通過近十年的發展,中國機器人產業從無到有、從小到大,目前已經形成了一百余家從事機器人研發設計、生產制造、工程應用以及零部件配套的產業集群,其中40余家上市公司在股市上形成了具有機器人概念的高技術板塊。全國各省市地區正在建設和籌建的機器人產業園超過40余家。機器人應用遍及汽車制造、工程機械、食品等行業。
中國制造業目前呈現“兩高兩低”的特點,即低技術含量、低附加值和高能耗、高污染。隨著人口紅利的到期,勞動力短缺和人力成本急劇上升,使得勞動力密集和低人力成本的制造模式在中國難以持續。國產機器人企業的技術水平既是國內企業能否享受行業景氣的關鍵因素,也是推動國內工業機器人市場發展快慢的關鍵因素。工業機器人是集精密機械、控制技術、電機技術、傳感器技術等于一體的技術密集型自動化設備。通過對機器人產業鏈上國內外主要設備的技術指標進行梳理比較,確定中國機器人企業的技術水平,選擇以機器人為主導的智能制造模式是實現中國制造業轉型的重要路徑。
中國機器人行業發展特點
(一)中國工業機器人市場高速增長
中國已經成為全球工業機器人重要市場。2011年中國機器人出貨量達到2.3萬臺,占全球出貨量的13.8%,全球排名第四,同比增速達51%。2004-2012年中國工業機器人復合增速為29.7%,2009-2012年復合增速達到71.9%。從各領域增速來看,3C行業增速較高,其中消費電子行業年復合增長率20.2%,汽車作為傳統用量大的領域未來幾年增速較低。
(二)三大因素推動中國機器人需求
因素一:勞動力成本上升,人口紅利逐漸消失。勞動力成本的上升激發企業機器人替代人工的訴求。
因素二:勞動力供給下降。90年代中期,中國制造業從業人數大幅下降。98-99年經歷了國企下崗危機,紡織等傳統制造業首當其沖。2001年加入世貿組織以后,中國制造業從業人數又開始緩慢回升。但是,進入新世紀的第二個年頭,80后、90后勞動人口成為主流,他們不再愿意大量從事單調重復環境差的工作。長三角、珠三角等地低端產業用工荒明顯。
因素三:制造業產業升級,國家政策支持。普及機器人不只是單純的替代人工,更是提升制造業效率與柔性的重要手段。(三)國外機器人廠商搶灘中國市場
中國市場是未來全球大的機器人市場,近年來增長迅猛。國際機器人巨頭紛紛搶灘中國市場,以ABB、庫卡、安川電機、發那科四大家族為代表的國外機器人企業占據中國機器人市場90%以上的市場份額。
在90%的機器人市場份額中,ABB、發那科、安川機電、KUKA四大家族共占57.5%。之后的三大廠商OTC、松下和川崎重工共占16%。而國內機器人生產企業市場份額相對較小,2012年本土品牌機器人市場占有率8%,個體企業普遍存在規模較小、創新能力薄弱等問題。
(四)國內機器人行業現狀與機會
1.國內機器人產業鏈四大環節:機器人產業鏈包括核心零部件生產、機器人本體制造、系統集成以及行業應用四大環節。目前中國機器人企業真正能賺錢的業務是系統集成。關鍵零部件沒有真正國產化,造成國產機器人本體成本遠高于國外同行,很難上規模。
2.國內機器人成本高于國外:國產機器人本體成本遠高于國外同類產品,特別是減速機,國內企業購買減速機的價格是國外企業的價格的將近5倍。伺服電機、控制器等關鍵零部件價格也顯著高于國外同類產品。
3.現階段國內機器人行業類似于美國50-60年代:現階段國內機器人行業類似于美國上世紀50-60年代,機器人產業剛剛興起,眾多企業進入機器人行業。不同的是美國當時機器人技術是領先的的,現在中國機器人技術明顯落后于西方已經相對成熟的技術水平。
4.全國各地機器人產業園規劃情況:中國機器人產業園遍地開花,地方政府采用政府補貼和稅收優惠等方式催生當地機器人產業。一方面,說明國內機器人行業確實很熱,大家非常看好行業前景;另外一方面,也有可能很快就出現行業產能過剩的局面,不利于行業的健康發展。
機器人產業被寄予厚望
今年全國兩會上,“中國制造2025”上升為國家戰略。李克強總理在政府工作報告中提出:堅持創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展,加快從制造業大國轉向制造強國。
在中國企業家俱樂部主辦的2015中國綠公司年會上,企業家們也對中國制造的轉型升級十分關注。他們認為,“中國制造”向“中國智造”的轉變,將帶來工業制造效率和能源使用效率的雙重提升。
‘中國制造2025’是為應對新一輪產業革命規劃實施的重要國家工程,在為中國帶來新的增長機遇的同時,也對工業創新能力提出新的要求。企業作為創新的主體,將成為其主要推動力量。”施耐德電氣全球執行副總裁、中國區總裁朱海表示。
毫無疑問,智能制造將為工業制造帶來真正意義上的效率提升,也是“中國制造2025”要解決的核心問題。
“大家有一個錯誤的觀點,認為困難是金融危機造成的,是因為經濟周期造成的,而沒有認識到社會的技術進步和社會發展到了當前這個階段,就應該進行調整,也應該進行相應的變革。”新松機器人自動化股份有限公司總裁曲道奎發表演講表示,“很多人盼望冬天過去,春天還再來,過了這個周期又會回到一個高速發展的時代。但這不可能了。因為這個時代和社會進步完全到了一個新的模式,需要由‘中國制造’向‘中國智造’發展。”
在帶領傳統制造業轉型升級的過程中,機器人產業被寄予厚望。“機器人從2009年發展至今,即使是在全球金融危機、幾乎所有產業和行業都下馬的情形下,也在一直增長。”羅百輝表示,截至去年底,中國的機器人廠家已經達到530多家,這其中去年新成立的就有兩三百家。中國的機器人產業規模在2013年達到全世界第一,而去年產值規模增長了54%。中國制造企業在轉型升級中遇到了很多問題,首先是發展不均衡,有處于1.0時代、手工為主的,也有已經與國際接軌的工業4.0時代的,這些不均衡導致企業需求不一樣;其次,中國很多制造企業缺錢,甚至有的工人工資都發不出,更沒法談做出改變;再次就是全球產能過剩,企業不是產能上來就可以了,企業要尋找到一種產品,一種解決方案,而不僅僅是上設備的問題。
基于以上原因,機器人的數字化工廠應運而生。過去是單一的設備制造,現在變成提供整體解決方案。現在工業4.0更多的是新的制造模式的變革,企業不是簡單地購買設備和產品,而是購買解決方案。通過物聯網使得整體解決方案變得簡單和容易了。
數字化工廠需要四個要素,信息化倉儲是一塊,倉儲出來要有物流,靠移動機器人實現物流智能化,另外就是制造過程的智能化,整個制造過程由機器人完成,第四個要素就是需要將這三個過程通過軟件化平臺鏈接到一塊,也就是對制造、倉儲、物流等環節進行信息化管理。
現在中國大型制造企業、行業龍頭都開始建數字化工廠、智慧工廠,這也是未來大趨勢。已經完全不是過去企業那種簡單買設備、簡單建個生產線的概念。
由過去的傳統設備向智能化變革,這是一種趨勢。2013年中國已經成為全球最大的機器人市場。2014年中國地區機器人產業增長達到54%,已經快速爆發,下一步就是把機器人多元化發展起來。現在是集中在工業,下一步就是要在服務領域拓展空間。比如針對養老問題、醫療問題、殘疾人康復、家庭教育等問題的機器人產業,會獲得更大發展,不局限于機械設備等等。
目標
2020年,基本建成以市場為導向、企業為主體、產學研用緊密結合的機器人產業體系。自主品牌工業機器人國內市場占有率達到50%,國產關鍵零部件國內市場占有率達到50%,產品平均無故障時間(MTBF)達到8萬小時;服務機器人在養老、康復、社會服務、救災救援等領域實現小批量生產及應用;新一代機器人的核心技術取得突破;培育出2-3家年產萬臺以上、產值規模超過百億元、具有國際競爭力的龍頭企業,打造出5-8個機器人配套產業集群。
2025年,形成完善的機器人產業體系,機器人研發、制造及系統集成能力力爭達到世界先進水平。自主品牌工業機器人國內市場占有率達到70%以上,國產關鍵零部件國內市場占有率達到70%,產品主要技術指標達到國外同類水平,平均無故障時間達到國際先進水平;服務機器人實現大批量規模生產,在人民生活、社會服務和國防建設中開始普及應用,部分產品實現出口;新一代機器人樣機研制成功,并實現一定規模的示范應用;有1-2家企業進入世界前五名。
發展重點
重點產品
(1)工業機器人
實現多關節工業機器人、并聯機器人、移動機器人的本體開發及批量生產,使國產工業機器人在焊接、搬運、噴涂、加工、裝配、檢測、清潔生產等方面的實現規模化集成應用。
(2)服務機器人
重點開發養老助殘、家政服務、社會公共服務、教育娛樂等消費服務領域機器人;重點開發醫療康復機器人、空間機器人、救援機器人、能源安全機器人、無人機等特種機器人。
(3)新一代機器人
積極研發能夠滿足智能制造需求,特別是與小批量定制、個性化制造、柔性制造相適應的,可以完成動態、復雜作業使命,可以與人類協同作業的新一代機器人。
關鍵零部件
(1)機器人專用擺線針輪減速器
傳動精度和回差小于1角分,傳動效率大于80%,噪音小于75分貝,溫升小于45°C,壽命大于6000小時,額定輸出轉矩100-6000Nm,加速度轉矩200-12000Nm,瞬時加速轉矩500-30000Nm。
(2)諧波減速器
傳動精度和回差小于1角分,傳動效率大于80%,允許最高輸入轉速6000轉/分,壽命大于10000小時,額定輸出轉矩4-500Nm,加速度轉矩8-1100Nm,瞬時加速轉矩16-2200Nm。
(3)高速高性能機器人控制器
通訊方式:高速總線接口,控制軸數為8軸,插補周期小于1毫秒。
(4)伺服驅動器
供電電壓220V-380V,連續輸出電流1-50A,過載能力:2倍過載持續1秒、3倍過載持續0.5秒、5倍過載持續0.3秒,空載速度環帶寬:600Hz以上,通訊方式CAN、EtherCAT、Powerlink總線接口。
(5)高精度機器人專用伺服電機
供電電壓220V-380V,功率0.1-15KW,過載能力:2倍過載持續1.5秒、3倍過載持續0.8秒、5倍過載持續0.5秒,轉速1500-6000rpm,額定輸出扭矩0.32-32Nm,峰值扭矩1.6-160Nm。
(6)傳感器
重點開發關節位置、力矩、視覺、觸覺、光敏、高頻測量、激光位移等傳感器,滿足國內機器人產業的應用需求。
關鍵共性技術
(1)整機技術
以機器人的系列化設計和批量化制造,提高機器人產品的控制性能、人機交互性能和可靠性性能,提高機器人負載/自重比、人機協作安全為目標,分階段開展關鍵共性技術攻關。
(2)部件技術
以突破機器人關鍵零部件、滿足國內市場應用,滿足與人協作型機器人的關鍵部件需求,滿足新型機器人關鍵部件需求為目標,分階段開展關鍵共性技術攻關。
(3)集成應用技術
以提升機器人任務重構、偏差自適應調整的能力,提高機器人在人機共存環境中完成復雜任務的能力,促進機器人融入人類生活為目標,分階段開展關鍵共性技術攻關。
應用示范工程
1.機器人關鍵零部件研制及應用示范工程
支持減速器、控制器、伺服電機及驅動器、傳感器等關鍵零部件的研制及產業化應用。
2.工業機器人核心技術研究及應用示范工程
支持工業機器人核心技術、多工業機器人協作技術及智能工業機器人技術研究,并按照細分行業推進示范應用。
3.服務機器人技術研究及應用示范工程
重點支持醫療、康復、養老、助殘、救援等社會公共服務機器人的研制,創造良好社會和政策環境,推進國產產品的示范應用。
4.機器人人才培養示范工程
加強機器人相關專業學科建設,加強多學科交叉整合,加強國際交流與學習,加快引進海外高端人才,設立機器人教學示范點,培養基礎人才。