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Information機器人:“明珠”待生輝
時間:2023-07-03文章編輯:防爆云
機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”,其研發、制造、應用是衡量一個國家科技創新和高端制造業水平的重要標志。當前,國內外機器人產業蓬勃發展,正極大地改變著人類的生產和生活方式,為經濟與社會發展注入強勁動能。
2022年,我國工信部、國家發展改革委等15個部門聯合發布了《“十四五”機器人產業發展規劃》,提出到2025年,我國成為全球機器人技術創新策源地、高端制造集聚地和集成應用新高地;到2035年,我國機器人產業綜合實力達到國際領先水平,機器人成為經濟發展、人民生活、社會治理的重要組成。2023年1月份,工信部等17個部門聯合印發《“機器人+”應用行動實施方案》,提出到2025年,制造業機器人密度較2020年實現翻番,服務機器人、特種機器人行業應用深度和廣度顯著提升,機器人促進經濟社會高質量發展的能力明顯增強。
市場蓬勃發展
科技創新要爭朝夕。
在數字化轉型的巨大需求牽引下,全球機器人產業相關機構與企業,正圍繞技術研發和場景開發不斷探索,推動機器人產業持續蓬勃發展。
中國電子學會發布的《中國機器人產業發展報告(2022年)》提出,預計2022年,全球機器人市場規模將達到513億美元,2017年至2022年的年均增長率達到14%。其中,工業機器人市場規模將達到195億美元,服務機器人達到217億美元,特種機器人超過100億美元。預計到2024年,全球機器人市場規模將有望突破650億美元。
在政策密集出臺和市場不斷成熟等多重因素的驅動下,我國工業機器人發展持續向好,已成為驅動機器人產業發展的主要引擎。根據IFR(國際機器人聯合會)統計數據測算,近五年,中國工業機器人市場規模始終保持增長態勢。預計到2024年,我國工業機器人市場規模將超過110億美元。
服務機器人也是整個市場中頗具亮點的領域。人口老齡化的加快、建筑和教育領域持續旺盛的需求,都為服務機器人的發展前景提供了良好條件。預計2024年,伴隨新興場景的不斷開發,我國服務機器人市場規模有望突破100億美元。
特種機器人正迎來新需求爆發的機遇期。當前,國內特種機器人市場保持較快發展,各種類型的產品不斷出現。同時,我國在應對地震、洪澇災害、極端天氣以及礦難、安防等公共事件中,對特種機器人存在突出需求。預計2024年,該部分市場規模將達到34億美元。
產業鏈韌性有待提高
機器人產業的全球市場正呈現一些新特征。
“從全球看,無論是工業機器人保有量還是新增安裝量,已經形成中國、日本、韓國、美國、德國五足鼎立的穩定結構。值得注意的是,近幾年,以印度、墨西哥、泰國為代表,發展中國家工業機器人的裝機增長非常快,增速甚至超過中國。可以說,新興經濟體、發展中國家,特別是人口較多、制造業發展迅速的南亞、東南亞和拉美地區是工業機器人未來一段時間的增長點。經過巨大努力,我國制造業工業機器人密度已經是世界平均水平的2倍,和丹麥、意大利等發達國家水平相當,但與德國、日本和韓國比較還有一定差距。伴隨中國制造業轉型升級的步伐持續加快,在以后相當長一段時間里,我國都將是最大的工業機器人單一市場。”接受《經濟》雜志、經濟網記者采訪時,中國社會科學院工業經濟研究所工業發展研究室主任鄧洲這樣分析。
他表示,整體上,我國機器人產業發展穩定,全局性風險并不明顯,但薄弱環節仍然存在,例如產業鏈韌性仍有待提高。“中國機器人企業在產品質量和穩定性、前沿和領先技術研發、品牌影響力、國際市場開拓等方面,與世界領軍企業還有很大差距。隨著國內機器人產業逐漸發展壯大,薄弱環節、短板領域會暴露出來并在國際競爭加劇的情況下放大,很可能會對我國機器人產業鏈供應鏈的安全穩定造成沖擊。”
鄧洲指出,韌性不足造成的風險主要體現在四個方面。
一是國內企業雖然已經能夠生產絕大多數的機器人核心零部件,但國產零部件的質量、成本、穩定性與國外產品仍有較大差距,選擇進口零部件仍然是更經濟的選擇,這也同時意味著,一旦國際環境發生變化,國內企業面臨“斷供”“卡脖子”的風險會很大。
二是從專利的交易、引用和使用看,德國和日本仍然具備明顯優勢,中國機器人產業發展尚未突破來自發達國家領先企業的專利桎梏。
三是機器人系統集成環節競爭加劇,導致我國具有相對優勢的下游應用環節不確定性增多,國外品牌進一步開拓我國機器人應用市場可能促成市場洗牌、利益重新分配,從而進一步影響市場格局。
四是國內機器人產業起步晚,技術積累嚴重不足,高增長速度難以掩蓋發展基礎的薄弱。
如何預防或者化解風險?鄧洲認為,短期看,要加大投入,集中攻關,解決已經出現、即將出現的“卡脖子”問題;中長期看,要依托政策加強產業鏈供應鏈和創新鏈的融合發展,依托在機器人集成和應用環節的優勢,補足中上游的短板;長遠看,需要夯實基礎研發,形成更加穩固的技術體系,圍繞鏈主企業、龍頭企業激發更多“專精特新”中小企業,形成更好的產業生態體系。
零部件,大影響
核心零部件的對外依賴,在工業機器人上表現得尤為明顯。
機器人學涵蓋了機械、電氣、微電子、計算機、控制、傳感器、聲、光、仿生學和人工智能等多個領域,是一門綜合性很強的新興學科。作為分支學科,工業機器人是指用于工業領域的多自由度機械設備或多關節機械手,擁有基本的自動性,能夠憑借自身動力及控制能力完成多種加工與制造的操作。
國內工業機器人行業到了20世紀90年代才逐步走入實用化階段。在“七五”計劃期間,我國投入大量資金與資源,集中科研力量對工業機器人的基礎元器件、基本技術、整機和應用展開攻關,先后實現了工業機器人諸多技術的示教再現。如今,就工業機器人裝機量而言,我國已經位列世界第一,與此同時,中國還是最大的工業機器人生產國。
值得關注的是,核心零部件對我國工業機器人領域的挑戰仍然不容忽視。
工業機器人的核心零部件主要有減速器、伺服系統、控制器。這三個核心零部件占工業機器人總成本的70%以上,其中減速器約占36%。工業機器人使用的減速器主要有兩類,一類是諧波減速器,負載10公斤以下的工業機器人一般使用諧波減速器;另一類是RV減速器,負載較大的工業機器人主要使用RV減速器。
目前,我國諧波減速器已經實現國產化,但RV減速器全球市場80%的份額由日本企業包攬。因此,在我國,RV減速器行業仍以外資品牌為主,國內企業在該領域的關鍵技術還有待突破。我國已經可以生產伺服系統,不過產品的穩定性、可靠性還有待提升;控制器這塊,是我國與國外技術差距最小的領域。
上游核心零部件自主品牌的缺失,給國內工業機器人的產業發展帶來多重影響。一方面,高比例的核心零部件進口,意味著國內企業零部件的生產能力和議價能力都不足,小批量購買時價格更高,企業的長效發展難以實現。另一方面,零部件價格高,單機成本也就高,讓一部分希望向著工業機器人發展的企業望而卻步,于整個行業發展不利。
夯實基礎研發
無論是產業鏈韌性還是核心零部件對外依賴,要想解決好問題、提升國產機器人競爭力,都離不開基礎研發實力的提升。對于機器人而言,基礎研發具體指什么呢?
“機器人基礎研發主要包含三個維度的內容。
一是基礎材料、基礎工藝、基礎軟件等基礎領域。我國機器人專用材料、加工工藝、操作系統、仿真軟件等基礎領域還較薄弱,部分領域對外依存度較高。
二是機器人減速器、伺服驅動系統、控制器、一體化關節、傳感器、末端執行器、專用控制芯片等核心零部件。我國核心零部件已取得較大突破,但高性能減速器、高性能伺服驅動系統、智能控制器、智能一體化關節、新型傳感器、智能末端執行器、定制化的專用控制芯片還較缺乏,無法滿足高性能機器人整機需求。
三是機器人共性技術、前沿技術等核心技術。共性技術主要有機器人系統開發技術、多任務規劃與智能控制技術、多機器人協同作業技術等;前沿技術主要有機器人仿生感知與認知技術、電子皮膚技術、機器人生機電融合技術、人機自然交互技術、微納操作技術、軟體機器人技術、機器人集群技術等。我國機器人共性技術研發大多處于跟蹤模仿階段,前沿技術自主創新能力持續提升。”接受《經濟》雜志、經濟網記者采訪時,中國電子信息產業發展研究院產業政策研究所智能裝備研究室主任黎文娟這樣分析。
關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中,才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全等。黎文娟指出,提高國內機器人產業的基礎研發水平,企業可以從以下三個方面發力。
一是加大企業研發投入,提高研發人員占比。機器人產業是技術密集型產業,研發投入大、周期長、見效慢,需要持續積累和久久為功。
二是注重跨學科跨行業技術融合創新。機器人研發要與材料科學、生命科學、納米科學等結合,產生更多原創性的研究,要與人工智能、大數據、物聯網、5G等新一代信息技術結合,推動機器人向高性能、智能化方向發展。
三是加強整零企業協同研發、產用協同攻關。整機企業與核心零部件企業要加強合作,共同推動核心零部件與整機適配驗證。以用戶需求為牽引,反向驅動機器人企業研發,形成機器人創新產品的產業化應用能力。