我国工业机器人及智能制造产业发展的几点思考

        2009-2018这十年间，我国工业机器人及智能装备制造业一直处于高速增长的状态，特别是从2013年开始，我国已成为全球第一大工业机器人消费市场，而基于信息化与工业化高度融合的智能制造，已成为我国推进供给侧结构性改革，改造升级传统产业，培育新技术、新产品、新模式、新业态，加快实体经济创新发展的新动能。在新经济发展时期，物联网、云计算、大数据、5G、人工智能、区块链等与制造业的深度融合又将带来更多的经济增长点。随着全球在智能制造领域的竞争日益加剧，深入探索工业机器人及智能制造的发展路径和创新措施，抢占产业发展先机和主导权，对于我国建设制造强国具有重要的战略意义。
一、我国工业机器人产业发展现状和前景
        工业机器人是高端装备制造业的核心，被喻为“制造业皇冠顶端的明珠”，是实现智能制造的基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。
1、市场规模
        据国际机器人联合会IFR针对中国工业机器人产销量的分析报告显示：2018年中国工业机器人本体的销量达到14万台，全球占比约为33%；工业机器人本体的市场销售额为260亿元左右，系统集成的市场规模1100亿元左右，占全球第一。另据IFR的报告预测：2020年，中国工业机器人销售额将达到93.5亿美元，且在未来5年，中国工业机器人将进入稳定增长期，预计复合增长率将达到15%。目前，工业机器人主要应用领域集中在汽车制造、3C电子制造、金属加工等领域，同时未来会延伸到劳动强度大的纺织、物流行业，危险程度高的国防军工、民爆行业，和对生产环境洁净度要求高的制药、半导体、食品等行业，以及危害人类健康的陶瓷、制砖等行业。据中商产业研究院统计数据：2018年中国智能制造产业产值规模超17480亿元，预测2020年产业产值规模将超27000亿元。从此可以看出，随着制造业智能化的转型升级，我国与工业机器人相关的高端装备制造业呈现出快速增长的态势。以汽车制造为例：现阶段全球最大的工业机器人应用领域仍在汽车制造领域，据世界银行发布的最新数据显示：2019年全球20个主要国家千人汽车拥有量数据，其中，美国排名第一位，达837辆；欧盟国家和日本都在500至600辆；而中国的汽车千人拥有量仅为173辆，由此看来我国汽车保有量仍存在着巨大的增长空间。
2、发展区域
        在我国巨大需求市场的带动下，工业机器人及高端装备制造业发展迅速。结合工业机器人产业发展基础及特色，我们将全国工业机器人市场划分为长三角地区、珠三角地区、中部地区、环渤海地区和西南地区五大区域。从集群效应来看，长三角地区工业基础较好，工业机器人制造集成与应用市场起步较早，形成了以上海、昆山、无锡、常熟、徐州、南京为代表的产业集群。珠三角地区工业机器人产业具有较强发展基础，以广州、深圳、佛山、东莞为代表的产业集群在创新能力与影响力方面位于全国前列。以珠三角为核心的粤港澳大湾区是当前中国开放程度最高、经济活力最强的区域之一，在当前国家发展大局中具有重要战略地位。目前粤港澳大湾区的智能机器人领域已经形成了较为完善的产业链，以智能机器人产业为代表的新兴技术给粤港澳大湾区未来发展提供了有力支撑。作为智能机器人产业集群核心的粤港澳大湾区，在国家政策倾向、产业优势、资源平台的驱动下，正在以机器人和AI产业为代表，推动着中国机器人产业创新发展。而珠三角地区智能制造产业较为突出的特色是，机器换人速度最快程度最高，已逐步发展成为“中国制造”主阵地。其核心城市之一广州在机器人技术和人才方面都有很深的积淀积累，据广州机器人产业联盟发布数据：围绕机器人及智能装备产业核心区建设，2018年广州市机器人与智能制造产业年产值约567亿元，同比增长6.8%；而深圳则重点打造服务机器人、可穿戴设备产业制造基地、国际合作基地及创新服务基地，深圳机器人协会在《2018深圳机器人产业发展白皮书》中指出，2018年深圳机器人产业总产值达1200亿元，同比增长13.82%。珠三角区涵盖的诸多地市，拥有着多年制造业基础。以广东省的佛山、东莞、珠海、惠州等地为首，在家电、五金、3C产品、半导体、通讯设备等和机器人行业息息相关领域有着深厚的产业基础，成为机器人及智能制造产业发展的有力支撑。
3、发展前景
        目前，我国已处于经济结构和产业结构调整的关键期，随着我国人口红利的消退以及工业化进程加快，人口结构变化和制造业产业升级已成为工业机器人产业发展的两大重要驱动力。随着我国人口结构达“刘易斯拐点”，劳动力成本急剧上升，使用工业机器人降低生产成本成为企业提升竞争力的必然选择；同时，随着产业结构调整和制造业升级的步伐加快，通过提高工业机器人密度以提高制成品的性价比，将产业从价值链的低端向中高端转移，是提升产业发展质量和竞争力的重要路径。这里，工业机器人密度（即“每万名产业工人所拥有的工业机器人数量”）非常值得关注，它是衡量国家制造业自动化发展程度的重要标准之一。据国际机器人联合会IFR公布的《全球机器人2019》报告显示：2018年全球工业机器人平均密度为99台，其中，新加坡831台，全球最高，其次是韩国774台。其他发达国家如德国338台，日本327台，美国217台，而中国的工业机器人平均密度是140台，尽管已高于全球平均水平，但与发达国家仍相去甚远，预示着我国的工业机器人密度还有着巨大增长空间，中国的工业机器人产业前景十分广阔。
二、我国智能装备制造业的发展契机
        智能装备制造业位于工业机器人产业链下游的应用端，为终端用户提供智能制造技术解决方案，是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合，也是工业机器人应用的二次开发和工业机器人商业化、大规模普及的关键。智能装备具有感知、分析、推理、决策、控制等功能，主要包括工业机器人、新型传感器、智能控制系统、自动化成套柔性生产线。可以说，只有工业机器人是不能完成任何工作的，需要通过智能制造系统解决方案商为终端用户提供服务。当前我国智能装备制造系统解决方案商占据了中国工业机器人企业的三分之二，是我国工业机器人及智能制造领域最具竞争力的企业类型。
1、智能制造的未来发展趋势是行业细分化
        智能制造的市场要求系统解决方案商必须对行业领域的工艺有深入理解，并提供工业机器人集成模块化、功能化的标准智能制造装备，可见工艺是进入某一行业领域的门槛，系统解决方案商必须掌握某一行业的工艺才能进入该行业领域，因此，智能装备制造产业的未来发展趋势是行业细分化。从2019年开始，工业机器人智能装备的应用领域逐渐从汽车工业向一般工业如3C电子、金属加工、食品医疗、日化、光伏、通讯等行业进行渗透，细分行业为未来智能制造带来新的增量市场和竞争空间。
        但毋庸置疑的是汽车行业仍是当前自动化程度最高、工业机器人应用最广泛的行业领域，因此，早期扎根于汽车工业领域的智能制造系统解决方案供应商仍是这个行业领域的佼佼者，广州瑞松智能科技股份有限公司就是这个领域的代表性企业。这家企业早期通过引进国际先进的经验和技术，逐步的消化、吸收并转化为自身的竞争优势，其代表性的典型项目是广汽本田工厂的包括了白车身高速输送系统技术、多轴伺服白车身定位技术、多车型的无源台车定位技术等核心技术的汽车白车身机器人地板柔性焊装产线，该产线可达8种车型共线生产，能够实现多车型快速准确切换，满足生产线多样化、不确定和高节拍柔性化混线生产需求，该智能制造技术成功突破国内汽车制造领域中白车身焊装在自动化、智能化方面的技术瓶颈，达到国际先进水平。
        由于新一轮的科技革命正在改变汽车制造，铝合金、碳纤维等新材料应用推动汽车轻量化，同时新工艺以及人工智能、物联网、大数据、云计算等新技术的发展，也推动了汽车制造深刻变革，因此新能源汽车这一细分领域也成为未来智能制造的增量空间。同样以广州瑞松智能科技股份有限公司为例，该企业已成功为广汽新能源汽车智能生态工厂提供了一整套钢铝车身柔性智能焊装产线，包括地板总成、前后地板、侧围等从前期工艺规划到系统集成、线体联动调试，其中关键技术集合了柔性伺服定位技术、焊点超声波无损检测技术、数字化仿真技术等，作为广汽新能源汽车现地化的典范线体，完全替代进口技术，技术能力、生产能力处于行业领先水平！
2、新经济催生出智能制造产业巨大的发展空间和潜力
        工业互联网是智能制造发展的基础，可以提供共性的基础设施和能力，我国已经将工业互联网作为重要基础设施，为工业智能化提供支撑。随着“新基建”相关领域5G、新能源汽车、工业互联网等加快建设，在智能制造、智能网联汽车、新能源汽车等前沿产业领域完善应用环境，为智能制造赋能，形成极强的全产业链带动效应。同时基于5G网络的工业协同制造平台，将推动5G技术与工业网络、工业软件、控制系统融和，促进制造业数字化、网络化、智能转型升级。5G的加速落地不仅将颠覆性改变本体设计及通讯方式，亦带来机器人新应用场景如5G网络基础设备和终端设备的组装加工。这些新未来无疑将催生工业机器人及智能制造巨大的发展空间和潜力。
        作为国内智能装备制造业的典型代表企业，广州瑞松智能科技股份有限公司前瞻性地利用5G工业互联网加持其工业机器人智能装备制造应用技术。2019年，瑞松科技借助广东省加快5G产业发展行动计划（2019-2022年）的契机，分别与中国移动、航天云网5G工业互联网战略合作协议，并启动了“瑞松科技机器人智能装备5G工业互联网应用标杆”项目，通过利用自身优势，抓住政策及时布局以抢占市场先机，为其在中国工业机器人及智能制造产业领域发展赢得更多筹码。
3、协同创新是智能制造未来发展的驱动器
        未来我国智能制造产业要实现“弯道超车”，突破口在于不同应用场景的市场拓展，在于作为连接工业机器人本体与细分领域应用的系统解决方案供应商的综合能力提升，更在于如何实现与信息技术、通讯技术、人工智能等新技术的深度融合与协同创新发展。
        以粤港澳大湾区的机器人产业发展战略为例，在确立以智能制造为发展核心的背景下，为汇聚粤港澳大湾区研发能力、科技金融、开放生态、现代制造业等创新资源要素，建立大湾区智能制造的创新合作机制，广州瑞松智能科技股份有限公司联合工信部电子五所和国机集团共同牵头，汇聚了科大讯飞等机器人及AI领域众多知名企业共同组建了广东省机器人创新中心。该中心是在广州经济技术开发区形成机器人与智能制造产业集聚地的基础上，以智能装备制造企业为主体，所设立的大湾区一体化协同合作平台和机器人与智能制造数字化工厂技术创新中心。通过体制机制创新，实现创新资源的聚集和协同，打造助推粤港澳大湾区机器人技术创新的公共服务平台和创新平台，打通技术研究和产业化之间的连接，未来将为粤港澳大湾区机器人及智能制造产业的发展做出贡献。

1. 我国工业机器人发展进入产业结构优化期所面临的挑战
           据国际机器人联合会IFR的数据，我国已连续6年（2013-2018年）成为全球最大的工业机器人应用市场，特别在2016至2018年三年间，我国工业机器人年产量从7万多台/套增加到14万多台/套，年均增长超过40%，已成为推动全球机器人产业稳步发展的重要力量。但是从2018年下半年起，我国工业机器人产业出现了一个拐点：产量同比增长放缓，由过去的高速发展变为了低速增长，甚至是负增长。虽然工业机器人增长下滑的原因是多方面的，我们分析如国际贸易环境恶化，全球经济下行压力加大，汽车、电子等主要应用行业发展低迷等因素。但不可否认的是，我国工业机器人产业正进入一个调整和升级的过程，也就是由过去的追求数量，开始进入高质量发展阶段；我国工业机器人企业也处于一个洗牌和再生的时期，由过去野蛮生长开始进入理性发展阶段。
           再来分析一下当前产业发展格局：从企业层面来看，龙头企业、优质企业仍能保持一定增长，尤其是细分领域企业盈利能力出现大涨；从应用领域来看，搬运、上下料、焊接等应用领域保持稳步增速的同时，包装分拣、装配、抛光打磨领域在逐步上升；从应用行业来看，汽车制造业转换以新能源汽车、智能网联汽车等新型应用在崛起，而计算机通信和其他电子设备制造等新行业消费占比在上涨，更多新兴应用行业正在兴起……这些都表明了我国机器人产业发展增速放缓并不是收缩，而是从形成期向发展期转变必经阶段，也是进入产业结构优化的黄金期。从深层次原因来看，我国工业机器人产业已经进入深度调整阶段，拓展新的应用领域、提质增效成为产业健康发展的迫切需求，当然，这其间必将面临这诸多的挑战：
   挑战1、缺乏核心及关键技术和全产业链竞争力
           尽管我国工业机器人产业市场环境优于发达国家，也基本掌握一定的数字化模拟仿真、减速机性能、驱动器结构、伺服电机性能、控制系统算法等领域的核心技术和自主知识产权，但是，在工业机器人领域的研究，我们主要集中在汽车、3C电子、金属加工、食品饮料、制药等中下游应用领域，上游核心技术瓶颈始终难以突破，尤其是缺乏上游核心及关键技术的原创性成果和创新理念，存在着上游核心关键技术未能突破、企业创新力不足以及创新成果转化率低等问题。特别是工业机器人的部分高端核心零部件如精密减速器、伺服电机、伺服驱动器和控制器等高可靠性基础功能部件，我国还不具备相应的制造能力，长期依赖进口，采购溢价十分严重，关键零部件伺服电机、控制器、减速机占成本的50%-60%，多关节机器人减速机占成本的30%左右，造成全产业链竞争力不足的问题。
   挑战2、技术研究和产品开发“两张皮”的局面导致创新能力不足
           工业机器人作为应用型技术产品，研究主体应是以产品开发为主的企业，只有这样才能快速实现创新成果转化。世界上工业机器人强国都拥有技术研发和产品开发均处于世界前列的巨头企业，从而带动本国工业机器人产业发展的同时提升本国在全球机器人领域的地位。但从目前来看，由于我国机器人技术研究主要集中于科研院所，因此研发成果的转化成为机器人产业发展的关键。从实践来看，除哈尔滨工业大学和中国科学院沈阳自动化研究所外，我国多数高等院校还未形成长期高效的技术转化模式，最为普遍的方式是就某个技术领域或产品与企业合作展开研发，但工业机器人技术是系统性、平台级的技术体系，尤其是上游技术的突破极为困难，研发周期长，且结果还有较大的不确定性，因此企业往往因为无法承担时间成本而中途放弃。截至目前，我国仍未出现能与发那科、库卡、安川、ABB的“四大家族”抗衡的巨头型企业，技术创新主要由科研机构进行，形成了技术研究和产品开发“两张皮”的局面，导致我国机器人产业整体研发投入力度不大，导致我国创新成果转化率低，产业化步伐缓慢，与国际平均水平仍存在较大差距，严重阻碍我国机器人产业的发展。因此，我觉得我国工业机器人产业应该强化顶层设计，不应该盲目追求数量的增长，一方面要鼓励和扶持一部分有科研基础和研发实力的研究机构与企业在三大核心零部件领域加快自主创新步伐，另外方面要整合国内优势资源与国际权威的研究机构合作，共建研发中心，共同布局机器人产业2.0时代。
   挑战3、我国工业机器人在国内的市场占有率低，而出口则遭遇技术性贸易壁垒冲击
           目前我国已涌现出一批工业机器人及高端装备制造的领军企业，如沈阳新松、瑞松科技等，但与工业机器人“四大家族”相比，知名度仍存在一定差距，国产品牌的工业机器人市场占有率较低。据国家统计局数据显示，2016年我国工业机器人产量达72426台，产量同比增长119.5%；2017年我国工业机器人产量达131079台，同比增长80.98%；2018年我国工业机器人产量达147682台，同比增长12.67%；2019年我国工业机器人产量为186943套，同比增长2.66%。受全球经济结构调整及中美贸易摩擦影响，我国工业机器人产量增速有所放缓。而外资工业机器人巨头则具有先发优势，纷纷抢滩中国市场，外资企业在华销售的工业机器人产品类型以多关节机器人为主，占其在华销售工业机器人总量的84%；而多关节机器人是国产机器人的主力，占其销量的41%。同时由于已有的工业机器人国际标准大多是在参考发达国家已有国家标准的基础上制定或转化而来。标准化的优势又进一步促进了国外机器人公司对机器人市场的占领，缩小了我国机器人产业的市场空间。同时，我国工业机器人产品出口遭遇国外技术性贸易壁垒的巨大冲击。各个发达国家针对工业机器人产品设置了严格的技术性贸易壁垒。当下，我国亟需制定与国际相接轨的工业机器人产品标准，以降低工业机器人企业出口成本，促进工业机器人的国际贸易。
   四、推进我国工业机器人产业高质量发展的战略思考
           大力发展工业机器人及智能制造产业对推动供给侧改革、培育新的科技发展动能和新产业具有重大现实意义。目前，我国在工业机器人的关键部件、产品与产业化以及基础研究方面与发达国家依然存在较大差距，需要加强以下三个方面工作，加快我国工业机器人产业高质量的发展。
   1、强化基础能力建设，突破产业核心技术瓶颈
           目前，我国在工业机器人领域的研究主要集中在汽车、3C电子、金属加工、食品饮料、制药等中下游应用领域，上游核心技术瓶颈始终难以突破，这不仅增加了国产机器人的制造成本，同时还存在随时遭遇发达国家技术封锁的风险，须加快工业机器人产业核心技术的研发步伐，突破技术瓶颈。主要表现在要加快突破工业机器人上游核心部件如高精密减速器、高速高性能控制器、高性能伺服电机和驱动器、传感器、操作系统等核心技术的研发；要加强工业机器人关键共性技术的研发，突破人机交互、柔性控制、仿生及智能感知等前沿技术；要强化行业应用和终端服务，突破特殊工况下工业机器人工艺和系统解决方案和技术，例如焊接、搬运、打磨、喷涂、装配机器人需要与周边工作站的工装夹具、传送装置、检测装置、操作对象等紧密结合；还要以市场需求为导向，强化产业链及终端用户企业的协同，推进产品研发、零部件配套、生产制造、应用实施等各个环节的融合发展和创新体系。
   2、强化产业链纵向横向合作，推动协同创新发展
           虽然，目前中国工业机器人已成为全球机器人重要的生产基地和消费市场，但是产业发展中仍存在低水平重复建设现象和核心技术亟待突破等问题，要赶超先进，就要积极主动的开放合作，协调发展，积极开展国际交流与引进，推动产业链纵向横向合作及创新协同发展，构建并完善产业创新体系，提升技术模式创新能力。而且，由于机器人产业具有集聚度高的特点，领军企业对产业发展的带动作用明显。日本和德国的产业发展中，均有面向全球的龙头企业带动本国机器人产业整体发展的案例，如发那科、安川、库卡等。龙头企业的缺失一直是我国工业机器人产业发展的一大问题，因此，要鼓励实施兼并重组，扶持和发展具备行业竞争力和影响力的民族品牌，形成龙头引领产业发展的格局。因此就我国而言，培育领军企业依然是我们目前的战略目标，是机器人产业化发展战略的重要抓手。
   3、积极推动标准及检测认证体系，积极探索新型科技成果转化模式
           我国在机器人产业发展进程中，要切实注重提升质量品牌，要不断推动和完善工业机器人的标准化建设和检测认证的体系建设，保持整体产业可持续发展的能力。建议从国家层面加大技术研发的投入力度，针对应用需求，开展工业机器人全生命周期可靠性和制造工艺技术研究，同时充分利用和整合现有资源，继续推进研发平台、应用验证平台和整机及关键部件检测中心的建设工作。同时，我国大量的科研机构都拥有机器人领域的研发成果，但仍局限于现有技术转化路径和模式，很多都不能及时有效转化从而错失进入市场的窗口期。下一步要积极引导和鼓励有创新成果的科研机构与大型企业产学研交流甚至合资合作，加大技术和产品的推广力度，突破市场化、产业化和国际化瓶颈限制。
   五、结束语
           当前，在全球劳动力成本持续上升、自动化技术水平不断提高的共同作用下，工业机器人及智能制造产业发展迅速、市场空间巨大，正在成为新工业革命的一个切入点和重要增长点，将影响全球制造业格局，其研发、制造、应用已成为衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。未来，工业机器人及智能制造产业的发展将是机遇与挑战并存的，变革与颠覆将成为常态，相信在新一轮工业革命体系中，我国的工业机器人及智能装备制造业将作为代表性的产业方向，应用领域不断延伸，市场规模持续扩大，我们拭目以待。
     
   【作者简介】
    

   

           孙志强先生，广州瑞松智能科技股份有限公司董事长兼总裁，毕业于中山大学岭南学院EMBA，担任广东省第十三届人大代表、国际机器人联合会（IFR)委员、中国机器人产业联盟副理事长、广东省工商联执委、广州市工商联（总商会）副会长、广东省机械工程学会副理事长、广东省机器人协会会长、广东省制造业协会副会长。
           孙志强先生曾经于2010年荣获中国优秀创新企业家称号；2015年荣获中国优秀企业家称号；2016年广东年度经济风云榜风云人物；2018年中国国际机器人年度金手指评选风云人物奖；2018年为广州创新发展做出突出贡献，被授予“创新英雄”称号。（李云纪 /李敏）