機器人產業競爭態勢與創新路徑研究

◎梁琴琴 劉琦巖 鄭彥寧

機器人產業競爭態勢與創新路徑研究

◎梁琴琴 劉琦巖 鄭彥寧

機器人產業作為技術和產業變革的新方向，目前在全球范圍受到高度重視，各國紛紛部署相關行動規劃予以推進。在政策同步的情況下，通過對市場環境、技術態勢和企業創新等因素進行考察，可以發現，目前我國機器人產業市場環境優于發達國家，但技術研發和企業創新能力較弱，存在上游技術難以突破、企業創新能力不足以及現有創新成果轉化率低等問題，本文據此提出了相應的發展建議。

機器人產業；競爭態勢；創新路徑

機器人產業是一個國家科技創新水平和高端制造業發展水平的重要標志。美日德等發達國家于2010年左右相繼宣布回歸制造業，并不約而同地選擇機器人產業作為切入點，制定了一系列政策規劃予以推進。典型的有美國《機器人發展路線圖——從互聯網到機器人》和日本《機器人新戰略》。我國同樣高度重視機器人產業的發展，《中國制造2025》和《智能制造發展規劃（2016-2020年）》中均將機器人產業作為重點發展方向。在政策環境基本同步的情況下，機器人產業的發展更多受市場環境、技術態勢和機構創新等因素的影響，本文就此進行了梳理和剖析。

產業規模持續擴大

當前，在全球勞動力成本持續上升、自動化技術水平不斷提高的共同作用下，機器人產業發展迅速、市場空間巨大。未來在新一輪工業革命體系中，機器人作為代表性的產業方向，應用領域不斷延伸，市場規模會持續擴大。

1.以機器人為切入點，發達國家發力高端制造業

為解決本國經濟實體“空心化”的問題，美日德等發達國家相繼宣布回歸制造業，但并不是回歸傳統制造業，而是使制造業結構向知識密集型和高附加值的方向發展。由于生產過程的智能化是關鍵條件之一，機器人成為最為契合的切入點，需求量將不斷增加。從2014年的數據來看，日本的工業機器人生產和安裝總量達到12.7萬臺，同比增長30.5%；美國機器人市場規模為2.6萬臺，同比增長11%；德國市場規模為2萬臺，同比增加10%[1]。基于各國未來的工業發展戰略，市場規模還會延續這一增長態勢。如日本在《機器人新戰略》中，把成為“世界第一的機器人應用國家”作為三大核心目標之一確定下來，未來將在制造、服務、自然災害應對、工程建設與農業生產等領域廣泛使用新型機器人。

2.以機器人作為支撐，新興經濟體著力制造業轉型升級

以中國、印度和巴西為代表的新興經濟體正經歷制造業轉型升級的歷史時期，生產過程的自動化和生產主體的智能化是重要的轉型方向，因此對機器人的需求極為旺盛。尤其是對我國來說，逐漸消失的人口紅利，使得“機器換人”成為必然。2013年，我國成為全球最大的機器人市場，銷量達3.7萬臺；2014年市場規模達到5.7萬臺，同比增長56%；2015 年，銷量約6.6萬臺，增長了16%，市場價值達13 億美元，占全球 13%[2]。預計到 2020年市場價值達到 33 億美元。

技術競爭日趨激烈

機器人技術的研究整體呈現快速發展態勢，研究成果不斷涌現。但從產業鏈角度看，上中下游技術之間存在一定的差異。其中，附加值高的上游和中游技術對機器人產業的發展具有決定性作用，而下游部分主要是系統集成和應用，產品附加值較低。因此，本文重點分析了機器人產業上、中游技術的發展態勢。

1.機器人產業上游技術壁壘較高，長期為美日德等國企業壟斷

處于機器人產業鏈上游的核心零部件（如控制器、伺服電機和減速機）是價值鏈中的利潤關鍵點，占機器人整體生產成本的70%以上。上游技術研究壁壘高，技術創新主體主要來自日本、美國和德國。我國的專利數量雖然位列第二，但包含大量的實用新型專利，技術方案創新程度較低（見圖1）。日本在機器人產業鏈上游處于絕對領先地位，擁有大量優勢企業，如安川電機和發那科公司，技術研發和市場擴張均十分活躍，創新成果豐富。德國、瑞士與韓國等由于在該領域擁有面向全球的領軍企業庫卡、ABB公司與三星重工而躋身機器人強國之列。我國目前在機器人核心部件領域的研究較弱，大部分集中在中低端區域，難以突破高端技術瓶頸。此外，創新多來自于科研院所，還未出現面向全球的機器人領軍企業。

2.機器人產業中游技術兼具門檻低和附加值高的特點，為競爭性研發的焦點

機器人產業鏈中游的技術包括本體設計和控制系統開發，相對于核心零部件的高技術壁壘，中游技術的進入門檻有所降低，同時其產業附加值又較系統集成應用高，因此其成為全球各國研究的熱點。日本由于具有完善的產業鏈發展模式，在機器人產業中游技術方面依然處于領先地位，但未形成壟斷局面；美國、德國、韓國與中國均有相關研究和成果。其中，我國在該技術領域的專利儲備數量已與日本非常接近，遠大于韓美德三國（見圖2）。

圖1 1986-2016年機器人產業上游技術專利申請來源國

圖2 1986-2016年機器人產業中游技術專利申請來源國

技術創新機構群體日益壯大

1.發達國家企業技術創新能力持續走強

機器人作為一種應用型技術產品，機構的技術創新行為很大程度上體現為一個國家在該領域的產業發展程度。研究發現，全球機器人主要機構的存在形態屬于典型的智能裝備產業機構形態，即少數巨頭企業掌握大量的核心技術，且這些企業的跨國戰略布局態勢明顯，從而形成全球壟斷的局面（見表1）。基于機器人領域的成熟性與壟斷性，差異化、系統化和垂直并購是這些企業追求技術優勢增長及市場規模擴張最為常見的模式。

在這些巨頭企業中，目前日本企業最多，且處于機器人產業鏈的不同位置，共同構建起較為完善的日本機器人產業鏈。其中，除了有位列機器人“四大家族”的發那科公司和安川電機外，精工愛普生、松下和日立等綜合型企業，以及本田、豐田和日產等機器人應用領域的主要企業，均開始涉足機器人技術的研究。此外，韓國、德國與瑞士的企業數量雖不能與日本媲美，但均擁有典型的智能裝備領域巨頭企業，即韓國三星、德國庫卡和瑞士ABB。與這些國家相比，我國還未出現機器人領域的巨頭企業，表中僅有兩家機構來自中國，分別為鴻海精密工業股份有限公司和哈爾濱工業大學，而前者相對于典型的中國企業不具代表性。

表1 1986-2016年全球機器人上、中游核心技術專利申請人排名

2.我國的技術創新集中在科研院所，市場能力正在孕育

我國對機器人領域的研究主要來自高校和科研院所（見表2），這一情況也與我國智能裝備領域機構整體的存在形態一致，即技術創新的主體并非企業而是科研機構。與豐富的技術創新成果對應的卻是匱乏的成果轉化，技術成果產業化的步伐緩慢。哈爾濱工業大學的技術轉化模式較為典型，實行基礎研究和應用研究并行，創立哈工大機器人集團進行技術轉化和產業化，產品分布在機器人產業鏈上游和中游。中國科學院沈陽自動化研究所也采取同樣的模式進行技術轉化，成立新松機器人自動化股份有限公司。然而多數高校并未建立長期有效的協同創新或技術轉化體系，阻礙了技術創新成果的產品化、市場化進程。

表2 1986-2016年我國機器人上、中游核心技術專利申請人排名

我國機器人產業期待整體突破

我國高度重視機器人產業的發展，在頂層設計和政策規劃上與發達國家基本同步。同時我國是全球第一大機器人市場，未來制造業轉型升級依然存在大量的機器人需求，市場環境優于發達國家。然而，我國機器人產業發展還存在除政策和市場外的其他諸多問題，而這些問題從根本上阻礙了當前我國機器人產業的良性發展。

1.技術和產品集中在產業鏈的中下游，上游技術瓶頸影響全產業鏈競爭力

盡管我國基本掌握了本體設計制造、控制系統軟硬件與運動規劃等工業機器人相關技術，但與國外相比，總體技術水平仍存在較大差距。目前，國產工業機器人以中低端產品為主，主要是搬運和上下料機器人，大多為三軸和四軸機器人；應用于汽車制造、焊接等高端行業領域的六軸或以上高端工業機器人市場主要被日本和歐美企業占據。國產六軸工業機器人占全國工業機器人新裝機量不足 10%，2014年國產工業機器人在我國銷量為1.6萬臺，在市場總額中占比不到 30%。此外，我國缺乏核心及關鍵技術的原創性成果和創新理念，精密減速器、伺服電機、伺服驅動器和控制器等高可靠性基礎功能部件方面的技術差距尤為突出，長期依賴進口。

2.創新主體以科研院所為主，企業規模小和創新水平低為產業短板

機器人作為應用型技術產品，研究的主體應為以產品開發為主的企業，只有這樣才能快速實現創新成果的商品化。機器人傳統強國都擁有技術研發和產品開發均處于世界前列的巨頭企業，從而帶動本國機器人產業發展的同時提升本國在全球機器人領域的地位。而目前來看，我國還未出現能與機器人“四大家族”抗衡的巨頭企業，技術創新主要由科研機構進行，形成了技術研究和產品開發“兩張皮”的局面，嚴重阻礙我國機器人產業的發展。

3.創新成果轉化較弱，產業化步伐緩慢

由于我國機器人技術研究主要集中于科研院所，因此研發成果的轉化成為機器人產業發展的關鍵。從實踐來看，除哈爾濱工業大學和中國科學院沈陽自動化研究所外，我國多數高等院校還未形成長期高效的技術轉化模式。最為普遍的方式是就某個技術領域或產品與企業合作展開研發，但機器人技術是系統性、平臺級的技術體系，尤其是上游技術的突破極為困難，研發周期長，且結果還有較大的不確定性，因此企業往往因為無法承擔時間成本而中途放棄，導致我國研發成果的轉化率低。

加快我國機器人產業發展的建議

大力發展機器人產業對推動供給側改革、培育新的科技發展動能和新產業具有重大現實意義。目前，我國在機器人的關鍵部件、產品與產業化以及基礎研究方面與發達國家依然存在較大差距，需要加強以下三個方面工作，加快我國機器人產業發展。

1.加大研發力度，突破機器人產業核心技術瓶頸

目前，我國在機器人領域的研究主要集中在中下游，上游核心技術瓶頸始終難以突破。這不僅增加了國產機器人的制造成本，同時還存在隨時遭遇發達國家技術封鎖的風險。因此須加快機器人產業核心技術的研發步伐，突破技術瓶頸。建議從國家層面加大技術研發的投入力度，針對應用需求，開展工業機器人全生命周期可靠性和制造工藝技術研究，同時充分利用和整合現有資源，繼續推進研發平臺、應用驗證平臺和整機及關鍵部件檢測中心的建設工作。

2.提升企業技術創新能力，培育機器人領域領軍企業

機器人產業具有集聚度高的特點，領軍企業對產業發展的帶動作用明顯。日本、德國和韓國目前都有面向全球的領軍企業，如日本的發那科和安川電機、德國的庫卡以及韓國的現代重工等，從而帶動本國機器人產業的整體發展。就我國市場而言，東北集聚區擁有哈工大集團和沈陽新松兩家國內機器人領軍企業，但在技術實力和市場占有率上，都未達到與國際巨頭抗衡的規模，培育領軍企業依然是我們目前的戰略目標。其中技術實力的提升是關鍵因素，因此須進一步提升企業的技術創新能力。

3.探索新型科技成果轉化模式，加快產業化步伐

我國科研機構擁有大量的機器人領域研究成果，但局限于現有的技術轉化路徑和模式，多數未進行及時轉化，有的已錯失技術進入市場的窗口期。建議繼續鼓勵有創新成果的科研機構做強做大所屬企業，加大技術和產品的推廣力度，突破市場化、產業化和國際化瓶頸限制。積極引導高校與國內龍頭企業合資成立公司或推進技術合作，既可幫助高校克服在市場、資金方面的諸多限制，又可以降低企業技術研發方面的風險。此外，政府還要加快建立應用示范基地、產業集群基地、產業技術創新聯盟和專業化眾創空間等載體，統籌各方力量，共同營造良好的機器人產業生態。

[1]工業和信息化部賽迪研究院. 中國機器人產業發展白皮書（2016版），2016.

[2]International Federation of Robotics. Industrial robots post a new sales record in 2015. https://ifr.org/news/industrial-robots-posta-new-sales-record-in-2015.

（作者單位：中國科學技術信息研究所）

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10.13561/j.cnki.zggqgl.2017.08.004 編輯：云霞