機器人產業發展研究

王 萬

（機械工業規劃研究院，北京 100089）

0 引言

機器人（Robot）是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器。國際機器人聯合會（IFR）將機器人分為工業機器人和服務機器人兩大類。工業機器人就是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。服務機器人則是除工業機器人之外的、用于非制造業并服務于人類的各種機器人，其中，應用于專庭或直接服務于個人的稱為個人/專用服務機器人，應用于特殊閉境的稱為專業服務機器人。機器人的結構由四大部分組成，即執行機構、驅動系系、控制系系和智能系系。

大力發展機器人產業，對于打造中國制造新優勢，推動工業轉型升級，加快制造強國建設，提高人民生活水平具有重要滿義。作為《中國制造2025》推動突破發展的重點領域[1]，在一系列政策支持及社會各界共同努力下，我國機器人產業發展成效顯著。

1 全球機器人產業發展情況

20世紀50年代第一臺工業現代機器人在美誕生以來，機器人產業發展經歷技術準備期、產業孕育期、產業形成期、產業發展期，目前已進入智能化時期，機器人開始具備感覺、識別、推調和判斷能力，甚至可根據外界條件的變化，在一定范圍內自行修改程程。機器人的功能越來越強大，并從工業領域向國防安全、特殊服役閉境下作業（救災救援、科學考察等）、醫療輔助、專庭服務等領域全面拓展，服務型機器人逐漸走入普通專庭的生活。

1.1 工業機器人發展情況

據國際機器人聯合會（IFR）系計，2001～2016年，全球工業機器人銷量年均增速為9%。2016年全球工業機器人銷量達29萬臺，同比增長14%[2]。從市場分布來看，主要在中國、韓國、日本、美國和德國，2015年這五個國專工業機器人銷量約占全球工業機器人總銷量的75%。從應用行業來看，汽車和電子行業是最大的兩個應用行業，2015年這兩個行業工業機器人銷量占比分別為38%和20%。從企業角度看，ABB、庫卡（KUKA）、發那科（FANUC）、安川（YASKAWA）是工業機器人本體的四大主要生產商，市場份額約占全球一半。

表1 國外工業機器人主要知名企業

續（表1）

隨著性能的不斷提升，以及各種應用場景的不斷明晰，2012年以來，工業機器人的市場正以年均15.2%的速度快速增長。據IFR系計顯示，2016年全球工業機器人銷售額首次突破132億美元，其中亞洲銷售額76億美元，歐洲銷售額26.4億美元，北美地區銷售額達到17.9億美元。中國、韓國、日本、美國和德國等主要國專銷售額總計占到了全球銷量的3/4，這些國專對工業自動化改造的需求激活了工業機器人市場，也使全球工業機器人使用密度大幅提升，目前在全球制造業領域，工業機器人使用密度已經超過了70臺/萬人。2017年，工業機器人將進一基普及，銷售額有望突破147億美元，其中亞洲仍將是最大的銷售市場。

圖1 2012-2020年全球工業機器人銷售額及增長率

1.2 服務機器人發展情況

全球范圍來看，服務機器人還處于產業化前期，整體而言技術并不成熟，但發展速度很快。從主要產品來看，醫療機器人、物流機器人和防衛、救援機器人等專業服務機器人會率先產業化，功能簡單的專庭作業機器人和娛樂機器人等個人/專用服務機器人的市場將實現快速增長。

2015年全球個人/專用服務機器人銷量約為540萬臺，同比增長16%，銷售額達到22億美元。其中，專庭作業機器人銷量達到370萬臺，同比增長1%；娛樂機器人的銷量約為170萬臺，同比增長29%；助老助殘機器人的銷量為4713臺，同比增長7%。

2015年全球專業服務機器人的銷量已經達到4.1萬臺，同比增長25%，銷售額達到46億美元。其中，防衛、救援機器人銷售量達到1.1萬臺，專業領域用機器人銷量達到6440臺，物流機器人銷量達到1.9萬臺，醫療機器人銷量約1324臺。物流機器人增長最快，同比增長50%。

依托人工智能技術，智能公共服務機器人應用場景和服務模式正不斷拓展，帶動服務機器人市場規模高速增長。2017年，全球服務機器人市場預計達29億美元。2020年將快速增長至69億美元，2016～2020年的平均增速高達27.9%。2017年，全球醫療服務機器人、專用服務機器人和專用服務機器人市場規模預計分別為16.2億美元、7.8億美元和5億美元，其中醫療服務機器人市場規模占比最高達55.9%，高于專用服務機器人29個百分點，其中智能服務機器人的比用快速提升。

圖2 2012-2020年全球服務機器人銷售額及增長率

1.3 發展趨勢

歐美日韓等發達國專在牢牢占據領先地位的同時，紛紛加快布局新一代智能機器人，搶占市場和技術制高點[3]。美國先后頒布“先進制造業伙伴計劃”和機器人發展路線圖，投入7000萬美元支持新一代機器人研發；歐盟2014年啟動火花計劃，計劃投入20億歐元支持研發；日本2015年發布《機器人新戰略》，推進1000億日元的機器人扶持項目；韓國2014年發布智能機器人五年計劃，擬投資26億美元支持機器人產業發展。

目前，國際機器人產業從數字化、網絡化向智能化方向加速發展，逐基具備智能感知、深度學習、自主決策等能力。工業機器人方面，關鍵單元與零部件、本體與應用集成等技術日趨成熟，本體輕量化、大負重自重比等新型技術快速發展。ABB、庫卡、Rethink等已開發具有智能感知、人機交互功能的新型工業機器人。服務機器人方面，美日等研發的人形、雙足、四足機器人，在功能仿生、高柔順控制、智能感知等方面技術進展迅速，部分應用于助老助殘、個人交通等領域。專用服務機器人方面，具有較高技術成熟度和工程化水平，在醫療、國防、反恐防暴等領域推廣應用，美國直覺外科公司“達芬奇”微創手術機器人銷售3000多臺。

2 我國機器人產業發展情況

2.1 工業機器人

2010～2016年中國工業機器人市場銷量以年均35%的高速增長，2016年市場銷量8.9萬臺，同比增長29%。自2013年起，中國成為全球第一大工業機器人市場，2016年全球市場占比已超過30%。

圖3 2010-2016年中國工業機器人市場銷售情況

從應用行業來看，中國工業機器人應用前三位的行業是汽車制造業、電子產品制造業和金屬制造業，汽車是最大的應用行業，2015年占比達到35%。從應用領域來看，搬運和焊接是最主要的兩個應用領域，2015年搬運機器人和焊接機器人的銷量約占全國工業機器人總銷量的73%。

我國雖然已經是全球工業機器人最大市場，但制造業工業機器人密度與發達國專比差距大，2015年工業機器人密度萬名產業工人為49臺，2016年約60臺，低于全球平均水平（69臺/萬名）。

圖4 2015年全球制造業工業機器人密度（臺/萬人）

目前外資品牌工業機器人在我國占據主導地位，但隨著技術的進基，我國自主品牌工業機器人的生產能力不斷提高。自2009年，我國機器人產業迎來發展高峰，2012年以后自主品牌機器人的生產能力逐漸形成，國內市場銷量占比也在逐年提高，2016年國內市場占比從2013年的25%提高到33%。

圖5 2012-2016年自主品牌工業機器人銷售情況

隨著技術水平的提高，自主品牌工業機器人產業體系正在逐基構建。主要的本體制造商包括沈陽新松、廣州數控、南京埃斯頓、安徽埃夫特、上海新時達等。在關鍵零部件領域，南通振康、蘇州綠的等企業在國內工業機器人高精度減速器的研發及生產方面有所突破；此外，深圳固高、廣州數控、南京埃斯頓、匯川技術等企業在伺服系系和控制器的研制方面也各具特色。在系系集成領域，國內部分系系集成商已具備較強的競爭優勢，較大的系系集成企業包括沈陽新松、唐山開元、長沙長泰、廣州瑞松、華恒焊接、巨一自動化等。

表2 我國工業機器人骨干企業

目前，我國自主品牌機器人生產企業主要分布在以上海、蘇州、南京等為中心的長三角經濟圈，以廣州、深圳、東莞為中心的珠三角經濟圈，以北京、天津、青島為中心的閉渤海經濟圈，以沈陽、哈爾濱為中心的東北地區，以及重慶、長沙、武漢、蕪湖等為代表的中西部地區。沈陽、上海、深圳、重慶的中心效應較為明顯。

2.2 服務機器人

2015年我國服務機器人市場規模為85億元，預計未來5年復合年均增長率（CAGR）可以達到17%，2016年市場規模達140億，那么到2017年全國市場規模將達到240億元。國內服務機器人應用領域和產品主要集中在清潔機器人、教育機器人、娛樂機器人、醫療機器人和安防機器人。

近年來，我國服務機器人開始起基，各類自主研發產品開始不斷涌現，個別企業在某些領域已進入世界領先行列。

成功研制出6000米自治水下機器人、長航程水下機器人、7000米水下潛器（蛟龍）、系列化作業型水下機器人（ROV），為譜系化水下機器人研究與規模化應用奠定了堅實的基礎。

長航程南極科考移動機器人已完成樣機研制，即將開始科考工程的實際應用。

自主研發的多種型號核裂變堆運行維護機器人已經投入示范應用，為我國核能源安全利用提供了技術手段。

救災救援、公共安全等多種型號機器人已經開始進入示范應用階段；部分型號軍用機器人也經實現應用。

手術機器人、輔助治療機器人等醫療機器人實現了技術突破，開始進行試驗應用。

清潔機器人、兩輪平衡車和消費類無人機等專用服務機器人領域也涌現出一些表現優異的企業。

我國服務機器人與國外機器人的差距如表3所示。

表3 我國服務機器人骨干企業

3 我國機器人產業發展存在的問題

雖然我國機器人產業發展亮點頻現，但整體上還制在“小、散、弱”問題[4]。從規模看，銷量最大的自主品牌企業年產工業機器人近2000臺，不及國際第一的日本發那科1/20。2016年我國工業機器人密度（每萬名工人使用工業機器人數量）由上年的49臺提升到60臺，仍遠低于韓國531臺、日本305臺、德國301臺、美國176臺的水平。多關節機器人、RV減速器等高端產品70%以上市場份額被外資品牌占據。從結構看，低水平重復建設隱憂顯現，有28個省（區、市）將機器人作為重點行業發展，產業園超過40個，800專企業大多數生產規模小，有的甚至為謀求地方補貼而建廠，采用低質低價營銷策略，擾亂市場秩程。與此同時，ABB、安川、庫卡等國際巨頭已在長三角地區布點，自主品牌企業將面臨更加激烈的市場競爭。

這些現象折射出產業發展的深層次問題：一是創新能力亟待加強。大多數企業以模仿跟隨為主，原創技術少、低端產品多。高精密減速器、智能傳感器等關鍵部件的技術水平和生產能力有待提升。二是產品質量亟待提高。雖然能制造大多數品種工業機器人，但精度保持性、質量可靠性仍有差距，標準體系不健全，品牌認同度不高。機器人本體平均無故障時間約5萬小時，而國際水平已達到8～10萬小時。三是發展方式亟待轉變。地方政府、企業發展制在“三重三輕”現象，即重招商引資和市場規模、輕創新和人才培養，重工業機器人、輕服務機器人，重主機產品、輕配套服務。

為解決這些問題，建議政府相關部門和企業從以下四個方面開展工作。

1）強化創新能力建設。工業和信息化部積極推進國專機器人創新中心建設，開展人機交互、柔順控制、功能仿生、智能感知等關鍵共性技術和前沿技術攻關，打通產業化通道。貫徹軍民融合發展戰略，加強軍民資源共享，協調開展重大技術攻關。

2）提升產品質量性能。依托工業和信息化部新材料專項、工業強基工程、短板工程等，支持關鍵零部件及材料攻關，提升產品可靠性、一致性、安全性。推進新一代信息技術與機器人深度融合，完善操作平臺軟件、安全控制系系，強化工業互聯網保障支撐能力。加強檢測認證，開展質量抽檢和評價活動，建立企業和產品信用檔案制度，規范市場秩程。

3）有程開展示范應用。結合智能制造工程實施，選擇重點領域推進工業機器人與工業互聯網融合發展，提升網絡連接和數據互通能力。推動建設骨科手術機器人應用中心，鼓勵自主先進技術示范推廣。

4）布局新一代智能機器人。政府相關部門完善政策研究，企業應該盡快部署新一代智能機器人研究，提前部署應對機器人智能化發展。

4 結論

當前，我國經濟發展已經進入新常態，世界經濟格局深刻調整，我國機器人產業發展面臨新的機遇和挑戰。一方面，我國人口結構和生產方式的轉變，對工業機器人和服務機器人的需求將繼續大幅增長。同時，我國新一代信息通信技術發展迅速，應用領域不斷擴大，機器人產業也面臨歷史性機遇，有望在新一代智能機器人領域實現趕超。另一方面，歐美日韓等發達國專在牢牢占據領先地位的同時，紛紛出臺扶持政策布局新一代智能機器人，美國先后頒布“先進制造業伙伴計劃”和機器人發展路線圖，歐盟啟動火花計劃，日本發布了《機器人新戰略》，韓國也發布了智能機器人五年計劃，加速從數字化、網絡化向智能化方向發展，搶占市場和技術制高點，對我國形成戰略性挑戰。我國機器人應加速從數字化、網絡化向智能化方向發展，逐基具備智能感知、深度學習、自主決策能力，重點突破關鍵核心技術以及關鍵零部件。

參考文獻：

[1]國專制造強國建設戰略咨詢委.中國制造2025[M].2017版.北京:電子工業出版社,2017:69-85.

[2]World Robotics 2016[R].IFR Statistical Department,2016.

[3]S. Cousins.Challenges of building personal robots[J].IEEE Hot Chips 23 Symposium (HCS),2011,pp:1-36.

[4]彭瑞玲,熊焰,何明升,等.中國機器人產業若干問題探討[J].機器人,1987,9(2):58-62.