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明日之戰：大國工業機器人發展

文：2014年第四期

國際機器人聯合會的數據顯示，2012年，全球平均工業機器人使用密度（每萬名產業工人擁有的機器人數量）為55臺。韓國每萬名工人擁有347臺機器人，日本為332臺，而在中國，這一數字僅為21臺。

差距意味著市場。從2002年開始，中國工業機器人年累計安裝量增長速度幾乎都超過30%。相關數據顯示，從2002年的2152臺發展到2012年的96387臺，即便受金融危機影響的2009年，中國工業機器人累計安裝量增長率也達到17.38%。

在珠三角地區更加突出。珠三角地區機器人使用的年增速已達到30%-60%，尤其在裝配、點膠、搬運、焊接等工業領域，從2012年開始加重電子制造自動化板塊的拓展后，工業機器人廠商增長非常快。

全球機器人2013年銷量的70%集中在4個國家，即日本、中國、美國和德國。按當前的發展趨勢，國際普遍預測今年，中國將成為第一大機器人需求市場。

本期《伺服與運動控制》將對這幾個國家的工業機器人發展進行盤點。

德國：借助物聯網對下一代工業機器人進行遠程管理
2012年，德國推行了以“智能工廠”為重心的“工業4.0計劃”，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。

德國政府在20世紀70年代中后期便開始推行一項名為“改善勞動條件計劃”的政策，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，以行政手段將機器人的應用真正推向市場。

從20世紀50年代到80年代，聯邦德國的經濟始終保持在年均4.5%左右的適度增長，穩定性高于美國等工業國家；通貨膨脹率則穩穩地控制在3.7%左右，低于其他主要工業國。這在一定程度上為工業機器人的后續發展提供了土壤。

1985年，德國政府提出了要向高級的、帶感覺的智能機器人領域進軍的計劃。

其后，機器人開始進入德國的各個產業。除了應用于汽車、電子等技術密集型產業外，工業機器人還廣泛裝備于傳統產業。在德國傳統產業轉型升級的過程中，機器人有效地降低了生產成本，并提高了產品質量。

據德國《圖片報》報道，2012年，德國工業界每萬人機器人擁有量為273臺，相當于法國的兩倍多，是英國的4倍多。而國際機器人協會發布的數據顯示，2013年，機器人在德國的銷量比2012年提高了4%，超過了1.8萬個。

目前，機器人在德國制造業中的應用率相對較高，每四個就業崗位就有一個工業機器人。德國機器人產業化模式的主要特點在于分工合作，即將具備一定智能化的機器人個體，通過數據交互從而實現高度智能化。

按照設想，“工業4.0”連接的是生產設備，即生產的“一體化”。把不同的設備通過數據交互連接到一起，讓工廠內部，甚至工廠之間都能成為一個整體。實際上，這種“一體化”是為了“分散化”。在“工業4.0”中，工業生產將“由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉變”，“分散化”后的生產將變得更加靈活。在這種模式下，不同的生產設備既能夠協作生產，又可以各自快速地對外部變化做出反應。這完全是信息時代產生的大量個性化需求反映到生產端的結果，工業生產將告別上一個時代的標準化，走向個性化。

美國：應用落后于理論
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。

如果按照機器人發明和生產的先后順序來算，美國是絕對的“老大哥”。

早在上世紀50年代，美國科學家便提出了工業機器人的概念，并在1962年開發出第一代工業機器人。

不同于德國政府的積極與強勢，美國政府在發展機器人時極少采取行政手段以扶持。在1967年以后，美國遭遇了高失業率和通貨膨脹并存的尷尬局面，失業人數占美國人口總數10%左右。正因為此，第一代工業機器人并沒有立即投入廣泛使用。

直到20世紀70年代末，大量使用工業機器人的日本汽車企業對美國構成威脅，美國政府才取消了對工業機器人應用的限制，加緊制定促進該技術發展和應用的政策。此后，美國企業通過生產具備視覺、力覺等的第二代機器人，實現了市場占有率的較快增長。但是，與德國注重實際應用相反，美國發展工業機器人時將側重點放在了理論上面，導致的結果是既沒有擺脫“重理論、輕應用”的問題，也未能打破日本和歐洲的壟斷格局。

相比德國高達25%的應用比率，機器人在美國制造業中的應用相對較低，僅為11%。2008-2013年間，機器人在美國的銷量以平均每年12%的速度增長，僅2013年，美國的機器人裝機量就上升了6%，達到了將近24萬個。不過，2013年美國工業機器人生產商的全球市場份額仍不足10%，且國內新增裝機量大部分源于進口。

值得注意的是，迅速發展的智能工業機器人市場也吸引了諸多創新型企業。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。就在2013年，谷歌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。

中國：核心技術成軟肋
“校企合作”是目前中國機器人研發比較普遍的模式。整個研發過程需要兩到三年，不過收效明顯。和一些發達國家相比，我國機器人研發的軟肋仍在核心技術上。

“一個原因是，沒有從基礎開始研發。比如電機、減速器、數控技術，這些單元技術（基礎元器件）是制約我國機器人發展的一個瓶頸，目前主要依賴進口。就像手機一樣，攝像頭是國外的，GPS也是，核心技術都是國外的，利潤都被別人拿走了。”北京航空航天大學機器人研究所所長畢樹生說。相比之下，國外機器人發展的歷史較長，技術積累雄厚，一些公司原來從事的就是伺服電機、減速器、數控系統等單元技術的研發。這些恰恰是機器人的關鍵，很容易應用到機器人上。

此外，政策支持和軟件差距也在一定程度上制約了機器人的發展。前者的作用不言而喻，但和機械本體相比，如何設計一個程序有效地控制機械也尤為重要。

在日本，有相關研究機構的大學共計107所，相關研究所的總數達到293間。這一數字大大高于國內的十數家機器人研究所（沈陽自動化研究所、上海交大機器人研究所、哈爾濱工業大學機器人研究所、中國科學院自動化研究所、西安交大人工智能與機器人研究所、北航機器人研究所、北京理工大學智能機器人研究所、北京機械工業自動化研究所、南京機器人研究院、機器人技術研究中心）。而且，中國的研究機構與產業中心相距甚遠，在一定程度上，也導致了他們難以接上產業集群的地氣。

從研究所出來的機器人新品，到生產線大規模應用，還需經歷“二次開發”。

這個“二次研發”的過程，理想情況下應由企業完成。因為高校產業化經驗不足，并不擅長測試可靠性、安全性等重復性工作。相比之下，國際上一些大型機器人公司，如ABB、庫卡，都有上百人規模的研究院。其中美國的模式是由高校、研究所設立項目，政府擇其優者進行扶持，到了一定程度企業開始介入繼續培育。有些企業會提前很多年資助高校的項目，積累的時間比較長，土壤比較成熟。

國際機器人技術聯合會（IFR）的數據顯示，盡管2013年中國共采購了36560臺工業機器人，首次超過日本成為全球最大的工業機器人市場，但是領先的4家中國工業機器人制造商的產品，僅占中國市場5%的份額，而日本公司的產品，卻占據了中國市場一半的份額。

在中國，近兩年對機器人產業政策支持也逐步加碼：2012年3月至4月，科技部相繼發布《智能制造科技發展“十二五”專項規劃》和《服務機器人科技發展“十二五”專項規劃》。2012年7月，國務院發布《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》，提出要大力推進自動控制系統、工業機器人、關鍵零部件等裝置的開發和產業化。2013年12月30日，工業和信息化部正式下發了《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》，明確，到2020年，形成較為完善的工業機器人產業體系，培育3-5家具有國際競爭力的龍頭企業和8-10個配套產業集群；工業機器人行業和企業的技術創新能力和國際競爭能力明顯增強，高端產品市場占有率提高到45%以上，機器人密度達到100以上，基本滿足國防建設、國民經濟和社會發展需要。

日本：工業機器人生產與應用之最
6月19日，日本首相安倍晉三先后視察了埼玉縣加須市的Glory公司工廠（一家鑄幣企業）和東京都內的護理院。在隨后的記者采訪中安倍強調，將把機器人產業作為經濟增長戰略的重要支柱，希望通過發掘機器人的可能性實現日本經濟的增長。

日本目前仍然是使用工業機器人數量最多的國家。據統計，2012年，日本擁有31萬臺工業機器人，居世界第一，中國擁有量約為9.6萬臺。

在日本，代表性的機器人企業不乏歷史悠久、技術積累雄厚的大公司。除了東芝、川崎重工、三菱重工等人們熟悉的大型工業企業外，還有一批以機器人制造聞名世界的企業。如世界最大的機器人制造商FANUC，人們經常可以在電視新聞上看到該公司的焊接機器人，它們被用于多家日本汽車制造商的流水線上。另一個著名企業是1977年研制出全世界第一臺全電動工業機器人的安川，其擁有超過30多年的工業機器人研究及投產歷史。安川是最早將工業機器人應用到半導體生產領域的企業。

據日本機器人工業協會發布的《21世紀日本機器人機器人產業》報告，由于優質的工業機器人具有國際競爭力，出口持續增加。2000年以后，出口已占日本工業機器人產業的過半產量。

盡管安倍提出機器人戰略，容易讓人以為日本是一個后發國家，但實際上在機器人產業和研發領域，日本可以說是絕對意義上的發達國家，甚至可以說是第一機器人大國。

1967年，日本川崎重工首先從美國引進機器人及其技術，并于1968年試制出第一臺國產工業機器人“Unimate”。1980年，日本工業機器人的產值達700億日元，同比增長185%，該年被產業界人士稱為“工業機器人普及元年”。

2008年，日本生產的工業機器人有62%用于出口；而到2010年，這一比例上升至73%。據日本機器人工業協會統計，2013年日本工業機器人生產總額約為4000億日元，其中出口2800億日元。

日本機器人產業和科研的發展，離不開一系列政府法規的促進。

早在1971年，日本就頒布了《機電法》，規定了工業機器人制造業的應用對象行業和種類。1980年又先后制定了“財政投資融資租賃制度”和“中小企業設備現代化貸款制度和設備借款制度”，成立了日本機器人租賃公司（由機器人制造商和保險公司共同出資），國家和地方政府也設立了專門的基金為企業提供設備貸款。1984年，制定了機電一體化稅制，1985年又制定了高技術稅制，讓機器人研發和應用得到稅務優惠。

這一次，安倍希望日本機器人產值比現在增加3倍。他的計劃在日本獲得了多方面認同。