機器人無論對制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，還是服務(wù)業(yè)的智能化都頗具意義。在“十三五”開局之年，工信部也公布了機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃，工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、手術(shù)機器人和軍用機器人榜上有名。而隨著人工智能的興起和國家大力發(fā)展機器人的戰(zhàn)略出爐，中國機器人產(chǎn)業(yè)也越發(fā)受到關(guān)注。
但相對于已經(jīng)廣泛運用于工業(yè)生產(chǎn)的機器人，相當(dāng)一部分網(wǎng)友對機器人的直觀感受，源自科幻影視作品?，F(xiàn)實中，中國機器人產(chǎn)業(yè)到底是個什么情況?
人形機器人?概念雖很好，市場仍太小
無論是兒時的動漫，還是當(dāng)下的商業(yè)大片中，機器人早已屢見不鮮。在影視和動漫作品中，機器人往往是人形雙足機器人，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)實中，人形雙足機器人缺乏實用價值。
人形機器人一般是指至少有雙臂雙腿，能夠依賴雙腿站立，通過雙足步行移動的機器人，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。
由于人形機器人的雙足平衡技術(shù)相對于履帶式、輪式機器人更加復(fù)雜，必然帶來相當(dāng)高昂的成本，而在可靠性方面反而不如履帶式、輪式機器人。這必然導(dǎo)致其在商業(yè)市場鎩羽而歸——谷歌母公司Alphabet的Atlas人形機器人，雖然在技術(shù)上可圈可點，但在商業(yè)市場上卻無人問津，除了科研機構(gòu)外，罕有買家。
正因此，有媒體認(rèn)為，“機器人業(yè)務(wù)無法在中短期內(nèi)給Alphabet貢獻(xiàn)實質(zhì)性收入，公司對于機器人長遠(yuǎn)發(fā)展缺乏戰(zhàn)略謀劃，Alphabet將逐步退出這一領(lǐng)域。”與此形成鮮明對比的是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的機器人“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)必選這類很難說是玩具還是機器人的產(chǎn)品外，還不存在一個人形機器人的市場，更不存在人形機器人產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)今的機器人產(chǎn)業(yè)，還是以工業(yè)機器人和軍用機器人以及其他特種用途的機器人為主。
那么，為什么一些廠家依舊在開發(fā)人形機器人?
原因有兩點：一是在服務(wù)機器人領(lǐng)域，擁有類人的外觀比較容易被客戶接受，在將來服務(wù)機器人進(jìn)入千家萬戶之時，人形機器人具有很大優(yōu)勢，存在一定商業(yè)潛力;二是機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)評價，甚至視其為黑科技，而帶上黑科技光環(huán)的公司的股價也自然水漲船高。
工業(yè)機器人的前世今生
相對于還不成熟且未形成產(chǎn)業(yè)的人形機器人和還初于起步階段的服務(wù)機器人(比如掃地機器人)，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)則比較成熟了。
現(xiàn)代工業(yè)機器人的發(fā)展開始于20世紀(jì)中期，伴隨著原子能和自動化技術(shù)的發(fā)展而誕生。數(shù)控機床的控制系統(tǒng)、伺服電動機、減速器等關(guān)鍵零部件為工業(yè)機器人的開發(fā)打下了堅實的基礎(chǔ);而在核輻射環(huán)境下作業(yè)，則為工業(yè)機器人的誕生提供了直接需求——1947年美國阿爾貢研究所研發(fā)了可以在核輻射環(huán)境下作業(yè)的遙控操作機械手，1948年，又研制出機械式主從機械手。
此后，1954年，美國的戴沃爾設(shè)計出第一臺擁有電子可編程序的工業(yè)機器人，于1961年發(fā)表該項專利。1965年，美國麻省理工學(xué)院成功研制出一種具有視覺傳感器并能對簡單積木進(jìn)行識別、定位的機器人系統(tǒng)。1967年，日本川崎重工業(yè)公司從美國引進(jìn)機器人及技術(shù)，建立生產(chǎn)廠房，并于1968年試制出第一臺日本產(chǎn)通用機械手機器人，在各個領(lǐng)域中推廣。
到上世紀(jì)80年代，工業(yè)機器人開始在全球汽車制造業(yè)廣泛應(yīng)用。至90年代，工業(yè)機器人開始在對車間環(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間環(huán)境。
如今，工業(yè)機器人領(lǐng)域已經(jīng)取得了驚人的進(jìn)步，被廣泛應(yīng)用于汽車及汽車零部件制造業(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、檢測及倉庫堆垛等諸多領(lǐng)域中。并形成了ABB、KUKA、FANUC、YASKAWA等一批國際機器人企業(yè)，這四家占據(jù)全球工業(yè)機器人市場份額的60%以上。
中國的工業(yè)機器人起步于20世紀(jì)70年代初期。1985年，中國在“七五”科技攻關(guān)計劃中將工業(yè)機器人列入了發(fā)展計劃，由當(dāng)時的機械工業(yè)部牽頭組織了點焊、弧焊、噴漆、搬運等型號的工業(yè)機器人攻關(guān)，形成了中國工業(yè)機器人的第一次高潮。
“九五”期間，在國家“863”高科技計劃項目的支持下，建立了以沈陽新松機器人自動化股份有限公司、哈爾濱博實自動化設(shè)備有限責(zé)任公司、上海機電一體化工程公司、北京機械工業(yè)自動化所、四川綿陽思維焊接自動化設(shè)備有限公司等為主的機器人產(chǎn)業(yè)基地。
截至2015年底，中國在建和已建的機器人產(chǎn)業(yè)園達(dá)40個，有機器人概念的上市企業(yè)超過100家，與工業(yè)機器人相關(guān)企業(yè)數(shù)量達(dá)到1000余家。
中國工業(yè)機器人的窘境
大而不強是中國制造業(yè)在諸多領(lǐng)域的真實寫照，但在機器人制造領(lǐng)域，中國則處于“既不大也不強”的狀態(tài)。
早在2013年，中國就已成為世界第一大工業(yè)機器人市場。2014年銷量達(dá)到5.7萬臺，同比增長56%，占全球銷量的1/4，同比增長55%，保有量增長至19萬臺。
但在中國工業(yè)機器人銷量連年暴漲的大背景下，卻隱藏著自主品牌工業(yè)機器人市場份額偏低的隱憂。2014年，自主品牌工業(yè)機器人銷量為1.7萬臺，占全球工業(yè)機器人總銷量的7.45%;2015年，自主品牌工業(yè)機器人銷量為2.2萬臺，國內(nèi)市場份額依舊不足20%，在全球工業(yè)機器人市場中的份額依舊不足兩位數(shù)。
中國工業(yè)機器企業(yè)不僅市場份額偏低，還存在小而散的問題。至2016年初，中國工業(yè)機器人相關(guān)企業(yè)數(shù)量達(dá)到1000余家，其中有機器人概念的上市企業(yè)超過100家，但普遍存在規(guī)模偏小的情況，超過90%的機器人公司年產(chǎn)值在1億元以下，很多廠家每年銷量都不超過1000臺(只有年產(chǎn)量破千才能初步形成規(guī)模效應(yīng))，即便是像沈陽新松這樣的國內(nèi)機器人龍頭企業(yè)，2015年營業(yè)收入也只有16.9億元，與ABB、KUKA、FANUC、YASKAWA動輒上百億元的營業(yè)收入相比差距明顯。
更糟糕的是，國內(nèi)不少所謂機器人企業(yè)并非真心實意在做技術(shù)，反而頗有從政策和股市中套利的嫌疑。
另外，國產(chǎn)工業(yè)機器人多集中于低端應(yīng)用領(lǐng)域——相對較復(fù)雜的多關(guān)節(jié)機器人市場，國外公司占據(jù)國內(nèi)市場的90%以上份額;應(yīng)用于汽車制造、焊接等高端行業(yè)領(lǐng)域的六軸或以上高端工業(yè)機器人市場，主要被日本和歐美企業(yè)占據(jù)，國產(chǎn)六軸工業(yè)機器人占全國工業(yè)機器人新裝機量不足10%。
而國產(chǎn)機器人種類主要是搬運、碼垛等低端機器人，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，雖然中國機器人市場需求和國內(nèi)機器人企業(yè)產(chǎn)品銷量雙雙增長，但相當(dāng)一部分機器人企業(yè)處于虧損狀態(tài)。
因此，中國自主品牌機器人無論在市場份額上，還是技術(shù)上都處于劣勢，整個機器人產(chǎn)業(yè)可謂既不大，也不強。
不過，在局部領(lǐng)域，中國機器人的系統(tǒng)設(shè)計和集成能力倒不差，比如，中國科技大學(xué)的機器人足球隊曾獲得ROBOCUP冠軍，國內(nèi)企業(yè)也能開發(fā)出一些高端工業(yè)和醫(yī)療機器人。在軍用機器人方面，由于中國軍工和民用工業(yè)從研發(fā)、生產(chǎn)到市場銷售完全是兩條線，而且軍品不受專利限制，所以中國軍用機器人在局部領(lǐng)域不遜色于美國。
核心技術(shù)受制于人
國產(chǎn)機器人在關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵零件方面落后于西方。機器人的核心技術(shù)有人機交互技術(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、控制器、伺服電機以及高性能驅(qū)動器等，而這些關(guān)鍵零部件很大程度依賴進(jìn)口。
以占機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)機器人的核心零部件，占機器人整機成本的35%左右。
目前，全球精密減速器市場大半被日本企業(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)域的全球市場份額約為60%。
中國在著力于精密減速器國產(chǎn)化研究后，涌現(xiàn)出南通振康，浙江恒豐泰，重慶大學(xué)機械傳動國家重點實驗室，天津減速機廠，秦川機床廠、北京中技克美，北京諧波傳動所，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)于機器人的大腦，用來發(fā)布和傳遞動作指令，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不少是源自美國德州儀器和賽靈思。雖然已經(jīng)有基于龍芯的機器人控制器，但目前還鮮有廠商采購。
軟件部分主要是控制算法、二次開發(fā)等，自主品牌已經(jīng)解決了有無的問題，但在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、易用性等方面還有差距。
另外，在伺服電機方面，日系公司約占全球市場份額的40%，西門子、博世、施耐德等德系品牌占據(jù)全球市場份額的30%左右。而國內(nèi)匯川技術(shù)、英威騰、華中數(shù)控、新時達(dá)等公司整體份額低于10%。在驅(qū)動器方面，國內(nèi)80%的驅(qū)動器從歐美和日本進(jìn)口。
正是在關(guān)鍵零部件上嚴(yán)重依賴進(jìn)口，導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)要以高出國外本土廠商近3倍的價格購買減速器，以近2倍的價格購買伺服電機。由于減速器、伺服電機、控制器分別占機器人整機成本的35%、25%、15%，導(dǎo)致中國機器人企業(yè)生產(chǎn)成本奇高。
相比之下，國外工業(yè)機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制造商，這使得國外機器人廠商在成本上具有天然優(yōu)勢。
另外，國外機器人廠商還能以巨大的采購量和簽署排他性協(xié)議獲得比較優(yōu)惠的采購價格。這些因素共同導(dǎo)致中國機器人企業(yè)很難與國外企業(yè)競爭。
如何實現(xiàn)從中國制造到中國智造的蛻變?
某些媒體和大V非常喜歡拿中國和外國做對比，而且一旦看到中國在局部領(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中國制造業(yè)。同時，不分青紅皂白將中國在某些領(lǐng)域落后于西方的根源推給“體制問題”、“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。
機器人是綜合了計算機、機械工程、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)。中國作為工業(yè)后發(fā)國，在機器人工業(yè)上起步比西方晚，國家對機器人的資金投入也比西方少。日本在引進(jìn)美國機器人技術(shù)后，曾不惜血本發(fā)展和推廣。而歐盟則耗費巨資支持機器人新研究項目，覆蓋從技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)品部署的完整價值鏈，并與產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界達(dá)成戰(zhàn)略合作。
在當(dāng)下這個時間節(jié)點，中國民用機器人相對于歐美和日本處于劣勢，其根源在于過去數(shù)十年的人力、物力、財力投入差距，以及中國和西方在工業(yè)基礎(chǔ)上的差距。國人不必因暫時的落后自怨自艾。
上個月，工信部、發(fā)改委、財政部聯(lián)合印發(fā)《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020 年)》。該規(guī)劃指出，要重點攻克高精密減速器、高性能機器人專用伺服電機和驅(qū)動器、高速高性能控制器、傳感器、末端執(zhí)行器等核心零部件，最終實現(xiàn)核心零件的國產(chǎn)化替代。
該規(guī)劃強調(diào)，要突破弧焊機器人、真空(潔凈)機器人、全自主編程智能工業(yè)機器人、人機協(xié)作機器人、雙臂機器人、重載 AGV、消防救援機器人、手術(shù)機器人、智能型公共服務(wù)機器人、智能護(hù)理機器人十大標(biāo)志性產(chǎn)品。
為了幫扶中國機器人產(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)一窩蜂上項目，避免資源的分散和浪費;加大財稅支持力度，利用中央財政科技計劃、工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、中央基建投資、首臺(套)重大技術(shù)裝備保險補償機制等政策措施支持機器人及其關(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，支持符合條件的機器人企業(yè)直接融資和并購;引導(dǎo)金融機構(gòu)創(chuàng)新符合機器人產(chǎn)業(yè)鏈特點的產(chǎn)品和業(yè)務(wù)，推廣機器人租賃模式，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)機器人具有抗疲勞，對惡劣環(huán)境忍受度高，作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一致性高等優(yōu)勢，中國的機器人市場潛力巨大。中國坐擁全球最大的機器人市場，輔以國家的政策、資金扶持，完成規(guī)劃中強調(diào)的弧焊機器人、手術(shù)機器人等十大標(biāo)志性產(chǎn)品突破，完成減速器、伺服電機和控制器等核心零件國產(chǎn)化替代僅僅是時間問題。
屆時，只要做好產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，面向任務(wù)的整機系統(tǒng)性能優(yōu)化和規(guī)?；?biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)方面等工作，即可形成強有力的產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。中國機器人產(chǎn)業(yè)也將完成從中國制造到中國智造的蛻變。
