对"中国制造2025"的解读:促进机器人发展
站在新的历史高度,从整体战略形势出发,"中国制造2025"明确提出了我国实施制造强国战略的前十年行动计划,并将"高端数控机床和机器人"作为重点大力推广的领域之一,提出机器人产业的发展应"聚焦于汽车、机械、电子、危险品制造、国防和军工、化工、轻工业等工业机器人应用的需求,以及医疗健康、家庭服务、教育和娱乐等服务机器人应用,积极开发新产品。推动机器人标准化和模块化发展,拓展市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器和驱动器等关键部件的技术瓶颈,以及系统集成设计和制造技术。"在关键领域技术创新的路线图中,明确指出我国机器人产业在未来十年的发展重点主要有两个方向:一是开发一系列工业机器人本体和关键部件的产品,推动工业机器人的产业化和应用,满足我国制造业转型升级的迫切需求;二是突破智能机器人的关键技术,开发一批智能机器人。积极应对新一轮科技和产业变革的挑战。
1. 以需求为导向,增强创新能力,拓展市场应用
根据不同的应用环境,国际机器人联合会(IFR)将机器人分为两类:制造环境中的工业机器人和非制造环境中的服务机器人。工业机器人是用于工业生产的机器人的总称,是现代制造业中重要的工厂自动化设备。服务机器人是为人类服务的非生产性机器人。服务机器人技术主要应用于结构复杂的非结构化环境。它可以根据自身的传感器和通信获取外部环境的信息,从而做出决策并完成相应的任务。
1,中国已成为全球最大的工业机器人市场,潜力仍待挖掘
工业机器人主要指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,用于工业生产过程中的搬运、焊接、组装、加工、喷涂和清洁生产。2014年,全球工业机器人销售量达到创纪录的225000台,同比增长27%。市场增长的动力主要来自亚洲地区,尤其是中国和韩国。
近年来,中国对机器人的需求迅速增长,已成为全球重要的机器人市场。2014年,中国的工业机器人销售量达到56000台,同比增长52%,再次成为全球最大的工业机器人市场。用户已从外资企业和中外合资企业发展到国内企业,甚至小型和中型企业。中国沿海发达工业地区的许多企业用于出口,对产品质量要求较高。越来越多的企业使用机器人替代工业工人。在珠江三角洲地区,工业机器人使用的年均增长率已达到30%,尤其是在组装、点胶、搬运、焊接等领域,掀起了使用机器人的热潮。
尽管自2013年以来,中国一直是全球最大的工业机器人市场,但制造业中工业机器人的密度仍然很低。2013年,中国工业机器人的密度仅为30台/万工业工人,不到全球平均水平的一半。与韩国(437台/万工业工人)、日本(323台/万工业工人)和德国(282台/万工业工人)等工业自动化程度较高的国家相比,差距更大。国内工业机器人市场仍有很大潜力。
作为一个制造大国,中国在工业机器人应用方面一直处于落后地位。除了汽车工业外,机器人在一般制造业中的应用基本上处于自发、分散或碎片化的状态。随着中国工厂自动化的发展,工业机器人也将在电子、金属制品、橡胶和塑料、食品、建筑材料、民用爆炸、航空、医疗设备等其他工业领域迅速推广。
工业机器人的应用程度是衡量一个国家工业自动化水平的重要指标。我国工业机器人的发展应着重加快我国智能制造的发展需求,并与机器人供需双方合作。一方面,提高我国机器人制造企业的创新能力,推动机器人标准化、模块化和系统化发展,降低使用成本,提高集成应用水平,从而扩大市场应用范围;另一方面,积极开展自主品牌机器人的试点应用,掌握一批效果显著的典型应用示范项目,推动工业机器人在传统制造业中的转型升级。
2. 中国的服务机器人产业应以需求为导向,注重发展。
服务机器人包括特种服务机器人和家用服务机器人。服务机器人应用范围广泛,主要从事维护、修理、运输、清洁、安全、救援、监控、医疗、老年护理、康复和残疾人辅助等工作。服务机器人是一种新型智能设备,是战略性高科技产品,未来市场空间大于工业机器人。
全球服务机器人在过去五年中显示出快速增长。根据国际机器人联合会(IFR)的统计,2013年,全球专业服务机器人和个人/家庭服务机器人的销售量分别达到21000台和400万台,市场价值分别为35.7亿美元和17亿美元,分别增长4%和28%。未来几年,全球服务机器人市场将继续快速增长。随着互学互鉴和知识共享云机器人技术的重大突破,小型家庭辅助机器人大幅降低了生产成本,并将在2020年前形成一个累计总值至少416亿美元的新兴市场。另一方面,尽管残疾辅助机器人的起步较慢,但可以预测在未来20年将会快速增长。
目前,全球服务机器人的技术研发主要由美国、日本、中国、德国和韩国主导。我国服务机器人的发展滞后于工业机器人。与日本、美国等国家相比,我国在服务机器人领域的研发起步较晚,与发达国家的绝对差距仍然较大。然而,与工业机器人相比,国内外的差距较小。服务机器人一般结合特定需求市场进行开发,地方企业更容易结合特定环境和文化进行开发,以占据良好的市场定位,从而保持一定的竞争优势;另一方面,国外服务机器人也是新兴产业,大多数服务机器人公司成立的时间相对较短,因此,中国的服务机器人产业面临更大的机遇和发展空间。
从发展趋势来看,我国的专业服务机器人有望在个人/家庭机器人之前实现产业化,特别是医疗机器人、危险和特殊环境检测机器人等。随着中国进入老龄化社会,对医疗、护理和康复的需求日益增加。同时,由于人们对生活质量追求的提高,个人/家庭机器人在未来将有更广阔的市场空间。
2. 突破技术瓶颈,提高产业化能力
机器人集成了现代制造技术、新材料技术和信息控制技术,是智能制造的代表性产品。其研发、制造和应用已成为衡量一个国家科技创新和制造水平的重要标志,吸引了世界制造强国的高度关注。
我国机器人产业的发展可以追溯到1980年代。当时,科技部将工业机器人纳入科技研究计划。原机械工业部率先组织了点焊、弧焊、喷涂、搬运等类型的工业机器人。其他部委也积极发起项目支持,形成了中国工业机器人发展的第一次高潮。从那时起,主要由于市场需求,机器人自主研发和产业化经历了较长时间的停滞。2010年后,中国机器人装机容量逐年增加,开始发展机器人全产业链。
机器人产业的发展包括研发和测试、机器人本体和零部件的产业化、系统集成技术、服务等,每个环节都非常重要。中国机器人产业链的发展任重道远。总体来看,中国大多数机器人企业集中在集成领域,加工和组装企业占据了大多数。在核心和关键技术的原始研究、高可靠性基础功能组件、系统工艺应用解决方案和主机大规模生产等方面,与发达国家仍存在相当大的差距。在关键组件方面,精密减速机、伺服电机和驱动器等关键组件严重依赖进口。尽管国家在这一领域也进行了多年的大额投资支持,但由于市场规模和产业化水平较低,无法有效推动核心组件的发展,导致结果不尽如人意。
可以看出,中国机器人技术的缺乏限制了产业化的规模,而小规模也限制了技术的发展,影响了机器人产业化的进程。如果我们想提高国产机器人的市场竞争力,一方面应扩大国产机器人的产出,增加国产机器人企业的生产能力;另一方面应推动国产机器人关键部件的本地化,提高关键部件的生产能力,以满足国产机器人产能扩张的需求。
在过去两年中,国家高度重视智能制造和机器人。工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科技部等部门都在推动机器人产业的发展,从顶层设计、金融、税收和财政、示范应用、人员培训等方面推动自主品牌的机器人产业发展,支持政策越来越全面和细致。中国机器人产业路线图和机器人产业“十三五”相关工作也在稳步推进。这将对推动中国机器人企业突破技术瓶颈、提高产业化能力发挥重要作用。
目前,对于中国的机器人产业,已经不再是重视与否的问题,而是以什么样的视角看待产业,以及以什么样的思维有序地培育和发展产业。关于机器人产业的市场需求、技术创新模式、金融支持方式等问题,地方政府对产业的支持政策有望进一步细化。
3. 加快下一代机器人研发和生产,抢占机器人技术和产业发展的下一个制高点。
随着机器人技术的发展,机器人根据不同的功能分为通用机器人和智能机器人。其中,通用机器人是指仅具备一般编程能力和操作功能的机器人。目前,我国生产的大多数机器人属于这一类别;智能机器人的定义尚无统一标准,大多数专家认为智能机器人必须具备至少以下功能特征:首先,具备适应不确定操作条件的能力;其次,具备灵活操作复杂物体的能力;第三,具备与人密切协调合作的能力;第四,具备与人自然互动的能力;第五,具备人机合作的安全特性。无论是现代工业机器人还是服务机器人,最终都将发展成为具备学习能力的智能机器人。我们通常将智能机器人称为下一代机器人。随着3D视觉感知/认知、力传感器等技术的不断进步,以及与工业互联网、云计算和大数据等新一代信息技术的深度融合,下一代机器人的智能化将进一步提升,外部世界的感知能力将进一步增强。它可以完成动态和复杂的操作任务,实现多机协作,与人类共同工作。
为了进一步抢占国际市场,提升制造业在全球的竞争地位,各经济强国纷纷跃跃欲试,陆续制定发展计划,以抢占先进机器人技术的发展机遇。目前,德国政府实施“工业4.0”战略,建设“智能工厂”,创造“智能生产”。其关键议题之一是人与机器之间、机器与机器之间的互动与合作。美国在2013年提出“美国机器人发展路线图”,将重点放在制造业,克服机器人强适应性和可重构装配、人形灵巧操作、基于模型的集成与供应链设计、自主导航、非结构化环境感知、教育与培训,以及与人类协作的机器人基本安全等关键技术。2015年初,日本政府宣布了“日本机器人新战略”,在其五年行动计划中明确表示需要“研究和开发数据终端、网络、云计算等技术,以实现下一代机器人”。近年来,韩国政府陆续出台了一系列政策,旨在支持第三代智能机器人的研发和应用。2012年,韩国宣布了“机器人未来战略战斗网络2022”。其政策重点是支持韩国企业进入国际市场,抢占智能机器人产业化的机会。在美国、日本和欧洲等技术强国的积极推动下,过去五年中,下一代机器人原型、示范应用甚至实用系统不断涌现。
从目前我国的情况来看,下一代工业机器人的需求市场尚未完全成熟,但具有战略意义的共性技术的研发和储备尤为迫切。目前,要在中国发展下一代机器人产业,首先应着重巩固机器人产业的技术基础,重点推动现有机器人的产业化进程,加快自主品牌机器人在国内市场的推广和应用。探索新的技术研发模式,鼓励科研机构和企业充分发挥各自优势,建立国家下一代工业机器人研发和共性技术储备平台,从中国的国情和需求出发,突破下一代机器人的核心技术,开发下一代机器人原型系统和产品,推动产业化进程,抢占下一代机器人的国际制高点。对于用于不同领域的机器人产品,实施不同的发展战略:一方面,以企业为核心,以共性技术平台为支撑,优先发展下一代工业机器人,推动生产与需求的对接,抢占发展制高点;另一方面,面向市场,抓住国内需求的特点,开发医疗、老年辅助等服务机器人,以及在特殊服务环境中运行的特种机器人。
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2024-10