机器人奏响“中国智造”发展三部曲

　　为更好地实施创新驱动发展战略，不久前科技部和财政部共同起草了《关于深化中央财政科技计划（专项、基金等）管理改革的方案》，已经党中央、国务院批准。工信部等部门正在制定的《制造强国2025规划纲要》，也提出“创新驱动、高端引领、基础支撑、绿色发展”的方针，争取到2025年中国装备制造业进入世界装备制造强国第二方阵。这些都是聚焦国家重大战略任务，顺应世界新技术革命潮流，推动“中国制造”走向“中国智造”、“中国创造”的重大举措，必将提升中国先进制造业产品的全球竞争力。而工业机器人作为智能化代表，也必将是“中国智造”的典型代表。

　　工业机器人代表“中国智造”

　　工业机器人作为智能化代表，3D打印作为数字化代表，均被列为转型升级和智能制造的重点方向，正在成为新的经济增长点。特别是工业机器人，得到了各级政府和社会各方面的大力支持，发展态势喜人。2013年中国市场销售工业机器人36560台，同比增长60%，成为全球第一大工业机器人市场，约占全球销量的五分之一。截至今年6月，全国已建或拟建的机器人相关产业园（基地）已超过36个，规划面积超过2.8万亩，到2020年的规划投资额超过5000亿元。

　　工业机器人在华夏大地掀起的热潮，离不开“世界工厂”崛起的大背景。中国制造业规模已位居世界第一，占全球比重19.8%，220余种工业产品产量位居世界前列。装备制造业产值已超过20亿元，占全球三分之一以上份额，是历史上继美英之后惟有的第三个。从世界历史看，工业机器人的兴旺发达也与一个国家制造业的先进强大息息相关。美国1959年就生产出了世界上第一台工业机器人UNIMATE，随着制造业产能的转移，其工业机器人发展放缓，但保有量仍居世界第二、16.8万台，密度135台/万人;日本是“机器人王国”，保有量世界第一、31万台，密度高达339台/万人;德国制造闻名遐迩，保有量世界第三、16万台，密度273台/万人;韩国贵为创新型国家，工业机器人使用密度全球第一、396台/万人，保有量14万台;首个“世界工厂”英国风光不再，法国和意大利的制造业今不如昔，工业机器人应用止步不前;中国制造总量第一，但工业机器人使用密度仅为23台/万人，远低于58台/万人的全球平均水平，由大转强任重而道远。当然保有量越少，市场前景和需求量也就更大。2013年我国制造业工人数量在5000万人左右，预计未来3000万工人可以用工业机器人替代。以2020年工业机器人密度达100台/万人计，则有30万台工业机器人的替代空间。如果再考虑到现役机器人的更新换代，保有量将达40万台以上，超过日本居世界第一。

　　中国工业机器人进步明显

　　目前，国内机器人本体生产企业有20多家，沈阳新松、广州数控等是第一梯队。虽然产品策略和技术特点不尽相同，譬如新松是中国机器人的先行者，广数则由数控系统拓展而来，但基本还是以成本和渠道优势占领市场。总体来看，国外机器人占据中国近90%的市场总量份额，其中发那科、ABB、安川、库卡四大家族占据约65%的市场份额并扩大在华生产，一些二线厂商如川崎、那智不二越和现代等也纷纷将中国视为最大市场。

　　零部件更是中国机器人发展的短板，核心和高精度零部件主要依赖进口。尽管国内也有不少伺服系统、控制器生产厂商，但产品大多集中于低端应用，能与机器人配套的很少。在减速机领域，谐波减速机好像更时髦一些，但主要用在20公斤以下机器人关节，只占全球减速机市场的40%左右;RV减速机组成零件更复杂，承载强度更高，难度更大，市场也最大。国内厂家均已能研发生产并小批量试用，行业巨头日本帝人公司也计划于2016年在华生产。虽然如此，中国机器人仍取得了长足进步。 2013年中国机器人销售9700台，占比26%，较以往的10%（总量份额）有很大进步。中国机器人的发展可以简单归结为“三部曲”：

　　一是打牢基础。2013年中国企业销售的主要产品为坐标型机器人，占比超过40%，这是第二次工业革命而非第三次工业革命的产物。目前中国机器人发展态势类似于美国上世纪50~60年代，众多企业大干快上、争先恐后。不同点则是当时美国机器人技术水平世界领先，中国机器人则明显落后于西方。外企在华销售则以多关节机器人为主，占比超过80%。

　　二是差异化发展。国内外机器人在产品应用领域各有侧重，近60%的中国工业机器人应用在搬运与上下料领域，涂层与胶封是其应用的第二大领域，用于焊接的机器人不足总销量的10%。外国工业机器人的主要市场在焊接与钎焊领域，几乎占其总销量的50%。

　　三是错位竞争。从行业分布看，国外机器人大量应用于汽车制造，购买量近50%，电子产品制造业和金属加工业分别占14%和10%。这也契合全球市场趋势，国际机器人联合会（IFR）的数据显示，汽车及汽车零部件制造业，电子电气工业，金属制品业（包括机械加工），化工、橡胶及塑料工业对工业机器人的需求排名前四，其中汽车和电子占60%左右的市场份额。但外企也并不是高枕无忧，随着汽车和电子行业的需求逐渐饱和，焊接机器人、点胶机器人和洁净机器人销售将面临新的节点。中国机器人，主要应用于搬运、装配、加工、铸造、打磨与喷涂等。

      更多机器人技术资料，电路图及DIY设计，可参见本期Designs of week——当中国制造遇上机器人技术，设计思维请跟上！

　　第三次工业革命的王牌

　　国产机器人的进步固然可喜，但还必须认清一个本质差距，那就是中国工业机器人的旺盛需求和日益崛起，本质上仍是第二次工业革命或重工业化后期的产物，突出表现为劳动强度大、作业环境差、存在安全隐患的工装车间“机器换人”，而不是具有更高人工智能的“机器人时代”，呈现出明显的低端化倾向。

　　在第三次工业革命前，中国必须冷静面对两个事实：一是由于在需求、技术和市场化导向上的差异，中国机器人仍然会是机器人强国的追随者，10年内难以并驾齐驱，但差距将明显缩小;二是工业机器人的大规模应用，促使制造业更容易在劳动力高成本地区与低成本地区之间双向流动。随着我国人力资源等生产要素成本的不断上升，下步发展存在着三种可能：

　　一是高端制造业部分回流发达国家。比如，德国推行以“智能工厂”为重心的“工业4.0计划”，以确保德国制造的未来优势;美国的《先进制造伙伴计划》希望通过发展人工智能、工业机器人和数字化制造，谋求制造业回归;日本提出通过加快发展协同式机器人、无人化工厂，提升制造业国际竞争力。

　　二是部分制造业向成本更低的地区转移。比如东南亚、非洲等，已迁移的既有跨国公司也有中国企业，不可掉以轻心。

　　三是中国实施以机器换人为主的技术改造创新，提高自动化、智能化、数字化水平，再次巩固综合成本优势，这是最大的也是惟一的可能。一则很多制造产业链都在中国，很难完全转移出去。二则中国制造的规模优势和巨大产能，大幅度地降低了机器人的推广应用成本。三则制造业（包括机器人制造）仍然需要巨大的沉没成本和基础配套，没有哪个国家或地区会比中国更低。这些因素，是中国能从容应对第三次工业革命的最大王牌和底气所在。

　　自动化仍是中国智造近期任务

　　要实现中国制造强国2025的主要任务，必然继续调结构促升级。而能否实现中国制造向中国智造转变的关键，不能单纯追求中国工业机器人和 3D打印机的进步，而要以工业机器人和3D打印为龙头带动智能制造，提高工业整体现代化、自动化水平，这是支撑中国战略性新兴产业发展的基石。发达国家的发展方向是智能化，自动化则是近期中国转型升级的主要方向。国内又有巨大的自动化市场需求，机器人作为集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备，必将成为引领中国自动化、智能化的新兴大型高技术产业，完全有可能像美国、德国和日本那样抢占世界发展的制高点。

　　同时，要更好地与移动互联网相结合。以往，制造业意味着规模化生产、意味着产品的一致性，现在则要求生产的柔性化、产品的多样化。企业要在第三次工业革命的竞争环境中生存下来，就需要提高效率、缩短产品的研发周期，以及实现产品的个性化定制化。

　　工业机器人很好地提高了效率，3D打印实现了产品的个性化、定制化，移动互联网则赋予了远程控制和网络打印更多的可能性。缩短产品的研发周期，惟有靠人才能实现，这对新时期的综合性、复合型人才储备培养提出了更高的要求。企业发展战略将随之发生巨大变化，传统制造业将更多地向“微笑曲线”的设计和品牌两端攀升，而不是一味大规模并购。

　　同时，移动互联网的迅猛发展，正在以前所未有的速度改变现有的产业形态和商业模式，在这场猛烈的变革下，必须要有创新性、颠覆性的思维，就像当年华为用计算机思维制造程控电话交换机一样。以后有可能出现移动式3D网络打印机器人。它既可以依靠传感器远程双向传输数据，打印出合格的零件并进行远程操作安装;也可以现场对破损部位、难成形零件（比如飞机的复合材料、异型件、非标件）等进行测量、建模、制造、焊接、检测，可以极大地节省维修制造时间和人工运输成本。

      更多机器人技术资料，电路图及DIY设计，可参见本期Designs of week——当中国制造遇上机器人技术，设计思维请跟上！