我国机器人产业发展对策研究

/赛迪智库 卢月品/

我国机器人产业发展对策研究

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2015年我国工业机器人市场规模继续保持世界第一，达到6.6万台，约占全球销量的1/4，同比增长16%，约是2012年的3倍，保有量增长至25.6万台。我国是工业机器人主要的销售国而不是生产国，2015年我国机器人的新增量为6.6万台，其中国产自主品牌工业机器销量为2.2万台，首次国内市场份额占比超过30%。近年来， 我国工业机器人和服务机器人分别进入了初步产业化和产业孕育阶段。其中，工业机器人发展已形成环渤海、长三角、珠三角和中西部四大产业集聚区。

一、机器人产业内涵与分类

机器人是具有感觉、思维、决策和动作功能的智能机器。根据机器人的应用环境可以将机器人分为工业机器人、服务机器人。

工业机器人指应用于生产过程与环境的机器人。国际机器人联合会（IFR）根据ISO 8373定义工业机器人是一种固定或移动地应用在工业自动化中的可自动控制、可重复编程、多用途、三轴或更多轴机器。

服务机器人是在非制造或生产环境下，完成有益于人类的服务工作的一种半自主或全自主作业机器人。服务机器人是为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。IFR定义服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类的服务工作但不包括从事生产的设备。中国对服务机器人的定义是用于完成对人类福利和设备有用的服务（制造操作除外）的自主或半自主机器人。

机器人的发展可分为三代。第一代机器人是示教再现型机器人，只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。第二代机器人是有一定感知能力的机器人，能够获得作业环境和作业对象的部分相关信息，根据传感器获得的信息，灵活调整工作状态。第三代机器人是智能机器人，具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力，还具有逻辑思维、判断和决策能力，可根据作业要求与环境信息自主地进行工作，具有与外部世界对象、环境和人相适应、相协调的工作机能。

（一）工业机器人分类

工业机器人可以按照应用领域、臂部的运动坐标形式、驱动方式、执行机构运动的控制方式、程序输入方式五个方面进行分类。

工业机器人从应用领域可以分为很多种类，从常用的机器人系列和市场占有率来看，主要有焊接、装配、搬运、上料/卸料、铸造、冲压和喷漆、移动（AGV）等工业机器人品种。

工业机器人按臂部的运动坐标形式分为直角坐标式、圆柱坐标式、球坐标式、关节坐标式、平面关节坐标式等五种。

工业机器人按驱动方式分为液压驱动、气压驱动、电气驱动等。

工业机器人按执行机构运动的控制方式，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行工业机器人机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。

工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。示教输入型的示教方法有两种：一种是由操作者用手动控制器（示教操纵盒），另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。

图1 航空发动机产业链图

（二）服务机器人分类

服务机器人按照用途分为专用服务机器人和个人服务机器人两大类。

专用服务机器人是在特殊环境下作业或用于商业的机器人，通常由训练有素的操作员操作。例如公共场所的清洁机器人、在办公室或医院使用的机器人、消防机器人、在医院使用的康复机器人和外科手术机器人。特殊用途机器人包括下水道工作机器人、深海工作机器人、教育机器人、室内保全机器人、室外巡逻机器人、汽车/飞机清洗机器人、消防救援机器人、挖掘救灾机器人、纳米机器人、管路探勘机器人、导游机器人、公共场所清洁服务机器人等。军用机器人包括地雷探测机器人、无人驾驶机器人、太空探测机器人、反恐防爆机器人、小型侦查机器人等。农业用途机器人包括伐木机器人、摘果机器人、蔬果嫁接机器人等。医疗机器人包括机器人电动代步车、复健支援机器人、雷射治疗机器人、外科手术辅助机器人等。

个人服务机器人是一种用于非商业活动的服务机器人，包括家政机器人、智能轮椅、助老助残机器人、宠物机器人、娱乐休闲机器人、护理机器人等。其中家政服务机器人包括吸尘机器人、除草机器人、泳池清理机器人、窗户清洗机器人等。娱乐休闲机器人包括玩具机器人、教育训练、娱乐用途的机器人等。

二、我国机器人产业发展面临的形势

（一）全球机器人市场规模不断扩大

据IFR统计，2015年全球工业机器人销量超过24万台，同比增长8%。2006～2015年，全球工业机器人销量年均增速约为14%。2015年关节式机器人销量最大，全球销量超过15万台，2010～2015年间的平均增长率约为16%。2015年亚洲地区的工业机器人销量达到14.4万台；欧洲约为5万台，同比增长9%，其中东欧增长29%，是全球增长最快的地区之一；美国、加拿大和墨西哥的销量共计3.4万台，同比增长11%。

图2 2010～2015年全球工业机器人市场规模

2014年全球专用服务机器人销量为2.4万台，较2013年同比增长11.5%；销售额达到37.7亿美元，较2013年同比增长3%。2014年，全球个人/家用服务机器人销量约为470万台，较2013年同比增长28%；销售额达到22亿美元。

2014年全球专用服务机器人销量构成中，国防和野外机器人占到了专用服务机器人销量的69%。2014年国防机器人销售11000台，占专用服务机器人销量的45%，其中无人机增加了7%达到9022台，地面无人驾驶平台销量减少了9%达到1629台。2014年挤牛奶机器人销售了5180台，比2013年的4790台增加了8%。野外机器人销售了5700台，占专用服务机器人销量的24%，销售额增加12%达到9.89亿美元。医疗机器人增加了5%达到1224台，占专用服务机器人销量的5%，销售额达到13.17亿美元，占专用服务机器人销售额的35%。物流机器人系统销量为2644台，比2013年增加了27%，占专用服务机器人销量的7%。预计医疗和物流机器人将较快增长。2014年全球个人/家用服务机器人共销售约470万台，其中家政机器人包括扫地机器人、修草坪机器人、擦窗户机器人等销售了约330万台，销售额达到12亿美元，比2013年增加了24%。娱乐机器人销售了约130万台，比2013年增加了40%。

图3 2014年全球专用服务机器人应用领域分布

（二）发达国家纷纷对机器人产业进行战略布局

发达国家机器人产业发展具有自身的特点和优势。近年来，发达国家为了保持机器人产业方面的既有优势并进一步发展，纷纷进行战略部署。

美国在系统集成、医疗机器人和国防军工机器人等方面具有优势。美国政府于2011年正式启动“先进制造业伙伴计划1.0”，计划投入7000万美元支持新一代机器人研发，重点发展工业、医疗、宇航机器人等。2014年又启动“先进制造业伙伴计划2.0”，瞄准1.0计划制定的目标，提出了加快创新、确保人才输送管道和改善商业环境三大战略措施。2012年制定了“美国先进制造业国家战略计划”，提出要发展包括机器人在内的先进智能制造技术，力图抢占全球先进制造业制高点。2013年，美国发布了《机器人技术路线图：从互联网到机器人》，该路线图强调了机器人技术在美国制造业和卫生保健领域的重要作用，同时也描绘了机器人技术在创造新市场、新就业岗位和改善人们生活方面的潜力。

欧盟在工业机器人和医疗机器人领域处于领先地位。2013年，欧委会和以壳牌公司为首的10家企业联合启动了石油化工检测机器人研发项目（PETROBOT），旨在研发能够替代人类的机器人，检测用于石油、天然气、化工行业的压力容器和存储罐。2014年欧委会和欧洲机器人协会下属的180个公司及研发机构共同启动全球最大的民用机器人研发计划“SPARC”。计划到2020年，欧委会投资7亿欧元，协会投资21亿欧元，共同推动机器人研发。英国2014年发布机器人战略RAS2020，目的是通过发展使其机器人产业能够和全球领先的国家竞争，到2025年，市场份额达到全球产值1200亿美元的10%。

日本在机器人生产、应用、主要零部件供给和研究等各方面在全球优势明显。2004年5月日本发布的“新产业发展战略”指出重点发展包括机器人在内的7个产业领域。同时，在进一步实施“新产业发展战略”的“新经济成长战略”报告中把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上。2013年，日本在神奈川县、茨城县建立“机器人特区”，分别投资5亿日元，并给予税收优惠等特殊的财政金融政策，推动看护机器人、救灾机器人等服务机器人的研发及应用。2015年1月，日本国家机器人革命推进小组发布了《机器人新战略》，计划用5年时间完成成立机器人革命促进会、发展面向下一代技术、实施全球标准化战略等8项重点任务。到2020年的5年间，日本计划扩大机器人研发投资，推进1000亿日元规模的机器人扶持项目。目标是到2020年使日本成为世界机器人创新基地，实现日本机器人应用广度世界第一，迈向领先世界的机器人新时代。

韩国机器人产业虽起步较晚，但依托汽车、电子等行业，产业竞争力快速提升，目前已跻身机器人强国行列。2008年将服务机器人列为未来战略性产业，并制定了《智能机器人促进法》，在人才培育、质量品牌和平台搭建等方面进行了顶层设计。2009年发布了第一个智能机器人开发五年计划，重点培育产品开发和推广产业架构。2010年发布了《服务型机器人产业发展战略》，提出积极培育服务型机器人产业，计划至2018年将韩国机器人的全球市场份额提升至20%。2012年发布了《机器人未来战略展望2022》，重点支持韩国企业进军国际市场，抢占智能机器人产业化的先机，计划到2022年实现25万亿韩元的产业规模。2014年发布了第二个智能机器人开发五年计划，侧重于通过技术与其他产业如制造业和服务业的融合实现扩张，首要发展服务机器人。

（三）发达国家企业占据工业机器人市场绝大份额

目前， 欧、美、日等发达国家和地区凭借既有的技术优势占据了市场绝大份额。总体来看，欧洲和日本是工业机器人本体主要供应商，ABB、库卡、发那科、安川电机四大巨头占据全球工业机器人本体约50%的市场份额。另外，在机器人系统集成方面，除了机器人本体企业的集成业务，知名的独立系统集成商还包括德国杜尔、徕斯和意大利柯马等。在关键零部件方面，机器人减速器70%以上市场份额被日本纳博特斯克（Nabtesco）和哈默纳科（Harmonic）垄断。

我国工业机器人产业总体上还处于产业形成期，品牌认知度缺乏，应用市场基本被外资企业占据，四大巨头（ABB、发那科、安川电机、库卡）产品在中国市场的占有率达70%左右。随着国外机器人企业纷纷在我国投资建设生产基地，自主品牌工业机器人生产企业发展的市场空间将进一步受限。

（四）全球科技巨头纷纷布局智能机器人领域

随着新一代信息网络技术与机器人技术的加速融合，具备自学习能力和自主解决问题能力的智能机器人成为未来机器人发展的重要方向。谷歌、英特尔、ABB等全球领先的科技巨头通过收购机器人公司以及大量在人工智能技术方面取得先进成果的公司来加速布局智能机器人领域。2013年以来，美国谷歌公司收购了包括波士顿动力公司在内的，以人工智能、机器人、机械手臂、设计等领域为专长的12家机器人公司，正式进军机器人领域。2014年，ABB投资了拥有先进的人工智能技术公司的Vicarious，以此提高ABB工业机器人的人工智能化水平，增强工业机器人领域的发展优势。2016年，英特尔投资了酒店服务机器人厂商Savioke及其典型产品Relay，这款机器人能够在宾馆内传送牙膏、毛巾等物品，已经在十多家酒店应用。

（五）我国机器人需求潜力巨大

我国现阶段的国民经济和社会发展水平与日本80年代初期相似，工业机器人市场需求处于爆发期。全球制造业每万名工人使用工业机器人数量由5年前的50台增加到66台，其中工业发达国家机器人密度普遍超过200。我国制造业机器人密度由5年前的11增加到36，我国机器人密度较低但增速较快，未来工业机器人市场潜力巨大，需求将继续保持井喷态势。预计到2020年，工业机器人保有量在80万台以上，密度达150以上。

预计2016年，我国机器人产业仍将面临较为复杂的发展形势。但随着我国劳动力成本快速上涨，人口红利逐渐消失，生产方式向柔性、智能、精细转变，构建以智能制造为根本特征新型制造体系迫在眉睫，我国工业机器人新装机量有望继续保持较快速度增长，鉴于2015年数据，预计同比增长20%左右。应用领域和区域也将不断扩展。随着关键岗位机器人替代工程、安全生产（无）人化专项工程和新的应用示范政策的不断落实，工业机器人的应用领域将有望延伸到劳动强度大的纺织、物流行业，危险程度高的国防军工、民爆行业，以及对产品生产环境洁净度要求高的制药、半导体、食品等行业，和危害人类健康的陶瓷、制砖等行业。随着我国西部开发、东北振兴、中部崛起、东部率先的区域发展总体战略的加快落实，中、西部工业机器人使用量也将不断增长，长三角、珠三角等高端制造业集中区域也将会更多地使用工业机器人。

IFR预计，到2018年，我国工业机器人的市场规模将达到15万台，占全球销量超过1/3，远远大于第二大市场日本的4万台市场规模。汽车产业作为主要销售领域，将继续增加工业机器人的使用量。在亚洲地区，对电子产品、新产品、新生产技术的全球需求将加速电子电气行业产品工序和产品能力的革新。未来几年，大量而又廉价的工业机器人将被销售到电子行业。其他行业的工业机器人订单也会有所增长，如橡胶和塑料工业、金属和机械行业、制药行业、食品和饮料行业等。

我国从2012年开始进入人口老龄化快速发展期。“十二五”时期是我国第一个老年人口增长高峰，60岁以上老人由1.78亿增加到2.21亿，老年人口比例由13.3%增加到16%，这使我国养老服务面临极大挑战。此外，我国也是地震、洪涝等灾害多发国家。这些因素将使得我国有望形成全球最大的服务机器人市场。据易观智库预计，到2017年我国服务机器人产业的市场规模将突破200亿元。企业的商业模式逐渐清晰、盈利模式多样化，而随着技术及服务标准的确立，标杆企业将涌现，其在市场的认可度将大幅提升。

三、我国机器人产业发展现状

（一）产业规模快速增长

2015年我国工业机器人市场规模继续保持世界第一，达到6.6万台，约占全球销量的1/4，同比增长16%，约是2012年的3倍，保有量增长至25.6万台。骨干企业不断涌现，机器人产业园快速发展。工业机器人方面的骨干企业有沈阳新松、埃夫特、广州数控、哈博实、哈工大机器人、新时达、埃斯顿等；服务机器人方面骨干企业主要有科沃斯、康力优蓝、纳恩博、风行天下、优比选等。典型机器人产业园有上海机器人产业园、常州武进机器人及智能装备产业园、芜湖机器人产业园等。

（二）我国是主要的机器人销售国而不是生产国

日本、韩国和德国是工业机器人主要产销国，其保有量和年度新增量都位居全球前列。2014年，日本、韩国、德国机器人市场规模分别为2.9万台、2.1万台、2万台，三国市场之和占全球的30.9%，相比2013年的36.3%有所下降。日本机器人制造商国际竞争力强，在全球机器人制造商四大家族中独占两席。2013年，日本、韩国、德国机器人保有量分别为30.4万台、15.6万台、16.8万台。韩国、日本的机器人密度在全球居前两位，2013年，韩国每万名工人工业机器人拥有量为437台，日本为323台。相比之下，我国是工业机器人主要的销售国而不是生产国。2015年我国机器人的新增量为6.6万台，其中国产自主品牌工业机器销量为2.2万台，首次国内市场份额占比超过30%。

（三）形成四大工业机器人聚集区

近年来， 在需求快速扩张及国家自主创新政策作用下，国内一大批企业进入机器人研制和生产行列，我国工业机器人和服务机器人分别进入了初步产业化和产业孕育阶段。其中，工业机器人发展已形成环渤海、长三角、珠三角和中西部四大产业集聚区。由于工业基础、企业意愿等因素，工业机器人应用区域主要集中在广东、江苏、上海、北京等地，其工业机器人的拥有量占全国的一半以上。

图4 我国工业机器人总体布局和特点示意图

（四）应用行业和领域不断扩展

2015年我国自主品牌工业机器人应用于国民经济36个行业大类，87个行业中类，与上年相比应用领域进一步拓展。具体应用行业涉及金属制品业、农副食品加工业、医药制造业、有色金属冶炼和压延工业、食品制造业、专用设备制造业、电气机械和器材制造业、汽车制造业、橡胶和塑料制品业等领域。其中以金属加工机械制造、物料搬运设备制造为代表的通用设备制造业和以电子器件、通信设备、视听设备为代表的电子产品制造业，在自主品牌工业机器人销售总量中的占比最高，分别占18.9%和17.1%。

主要应用领域产品产量增幅差异较大。2015年上半年，我国工业机器人从应用领域看，搬运上下料机器人销量占总销量的53%，位居第一位，同比增长109%；焊接与钎焊机器人销量占比为19%，位居第二位，同比增长32%。从应用行业看，化学原料和化学制品制造业、汽车制造业、橡胶和塑料制品业及电气机械和器材制造业应用较为集中，共计占销售总量的58%。其中，黑色金属冶炼和压延工业、教育、橡胶和塑料制品业、医药制造业、专用设备制造业、家具制造、服装、服饰业以及酒、饮料和精制茶制造业增速较快。

图5 2015年上半年我国自主品牌工业机器人应用领域分布情况

（五）外资企业加速在我国的战略布局

国外机器人企业在我国的投资大体呈现两个特征。一是从借助销售渠道发展到全产业链进入。国外机器人企业一般是从代理销售、提供售后服务（机器人的保养、维护、维修等）和技术支持开始进入我国市场，发展到把生产、研发、工程中心都开始转移到我国，提供全套系列的机器人系统。例如ABB、安川电机、库卡、徕斯等。二是从整机组装深入到关键部件生产。ABB、安川电机等均已在我国建立了生产基地，安川电机在江苏省常州市建设的产业机器人工厂，不仅生产用来组装汽车、搬运、溶接及涂装等的机器人，而且进行附属品、零部件的开发、设计、生产；2015年日本纳博特斯克株式会社与上海机电联合投资，落户江苏武进高新区，计划2016年底投产，年产20万台精密减速机；库卡机器人工程中心签约入驻广东顺德；ABB在广东珠海设立全资子公司并开展机器人应用集成业务；安川电机联合美的集团，全面进军中国家电制造市场。

四、我国机器人产业发展存在的问题

（一）自主创新能力不强

尽管我国基本掌握了本体设计制造、控制系统软硬件、运动规划等工业机器人相关技术，但总体技术水平与国外相比，仍存在较大差距；我国缺乏核心及关键技术的原创性成果和创新理念，缺乏面向企业及市场需求的问题依然突出；精密减速器、伺服电机、伺服驱动器、控制器等高可靠性基础功能部件方面的技术差距尤为突出，长期依赖进口。

（二）产品以中低端为主

国产工业机器人以中低端产品为主，主要是搬运和上下料机器人，大多为三轴和四轴机器人，应用于汽车制造、焊接等高端行业领域的六轴或以上高端工业机器人市场主要被日本和欧美企业占据，国产六轴工业机器人占全国工业机器人新装机量不足10%；来自国外产品的竞争激烈，2015年国产工业机器人在我国销量为2.2万台，在市场总额中占比首次突破30%；外资企业积极扩产，并且从整机组装深入到关键部件生产。

（三）企业成本压力大

核心部件长期依赖进口的局面依然难以改变，企业成本压力大。2015年，约75%的精密减速器由日本进口，主要供应商是哈默纳科、纳博特斯克和住友公司等；伺服电机和驱动超过80%依赖进口，主要来自日本、欧美和我国台湾地区；关键零部件大量依靠进口，导致国内企业生产成本压力大，比之于外企，国内企业要以高出近4倍的价格购买减速器，以近2倍的价格购买伺服驱动器，企业的盈利能力不容乐观。

（数据来源：赛迪智库整理）

（四）自主品牌认可度不高

我国机器人市场由外企主导，自主品牌亟需发展壮大。由于用户企业已经习惯使用国外品牌，特别是使用量最大、对设备品质要求最高的汽车和电子工业，导致自主品牌的本体和零部件产品不能尽快投入市场，甚至有成功应用经验的产品也难以实现推广应用。我国工业机器人生产企业规模普遍较小，九成企业规模在1亿元以下，即使龙头企业沈阳新松2015年销售收入达到了16.9亿元；但与安川、发那科、库卡等销售收入均超过百亿元人民币的外企来比，仍然偏小。

（五）行业标准有待进一步规范

我国在机器人方面缺乏行业标准和认证规范，势必造成质低价廉的恶性竞争。企业在设计产品时缺乏统一的物理安全、功能安全、信息安全等规范指标，技术尚未成熟便抢先上市，导致国产机器人产品质量参差不齐。行业进入门槛低，部分企业未找准产品定位便盲目投入，忽略技术研发，产品以组装为主，造成大量低端产能。

五、我国机器人产业发展的对策建议

（一）完善政策扶持体系

在资金、税收、产品销售补贴等方面出台相应的扶持政策，提高国产工业机器人使用率；落实生产企业税收优惠政策；扩充《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录》，以促进自主品牌工业机器人的研发和应用；研究制定行业应用指导政策；允许成立租赁公司促进小企业对于机器人的使用；鼓励金融资本、风险投资及民间资本参与机器人产业，支持符合条件的企业在海外资本市场直接融资。

（二）加大技术研发力度

加快技术研发， 突破产业技术瓶颈；针对应用需求，开展工业机器人全生命周期可靠性和制造工艺技术研究，攻克关键零部件技术并实现产业化；充分利用和整合现有资源，继续推进研发平台、应用验证平台和整机及关键部件检测中心的建设工作；建设人工智能、感知、识别、驱动和控制等下一代技术研发平台，同时关注没有被现有机器人技术体系所纳入的如能源、大数据、安全和材料等领域的技术创新。

（三）深入开展示范应用

围绕加快发展我国智能制造的需求，推动典型应用示范工程。在汽车、电子、纺织、物流、国防军工、民爆、制药、半导体、食品等行业开展自主品牌工业机器人的应用示范；推进减速器、控制器、伺服电机及驱动器、传感器等关键零部件的产业化示范应用。

（四）集中突破重点产品

以市场需求为导向，集中主要的技术力量和资金，重点突破面向汽车、电子等高端应用领域的2～3种工业机器人。掌握总体技术，并形成规模应用，进而带动我国工业机器人相关零部件生产企业的发展；根据客户多样化的需求特点，选择细分市场推出一些性价比高的产品，逐步抢占国内中小企业用户市场。

（五）加强人才队伍建设

切实推进产学研一体化人才培养模式，建立校企联合培养人才的新机制。依托中科院等知名研究机构，通过实施大型合作项目，联合企业培养出从研发、生产、维护到系统集成的多层次技术人才；运用职业培训、职业资格制度，通过实际项目锻炼来培育人才；加强高层次人才引进，吸引海外留学人员回国创新创业。