國際工業機器人產業發展路徑及對我國的啟示

喻一帆

隨著全球傳統產業轉型升級和新興產業壯大發展，新的產業形態、科技推動和發展路徑得到世界各國的高度重視。工業機器人產業是新興科技和新興產業的深度融合，有技術密集度高、人才密集度高、資本密集度高的特點，是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志之一，是國際科技發展的重要方向，也是我國未來產業發展的支柱產業之一。本文將梳理國際工業機器人產業的發展現狀和趨勢，重點分析我國工業機器人產業的發展基礎、機遇和障礙，并提出我國工業機器人產業發展路徑優化的可行性建議。

一、國際工業機器人產業發展概況

（一）國際工業機器人產業發展現狀

發展工業機器人產業是發展中國家和發達國家實現傳統產業轉型升級和重振制造業的戰略途徑之一，“機器人革命”作為“第三次工業革命”的切入點和增長點，影響全球制造業的發展格局。歐盟在“第七個框架計劃”和“地平線2020”項目中重點投資機器人技術研發，并于2014年啟動SPARC機器人研發計劃。德國推行 “工業4.0”戰略大力發展以“智能工廠”為重心的機器人產業，法國在“機器人發展計劃”中將目標定為世界機器人領域前5強，英國推出首個官方機器人戰略“RAS2020”大力發展機器人產業，美國《先進制造伙伴計劃》中明確指出通過發展工業機器人產業提振本國制造業。可見，工業機器人產業在各國產業發展戰略中占舉足輕重的地位。

聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）和國際機器人聯合會（IFR）數據顯示，從20世紀下半葉起，全球工業機器人產業一直保持穩步增長的趨勢，美國、日本、德國、韓國成為全球機器人市場的“四大家族”，引領“機器人革命”發展的趨勢，形成了KUKA、ABB、安川、FANUC等一批在國際上有影響力的龍頭機器人企業。IFR數據顯示，工業機器人產業長期占據機器人應用領域80%左右的份額，是機器人中增速最大的市場，2010-2014年全球工業機器人平均每年銷售增長17%（圖1）。

（二）國際工業機器人產業發展模式

從發展歷程來看，機器人經歷了三代進化過程：第一代機器人是“示教再現型”簡單個體機器人，目前在工業機器人領域應用仍然廣泛；第二代機器人是具有感知功能的群體勞動機器人；第三代機器人是“人機協作”的智能機器人，是當前工業機器人產業發展方向。

國際機器人產業發展的模式各有差異。作為機器人“四大家族”的美國、日本、德國、韓國的工業機器人產業發展模式最具代表性；美國采用采購與成套設計相結合，企業需要的機器人通常由工程公司進口，再自行設計、制造配套的外圍設備；日本以技術突出，形成全產業鏈進行設計-開發-生產過程；德國以培育龍頭企業為核心，進行產業規模化生產；韓國“以市場換技術”政策，強化工業機器人的應用普及率，各國呈現不同的發展歷程和發展特點（表1）。

（三）國際工業機器人產業發展趨勢

應用領域多元化。全球工業機器人最主要應用領域是汽車及汽車零部件制造業，2010-2015年汽車及汽車零部件制造業對工業機器人的需求復合年均增長率約為25%。當前工業機器人應用領域趨于多樣化，已覆蓋到工程機械、塑膠塑料、建筑工業、軌道交通等行業，未來應用前景樂觀，在光伏產業、動力電池、國防軍事、醫療衛生、生活服務等領域都有應用的環節和空間，工業機器人在提高工業生產效率和居民的生活質量方面發揮著關鍵的作用。

龍頭企業規模化。世界工業機器人龍頭企業ABB、FANUC、安川、KUKA掌握了機器人本體和核心零部件的生產技術。2014年ABB、FANUC、安川、KUKA收入分別為398億、59億、29億和23億美元，四大龍頭企業業務收入約為55億美元，占全球工業機器人市場約50%的份額，占中國市場超過70%的份額，生產規模較大，其中ABB機器人性能較好，FANUC全球銷量最高，安川價格相對便宜，KUKA主要應用于汽車生產領域。

核心技術智能化。隨著各國的智能制造、智能工廠、工業物聯網、工業4.0框架的推進，工業機器人的軟件編程和協作運作都趨于自動化和智能化，工業機器人產業的核心技術越來越智能化、系統化、精細化，主要體現在控制技術趨于開放化和精細化、組裝結構趨于模塊化和可重構化、伺服驅動技術趨于系統化和數字化、多傳感器融合技術趨于實用化和多樣化、工作環境設計趨于優化和作業的柔性化，以及整體控制系統趨于網絡化和智能化。

二、我國工業機器人產業發展內部環境分析

（一）我國工業機器人產業發展基礎

我國工業機器人產業先后經歷了20世紀70年代的萌芽期、80年代的成長期、90年代的轉型期，21世紀后進入到以第二代機器人為基礎、以第三代機器人為方向的飛越期。工業機器人產業是我國傳統產業轉型升級的新亮點，是科技與產業融合發展的突破點，是我國高端裝備制造業的支撐產業之一，具有良好的發展基礎。

一是政策環境利好。機器人產業“十三五發展規劃”和《中國制造2025》構成我國工業機器人產業發展藍圖，各地陸續出臺相關扶持政策，營造了工業機器人產業發展的良好環境。二是市場需求增長。2013年中國市場占全球機器人市場的1/5，2014年上升到1/4，連續兩年是全球最大的機器人消費國，是國際工業機器人主要目標市場，2020年我國工業機器人年銷量將達到15萬臺，2025年將達26萬臺（IFR統計），我國工業機器人需求呈穩定增長趨勢。三是應用領域擴大。2014年我國工業機器人市場共銷售5.5萬臺，涉及諸多制造業領域，已廣泛應用于國民經濟25個行業大類、52個行業中類需求年增長超過25%。四是產業集聚初具規模。我國工業機器人產業在珠三角、長三角、中西部和環渤海地區紛紛部署建設產業園，重慶、天津、上海、武漢、廣州、深圳等地區都將工業機器人產業作為當地重點發展項目，2014年我國國產機器人廠家已超過800家，工業機器人產業園已經激增至近40個（IFR），到“十三五”末，我國機器人產業集群產值有望突破千億元。

（二）我國工業機器人產業處于最佳發展時期

一是國際環境優化。智能制造興起為我國工業機器人產業發展帶來機遇，全球工業機器人產業蓬勃發展，德國工業4.0、日本機器人新戰略、美國“先進制造伙伴計劃”等國際戰略背景，推動了國際工業機器人產業的科技創新，促使我國工業機器人市場持續增長，“一帶一路”戰略加強了我國與制造強國戰略的對接和合作，構建工業機器人產業協同化發展格局。

二是政策導向明朗。政策利好為工業機器人產業發展營造良好發展環境，行業加強政策扶持，工信部和行業協會鼓勵在材料、輸變電設備、危險品制造等重點行業的機器人研發和應用；地方財政支持力度增大，目前上海、深圳、遼寧、湖北、黑龍江等省市已出臺與機器人相關扶持政策，如東莞提出深化“機器換人”專項行動，深圳市2014-2020年財政每年5億元扶持機器人、可穿戴設備和智能裝備產業；進口市場優惠，我國采取寬松的稅收政策，對工業機器人進口整機和成套設備實施免征稅收政策，且沒有特殊監管條件，鼓勵國產機器人企業設計和開發，降低我國需求市場對國外整機產品的依賴程度。

三是產業升級需求。產業轉型升級為我國工業機器人產業開拓發展空間，“中國制造2025”激發了工業機器人的市場活力，傳統制造業生產日趨智能化，珠三角、長三角等傳統制造業聚集地未來將出現智能工廠。隨著人口紅利逐漸消失，工業機器人的替代優勢逐漸明顯，傳統的勞動密集產業向技術密集型產業轉型升級空間越大，重點推進在電子電氣、塑膠橡膠、食品飲料等應用領域的突破。

（三）我國工業機器人產業調整的結構空間較大

一是基于產業鏈視角，亟待從下游向中上游轉變。工業機器人產業鏈主要分為上游核心零部件、中游設備制造商和機器人本體、下游系統集成商三個層面，我國工業機器人產業鏈上游的減速機等核心零部件制約了國內機器人成本，產業鏈中游的本體技術被國外龍頭企業壟斷，國內的機器人企業多為產業鏈下游的系統集成商，95%企業將利潤聚集在下游環節上。二是基于產業集群視角，有待增強集聚效應。我國依托珠三角、長三角和京津冀地區工業機器人發展的區域優勢，工業機器人產業園呈現遍地開花的現象，但重點產業集群的規模不大，缺乏上下游產品配套設備，較難形成加工深度高、集約規模大、市場競爭力強的產業體系，尚未實現龍頭產業規模化、產業園區集群化、配套產業系統化。三是基于市場結構視角，供需結構有待優化。市場份額方面，2014年我國多關節型機器人市場90%以上的份額被外資占據，在相對低端的直角坐標和并聯機器人國產占比分別為75%和67%。此外，2014年用于汽車整車制造的國產機器人達1172臺，同比增長440%。在食品制造行業、塑料化工、電子產品國產占比分別為54%、60%、42%，應用分化嚴重，汽車制造業90%被外資占據，可見，我國工業機器人市場結構與國外存在較大差距。

（四）我國工業機器人產業的創新驅動力急待增強

機器人在我國制造業和全球制造業中密度僅為0.3%和0.62%，即我國制造業99.7%和全球制造業的99.38%依靠人力，我國工業機器人產業的創新驅動與國際制造強國存在一定差距，工業機器人產業面臨發展瓶頸。

一方面，核心技術被壟斷。我國工業機器人產業發展最大障礙是核心技術被國外品牌企業壟斷，我國工業機器人以三軸、四軸為主，處于單價較低的工業機器人。由于我國零部件類、機器人本體、機器人集成技術難以突破，核心技術空心化，主要依靠進口，增加了產品成本，產業競爭力下降。國內市場75%被國外品牌壟斷，其中ABB、FANUC、安川、KUKA分別占據了16.5%、15.8%、12.8%和10.5%的份額。另一方面，高端技術人才短缺。工業機器人產業是人才密集度高的產業，研發制造的關鍵是大批掌握先進系統控制、裝備機械組合、核心部件研發、自動化系統工程集成等領域的高素質、高技能的專業人才，我國工業機器人產業面臨人才壁壘，一是由于我國工業自動化行業起步時間較晚、發展時間較短，高端人才儲備相對缺匱乏，二是對于各地自動化研究中心、控制系研究所和高等院校研發制造工業機器人的資金投入不足，人才培育較難滿足工業機器人的“精、細、準”技術要求。

三、我國工業機器人產業發展路徑的對策建議

（一）強化政策支撐，促進高端品牌建設

貫徹落實國家支持新興產業及高端裝備制造業發展的各項政策，制定并實施工業機器人專項規劃，加強頂層設計，推動制定工業機器人國家標準研究，中央和地方政府對工業機器人進行戰略布局，強化政策支撐。借鑒德國“工業4.0”經驗，對標“中國制造2025”戰略規劃，通過政策手段和優惠措施，擴大工業機器人的應用領域，加大創新項目推廣應用力度。重視國產品牌建設，引進先進技術，加大技術投入與改造，建立工業機器人零部件類科技創新的長效機制，充分發揮驅動作用，加強對沈陽新松、安徽埃夫特、廣州數控等龍頭企業扶持，形成規劃國際運營模式，打造國際高端企業品牌。

（二）增強研發能力，搶占產業鏈中上游

先以“美國模式”鞏固交鑰匙工程，再學習“日本模式”搶占國際工業機器人產業技術制高點，形成全產業鏈發展，從產業鏈下游的集成商向中上游本體和核心技術轉移，推進工業機器人的技術突破和產業發展。一是加強研發機構建設，加強自主知識產權的新技術成果產業化，建立工業機器人研發平臺、企業孵化與創業等平臺，健全科技創新體系。二是增強研發能力，依托雄厚的產業基礎、人才資源優勢，在工業機器人系統本體設計和關鍵零部件的核心技術上尋求重點突破，攻破伺服電機、減速器、控制器等附加值較高的核心技術，突破可靠、安全和穩定性指標。

（三）培育專業人才，探索技術研發模式

制定機器人安裝實施的專業人才培育政策，建立集設計-研發-制造-應用于一體的產學研聯盟組織，鼓勵科研院和企業研發中心發揮自身的人才優勢，加強“產學研”合作，培育機器人系統集成、軟件開發、零部件研發等“機器人革命”的關鍵性人才，充分增加具有生產線設計、技術研發、經驗豐富的高級人才儲備，探索技術研發，提高專業人才的整體素質，提升產業核心競爭力。強化科技融合，依托互聯網技術和大數據平臺建設，強化傳統機器人技術與大數據、云計算、互聯網、物聯網等先進技術的融合，推動“互聯網+機器人”的應用模式，促進工業機器人產業創新發展。

（四）加大投入力度，組建產業技術聯盟

設立工業機器人財政專項資助資金，一是加大對研發和生產工業機器人核心零部件企業的扶持，攻破機器人零部件關鍵技術，二是鼓勵和資助應用企業的技術改造，擴大企業應用范圍，改造和提升傳統生產線和運營管理模式，三是加大配套投入，主要是機器人智能制造裝備產業基地建設和配套基礎設施建設。組建集政府、科研、生產、人才、應用等資源于一體的聯盟，以企業為主體，以工業機器人產業與應用項目為載體，以產業鏈為紐帶，以技術創新為核心，增強產業關聯度，促進我國工業機器人產業長足發展和高端躍升。

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