機(jī)器人無(wú)論對(duì)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，還是服務(wù)業(yè)的智能化都頗具意義。在“十三五”開(kāi)局之年，工信部也公布了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃，工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人和軍用機(jī)器人榜上有名。而隨著人工智能的興起和國(guó)家大力發(fā)展機(jī)器人的戰(zhàn)略出爐，中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也越發(fā)受到關(guān)注。
但相對(duì)于已經(jīng)廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)器人，相當(dāng)一部分網(wǎng)友對(duì)機(jī)器人的直觀感受，源自科幻影視作品。現(xiàn)實(shí)中，中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)到底是個(gè)什么情況?
人形機(jī)器人?概念雖很好，市場(chǎng)仍太小
無(wú)論是兒時(shí)的動(dòng)漫，還是當(dāng)下的商業(yè)大片中，機(jī)器人早已屢見(jiàn)不鮮。在影視和動(dòng)漫作品中，機(jī)器人往往是人形雙足機(jī)器人，像高達(dá)、變形金剛、終結(jié)者也都有類人形態(tài)，并擁有不亞于人類的智慧。但現(xiàn)實(shí)中，人形雙足機(jī)器人缺乏實(shí)用價(jià)值。
人形機(jī)器人一般是指至少有雙臂雙腿，能夠依賴雙腿站立，通過(guò)雙足步行移動(dòng)的機(jī)器人，并由控制系統(tǒng)、關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和本體結(jié)構(gòu)5部分組成。
由于人形機(jī)器人的雙足平衡技術(shù)相對(duì)于履帶式、輪式機(jī)器人更加復(fù)雜，必然帶來(lái)相當(dāng)高昂的成本，而在可靠性方面反而不如履帶式、輪式機(jī)器人。這必然導(dǎo)致其在商業(yè)市場(chǎng)鎩羽而歸——谷歌母公司Alphabet的Atlas人形機(jī)器人，雖然在技術(shù)上可圈可點(diǎn)，但在商業(yè)市場(chǎng)上卻無(wú)人問(wèn)津，除了科研機(jī)構(gòu)外，罕有買(mǎi)家。
正因此，有媒體認(rèn)為，“機(jī)器人業(yè)務(wù)無(wú)法在中短期內(nèi)給Alphabet貢獻(xiàn)實(shí)質(zhì)性收入，公司對(duì)于機(jī)器人長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展缺乏戰(zhàn)略謀劃，Alphabet將逐步退出這一領(lǐng)域?！迸c此形成鮮明對(duì)比的是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的機(jī)器人“佳佳”，雖然擁有了堪比真人的容貌，卻依舊選擇了輪式行進(jìn)方式。
所以在當(dāng)下，除了NAO和優(yōu)必選這類很難說(shuō)是玩具還是機(jī)器人的產(chǎn)品外，還不存在一個(gè)人形機(jī)器人的市場(chǎng)，更不存在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)今的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，還是以工業(yè)機(jī)器人和軍用機(jī)器人以及其他特種用途的機(jī)器人為主。
那么，為什么一些廠家依舊在開(kāi)發(fā)人形機(jī)器人?
原因有兩點(diǎn)：一是在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，擁有類人的外觀比較容易被客戶接受，在將來(lái)服務(wù)機(jī)器人進(jìn)入千家萬(wàn)戶之時(shí)，人形機(jī)器人具有很大優(yōu)勢(shì)，存在一定商業(yè)潛力;二是機(jī)器人擁有高度擬人的外觀，容易讓普通人給予它非常高的技術(shù)評(píng)價(jià)，甚至視其為黑科技，而帶上黑科技光環(huán)的公司的股價(jià)也自然水漲船高。
工業(yè)機(jī)器人的前世今生
相對(duì)于還不成熟且未形成產(chǎn)業(yè)的人形機(jī)器人和還初于起步階段的服務(wù)機(jī)器人(比如掃地機(jī)器人)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)則比較成熟了。
現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展開(kāi)始于20世紀(jì)中期，伴隨著原子能和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而誕生。數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)、伺服電動(dòng)機(jī)、減速器等關(guān)鍵零部件為工業(yè)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ);而在核輻射環(huán)境下作業(yè)，則為工業(yè)機(jī)器人的誕生提供了直接需求——1947年美國(guó)阿爾貢研究所研發(fā)了可以在核輻射環(huán)境下作業(yè)的遙控操作機(jī)械手，1948年，又研制出機(jī)械式主從機(jī)械手。
此后，1954年，美國(guó)的戴沃爾設(shè)計(jì)出第一臺(tái)擁有電子可編程序的工業(yè)機(jī)器人，于1961年發(fā)表該項(xiàng)專利。1965年，美國(guó)麻省理工學(xué)院成功研制出一種具有視覺(jué)傳感器并能對(duì)簡(jiǎn)單積木進(jìn)行識(shí)別、定位的機(jī)器人系統(tǒng)。1967年，日本川崎重工業(yè)公司從美國(guó)引進(jìn)機(jī)器人及技術(shù)，建立生產(chǎn)廠房，并于1968年試制出第一臺(tái)日本產(chǎn)通用機(jī)械手機(jī)器人，在各個(gè)領(lǐng)域中推廣。
到上世紀(jì)80年代，工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始在全球汽車(chē)制造業(yè)廣泛應(yīng)用。至90年代，工業(yè)機(jī)器人開(kāi)始在對(duì)車(chē)間環(huán)境要求較高的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)得到應(yīng)用，避免了工人身體攜帶的塵埃污染車(chē)間環(huán)境。
如今，工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域已經(jīng)取得了驚人的進(jìn)步，被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)及汽車(chē)零部件制造業(yè)、電子電氣行業(yè)、橡膠及塑料工業(yè)、食品工業(yè)、物流、機(jī)械加工行業(yè)、焊接、熱處理、表面涂覆、打磨拋光、上下料、裝配、檢測(cè)及倉(cāng)庫(kù)堆垛等諸多領(lǐng)域中。并形成了ABB、KUKA、FANUC、YASKAWA等一批國(guó)際機(jī)器人企業(yè)，這四家占據(jù)全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額的60%以上。
中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代初期。1985年，中國(guó)在“七五”科技攻關(guān)計(jì)劃中將工業(yè)機(jī)器人列入了發(fā)展計(jì)劃，由當(dāng)時(shí)的機(jī)械工業(yè)部牽頭組織了點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、搬運(yùn)等型號(hào)的工業(yè)機(jī)器人攻關(guān)，形成了中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的第一次高潮。
“九五”期間，在國(guó)家“863”高科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，建立了以沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限責(zé)任公司、上海機(jī)電一體化工程公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所、四川綿陽(yáng)思維焊接自動(dòng)化設(shè)備有限公司等為主的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地。
截至2015年底，中國(guó)在建和已建的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園達(dá)40個(gè)，有機(jī)器人概念的上市企業(yè)超過(guò)100家，與工業(yè)機(jī)器人相關(guān)企業(yè)數(shù)量達(dá)到1000余家。
中國(guó)工業(yè)機(jī)器人的窘境
大而不強(qiáng)是中國(guó)制造業(yè)在諸多領(lǐng)域的真實(shí)寫(xiě)照，但在機(jī)器人制造領(lǐng)域，中國(guó)則處于“既不大也不強(qiáng)”的狀態(tài)。
早在2013年，中國(guó)就已成為世界第一大工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。2014年銷量達(dá)到5.7萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)56%，占全球銷量的1/4，同比增長(zhǎng)55%，保有量增長(zhǎng)至19萬(wàn)臺(tái)。
但在中國(guó)工業(yè)機(jī)器人銷量連年暴漲的大背景下，卻隱藏著自主品牌工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額偏低的隱憂。2014年，自主品牌工業(yè)機(jī)器人銷量為1.7萬(wàn)臺(tái)，占全球工業(yè)機(jī)器人總銷量的7.45%;2015年，自主品牌工業(yè)機(jī)器人銷量為2.2萬(wàn)臺(tái)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)份額依舊不足20%，在全球工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)中的份額依舊不足兩位數(shù)。
中國(guó)工業(yè)機(jī)器企業(yè)不僅市場(chǎng)份額偏低，還存在小而散的問(wèn)題。至2016年初，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)企業(yè)數(shù)量達(dá)到1000余家，其中有機(jī)器人概念的上市企業(yè)超過(guò)100家，但普遍存在規(guī)模偏小的情況，超過(guò)90%的機(jī)器人公司年產(chǎn)值在1億元以下，很多廠家每年銷量都不超過(guò)1000臺(tái)(只有年產(chǎn)量破千才能初步形成規(guī)模效應(yīng))，即便是像沈陽(yáng)新松這樣的國(guó)內(nèi)機(jī)器人龍頭企業(yè)，2015年?duì)I業(yè)收入也只有16.9億元，與ABB、KUKA、FANUC、YASKAWA動(dòng)輒上百億元的營(yíng)業(yè)收入相比差距明顯。
更糟糕的是，國(guó)內(nèi)不少所謂機(jī)器人企業(yè)并非真心實(shí)意在做技術(shù)，反而頗有從政策和股市中套利的嫌疑。
另外，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人多集中于低端應(yīng)用領(lǐng)域——相對(duì)較復(fù)雜的多關(guān)節(jié)機(jī)器人市場(chǎng)，國(guó)外公司占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的90%以上份額;應(yīng)用于汽車(chē)制造、焊接等高端行業(yè)領(lǐng)域的六軸或以上高端工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)，主要被日本和歐美企業(yè)占據(jù)，國(guó)產(chǎn)六軸工業(yè)機(jī)器人占全國(guó)工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量不足10%。
而國(guó)產(chǎn)機(jī)器人種類主要是搬運(yùn)、碼垛等低端機(jī)器人，應(yīng)用領(lǐng)域多在家電、基礎(chǔ)制造領(lǐng)域，附加值偏低。2015年，雖然中國(guó)機(jī)器人市場(chǎng)需求和國(guó)內(nèi)機(jī)器人企業(yè)產(chǎn)品銷量雙雙增長(zhǎng)，但相當(dāng)一部分機(jī)器人企業(yè)處于虧損狀態(tài)。
因此，中國(guó)自主品牌機(jī)器人無(wú)論在市場(chǎng)份額上，還是技術(shù)上都處于劣勢(shì)，整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)可謂既不大，也不強(qiáng)。
不過(guò)，在局部領(lǐng)域，中國(guó)機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成能力倒不差，比如，中國(guó)科技大學(xué)的機(jī)器人足球隊(duì)曾獲得ROBOCUP冠軍，國(guó)內(nèi)企業(yè)也能開(kāi)發(fā)出一些高端工業(yè)和醫(yī)療機(jī)器人。在軍用機(jī)器人方面，由于中國(guó)軍工和民用工業(yè)從研發(fā)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售完全是兩條線，而且軍品不受專利限制，所以中國(guó)軍用機(jī)器人在局部領(lǐng)域不遜色于美國(guó)。
核心技術(shù)受制于人
國(guó)產(chǎn)機(jī)器人在關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵零件方面落后于西方。機(jī)器人的核心技術(shù)有人機(jī)交互技術(shù)、控制技術(shù)、環(huán)境感知和傳感技術(shù)、材料技術(shù)、人工智能等方面，關(guān)鍵的零部件有精密減速機(jī)、控制器、伺服電機(jī)以及高性能驅(qū)動(dòng)器等，而這些關(guān)鍵零部件很大程度依賴進(jìn)口。
以占機(jī)器人硬件成本比例最高的減速器為例。精密減速器可以分為諧波齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、RV減速器、精密行星減速器和濾波齒輪減速器等，是工業(yè)機(jī)器人的核心零部件，占機(jī)器人整機(jī)成本的35%左右。
目前，全球精密減速器市場(chǎng)大半被日本企業(yè)占據(jù)。日本Harmonic是諧波減速器領(lǐng)域的領(lǐng)軍者，占據(jù)了約全球15%的市場(chǎng)份額。日本Nabtesco是全球最大的RV減速器和擺線針輪減速器制造商，在RV減速器領(lǐng)域的全球市場(chǎng)份額約為60%。
中國(guó)在著力于精密減速器國(guó)產(chǎn)化研究后，涌現(xiàn)出南通振康，浙江恒豐泰，重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津減速機(jī)廠，秦川機(jī)床廠、北京中技克美，北京諧波傳動(dòng)所，蘇州綠的等單位或企業(yè)，并可以在高精度擺線針輪減速器和諧波減速器領(lǐng)域局部替換國(guó)外產(chǎn)品。但在2015年，依舊有75%精密減速器從日本進(jìn)口。
控制器相當(dāng)于機(jī)器人的大腦，用來(lái)發(fā)布和傳遞動(dòng)作指令，包括硬件和軟件兩部分：
硬件就是工業(yè)控制板卡，包括一些主控單元、信號(hào)處理部分等電路。雖然不少自主品牌已經(jīng)掌握了控制器的相關(guān)技術(shù)，并研發(fā)出基于CPU、DSP和FPGA的工業(yè)機(jī)器人控制器，但所采用的CPU大多是ARM，所采用DSP和FPGA不少是源自美國(guó)德州儀器和賽靈思。雖然已經(jīng)有基于龍芯的機(jī)器人控制器，但目前還鮮有廠商采購(gòu)。
軟件部分主要是控制算法、二次開(kāi)發(fā)等，自主品牌已經(jīng)解決了有無(wú)的問(wèn)題，但在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、易用性等方面還有差距。
另外，在伺服電機(jī)方面，日系公司約占全球市場(chǎng)份額的40%，西門(mén)子、博世、施耐德等德系品牌占據(jù)全球市場(chǎng)份額的30%左右。而國(guó)內(nèi)匯川技術(shù)、英威騰、華中數(shù)控、新時(shí)達(dá)等公司整體份額低于10%。在驅(qū)動(dòng)器方面，國(guó)內(nèi)80%的驅(qū)動(dòng)器從歐美和日本進(jìn)口。
正是在關(guān)鍵零部件上嚴(yán)重依賴進(jìn)口，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)企業(yè)要以高出國(guó)外本土廠商近3倍的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)減速器，以近2倍的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)伺服電機(jī)。由于減速器、伺服電機(jī)、控制器分別占機(jī)器人整機(jī)成本的35%、25%、15%，導(dǎo)致中國(guó)機(jī)器人企業(yè)生產(chǎn)成本奇高。
相比之下，國(guó)外工業(yè)機(jī)器人廠商很多本身就是核心部件的提供商——日本發(fā)那科是世界上最大的專業(yè)數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商，安川和松下都屬于全球最大的電機(jī)制造商，這使得國(guó)外機(jī)器人廠商在成本上具有天然優(yōu)勢(shì)。
另外，國(guó)外機(jī)器人廠商還能以巨大的采購(gòu)量和簽署排他性協(xié)議獲得比較優(yōu)惠的采購(gòu)價(jià)格。這些因素共同導(dǎo)致中國(guó)機(jī)器人企業(yè)很難與國(guó)外企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。
如何實(shí)現(xiàn)從中國(guó)制造到中國(guó)智造的蛻變?
某些媒體和大V非常喜歡拿中國(guó)和外國(guó)做對(duì)比，而且一旦看到中國(guó)在局部領(lǐng)域技不如人，就嗚呼哀哉、哀鴻遍野，并以局部落后否定整個(gè)中國(guó)制造業(yè)。同時(shí)，不分青紅皂白將中國(guó)在某些領(lǐng)域落后于西方的根源推給“體制問(wèn)題”、“民族劣根性”。這種做法非常不妥當(dāng)，思維方式也是非常不科學(xué)的。
機(jī)器人是綜合了計(jì)算機(jī)、機(jī)械工程、電子、信息傳感器、控制理論、材料、人工智能、仿生等諸多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。中國(guó)作為工業(yè)后發(fā)國(guó)，在機(jī)器人工業(yè)上起步比西方晚，國(guó)家對(duì)機(jī)器人的資金投入也比西方少。日本在引進(jìn)美國(guó)機(jī)器人技術(shù)后，曾不惜血本發(fā)展和推廣。而歐盟則耗費(fèi)巨資支持機(jī)器人新研究項(xiàng)目，覆蓋從技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)品部署的完整價(jià)值鏈，并與產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界達(dá)成戰(zhàn)略合作。
在當(dāng)下這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，中國(guó)民用機(jī)器人相對(duì)于歐美和日本處于劣勢(shì)，其根源在于過(guò)去數(shù)十年的人力、物力、財(cái)力投入差距，以及中國(guó)和西方在工業(yè)基礎(chǔ)上的差距。國(guó)人不必因暫時(shí)的落后自怨自艾。
上個(gè)月，工信部、發(fā)改委、財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020 年)》。該規(guī)劃指出，要重點(diǎn)攻克高精密減速器、高性能機(jī)器人專用伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器、高速高性能控制器、傳感器、末端執(zhí)行器等核心零部件，最終實(shí)現(xiàn)核心零件的國(guó)產(chǎn)化替代。
該規(guī)劃強(qiáng)調(diào)，要突破弧焊機(jī)器人、真空(潔凈)機(jī)器人、全自主編程智能工業(yè)機(jī)器人、人機(jī)協(xié)作機(jī)器人、雙臂機(jī)器人、重載 AGV、消防救援機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人、智能型公共服務(wù)機(jī)器人、智能護(hù)理機(jī)器人十大標(biāo)志性產(chǎn)品。
為了幫扶中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展，該規(guī)劃還提出一系列政策利好——加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃和資源整合，減少各地借政策的東風(fēng)一窩蜂上項(xiàng)目，避免資源的分散和浪費(fèi);加大財(cái)稅支持力度，利用中央財(cái)政科技計(jì)劃、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、中央基建投資、首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝備保險(xiǎn)補(bǔ)償機(jī)制等政策措施支持機(jī)器人及其關(guān)鍵零部件研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用;拓寬投融資渠道，支持符合條件的機(jī)器人企業(yè)直接融資和并購(gòu);引導(dǎo)金融機(jī)構(gòu)創(chuàng)新符合機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈特點(diǎn)的產(chǎn)品和業(yè)務(wù)，推廣機(jī)器人租賃模式，等等。
可以預(yù)期，隨著工資上漲、用工荒和人口逐漸老齡化，以及工業(yè)機(jī)器人具有抗疲勞，對(duì)惡劣環(huán)境忍受度高，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一致性高等優(yōu)勢(shì)，中國(guó)的機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大。中國(guó)坐擁全球最大的機(jī)器人市場(chǎng)，輔以國(guó)家的政策、資金扶持，完成規(guī)劃中強(qiáng)調(diào)的弧焊機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人等十大標(biāo)志性產(chǎn)品突破，完成減速器、伺服電機(jī)和控制器等核心零件國(guó)產(chǎn)化替代僅僅是時(shí)間問(wèn)題。
屆時(shí)，只要做好產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，面向任務(wù)的整機(jī)系統(tǒng)性能優(yōu)化和規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)方面等工作，即可形成強(qiáng)有力的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也將完成從中國(guó)制造到中國(guó)智造的蛻變。
