机器人商业的中国机会

文/许利伟　中国国际机器人及智能装备产业联盟

大视野LARGE FIELD OF VISION

机器人商业的中国机会

文/许利伟中国国际机器人及智能装备产业联盟

自从人类社会步入工业时代，作为世界唯一的智慧生物，人类从未停止过对机器人的憧憬。商业机器人、科研机器人、教学机器人、军用机器人、工程机器人，乃至最为简单的家用扫地机器人……在2015（北京）世界机器人大会的语音服务区、智慧生活区、探知未来展区等多个展区，观众零距离接触世界上最先进的工业、服务、特种机器人。随着工业化4.0的逐渐明朗，机器人商业突破了以往硬科幻的想象，真正走进了人们的生活，成为下一个改变世界的动因。

如今的中国，已经成为世界汽车、消费电子、通讯终端、家电电器等产品的制造中心，接下来必然要向高技术含量和高附加值的方向转型，这需要更加精密的加工与制造手段。加拿大工程院院士、IEEE(美国电气和电子工程师协会)理事、美国机械工程学院院士Andrew Goldenberg断言，中国已经成为全球机器人商业的重要市场，随着中国工业化水平的不断提高和更加频繁的技术更新，中国的商用机器人事业很有可能在未来十年大爆发。与此同时，未来10年中国面临着人口老龄化、劳动力成本上升和产业结构升级的压力，廉价劳动力优势不再，工业机器人代替人工将成为最大发展趋势。

在此背景下，人力成本越来越高的劳动密集型企业开始进行产业转型。一些低端制造业转移到越南、柬埔寨、缅甸等东南亚国家，而一些不适宜进行地区转移的电子科技公司，如富士康等，开始大量开发机器人自动上线生产，提高科技水平与产量，同时裁减大量手工工人。

2011年中国机器人出货量达到2.3万台，占全球出货量的13.8%，全球排名第四，同比增速达51%。2004-2012年中国工业机器人复合增速为29.7%，2009-2012年复合增速达到71.9%。2012年国内机器人装机量达到近2.7万台，相较上年增长19.5%，高于国际机器人协会预测。2014年，中国工业机器人新安装量达32000台，同比增长16%，增长率不断提高。而未来三年，中国机器人将会处于国家政策红利、工业转型升级需求释放、人口红利减弱、市场需求增长的机遇叠加期。机器人商业的中国机会近在咫尺，抓住不放过，我们就能占据新型制造业的制高点。

机器人(Robot),也称机械人。从广义说,机器人是人们制造出来的能够和人的动作相似的自动装置；从狭义说,机器人是借助于各种编制程序能够使用专门装置,并可以再编制程序的多功能操纵机。就技术而言,将电子计算机以及电子技术、信息技术和控制技术巧妙溶合于传统的机械技术之中, 便制成了机器人。

因此, 机器人是“机械电子一体化技术” 。最早发明“机器人”这个词的是捷克斯洛伐克作家莱尔.察柏克(1890一1939),他把能够代替人类劳动,与人类相似的自动机械作为机器人的定义。他在1921年发表的一部《RUR》剧本(《罗萨姆的万能机器人》), 剧中叙述了一个叫做罗萨姆的公司，将机器人作为替代人类劳动的工业品推向市场的故事，引起了世人的广泛关注。察柏克在剧本中所设想的机器人, 拥有与人类几乎相同的身体, 甚至于连皮肤上都长有许多汗毛。从那以后人们一直把机器人看作是酷似人形的超人。

二战后, 随着科学技术一日千里, 归新月异的发展, 1945年在美国诞生了世界上第一台电子计算机。七十年代, 西方发达国家研制出巨型机、微型机和计算机网络。尤其是微型机问世后, 计算机逐渐进入生产和社会生活领域。1961年机器人降临人间,但是大规模地制造和使用机器人是从1979年开始的, 在此以后的五年里, 机器人以年平均超过30%的增长率“繁殖”。

值得注意的是，八十年代期间，机器人的概念仍然多作“工业机器人”的释义，美国总统里根就曾在演讲中使用“工业机器人”这个词汇来说明美国制作业应实现生产的自动化、避免工伤事故、提高生产效率。作为当今世界闻名的“机器人王国”，日本早在1985年“筑波万国博览会”上就展现了强大的工业机器人制造能力，博览会上展出各种各样的机器人，其中有能在二分钟内画出来宾肖像并作为礼物送给客人的画伯机器人，有会闭眼张嘴并与人对话的朋友机器人，还有能听懂人的语言并准确动作的演奏机器人等等。在整个90年代，日本既是工业机器人的最大制造国也是最大消费国。可以说日本的机器人制造理念影响了整个世界的机械工业发展。在日本学界，机器人，不是简单的自动机械, 它与人类相似, 有手、脚、头脑、感觉和视觉等功能。从制造上讲，它是电子技术与传统的机械工业相结合的产务。人们给它一个程序它就可以变成一个品种，加一个程序就会变成另外一个品种。也可以多品种生产，从刚性生产到柔性生产, 实际上是体力和脑力的融合系统。机器人中相当于人类大脑的是计算机，相当于目、耳、鼻、触觉的是传感装置(Sensor) , 而代替手脚的则是直接承担作业的机械臂、驱动轮等。靠显示物量的变动装置而得到的外界信息被翰送到计算机中，经过判断后，发出进行各种行动的指令。这样一来机器人就能够代替人类完成其难以胜任的、危险的以及过于单调的作业。例如，太空中宇宙飞船的机械手可在地外空间极端异常的环境下自由作业。机器人能代替人类去观察蒸汽、石油和天然气管道的状况。机器人能在管道中自由行走, 并绕过急转弯、侧定干线中尚未损坏部分的坚固程度。近几年来,焊接作业、喷漆作业以及工艺复杂的组装业, 开始大量采用机器人。在汽车、造船和家用电器等领域, 广泛采用弧形焊接新工艺, 是利用弧形放电所产生的高沮进行提接。弧形焊接是在高沮、紫外线、有毒气体等恶劣环境下的作业。

尽管日本是名符其实的“机器人王国”，但实际上，机器人的诞生地是美国。1927年美国西屋公司工程师温兹利制造了第一个机器人“Televox”,并在纽约举行的世界博览会上展出。Televox是一个电动机器人，装有无线电发报机，可以回答一些问题，但该机器人不能走动。1928年,W.H.Richards发明了第一个人形机器人。这个机器人内置了马达装置，能够进行远程控制及声频控制。1954年美国人乔治·德沃尔（George Devol）最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。在此基础上，1959年，乔治·德沃尔和约瑟·英格柏格发明了世界上第一台工业机器人，命名为Unimate（尤尼梅特），意思是“万能自动”。英格伯格负责设计机器人的“手”、“脚”、“身体”，即机器人的机械部分和完成操作部分；由德沃尔设计机器人的“头脑”、“神经系统”、“肌肉系统”，即机器人的控制装置和驱动装置。Unimate重达两吨，通过磁鼓上的一个程序来控制。它采用液压执行机构驱动，基座上有一个大机械臂，大臂可绕轴在基座上转动，大臂上又伸出一个小机械臂，它相对大臂可以伸出或缩回。小臂顶有一个腕子，可绕小臂转动，进行俯仰和侧摇。腕子前头是手，即操作器。这个机器人的功能和人手臂功能相似。Unimate的精确率达1/10000英寸。

1961年，乔治·德沃尔和约瑟·英格柏格共同创办的Unimation公司生产的世界上第一台工业机器人在美国特伦顿（新泽西州首府）的通用汽车公司安装运行。这台工业机器人用于生产汽车的门、车窗把柄、换档旋钮、灯具固定架，以及汽车内部的其他硬件等。遵照磁鼓上的程序指令，Unimate机器人4000磅重的手臂可以按次序堆叠热压铸金属件。从那一刻起，工业机器人的发展一直没有停步。

1962年，美国机械与铸造公司（American Machine and Foundry，AMF）制造出世界上第一台圆柱坐标型工业机器人，命名为Verstran（沃尔萨特兰），意思是“万能搬动”。同年，AMF制造的6台Verstran机器人应用于美国坎顿（Canton）的福特汽车生产厂。1967年，一台Unimate机器人安装运行于瑞典的Metallverken,Uppsland V?sby，这是在欧洲安装运行的第一台工业机器人。1969年，通用汽车公司在其洛兹敦（Lordstown）装配厂安装了首台点焊机器人。Unimation机器人大大提高了生产率，90%以上的车身焊接作业可通过机器人来自动完成。只有20%－40%的传统生产厂的焊接工作由人工完成。在这之后，完成初步技术积累的美国率先由机械机器人进入更高级的智能机器人生产领域，机器人研发也被提升到国家战略高度，里根总统、老布什、克林顿政府都曾出台鼓励机器人制造的政策，尤其是机器人在美国军工领域的发展更为迅猛，从海湾战争到入侵伊拉克美军一直都在使用辅助型机器人进行战地作业。例如1992年从麻省理工学院分离出来的波士顿动力公司（如今已被谷歌收购）相继研发出能够直立行走的军事机器人“Atlas”以及四足全地形机器人“大狗”、“机器猫”等，令人叹为观止。它们是世界上第一批准军事机器人，如今仍在阿富汗服役。伴随硅谷的崛起和信息技术革命，美国机器人市场迅猛发展，成为当今世界上最为活跃、技术含量最高和最为完善的商业市场。

2013年，美国政府又出台了题为“从互联网到机器人”的机器人技术路线图，由美国机器人学会（IEEE Robotics and Automation Society）联合MIT、CMU、加州伯克利、宾夕法利亚等大学共同发布，对制造业、医疗业、服务业、空间探索、国防五大领域的机器人发展做了详细规划。

日本政府在今年6月发布的“制造业白皮书”（2014年版）中公布了“机器人新战略”，提出三大核心目标，即“世界机器人创新基地”、“世界第一的机器人应用国家”、“迈向世界领先的机器人新时代”。为实现上述3大核心目标，该战略制定了5年计划，旨在确保日本机器人领域的世界领先地位。

同时，在机器人研发领域后来居上的韩国也制定了“智能机器人基本计划”（2014年—2018年）。该计划旨在提高韩国机器人研发实力、在各产业推广机器人、营造开放的机器人产业链、构筑机器人产业融合系统，特别是提出了机器人健康设施的研究与开发，非常具有前瞻性。

尽管我国目前的机器人保有量数目可观，但质量偏低。我国工业机器人起步于20世纪70年代初，其发展经历了20世纪70年代的萌芽、80年代的开发和90年代的实用化时期。经过几十年的发展已经初具规模。目前已生产出部分机器人关键元器件，开发出弧焊、点焊、码垛、装配、搬运、注塑、冲压、喷漆等工业机器人。一批国产工业机器人已服务于国内诸多企业的生产线上，一批机器人技术的研究人才也涌现出来。一些相关科研机构和企业已掌握了工业机器人操作机的优化设计制造技术；工业机器人控制、驱动系统的硬件设计技术；机器人软件的设计和编程技术；运动学和轨迹规划技术；弧焊、点焊及大型机器人自动生产线与周边配套设备的开发和制备技术等，某些关键技术已达到或接近世界水平。

目前，相对美、日、韩等国而言，国内机器人密度还是很低，2011年数据仅为每万人21台，不到世界平均的每万人55台。即使剔除不可比因素，国内机器人密度还存在较大的提升空间，表明中国工业机器人市场潜力巨大。

近年来，在中国市场，除了装机量不断上升，机器人应用的行业也在不断拓宽。

汽车行业仍然是国内最大机器人应用领域，占比41%，以六轴通用机器人为主；消费电子、电子/电气行业，以及半导体（即3C行业）是劳动密集型行业，大量使用的是SCARA和低负载的铰接式机器人（例如桌面机器人等），合计占比21%；金属制品业也以六轴通用机器人为主，占比17%。食物、饮料、个人护理行业也是用量比较大的领域，近年来更多采用并联机器人快速装卸货物。

从各领域增速来看，3C行业增速最高，其中消费电子行业商业机器人年复合增长率20.2%，汽车作为传统用量最大的领域未来几年增速最低。

究其原因，就我国目前的制造业水准来看，机器人商业爆发的决定因素有三：首先是劳动力成本上升，人口红利逐渐消失。劳动力成本的上升激发企业机器人替代人工的诉求。其次是劳动力供给下降。90年代中期，我国制造业从业人数大幅下降。98-99年经历了国企下岗危机，纺织等传统制造业首当其冲。2001年加入世贸组织以后，我国制造业从业人数又开始缓慢回升。但是，进入新世纪的第二个年头，80后、90后劳动人口成为主流，他们不再愿意大量从事单调重复环境差的工作。长三角、珠三角等地低端产业用工荒明显。最后是制造业产业升级，国家政策支持。普及机器人不只是单纯的替代人工，更是提升制造业效率与柔性的重要手段。

早在上世纪九十年代初，中国改革开放爆发实效，国际机器人巨头便纷纷开始抢滩中国市场，以ABB、库卡、安川电机、发那科四大家族为代表的国外机器人企业一度占据中国机器人市场90%以上的份额。

在90%的机器人市场份额中，ABB、发那科、安川机电、KUKA四大家族共占57.5%。之后的三大厂商OTC、松下和川崎重工共占16%。而国内机 器人生产企业市场份额相对较小，2012年的统计显示我国本土品牌机器人市场占有率仅为8%，个体企业普遍存在规模较小、创新能力薄弱等问题。

这种竞争格局和国内机器人大部分用于汽车行业有关，国外机器人厂商通常与大的汽车企业绑定。例如，大众只用库卡的机器人，经常一个新工厂购买库卡1000-2000台机器人，通用主要用发那科的，欧系汽车品牌也更多考虑ABB。国内汽车企业也各有偏好，比如长城用安川的莫托曼，江淮汽车用ABB的。国内机器人企业在汽车行业竞争不过国外产品，国外机器人企业在汽车行业的优势是因为国外还保留的汽车制造业，其它制造业产能都转移到了中国。

机器人本体最好的还是欧洲的产品，以库卡最为顶级，ABB机器人国产化之后，质量有所下降。日本的安川、发那科、那智不二越、松下等，与欧美产品相比较，属于质优价廉型，更加符合中国客户需求。韩国现代机器人，主要用于现代集团内部的现代重工和现代汽车，外销相对少一些。

安川和发那科等日本机器人企业对中国市场非常重视。以安川为例，最开始和首钢合作机器人本体，近期又与杭州凯尔达合作机器人本体。而且这几年安川在国内市场布局做得非常好，几乎每个重要市场都有办事处。如果未来国内没有企业能做好本体，估计国内机器人市场主要是日本企业占据大部分份额。

机器人四大家族都非常重视中国市场，纷纷在中国投资建厂，但是真正意义上研发和生产都实现本土化的只有ABB，其它如库卡、发那科等都没有真正意义上的国产化。国外机器人企业在抢占市场的同时，为国内机器人行业培养了人才以及较为完善的供应商体系。

就我国目前的机器人市场而言，其产业链主要包括核心零部件生产、机器人本体制造、系统集成以及行业应用四大环节。目前我国机器人企业真正能赚钱的业务是系统集成。关键零部件并没有真正国产化，造成国产机器人本体成本远高于国外同行，很难上规模。以减速机为例，国内企业购买减速机的价格是国外企业价格的将近5倍。伺服电机、控制器等关键零部件价格以及相应的开源软件的价格和研发成本也明显高于国外同类产品。这就要求我国机器人产业需要在关键零部件、机器人本体和系统集成等三个方面都要有所突破。

对于中国制造行业来说，2015年以来最为重磅的政策就是《中国制造2025》行动纲领，其中提到，我国要大力推动重点领域突破发展，瞄准新一代信息技术、高端装备、新材料、生物医药等，推动优势和战略产业快速发展机器人。围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求。

为贯彻落实习近平总书记在两院院士大会上关于机器人产业发展的讲话精神，积极推动创新驱动发展战略，实现我国机器人技术与产业的跨越发展，经报国务院批准，中国科学技术协会、工业和信息化部、北京市政府共同举办了2015（北京）世界机器人大会。11月23日，习近平主席向会议发来贺电，指出以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，成为现代科技创新的一个重要标志。中国将机器人和智能制造纳入了国家科技创新的优先重点领域。国务院总理李克强在对2015世界机器人大会的批示中表示，中国正在实施创新驱动发展战略，大力推动大众创业万众创新、互联网+和中国制造2025，这将有力促进机器人新兴市场的成长，创造世界上最大的机器人市场。

本次世界机器人大会共有12个机器人国际组织，58家国内科研机构参与。来自10多个国家及港澳台地区的100多名专家学者参与主旨报告会和专题论坛。100多家国内外企业参加机器人博览会，集中展示了大量的机器人产品。16个国家和地区的145支青少年代表队参加了为期两天的世界青少年机器人邀请赛。

今年的大会无论是规模还是参展参赛的企业、国别都是空前的，这完全能够说明我国机器人商业的璀璨前程。机器人、3D打印等众多先进技术在智能制造的大背景下，在人工智能技术的推动下，都将发生重大改变。机器人将真正具有接受信息、处理信息、与人交流、与人互动的能力，能够应对许多非固定性模式挑战，传统的机器人将逐渐从单纯的自动化设备演变为人类的高级助手和工具，而不仅仅只是生产工具，还是生活工具。

机器人产业1.0时代，主要是代替人从事繁重的体力劳动，把大量的产业工人从生产一线解放出来。而机器人产业2.0时代，即机器人产业智能化时代(也是下一代机器人)，是传统机器人技术与大数据、云计算(庞大的服务后台)、物联网(互联网与精密传感技术)、信息技术(网络技术与计算机技术)等众多先进技术融合发展的产物。我们要加大人工智能技术研究，推动语音识别、图像识别技术突破，推动高精密度传感技术突破，推动机器深度学习，促进信息处理技术的集成创新和机器大脑技术突破。美国早在20年前就已经开始布局机器人产业2.0时代，以谷歌机器人为代表的新一代机器人产业正在快速崛起，将在机器人2.0时代重新引领全球机器人产业发展。

机器人产业2.0时代是机器人产业全新的时代，以信息技术为支撑构建的若干服务平台和服务终端，将改写机器人与智能化结合的众多服务模式与商业模式，我们的机器人企业和研究机构应尽早参与到机器人产业2.0时代的研究中去，积极抢抓机器人商业的中国机会，最终实现智能制造即工业化4.0的伟大变革。