劉進長 王 偉 區(qū)和堅
(1 科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心,北京,100044; 2 北方科技信息研究所,北京,100089)
市場“井噴”帶來的機遇與挑戰(zhàn)
——我國工業(yè)機器人發(fā)展的思考與建議
劉進長1王 偉2區(qū)和堅1
(1 科技部高技術(shù)研究發(fā)展中心,北京,100044; 2 北方科技信息研究所,北京,100089)
世界上第一臺工業(yè)機器人問世已經(jīng)有50年,經(jīng)過50年的發(fā)展,工業(yè)機器人已經(jīng)逐漸成熟并滲透到制造業(yè)的各個領(lǐng)域。隨著人們對產(chǎn)品可靠性、產(chǎn)品質(zhì)量一致性和人身安全等方面要求的提高,很多極端(高溫、高濕、高磁等)、有毒有害、枯燥單調(diào)的生產(chǎn)環(huán)境逐步由機器人代替手工操作,開始由機器人代替人類完成人干不了、人干不好、人不想干的工作。目前,工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(yè)、機械加工行業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品加工、物流等諸多領(lǐng)域中,以工業(yè)機器人為核心的柔性自動化生產(chǎn)線己成為制造自動化的主流。
國際金融危機爆發(fā)后,美國奧巴馬總統(tǒng)呼吁“要重新回歸制造業(yè)”,希望通過發(fā)展人工智能技術(shù)、機器人技術(shù)和數(shù)字制造技術(shù),重構(gòu)制造業(yè)的競爭格局,重振美國的制造業(yè)。
歐盟委員會提出“新工業(yè)革命”概念,強調(diào)技術(shù)創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)改革,要大力推進新的生產(chǎn)方式包括機器人、數(shù)字技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)。
我國已經(jīng)是世界公認的制造業(yè)大國,但還不是制造強國。隨著勞動力成本的不斷提高,經(jīng)濟發(fā)展模式和制造模式必將進行調(diào)整,發(fā)展以工業(yè)機器人為核心的智能制造技術(shù)將成為必由之路。工業(yè)機器人技術(shù)不僅可以帶動我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,同時也將形成巨大的新興產(chǎn)業(yè)。
隨著全球新一輪產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,工業(yè)機器人已經(jīng)成為先進制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段,代表了一個國家制造業(yè)水平。我國工業(yè)機器人研究起步并不晚,國家從“七五”開始支持工業(yè)機器人,但由于種種原因,至今仍未形成自己的機器人產(chǎn)業(yè),市場上銷售的絕大多數(shù)還是國外的機器人。隨著我國機器人市場的“井噴式”發(fā)展,國內(nèi)很多企業(yè)也看好工業(yè)機器人市場,并開始介入這個領(lǐng)域。面對激烈的市場競爭,我們?nèi)绾尾拍芡黄乒I(yè)機器人關(guān)鍵技術(shù),抓住時機,促成飛躍,讓我們國產(chǎn)的工業(yè)機器人占領(lǐng)更多的市場份額?
在國家經(jīng)濟快速增長的拉動下,我國工業(yè)機器人市場從2004年開始加速,年均增長率高達40%,成為全球機器人市場增長最快的國家。根據(jù)國際機器人聯(lián)合會的統(tǒng)計,2012年,我國工業(yè)機器人新安裝22987臺(數(shù)據(jù)不包括國內(nèi)廠商和富士康的生產(chǎn)數(shù)量),僅次于日本,排在第二位,比2011年增加了約2%。從2006年到2012年,我國工業(yè)機器人年安裝量增加了4倍,在世界工業(yè)機器人50年的發(fā)展史中,沒有哪一個國家工業(yè)機器人安裝量增長如此之快。預(yù)計到2016年,我國工業(yè)機器人新安裝量將達到38000臺。2000—2012年我國工業(yè)機器人年安裝量如圖1所示。
圖1 2000-2012年我國工業(yè)機器人年安裝量
圖1 是國際機器人聯(lián)合會的統(tǒng)計數(shù)字,數(shù)據(jù)不包括國內(nèi)機器人廠家和富士康生產(chǎn)的機器人,還有一些工業(yè)機器人是成線進口,也沒有統(tǒng)計進去,如果考慮這些因素,2012年我國工業(yè)機器人新安裝量大概在32000到35000臺。其中,我國很多企業(yè)使用了自己研制的機器人,如埃夫特、富士康、廣州萬世德、佛山鼎峰、山東帥克等都在用自己制造的機器人,富士康僅2012年就自己制造并安裝了1萬臺工業(yè)機器人。
由此可見,盡管沒有機構(gòu)能給出我國工業(yè)機器人準確的安裝臺數(shù),但我國工業(yè)機器人井噴式增長的現(xiàn)狀已經(jīng)不容置疑。在國家經(jīng)濟發(fā)展的帶動下,我國機器人出現(xiàn)了井噴式的增長。目前市場上在役工業(yè)機器人達96924萬臺,占全球總量的4%。2000年-2012年我國工業(yè)機器人年累計安裝量見圖2。
圖2 2000-2012年我國工業(yè)機器人年累計安裝量
我國工業(yè)機器人研究始于20世紀70年代。上世紀80年代,隨著工業(yè)發(fā)達國家開始大量生產(chǎn)和應(yīng)用工業(yè)機器人,我國政府開始重視機器人技術(shù)的發(fā)展?!捌呶濉逼陂g,國家科技攻關(guān)計劃開始支持國產(chǎn)工業(yè)機器人的研發(fā),并開發(fā)出了焊接、噴涂等一批工業(yè)機器人樣機。為了促進國產(chǎn)工業(yè)機器人的實用化和產(chǎn)業(yè)化,“九五”期間,國家863計劃和國家科技攻關(guān)計劃聯(lián)合支持了工業(yè)機器人應(yīng)用項目,開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的7種工業(yè)機器人系列產(chǎn)品,完成了100多項機器人應(yīng)用工程,建立了10個機器人研發(fā)中心和22個機器人產(chǎn)業(yè)化基地。目前已經(jīng)上市的沈陽新松機器人公司和哈爾濱博實自動化設(shè)備有限責任公司都是當時的機器人產(chǎn)業(yè)化基地。
進入21世紀,隨著國內(nèi)機器人需求的迅猛增長,先后涌現(xiàn)出安徽埃夫特、南京埃斯頓、安徽巨一、廣州數(shù)控、上海沃迪、青島軟控、山東帥克、廣州萬世德等一批從事工業(yè)機器人生產(chǎn)的企業(yè),形成了我國工業(yè)機器人發(fā)展的新局面。但這些企業(yè)多是新介入機器人領(lǐng)域的企業(yè),生產(chǎn)和銷售量還比較小。目前,包括新松、博實、埃夫特在內(nèi)的國內(nèi)企業(yè)年銷售通用機器人2000臺左右,在我國整個工業(yè)機器人市場中份額還很小。
1.面臨的機遇
(1)巨大的需求
隨著勞動力供給不足,勞動力成本提升,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型等將有力地推動我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。有專家估計,到2022年我國工業(yè)機器人的服役量將從現(xiàn)在的9萬臺增長到170萬臺,其中多是專用工業(yè)機器人。
原因1:從相近行業(yè)預(yù)測我國機器人發(fā)展。
中國正處于新的歷史發(fā)展時期,經(jīng)濟發(fā)展進入關(guān)鍵的黃金發(fā)展機遇期、新型工業(yè)化進程加快和消費結(jié)構(gòu)的升級,都給我國經(jīng)濟發(fā)展帶來新的機遇。把握經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律,調(diào)整工業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu),促進產(chǎn)業(yè)升級,加快裝備制造業(yè)向著以機器人、數(shù)控機床等為代表的先進裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)變是大勢所趨。
數(shù)控機床和工業(yè)機器人都是智能制造的關(guān)鍵裝備,在用信息化技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的過程中,數(shù)控機床首先得到了快速發(fā)展。我國機床銷售從2002年開始加速,并始終保持著世界銷量第一,2000-2012年中國、美國、德國、日本機床銷售的情況如圖3所示。從圖中可以看出,目前我國機床銷售遙遙領(lǐng)先于其他國家。
我國工業(yè)機器人的現(xiàn)狀與十年前數(shù)控機床的情況非常類似。工業(yè)機器人將成為新一輪由傳統(tǒng)制造向智能制造發(fā)展的主力軍。從我國機床產(chǎn)業(yè)看工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡,我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大。
原因2:從國外機器人密度預(yù)測我國機器人密度。
在機器人領(lǐng)域,用機器人密度來衡量一個國家制造業(yè)的自動化水平。所謂機器人密度是指制造業(yè)中每萬名生產(chǎn)工人所占有各類工業(yè)機器人的數(shù)量。2012年,全球機器人密度的平均值是58,韓國機器人密度為396,是全球機器人密度最大的國家。日本機器人密度為332,德國為273,中國僅為23。中國要達到同德國或者日本一樣的機器人密度,在未來幾年要安裝百萬臺以上機器人。全球機器人供應(yīng)商都看到了這一巨大的商機,紛紛在中國建造機器人生產(chǎn)廠,希望得到更多的市場機遇。
圖3 2005-2012年中國市場機床銷售數(shù)據(jù)
原因3:人力資源的供給不足將促進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
老齡化問題將是我國面臨的一個重要問題,由于我國計劃生育政策等原因,致使我國老齡化社會來得比其他國家更快、更猛烈?!吨袊丝诶淆g化發(fā)展趨勢預(yù)測研究報告》指出:中國于1999年進入老齡社會,是較早進入老齡社會的發(fā)展中國家之一。從2001年到2020年,中國將平均每年新增596萬老年人口,到2020年,老年人口將達到2.48億,老齡化水平將達到17.17%,其中,80歲及以上老年人口將達3067萬人。從2021年到2050年中國老年人口數(shù)量平均每年增加620萬人,到2050年,老年人口總量將超過4億,其中,80歲及以上老年人口將達9448萬,占老年人口的21.78%?!吨腥A人民共和國2012年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》指出: 2012年末我國大陸總?cè)丝跒?35404萬人,其中60周歲及以上人口19390萬人,占總?cè)丝诘?4.3%,比上年末提高0.59%。人口的老齡化將減少勞動人口的比例,造成人力資源不足。為了彌補老齡化帶來的人力資源不足,我們必須開發(fā)機器人等智能裝備,來接替現(xiàn)在一線的工人。
原因4:人力成本上升致使企業(yè)不得不用機器人。
美國波士頓咨詢集團(BCG)指出:中國工廠工人成本2000年時只有美國的3%,2010年提高至9%,2015年將會達到17%。而到2016年,美國與中國的單位勞動成本之差將收窄至每小時7美分,再考慮其他因素:美元對人民幣升值(BCG預(yù)計年增長4%)、運費、稅金及美國制造業(yè)生產(chǎn)效率的提高等因素,5年內(nèi)“中國制造”的低成本優(yōu)勢將不復(fù)存在。中國企業(yè)依靠廉價勞動力所形成的競爭優(yōu)勢正逐步消失,中國企業(yè)實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的正確出路就是由勞動密集型走向自動化。從表1可以看出我國快速增長的勞動力成本。
原因5:機器人成本下降為機器人應(yīng)用提供了更大空間。
目前工業(yè)機器人的性能不斷提高,機器人在精度和質(zhì)量方面的優(yōu)勢日益明顯,同時機器人的成本卻在以每年大約4%下降,這也為機器人從陽春白雪到下里巴人提供了機會。例如,
165kg的工業(yè)機器人2010年成本是29萬元,到2013年已經(jīng)下降到了24萬元。目前SCARA機器人價格是6萬元,到2022年預(yù)計為4.2萬元,投資回報只需2.5個月。人力成本的上升和機器人成本的下降,這無疑為企業(yè)家提供了新的、更有競爭優(yōu)勢的方案。
表1:勞動力成本比較(單位:美元)
中國從一個制造大國走向制造強國,需要裝備大量的工業(yè)機器人,采用工業(yè)機器人可以提高產(chǎn)品品質(zhì),提高生產(chǎn)效率,降低制造成本。中國將成為世界最大的工業(yè)機器人需求市場,巨大需求給中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)大發(fā)展帶來了機遇。市場對工業(yè)機器人的巨大需求是工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原動力。
(2)難得的窗口期
隨著我國機器人市場的不斷擴大,迎來了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的黃金期,也成為我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)走出困境的一個重要窗口期。
國產(chǎn)機器人有很多的優(yōu)勢,只要發(fā)揮這些優(yōu)勢,就能不斷擴大市場份額。從目前情況看,我國機器人產(chǎn)業(yè)盡管規(guī)模還比較小,但經(jīng)過幾十年的發(fā)展,從設(shè)計、材料、制造和應(yīng)用都積累了相當?shù)慕?jīng)驗,對國產(chǎn)機器人存在的問題和不足非常清楚,只要國內(nèi)企業(yè)揚長避短,發(fā)揮成本、服務(wù)等方面的優(yōu)勢,就能占得先機。在人才方面,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國已經(jīng)培養(yǎng)了大批人才,其中包括研究和應(yīng)用方面的人才,這是我國工業(yè)機器人騰飛的基礎(chǔ)和必要條件。在人力資源成本方面,雖然我國的人力資源成本已經(jīng)上升了不少,但相比歐美等發(fā)達國家還有很大的競爭力,所以我國應(yīng)該抓住這個難得的窗口期,充分發(fā)揮國內(nèi)企業(yè)在服務(wù)、價格等方面的優(yōu)勢,一舉取得工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的全面勝利。
(3)專用工業(yè)機器人將成為重要的突破口
由于受機器人成熟度、可靠性、基礎(chǔ)部件不過關(guān)等因素的約束,在通用工業(yè)機器人方面,國產(chǎn)機器人全面趕超世界一流企業(yè)的工業(yè)機器人還需一定的時日。但由于我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型,一些勞動密集型企業(yè)急需大量價位較低、功能相對簡單的專用機器人,這將是我國工業(yè)機器人打翻身仗的突破口。
例如,佛山鼎峰2013年生產(chǎn)并使用了400臺注塑機器人,企業(yè)預(yù)測2014年將達到4500臺,這樣的專用工業(yè)機器人將在自產(chǎn)自用中逐漸成熟,并逐漸進入商品市場。
當然,通用機器人也要從零部件開始抓起,通過政策的引導(dǎo)和支持,在試用中不斷完善,不斷擴大市場占有率。
2.面臨的挑戰(zhàn)
(1)與狼共舞
工業(yè)機器人是一種典型的實踐性技術(shù),應(yīng)用是技術(shù)進步的動力。我國工業(yè)機器人經(jīng)過40年的艱難發(fā)展,基本掌握了工業(yè)機器人的設(shè)計制造技術(shù)和機器人應(yīng)用解決方案,有了一支具有一定水平的技術(shù)隊伍。目前,我國已經(jīng)能夠生產(chǎn)具有國際先進水平的焊接、搬運機器人系列產(chǎn)品,不少品種已經(jīng)實現(xiàn)了小批量生產(chǎn)。據(jù)粗略估計,目前我國至少有上百家企業(yè)在投入工業(yè)機器人研發(fā)。
剛剛起步的中國機器人產(chǎn)業(yè)面臨著眾多國外知名機器人品牌的競爭,從2004年KUKA在上海青浦工業(yè)園建立生產(chǎn)和裝配基地,2005年ABB在上海投產(chǎn)機器人生產(chǎn)線,并設(shè)立全球性機器人研究中心……全球各大機器人廠商紛紛在中國建立生產(chǎn)基地,瞄準了中國這個未來最大的工業(yè)機器人市場。在巨大的市場面前,中國弱小的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)將直接跟國際巨頭短兵相接,爭奪市場,我們面臨的壓力可想而知。
(2)政策有待完善
目前,我國對工業(yè)機器人整機進口零關(guān)稅,而機器人部件進口有關(guān)稅,由于我國自主研發(fā)的機器人零部件,如減速機、控制器、電機和驅(qū)動器等還不過關(guān),這些核心部件必須從國外進口,不僅訂貨貴,而且訂貨周期長,所以我國自己組裝的工業(yè)機器人在價格上并沒有太多的優(yōu)勢,再加上可靠性較差、使用成本較高, 導(dǎo)致市場競爭力較差。在科技部的支持下,從“十二五”開始,立項集中突破工業(yè)機器人的核心部件,目前已經(jīng)取得了階段性成果,控制器和電機與驅(qū)動器在技術(shù)上實現(xiàn)了突破,正在推廣驗證。機器人減速器是最難攻克的一個核心部件,從現(xiàn)在的情況看,在傳動效率、剛度和回差精度方面還有一定的差距,需要持續(xù)攻關(guān)。
面對不甚完善的工業(yè)機器人政策,相關(guān)部門應(yīng)設(shè)立專題進行研究,制定最適合中國工業(yè)機器人發(fā)展的政策,扶植中國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
四、我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議
1.重點發(fā)展專用工業(yè)機器人,并在重點行業(yè)規(guī)模化應(yīng)用。
通用型工業(yè)機器人國外已經(jīng)比較成熟,我國只能追趕和不斷完善。而各行各業(yè)所需的大量專用工業(yè)機器人是目前我國勞動密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級過程中急需裝備,它可以代替生產(chǎn)線上的工人完成重復(fù)性勞動。這種工業(yè)機器人要求價格低,但在精度方面要求不高,故可以充分發(fā)揮我國低成本制造的優(yōu)勢,一舉占領(lǐng)市場。目前,我國在3C、食品加工與物流等行業(yè)都需要大量專用工業(yè)機器人。國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該選準行業(yè),推動在行業(yè)的規(guī)?;瘧?yīng)用。
2.突破工業(yè)機器人核心部件,取得工業(yè)機器人戰(zhàn)役的全面勝利。
工業(yè)機器人核心部件,包括專用工業(yè)機器人所需的核心部件,都需要給予大力度的支持。核心部件目前已經(jīng)成為制約我國工業(yè)機器人發(fā)展的最大瓶頸,只有突破這些核心部件,才能降低我國機器人的生產(chǎn)制造成本(進口工業(yè)機器人部件不僅有一定的關(guān)稅,而且購買成本比其他國家要高很多,致使我國工業(yè)機器人的制造成本沒有太多的優(yōu)勢),提高我國工業(yè)機器人產(chǎn)品的市場競爭力。
我國應(yīng)該持續(xù)支持研究工業(yè)機器人所需的高精度減速機、伺服電機和驅(qū)動器、控制器等。
3.制定國產(chǎn)工業(yè)機器人的相關(guān)扶植政策,促進國產(chǎn)機器人的產(chǎn)業(yè)化。
我們應(yīng)該加強市場調(diào)研和政策研究,在自主工業(yè)機器人推廣應(yīng)用階段,推出相應(yīng)的稅收優(yōu)惠和扶持政策,鼓勵企業(yè)使用國產(chǎn)自主機器人。如日本,當年對使用和生產(chǎn)工業(yè)機器人的國內(nèi)企業(yè)都給予了相應(yīng)的補貼和大力的支持,為其快速成為機器人王國起到了巨大的推動作用,同時也解決了當時日本人力資源不足的問題。比如:以銷售合同及發(fā)票為準,對生產(chǎn)使用國產(chǎn)工業(yè)機器人的企業(yè)進行補貼,每臺補貼銷售價的10%;以報關(guān)清單為準,對出口工業(yè)機器人企業(yè)進行補貼(除退稅之外的),每臺補貼銷售價的10%。
4.成立中國機器人行業(yè)協(xié)會。
聯(lián)合國內(nèi)有志于工業(yè)機器人產(chǎn)品開發(fā)、制造和應(yīng)用的高校、研究所和企業(yè),共同打造國產(chǎn)機器人產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,成立中國機器人行業(yè)協(xié)會。協(xié)會在統(tǒng)籌規(guī)劃、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、市場調(diào)研、標準制定等方面開展工作,以規(guī)范企業(yè)的行為,避免行業(yè)的無序競爭,為政府決策提供必要的支撐。
總之,機器人的制造及應(yīng)用水平,代表了一個國家的制造業(yè)水平,發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)應(yīng)上升到國家戰(zhàn)略高度。工業(yè)機器人的廣泛使用是我國從制造業(yè)大國走向制造業(yè)強國的重要手段和途徑。目前,我國機器人產(chǎn)業(yè)化正處于關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點和重要窗口期,如果政府能夠給予資金和政策上的大力支持,我國機器人產(chǎn)業(yè)將步入發(fā)展快車道。
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