在20亿元左右,整个行业尚未形成规模效应,令企业难以从居高不下的生产、推广成本中拿出资金投入研发。关键零部件的不能自主生产,造成了竞争能力的缺乏,更进一步导致国产企业的发展困难。

  以安川、fanuc、abb、kuka为代表的国外工业机器人巨头近年纷纷进入我国市场,设立生产基地,占据了中国工业机器人85%的市场份额,为了进一步抢占市场份额,外资和合资企业甚至展开了价格战,向量大面广的制造业领域渗透。我国自主品牌生产企业的市场空间和生长空间被不断压缩,客观上阻碍了国产工业机器人行业的产业化程度,使其难以形成产业规模,令国内企业的整体竞争力难以提升。

  3.国内企业缺乏验证期,品牌缺乏说服力。下一代工业机器人技术研发存在分散无序问题。

  过去十年,外资工业机器人公司通过在中国市场的飞速发展,已经建立起了遍布全国的庞大营销网络以及本土化的生产基地。全球工业机器人巨头在汽车行业等高端应用领域的优势地位非常明显。而当前国内机器人需求中,近一半的企业来自对设备品质要求最高的汽车及汽车零部件制造业,这些下游企业已习惯使用外国品牌,缺乏项目经验的本土品牌需要更长时间的验证期,已经形成技术突破的部分零部件和工业机器人,因此不能尽快被市场接纳。这就使得国内企业即便有优秀的产品,也难以尽快被市场认可,从而实现规模化应用。缺乏规模化的应用,进一步加大了国产品牌的成长难度,这种情况下,工业机器人产业就需要在发展方向上的宏观指导,需要政策领域专门的扶持和推动。

  当前全球制造业正处于全新的变革时期,个性化产品将以高效率、一定批量化的柔性制造方式生产,机器人必将在新的制造模式下发挥不可替代的作用。目前传统工业机器人所能完成的工作范围有限,无法适应未来的制造方式,新一代机器人更智能、更灵活、更易合作、更具有适应能力等特征将为未来制造业带来巨大变化,甚至改变全球竞争格局。

  随着我国劳动力成本快速上涨,采用工业机器人替代部分劳动力需求已成为制造业发展的新趋势。机器人已从备选成为必选。传统机器人工作于静态、结构化、确定性的无人环境中,以固定时序完成重复性作业,这种机器人的工作特点在于空间相对隔离、与人非接触、预编程或示教再现控制、需要外部安全保障。全球化的细分市场、产品用户定制化生产模式的回归,使小批量、多品种、短周期、个性化成为新兴制造业的显著特点,也是未来制造业的主要生产模式。新兴制造模式需要与产业工人合作的工友型、可完成类人技能的作业机器人。这些新的需求是传统机器人所无法满足的。

  美国在2013年公布的机器人路线图中提出了RoboticPartner,欧盟在2014年公布的地平线2020计划提出了Co-Worker,他们均为下一代智能机器人勾画出发展前景,而相关研究单位已经纷纷展示出下一代智能机器人的原型。我国在下一代智能机器人关键技术的研究上也取得了一些初步成果,但这些现存的研究大都是分散的、自发的。而下一代智能机器人在国外发达国家刚刚开始研发,我国与国外的差距并不大,这无疑给我们提供了难得的机遇。如能抓住这个机会,从顶层规划下一代智能机器人的技术发展和产能,那么在下一代智能机器人领域,我国有望快速达到或赶超国外发达国家的技术水平。

  促进工业机器人产业可持续发展的思路建议

  随着互联网技术和人工智能的发展,未来的工业机器人产业,将对以制造业为基础的各个产业产生巨大的牵引和辐射作用。为在重要技术研究领域、产学研结合领域推动和促进产业发展,急需将国家层面的具体路线图布局落实到位。要面向国家重大需求,加快行业科技创新,掌握全球科技竞争先机,以工业机器人的可持续性发展促进智能制造的全面进步。

  随着工业领域转型升级的需求、劳动力成本的上涨以及对工业产品质量要求的提高,国内工业机器人市场需求将呈现井喷之势,作为全球最大的工业机器人市场,产业投资热情空前高涨。我国虽然在传统工业机器人技术研发及产业化方面取得了初步进展,但在信息网络技术与机器人技术结合方面仍然比较滞后,互联网企业在发展机器人技术方面意识不强。为了避免未来行业发展风险并扭转现存的竞争劣势,工业机器人产业的可持续发展显得尤为重要。

  1.需要不断加强核心竞争力。技术的发展是核心竞争力的根本来源,科研机构的群聚效应、跨学科机器人的研发、高科技人才资源、创新型机器人企业、完善的支持系统和配套产业,将会被技术链条连接为拥有核心竞争力的产业集群。为实现产业的根本发展,更应重视技术领域创新激励政策的完善和实施。

  2.产业发展应该以工业机器人企业为主体。在推动工业机器人行业发展上,除采取政策推动等措施外,应鼓励建立官产学研互利共赢的公私伙伴关系。在加强工业机器人行业这种互利共赢的伙伴关系上,政府需要起到积极的布局、引导和扶持作用,同时注意发挥企业的市场主体地位,在商场竞争领域,鼓励和支持企业的规模化发展。

  3.完善顶层设计与前瞻布局。在加强核心竞争力的基础上,保持对国际机器人技术的持续跟踪研究,把握信息网络技术条件下机器人的发展趋势,在未来5年至10年,尽快研究出台符合我国实际情况的机器人技术路线图,明确技术发展的步骤、重点突破的关键核心技术、生产工艺与零部件配套,明确产业化发展路径,为我国工业机器人产业的深层次发展提供宏观指导。

  4.加大对研发及产业化的政策支持力度。从国家层面来看,利用国家重大科研专项或重大工程,搭建创新应用平台,重点加强关键技术突破、关键零部件联合攻关,促进关键零部件、整车、材料、工艺同步研发和协同配套,抑制无序发展。发挥政府财政的引导作用,加大投入力度,吸引社会资本参与,探索设立机器人产业发展基金,以优势企业为核心,引导和支持企业整合。

  5.推进工业机器人产业化应用。2015年,中国老年人口比例由13.3%增加到16%,劳动力缺口逐渐显现。这既是制造业推广工业机器人应用的前提和契机,也是制造业自身发展的必然要求。中国拥有最大的工业机器人应用市场,存在产业发展的巨大空间,应鼓励制造业在转型升级过程中,应用国内工业机器人的优秀产品;同时,在国产新一代工业机器人研发过程中,积极开展区域示范推广。

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