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《中国制造2025》解读:推动机器人产业发展
站在新的历史高度,从全局战略出发,《中国制造2025》明确提出了我国实施制造强国战略的首个十年行动纲领,并将“高档数控机床和机器人”作为重点推进领域之一。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、轻工等行业对工业机器人的应用需求,以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求,积极开发新产品。推动机器人标准化与模块化发展,拓展市场应用。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,清晰地指明了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:一是研发工业机器人本体及关键零部件的系列化产品,推动工业机器人的产业化与应用,满足我国制造业转型升级的迫切需求;二是突破智能机器人关键技术,开发一批智能化机器人,积极应对新一轮科技与产业变革的挑战。
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:一类是用于制造环境中的工业机器人,另一类是用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机器人的总称,是现代制造业中重要的工厂自动化设备。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、非结构化的环境中。它们能够通过自身的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,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,用于工业生产过程中的搬运、焊接、装配、加工、喷涂及清洁生产等作业。2014年,全球工业机器人销量创下历史新高,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56000台,同比增长52%,再次成为全球最大的工业机器人市场。用户群体已从最初的外商独资企业和中外合资企业,扩展到国内企业乃至中小型企业。中国沿海发达工业区的许多企业以出口为导向,对产品质量要求极高。越来越多的企业开始用机器人替代工业工人。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%,尤其是在装配、点胶、搬运、焊接等领域,机器人应用热潮正方兴未艾。
尽管自2013年以来,中国一直是全球工业机器人最大的市场,但制造业中工业机器人的密度仍处于较低水平。2013年,中国的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(每1万名产业工人323台)和德国(每1万名产业工人282台)相比,这一差距更是明显。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,机器人在一般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不断发展,工业机器人也将在其他工业领域得到快速推广,例如电子、金属制品、橡胶与塑料、食品、建材、民爆、航空、医疗设备等行业。
工业机器人的应用程度是衡量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,应着眼于加快满足我国智能制造的发展需求,并实现机器人供需两端的协同配合。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,从而拓展市场应用范围;另一方面,积极开展自主品牌机器人的试点应用,重点打造一批效果突出的典型应用示范项目,以推动工业机器人助力传统制造业转型升级。
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。服务机器人应用领域广泛,主要涉及维护、维修、运输、清洁、安保、救援、监控、医疗、养老、康复以及残疾人辅助等多个方面。服务机器人是一种新型智能设备,也是一项战略性高新技术产品,未来其市场空间将大于工业机器人。
过去五年,全球服务机器人呈现快速增长态势。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家用/个人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%。未来几年,全球服务机器人市场将继续保持迅猛增长势头。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大幅降低了生产成本,并将在2020年前形成一个累计规模至少达416亿美元的新兴市场。另一方面,尽管残疾人辅助设备起步较晚,但预计在未来20年内将迎来快速成长。
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。我国服务机器人的发展相对工业机器人而言较为滞后。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大。不过,与工业机器人相比,国内外之间的差距则较小。服务机器人通常结合特定需求市场进行开发,本土企业更容易根据当地环境与文化特点开展研发,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属于新兴产业,大多数服务机器人企业成立时间较短。因此,我国服务机器人产业正面临更大的机遇和发展空间。
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,尤其是医疗机器人、危险及特殊环境检测机器人等。随着中国步入老龄化社会,人们对医疗、护理和康复的需求日益增长。与此同时,由于人们生活质量追求的不断提升,个人/家用机器人未来也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和制造水平的重要标志,备受全球制造业强国的高度关注。
我国机器人产业的发展可追溯到20世纪80年代。当时,科学技术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。其他各部委也积极立项支持,由此掀起了中国工业机器人发展的第一个高潮。此后,主要受市场需求驱动,机器人领域的自主研发与产业化经历了一段长期的停滞期。进入2010年以后,我国机器人装机量逐年增长,并开始着力推动机器人全产业链的发展。
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、服务等多个环节,每个环节都至关重要。中国机器人产业链的发展任重道远。总体来看,我国大部分机器人企业集中于系统集成领域,其中以加工和组装企业为主。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,我国与发达国家仍存在较大差距。在关键零部件方面,精密减速器、伺服电机和驱动器等关键部件高度依赖进口。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。若要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,提高国内机器人企业的生产能力;另一方面,应推动国产机器人关键零部件的本地化,提升关键零部件的生产水平,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、科技部等部门正合力推动机器人产业发展,从顶层设计、财税金融、示范应用、人才培养等多方面促进自主品牌机器人产业的发展。相关支持政策日益完善、细化。同时,我国机器人产业路线图以及机器人产业“十三五”规划的相关工作也在稳步推进。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,已不再是重视不重视的问题,而是应当以怎样的视野看待这一产业,以及如何培育和有序发展这一产业。针对机器人产业的市场需求、技术创新模式、金融支持方式等问题,各地政府的扶持政策有望进一步细化。
3. 加快下一代机器人的开发与生产,抢占机器人技术和产业发展的下一个制高点。
随着机器人技术的发展,根据功能不同,机器人可分为通用机器人和智能机器人。其中,通用机器人是指仅具备一般编程能力和操作功能的机器人。目前,我国生产的大多数机器人均属于这一类别;而对于智能机器人,尚无统一的定义,但多数专家认为,智能机器人至少应具备以下几项特征:第一,能够适应不确定的工作环境;第二,具备灵活操作复杂对象的能力;第三,能与人进行密切的协调与合作;第四,能够与人进行自然的交互;第五,具备人机协作的安全性特征。无论是现代工业机器人还是服务机器人,最终都将向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。随着三维视觉感知与认知、力传感器等技术的不断进步,以及与工业互联网、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得到进一步增强。它们能够完成动态且复杂的作业任务,实现多机协作,并与人类协同工作。
为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谋划并陆续制定发展战略,以把握先进机器人技术的发展机遇。目前,德国政府实施“工业4.0”战略,致力于打造“智能工厂”和实现“智能制造”。该战略的核心议题之一是人与机器、以及机器与机器之间的互动与协作。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,着力攻克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保障等关键技术难题。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,以推动下一代机器人实现这些功能”。近年来,韩国政府也相继出台多项政策,旨在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》,其政策重点在于扶持韩国企业进军国际市场,把握智能机器人产业化的重大机遇。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。
从我国当前的实际情况来看,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,重点推进现有机器人的产业化进程,并加快自主品牌机器人在国内市场的推广与应用。同时,积极探索新技术研发新模式,鼓励科研院所和企业充分发挥各自优势,搭建面向新一代工业机器人的国家级平台,开展前沿共性技术的研发与储备工作。立足我国国情与实际需求,突破新一代机器人的核心技术,开发新一代机器人原型系统与产品,并加速其产业化进程,抢占新一代机器人领域的国际制高点。针对不同领域的机器人产品,实施差异化的发展战略:一方面,以企业为核心、以共性技术平台为支撑,优先发展新一代工业机器人,促进生产与需求的精准对接,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,重点开发医疗护理、养老助老以及在特殊服务环境中运行的特种机器人等服务型机器人。
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