潜力与难题接踵而来的中国工业机器人市场

【编者按】谈及工业机器人这个话题，不难发现其产业布局正在中国遍地开花。东部的上海已打造出涵盖研发、制造、集成、应用等较为完整的产业链，中部的重庆提出建设“机器人之都”的目标，北部的沈抚新城正努力成为国内机器人产业技术研发、生产的重点集聚区……种种迹象都表明，处于转型升级中的中国，工业机器人市场潜力巨大。

杨桂林博士

中科院宁波工业技术研究院先进制造技术研究所所长，高级研究员，博士生导师。长期从事机械电子、机器人及制造自动化方面的研究工作，在精密电磁驱动装置、多自由度微纳米操作机器人、模块化机器人、绳驱动机器人及工业机器人等领域主持过多个重大科研项目。

谈及工业机器人这个话题，不难发现其产业布局正在中国遍地开花。东部的上海已打造出涵盖研发、制造、集成、应用等较为完整的产业链，中部的重庆提出建设“机器人之都”的目标，北部的沈抚新城正努力成为国内机器人产业技术研发、生产的重点集聚区……种种迹象都表明，处于转型升级中的中国，工业机器人市场潜力巨大。

据国际机器人联合会的数据显示，2014 年全球工业机器人销量为22.5 万部，其中，约5.6 万部售往中国，将近四分之一，较2013 年增长54%。预计2017 年之前，中国工业机器人拥有量将成为世界第一。

在这些数据轮番刷新的背后，一个产业正在崛起并不断蓬勃壮大。说起我国工业机器人的发展历程及运用技术，中科院宁波工业技术研究院先进制造技术研究所所长杨桂林博士向我们缓缓道来：“我国工业机器人起步于70 年代初期，经过20多年的发展，大致经历了三个阶段：70 年代的萌芽期，80 年代的开发期和90 年代的适用化期。”在传统应用中，工业机器人常进行物料搬运（码垛、包装、上下料）、非接触式加工（焊接、喷涂、浇铸、激光加工）、零部件装配（汽车与电子零部件）、自动化监测等工作。而如今，工业机器人走向了新应用，诸如表面光整（去毛刺、打磨、抛光）、去除材料加工（铣、钻、切削）、三维增材制造（堆焊、烧结、三维打印）、超大零件制造及维修（大型飞机、船舶零部件）。这些新应用都预示着中国的工业机器人正在走向一个新高度。

“然而正是在这样一个高速发展的过程中，工业机器人也存在着一些问题是不容我们忽视的。”杨博士表示，总结下来可分为以下几点：

◆封闭的控制系统：无法安装、使用用户应用程序；难于与传感器和其他外围设备集成。

◆欠缺友好的人机界面：示教、编程效率低；缺少应用程序。

◆智能化程度差：缺少传感器，对外界感知能力差，不具备学习功能。

◆缺少力控制功能：难于从事接触式操作任务；安全性差，难于实现人机交互。

◆驱动效率低：驱动马达的力- 重量比偏低，但机械臂却过重。

◆构型、基座固定：不可重构，经济性差；难以实现超大超重运作。

“与此同时，我国工业机器人密度不足世界平均值的一半，且市场大部分被国外机器人占据，这也是我国工业机器人迎来新一轮爆发期之际所要注意和正视的问题。”杨博士分析道。就汽车行业机器人用量而言，中国在该行业的机器人密度明显高于其他行业，为80 台/ 万人，然而与其他国家相比仍然远远落后，除韩国是895 台/ 万人以外，其余主要国家的汽车行业的机器人密度均在每万人千台以上，因此中国在汽车领域的工业机器人普及度仍有很大提升空间。

再来看3C 消费电子行业的机器人用量，作为劳动密集型产业，3C 行业用工人数素来巨大，而国内3C 行业机器人密度仅为11 台/ 万人。如果能在15 年内达到超过日、韩等国家1200台/ 万人的水平，中国3C 行业机器人应用市场将有爆发式增长，行业需求可能超过百万台。

因此要改进上述问题，杨博士提出了工业机器人技术的两大研发方向：工业机器人的运用技术以及下一代工业机器人技术，并对这两个专业术语作出了解释。

首先，工业机器人运用技术是指在现有工业机器人基础上所研发的面向应用的技术。这些技术将使得现有的工业机器人更易操作、感知和适应能力更强、运动精度更高、应用范围更广。其中最主要的技术包括直觉示教与快捷编技术、误差补偿技术、力- 运动混合控制技术以及末端执行器，而我国目前在前三项技术中的发展尚未达到成熟水平。再者是下一代工业机器人技术。它的主要研究方向是驱动、机构、感知、控制和系统。对于工业机器人的构型，杨博士也作出了精细的划分：

◆双臂机器人：重量轻、载荷小、超灵巧

◆模块化机器人：可重构、柔性化、易实施

◆移动操作机器人：可移动、超灵活、范围大

◆精密加工机器人：高精度、高刚度、力控制

◆微操作机器人：小载荷、小位移、超精密

“除此之外，我们还应注意到中国工业机器人的市场空间要由企业来大力挖掘。我国工业机器人的市场虽大，但并非人人都能分得一杯羹，入场者必须找到自己的定位和优势。” 我国工业机器人产业要想在目前基础上实现进一步提升，仅靠产能规模和价格优势是不够的。中国这个大市场正吸引着外资品牌的纷至沓来，包括ABB、KUKA、FANUC、YASKAWA 在内的国际四大机器人家族已全面进入中国，通过本地化生产及凭借技术优势等举措正在赢得更大的市场份额。而我国工业机器人的多项关键技术仍受制于人。杨博士认为，我国工业机器人必须在保持一定产能支撑的基础上，实现核心技术零部件如伺服电机和驱动、控制器、减速机等方面的突破。只有提高产品稳定性可靠性，提升综合能力，才能创造出新的市场需求，并以差异化满足市场需求。

在将来，“机器换人”似乎是经济发展的必然规律，从中等收入国家向高收入国家迈进，必然伴随人工成本的大幅上升，但这并不是大面积“机器换人”的唯一原因。产业转型升级需要确保产品的一致性与稳定性，从而大幅提升产品质量、提高生产效率，也是形成“机器换人”的重要原因之一。“但‘机器换人’并不意味着人工不再被需要，相反，人机合作模式受到了政府各界的重视。我预测，未来机器人与智能制造装备将朝着以人机合作机器人技术和自主机器人技术为核心的新模式发展，形成‘机器人工友’的概念。”杨博士分析道。

中国经济的转型升级为工业机器人产业提出了新的方向。

智能制造要求机器人更好地融合和应用移动互联网、大数据、云计算、物联网等新技术。以规模化应用和产业化为目标，突破新型材料、新型感知、智能控制等前沿技术和关键技术，将成为我国工业机器人产业发展的重要路径。

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