■董 鵬 孫 勇 李之華

全球工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢

機(jī)器人技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，是各個(gè)領(lǐng)域、多學(xué)科、綜合性科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，它綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，而且仿人形機(jī)器人還與生物學(xué)、社會(huì)學(xué)、心理學(xué)等很多領(lǐng)域有關(guān)。機(jī)器人是最典型的機(jī)電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展起著越來越重要的作用。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。

2010年，我國機(jī)器人產(chǎn)值僅占全球機(jī)器人市場規(guī)模的二十分之一。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用最集中的汽車行業(yè)，日本每萬名生產(chǎn)工人中就擁有1700多臺機(jī)器人，意大利則是1600臺，而我國每萬名工人擁有的機(jī)器人數(shù)量還不足90臺。從2011開始，我國機(jī)器人應(yīng)用市場已初具規(guī)模。2011全球機(jī)器人市場增長10%左右，我國增長達(dá)51%，增速位居全球第一，絕對增量僅次于日韓，排在全球第三。這種 “井噴式”的市場需求對產(chǎn)業(yè)、技術(shù)的拉動(dòng)將十分明顯。

全球現(xiàn)役工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用廣泛，過去的10年工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平取得了驚人的進(jìn)步，傳統(tǒng)的功能型的工業(yè)機(jī)器人已趨于成熟，各國科學(xué)家正在致力于研制具有完全自主能力的、擬人化的智能機(jī)器人?，F(xiàn)役機(jī)器人的平均壽命在10年以上，還可能高達(dá)15年以上，它們還易于重新使用。由于機(jī)器人及自動(dòng)化成套裝備對提高制造業(yè)自動(dòng)化水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力和改善勞動(dòng)條件等起到了重大的作用，加之成本大幅度降低和性能的高速提升，其增長速度較快。在國際上，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在制造業(yè)應(yīng)用范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的程度也越來越高，功能越來越強(qiáng)，正朝著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線成套裝備已成為自動(dòng)化裝備的主流及未來的發(fā)展方向。工業(yè)機(jī)器人在搬運(yùn)、焊接、裝配、噴涂、涂膠等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的廣泛應(yīng)用，使得國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人制造商也有了施展抱負(fù)的空間。

與此同時(shí)，隨著工業(yè)機(jī)器人向更深更廣的方向發(fā)展以及智能化水平的提高，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用已從傳統(tǒng)制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦、農(nóng)業(yè)、建筑、災(zāi)難救援等非制造行業(yè)，而且在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域，機(jī)器人的應(yīng)用也越來越多，如無人偵察機(jī) （飛行器）、警備機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、家用服務(wù)機(jī)器人等均有應(yīng)用實(shí)例。機(jī)器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)成為世界各國搶占的高科技制高點(diǎn)。在機(jī)器人應(yīng)用工程方面，世界各國主要行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求分布及應(yīng)用類型見圖1所示。我國根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)建成多條機(jī)器人焊裝生產(chǎn)線、裝配機(jī)器人生產(chǎn)線和噴涂生產(chǎn)線，還設(shè)計(jì)開發(fā)了很多關(guān)鍵工位機(jī)器人工作站。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國工業(yè)機(jī)器人的需求量以每年30%以上的速度增長。我國工業(yè)機(jī)器人2005年擁有量增至7600臺，年銷售額約為28.7億元；2010年擁有量為17300臺，年銷售額約為93.1億元。有關(guān)專家預(yù)測，根據(jù)發(fā)達(dá)國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展與升級的歷程和工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，到2015年我國工業(yè)機(jī)器人市場的容量將達(dá)十幾萬臺套以上。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國市場上工業(yè)機(jī)器人總共擁有量近萬臺，占全球總量的0.56%，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人目前主要以國內(nèi)市場應(yīng)用為主，年出口量為100臺左右，年出口額為0.2億以上。國內(nèi)的機(jī)器人技術(shù)研發(fā)力量已經(jīng)具備了大型機(jī)器人工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的能力，整體性能已達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，而整體價(jià)格僅為國外同類產(chǎn)品的三分之二甚至一半，具有良好的性能價(jià)格比和市場競爭力。目前，僅深圳市機(jī)器人協(xié)會(huì)就有63家專業(yè)的機(jī)器人企業(yè)，2011年產(chǎn)值達(dá)160億元，這些企業(yè)平均年增速為50%～60%。

據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟 （IFR）2011年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2010年世界專業(yè)服務(wù)機(jī)器人銷量約為13741臺，增長4%，銷售額為32億美元，同比增長15%；在個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人方面，2010年服務(wù)機(jī)器人銷量約為220萬臺，增長35%，銷售額為5.38億美元，增長39%。預(yù)計(jì)未來幾年服務(wù)機(jī)器人將保持快速發(fā)展的態(tài)勢，到2015年銷售額將達(dá)到85億美元。

我國工業(yè)機(jī)器人市場需求

圖1 各國主要行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求分布及應(yīng)用類型

圖2 2012-2015年全球服務(wù)機(jī)器人市場規(guī)模預(yù)測

據(jù)統(tǒng)計(jì)， “九·五”期間，我國工業(yè)機(jī)器人的需求量以每年30%以上的速度快速增長。至2000年時(shí)，我國工業(yè)機(jī)器人的擁有量已達(dá)3500臺左右，主要包括點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、注塑、裝配、搬運(yùn)、沖壓等各類機(jī)器人，銷售額為6.7億元。2005年時(shí)擁有量達(dá)到7000臺，年銷售額增長至28.7億元。近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，特別是汽車業(yè)的高速發(fā)展，我國每年新增的工業(yè)機(jī)器人臺數(shù)以及總安裝量都在快速增長。例如，2006年我國工業(yè)機(jī)器人新安裝臺數(shù)為5770臺，2007年為6581臺，2008年為7900臺，2009年為5000臺，截至2009年末，我國工業(yè)機(jī)器人安裝量為36800臺。2011年我國工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)量為9500臺。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)和美國國家機(jī)器人協(xié)會(huì)最新推測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，2012年我國工業(yè)機(jī)器人年安裝臺數(shù)將達(dá)10000，屆時(shí)安裝量將達(dá)60400臺。

工業(yè)機(jī)器人正得到越來越多企業(yè)的喜愛。有專家預(yù)測，未來幾年，隨著我國制造業(yè)特別是電子器械、精密儀器、汽車及汽車零部件制造業(yè)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的裝配量將快速增長。加之工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域正逐漸向電子信息產(chǎn)業(yè)以及建筑、采礦等領(lǐng)域延伸，預(yù)計(jì)未來3年至5年工業(yè)機(jī)器人年均增速有望達(dá)到25%左右。

歸納起來，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人市場具有如下特征：

一是國內(nèi)汽車業(yè)的高速發(fā)展有力促進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人市場的發(fā)展。自2000年，我國汽車行業(yè)進(jìn)入高速增長期，作為自動(dòng)化程度高、技術(shù)資金密集型產(chǎn)業(yè)，汽車行業(yè)的增產(chǎn)擴(kuò)能拉動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人的需求。

二是沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)是工業(yè)機(jī)器人的主要市場。我國工業(yè)機(jī)器人的使用主要集中在廣東、江蘇、上海、北京等地，其工業(yè)機(jī)器人擁有量占全國一半以上。

三是外商獨(dú)資企業(yè)、中外合資企業(yè)是目前工業(yè)機(jī)器人的主要用戶。外商獨(dú)資或中外合資企業(yè)自動(dòng)化程度一般比較高，也導(dǎo)致工業(yè)機(jī)器人的需求量較大。

四是國內(nèi)一些現(xiàn)代化水平比較高的企業(yè)開始越來越多地應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人。國內(nèi)一些汽車廠家如奇瑞等為了提高產(chǎn)品競爭力，開始較多地應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人，軍工企業(yè)特別是坦克裝甲車等開始應(yīng)用焊接機(jī)器人，如液化石油氣運(yùn)輸船舶也開始采用焊接機(jī)器人，焊接速度和焊接質(zhì)量得到明顯提高。

五是勞動(dòng)力成本的不斷提高促使工業(yè)機(jī)器人不斷進(jìn)入企業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，制造業(yè)工人從早期的僅解決溫飽問題到現(xiàn)在對薪資和工作條件提出更高要求，像焊接、噴涂等惡劣工作條件的崗位將會(huì)被機(jī)器人代替。勞動(dòng)力價(jià)格上漲推高生產(chǎn)成本，被認(rèn)為是工業(yè)機(jī)器人快速進(jìn)入生產(chǎn)的原因之一。十幾萬元一臺的機(jī)器人，在10年前對于我國客戶來說，確實(shí)價(jià)格不菲。2001年，廣州工業(yè)機(jī)器人僅每月電費(fèi)一項(xiàng)支出就高達(dá)近800元，比當(dāng)?shù)剞r(nóng)民工月工資高20%。但是隨著 “劉易斯拐點(diǎn)”的出現(xiàn)，勞動(dòng)力成本大幅上漲。以2001年不變價(jià)格計(jì)算，農(nóng)民工月工資在2010年達(dá)到1383元，比十年前增加了一倍多。相比之下，工業(yè)機(jī)器人的價(jià)格不升反降。現(xiàn)今機(jī)械手臂的價(jià)格已經(jīng)是20年前的一半。因此有關(guān)人士預(yù)言，再過幾年只要設(shè)備與輔助設(shè)備的售價(jià)持續(xù)降低，工人薪資成長的趨勢沒有改變，亞洲地區(qū)使用機(jī)器人進(jìn)行生產(chǎn)自動(dòng)化必定是無法避免。工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展已經(jīng)勢不可擋。

六是我國日益增長的工業(yè)機(jī)器人市場以及巨大的市場潛力吸引世界著名機(jī)器人生產(chǎn)廠家的目光。安川電機(jī)宣布在我國江蘇常州市設(shè)立產(chǎn)業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)基地，于2012年初動(dòng)工，2013年春季開始正式生產(chǎn)，主要生產(chǎn)面向我國等亞洲新興國家汽車行業(yè)用焊接機(jī)器人，到2015年工廠職工達(dá)到200人，年生產(chǎn)能力為6000臺。我國是ABB在全球的第一大市場和意大利機(jī)器人的第一大進(jìn)口國。

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的幾個(gè)條件

工業(yè)機(jī)器人是先進(jìn)制造業(yè)中不可替代的重要裝備和手段，是衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平和科技水平的重要標(biāo)志。我國已經(jīng)是世界公認(rèn)的制造業(yè)大國，但隨著勞動(dòng)力成本的不斷提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式必須進(jìn)行調(diào)整，生產(chǎn)自動(dòng)化、發(fā)展高科技產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為必由之路。

一是國家政策支持。國家政策支持是加速高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要前提，機(jī)器人屬于國家戰(zhàn)略性高技術(shù)，是多項(xiàng)前沿技術(shù)和綜合實(shí)力的體現(xiàn)，國家應(yīng)該制定長遠(yuǎn)政策加以規(guī)劃和發(fā)展。國家在資金、稅收等各個(gè)方面給予一定的優(yōu)惠政策，把機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展納入到重要產(chǎn)業(yè)政策中，鼓勵(lì)企業(yè)采用國產(chǎn)機(jī)器人。

二是推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟建設(shè)，形成強(qiáng)大的研究、開發(fā)和應(yīng)用隊(duì)伍。工業(yè)機(jī)器人涉及機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、人工智能等諸多學(xué)科，只有將國內(nèi)所有力量組織起來，群策群力，才能將技術(shù)研究搞上去，并與國外大公司進(jìn)行競爭。

三是盡快改變關(guān)鍵元器件主要依賴進(jìn)口的局面。成本和整體解決方案已成為企業(yè)選擇工業(yè)機(jī)器人的首要因素，成本居高不下是制約國產(chǎn)機(jī)器人進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，除了受到批量較小影響外，國產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展主要受到關(guān)鍵元器件價(jià)格的制約。

四是除了努力提高工業(yè)機(jī)器人性能外，我國還要大力加強(qiáng)大型、專業(yè)應(yīng)用工程軟件開發(fā)工作。在工業(yè)機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)中，周邊裝備和控制單元占總成本的80%，這些裝置的研發(fā)與集成決定著整個(gè)作業(yè)系統(tǒng)的開發(fā)周期，其技術(shù)性能直接影響系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，機(jī)器人作業(yè)系統(tǒng)開發(fā)已成為制約工業(yè)機(jī)器人推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。

五是努力進(jìn)入汽車領(lǐng)域，并積極開拓新的應(yīng)用市場。汽車業(yè)是工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用大戶，我國將汽車業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)加以發(fā)展，雖然國外工業(yè)機(jī)器人廠家在此領(lǐng)域具有較明顯優(yōu)勢，但仍可以避實(shí)就虛，在眾多中小企業(yè)中大顯身手。

六是加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)。給高技術(shù)人才創(chuàng)造發(fā)揮聰明才智的長效機(jī)制，吸引人才，培養(yǎng)人才，留住人才，高新技術(shù)企業(yè)的競爭是人才的競爭，沒有人才，何談發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展及研發(fā)成本的降低，新型機(jī)器人正開始逐步進(jìn)入市場，形成一門新興的產(chǎn)業(yè)。時(shí)至今日，機(jī)器人已發(fā)展至第三代智能機(jī)器人，而服務(wù)機(jī)器人正是第三代機(jī)器人的典型代表?？茖W(xué)家們已在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器融合與環(huán)境建模技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、能源技術(shù)、智能控制技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、成本控制等方面的研究都取得了長足的進(jìn)步。我國應(yīng)該抓住這次機(jī)遇，制定相關(guān)政策措施，大力發(fā)展我國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，同時(shí)利用機(jī)器人及自動(dòng)化裝備改造和提升我國制造業(yè)水平，加速實(shí)現(xiàn)我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級。各行各業(yè)的生產(chǎn)制造在我國聚集，有利于機(jī)器人在應(yīng)用中走進(jìn)廠房，也方便制造商根據(jù)生產(chǎn)需求因地制宜地更新升級機(jī)器人。機(jī)器人的應(yīng)用前景非常廣闊，不僅將普遍進(jìn)入流水線制造，在生產(chǎn)生活的方方面面都將有機(jī)器人的身影，需求也將越來越大。一個(gè)“家家都有機(jī)器人、廠廠都有機(jī)器人”的時(shí)代或已不再遙遠(yuǎn)。