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美、日、德、韓、中五國機器人發展升級大對比

發布日期:2014-07-04    瀏覽次數:2657

      機器人的研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。機器人主要制造商和國家紛紛加緊布局,搶占技術和市場制高點。本文將介紹“機器人革命”的五個特征,同時對比五國機器人轉型發展的特征。

  機器人的研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。機器人主要制造商和國家紛紛加緊布局,搶占技術和市場制高點。今明兩年中國將成為全球最大的機器人市場,需要在這一競爭中審時度勢、全盤考慮、抓緊謀劃、扎實推進。

  “機器人革命”不是一場獨立的革命,而是以數字化、智能化、網絡化為特征的第三次工業革命的有機組成部分。“機器人革命”從根本上克服了傳統工業生產方式下產品成本和產品多樣性之間的沖突,從而推動了從線性產品開發流程向并行產品開發流程的轉變,使工業產品性能顯著改善、產品功能極大豐富和產品開發周期大幅縮減。

  從整體上看,“機器人革命”具有如下特征:

  第一,智能化成為新一代機器人的核心特征。裝配傳感器和具備人工智能的機器人能自動識別環境變化,從而減少對人的依賴。未來的無人工廠能根據訂單要求自動規劃生產流程和工藝,在無人參與的情況下完成生產。

  第二,高速網絡和云存儲使機器人成為物聯網的終端和結點。隨著信息技術的進步,工業機器人將更有效地接入網絡,組成更大的生產系統,多臺機器人協同實現一套生產解決方案成為可能;服務機器人和家庭機器人也能通過網絡實現遠程監控;多臺機器人之間的協作能提供流程更多、操作更復雜的服務。

  第三,機器人生產成本快速下降。在工業領域,機器人的技術和工藝日益成熟,性價比不斷提高,機器人初期投資相對于傳統專用設備的價格差不斷縮小。雖然在功率和速度上與傳統裝備還存在差距,但機器人在精細化、柔性化、智能化和信息化方面具有顯著優勢,因此在個性化程度較高、工藝和流程繁瑣的產品制造中替代傳統專用設備具有更高的經濟效率。成本的下降也使得機器人逐漸步入辦公室和家庭。

  第四,機器人應用領域不斷擴展。機器人最初應用于模塊化程度較高的汽車、電子產業,隨著智能化水平的提高,以及能完成更多的復雜動作,紡織、化工、食品行業也大量使用機器人。隨著技術的不斷成熟和勞動力成本提高,工業機器人的應用將擴展至整個工業領域。

  第五,人機關系發生深刻轉變。一方面,計算機的操作系統和控制系統將實現標準化和平臺化,未來可以通過包括手機在內的不同端口對機器人發送指令。另一方面,人與機器人相互協作完成某一目標成為趨勢。技術成熟將增強人對機器人的信任,人與機器人之間的協作關系將進一步增強。

  美國——引領智能化浪潮,明確提出以發展工業機器人提振制造業

  2011年6月,奧巴馬宣布啟動《先進制造伙伴計劃》,明確提出通過發展工業機器人提振美國制造業。根據該計劃,美國將投資28億美元,重點開發基于移動互聯技術的第三代智能機器人。世界技術評估中心的數據顯示,目前美國在工業機器人體系結構方面處于全球領先地位;其技術的全面性、精確性、適應性均超過他國,機器人語言研究水平更高居世界之首。這些技術與其固有的信息網絡技術優勢融合,為機器人智能化奠定了先進、可靠的基礎。

  以智能化為主要方向,美國企業一方面加大對新材料的研發力度,力爭大幅降低機器人自重與負載比,一方面加快發展視覺、觸覺等人工智能技術,如視覺裝配的控制和導航。隨著智能制造時代的到來,美國有足夠的潛力反超日本和歐洲。值得注意的是,以谷歌為代表的美國互聯網公司也開始進軍機器人領域,試圖融合虛擬網絡能力和現實運動能力,推動機器人的智能化。谷歌在2013年強勢收購多家科技公司,已初步實現在視覺系統、強度與結構、關節與手臂、人機交互、滾輪與移動裝置等多個智能機器人關鍵領域的業務部署。若其機器人部門能按照“組織全球信息”的目標持續成長,未來谷歌既可以進入迅速成長的智能工業機器人市場,又能從機器人應用中獲取巨量信息來反哺其數據業務。

  日本——產業體系配套完備,政府大力推動應用普及和技術突破

  目前,發那科、安川為代表的日系工業機器人與歐美系工業機器人可以分庭抗禮。2012年,受益于下游汽車產業對工業機器人的需求大幅增長,日本再次成為全球最大的工業機器人市場,工業機器人密度高達332臺/萬人,為全球最高。日本工業機器人的產業競爭優勢在于完備的配套產業體系,在控制器、傳感器、減速機、伺服電機、數控系統等關鍵零部件方面,均具備較強的技術優勢,有力推動工業機器人朝著微型化、輕量化、網絡化、仿人化和廉價化的方向發展。近年來,還呈現出以工業機器人產業優勢帶動服務機器人產業發展的趨勢,并重點發展醫療/護理機器人和救災機器人來應對人口老齡化和自然災害等問題。

  日本政府在其中發揮著重要作用。正式成立于1972年的日本機器人工業會也發揮著重要作用。該組織以鼓勵研究與開發、爭取政府政策支持、主辦博覽會等方式推廣普及工業機器人。進入新世紀以來,日本政府更加重視對工業機器人產業的發展。2002年,經濟產業省開始實施“21世紀機器人挑戰計劃”,將機器人產業作為高端產業加以扶持。2004年,經濟產業省推行的“面向新的產業結構報告”將機器人列為重點產業,2005年的“新興產業促進戰略”再次將機器人列為七大新興產業之一。此后,經濟產業省借助各類產業政策扶持機器人產業的發展成為常態。日本總務省、文部科學省、國土交通省等部門積極實施機器人相關項目,并通過舉辦“機器人獎”“機器人競賽”等社會活動,推動機器人技術進步和產業發展。

  德國——帶動傳統產業改造升級,政府資助人機交互技術及軟件開發

  雖然德國稍晚于日本引進工業機器人,但與日本類似,二戰后勞動力短缺和提升制造業工藝技術水平的要求,極大地促進了德國工業機器人的發展。除了應用于汽車、電子等技術密集型產業外,德國工業機器人還廣泛裝備于包括塑料、橡膠、冶金、食品、包裝、木材、家具和紡織在內的傳統產業,積極帶動傳統產業改造升級。2011年,德國工業機器人銷量創歷史新高,并保持歐洲最大多用途工業機器人市場的地位,工業機器人密度達147臺/萬人。

  德國政府在工業機器人發展的初級階段發揮著重要作用,其后,產業需求引領工業機器人向智能化、輕量化、靈活化和高能效化方向發展。20世紀70年代中后期,德國政府在推行“改善勞動條件計劃”中,強制規定部分有危險、有毒、有害的工作崗位必須以機器人來代替人工,為機器人的應用開啟了初始市場。1985年,德國開始向智能機器人領域進軍,經過10年努力,以庫卡為代表的工業機器人企業占據全球領先地位。2012年,德國推行了以“智能工廠”為重心的“工業4.0計劃”,工業機器人推動生產制造向靈活化和個性化方向轉型。依此計劃,通過智能人機交互傳感器,人類可借助物聯網對下一代工業機器人進行遠程管理。這種機器人還將具備生產間隙的“網絡喚醒模式”,以解決使用中的高能耗問題,促進制造業的綠色升級。目前,德國聯邦教育及研究部已開始資助人機互動技術和軟件的研究開發。

  韓國——使用密度全球第一,多項政策支持第三代智能機器人的研發

  20世紀90年代初,韓國政府為應對本國汽車、電子產業對工業機器人的爆發性需求,以“市場換技術”,通過現代集團引進日本發那科,全面學習后者技術,到本世紀大致建成了韓國工業機器人產業體系。2000年后,韓國的工業機器人產業進入第二輪高速增長期。2001年至2011年間,韓國機器人裝機總量年均增速高達11.7%。國際機器人聯合會的數據顯示,2012年,韓國的工業機器人使用密度為世界第一,每萬名工人擁有347臺機器人,遠高于58臺的全球平均水平。

  目前,韓國的工業機器人生產商已占全球5%左右的市場份額?,F代重工已可供應焊接、搬運、密封、碼垛、沖壓、打磨、上下料等領域的機器人,大量應用于汽車、電子、通信產業,大大提高了韓國工業機器人的自給率。但整體而言,韓國技術仍與日本、歐洲等領先國家存在較大差距。

  韓國政府近年來陸續發布多項政策,旨在扶植第三代智能機器人的研發與應用。2003年,產業資源部公布了韓國“十大未來成長動力產業”,其中就包括智能工業機器人;2008年9月,《智能機器人開發與普及促進法》正式實施;2009年4月,政府發布《第一次智能機器人基本計劃》,計劃在2013年前向包括工業機器人在內的五個機器人研究方向投入1萬億韓元(約合61.16億元人民幣),力爭使韓國在2018年成為全球機器人主導國家;2012年10月,《機器人未來戰略戰網2022》公布,其政策焦點為支持韓國企業進軍國際市場,搶占智能機器人產業化的先機。

  中國——面臨核心技術被發達國家控制等挑戰,產業市場空間巨大

  首先,中國在機器人領域的部分技術已達到或接近國際先進水平。機器人涉及的技術較多,大體可分為器件技術、系統技術和智能技術。中國在通用零部件、信息網絡等部分器件和系統技術領域與發達國家的差距在10年左右,而對智能化程度要求不高的焊接、搬運、清潔、碼垛、包裝機器人的國產化率較高。近年來,中國在人工智能方面的研發也有所突破,中國科學院和多所著名高校都培育出專門從事人工智能研究的團隊,機器人學習、仿生識別、數據挖掘以及模式、語言和圖像識別技術比較成熟。

  其次,中國企業具有很強的系統集成能力,這種能力在電子信息等高度模塊化產業和高鐵等復雜產品產業都得到體現。系統集成的意義在于根據具體用戶的需求,將模塊組成可應用的生產系統,這可能成為中國機器人產業打破國外壟斷的突破口。

  第三,中國機器人產業的市場空間巨大。目前,中國機器人使用密度較低,制造業萬人機器人累計安裝量不及國際平均水平的一半,服務和家庭用機器人市場尚處于培育階段,機器人應用市場增長空間巨大;二代機器人仍然是主流,機器人向第三代智能機器人升級換代空間巨大;機器人主要應用于汽車產業,機器人向其他領域擴展空間巨大。

  當然,我們也要清醒地看到中國工業機器人產業發展面臨的巨大挑戰。首先,機器人的頂層架構設計和基礎技術被發達國家控制,在機器人成本結構中比重較大的減速機、伺服電機、控制器、數控系統都嚴重依賴進口,國產機器人并不具備顯著成本優勢。其次,存在低端鎖定的風險。一方面,發達國家不會輕易向中國轉移或授權機器人核心技術、專利,中國機器人企業通過參與國際標準制定、技術合作研發進入中高端市場的阻礙很多;另一方面,地方政府對產業的盲目投資可能形成過剩產能,導致重復建設和低價競爭。再次,機器人研發、制造與應用之間缺乏有效銜接。機器人相關技術研發領先的高校和院所并不具備市場開拓能力,而企業在基礎研發上的投入還非常低,國內產學研結合又存在諸多體制機制障礙,導致研發與制造環節脫節。

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