全球机器人产业竞争态势研究

2016-05-10 13:24:06 江苏省企业技术改造协会 4

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一、机器人及其演进趋势

(一)机器人的主要类型

(二)机器人产业发展规律

(三)全球机器人产业发展趋势

二、机器人龙头企业竞争格局

(一)机器人龙头企业

(二)机器人龙头企业竞争分析

三、主要国家(地区)机器人产业竞争态势

(一)领先国家机器人发展战略

(二)主要国家/地区机器人技术优势

(三)机器人产业集群状况


 

 

全球机器人产业竞争态势研究

 

 

一、机器人及其演进趋势

(一)机器人的主要类型

机器人是多学科先进技术相结合的产物,涉及机械、电子、自动控制、计算机、人工智能、传感器、通信与网络等多个学科和领域,是多种高新技术发展成果的综合集成。机器人的应用领域十分广泛,包括工业生产、海空探索、水下作业和军事以及医院、家庭等服务行业,正日益对人类的生产和生活方式产生影响。

机器人可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指仅具有一般编程能力和操作功能的机器人。智能机器人是对周围环境变化能产生智能化反应的自主式机器人,智能机器人在用途上与一般机器人基本相似,但因智能性其能执行更复杂的工作任务。目前,在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义,大多数专家认为智能机器人至少要具备三个要素:一是感觉要素,能够感知周围环境状态;二是运动要素,对外界做出反应性动作;三是思考要素,根据感觉要素所得到的信息,思考采用什么样的动作。智能机器人根据其智能程度的不同,又可分为三种:传感型机器人,又称外部受控机器人,机器人的本体上没有智能单元,只有执行机构和感应机构,具有利用视觉、听觉、触觉、接近觉、力觉和红外、超声、激光等进行信息处理、实现控制与操作的能力;交互型机器人,机器人通过计算机系统与操作员或程序员进行人机对话,实现对机器人的控制与操作;自主型机器人,机器人无需人的干预,能够在各种环境下自动完成各项拟人任务。

根据国际机器人联合会(IFR)对机器人的界定,机器人按应用领域大致可划分为工业机器人(industrial robots)和服务机器人(service robots)两大类。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,按机构类型主要分为:平面关节式机器人、并联机器人、直角坐标式机器人、关节坐标式机器人、圆柱坐标式机器人、双臂机器人等。工业机器人主要应用于汽车及零部件制造、船舶制造、电子电气、家电产品、化工、食品等行业自动化生产线中的焊接、喷涂、装配、洁净、物料操作、材料加工等,见表1。工业机器人只能按照预先设定的程序工作,不管外界条件有何变化,不能对程序或工作任务做相应的调整。如果要改变机器人所做的工作,必须由人对程序做相应的改变,因此目前的工业机器人只能称作一般机器人,不是智能机器人。工业机器人未来的发展方向主要有两个:一是更加智能化。工业机器人与先进的视觉技术、运动控制技术等的集成,正在向更加智能化的方向迈进,协作机器人、云机器人等也将有发展前景。二是系统更开放与灵活。机器人的控制系统将越来越开放,机器人将更方便地被集成在各式各样的生产线之中,“互联网+机器人”的智慧工厂制造模式将逐步形成。

表1   工业机器人主要种类

按用途分类

细分

焊接机器人

点焊机器人,弧焊机器人

搬运机器人

移动小车(AGV),码垛机器人,分拣机器人,冲压、锻造机器人

装配机器人

包装机器人,拆卸机器人

处理机器人

切割机器人,研磨、抛光机器人

喷涂机器人

有气喷涂机器人,无气喷涂机器人

资料来源:上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理

相比工业机器人,服务机器人是机器人家族中的一个“年轻”成员。IFR给予服务机器人一个初步的定义:服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人,它能完成有益于人类福祉的服务工作,但不包括从事生产的设备。在中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》中,对智能服务机器人给予了明确定义:智能服务机器人是在非结构环境下为人类提供必要服务的多种高技术集成的智能化装备。服务机器人的应用领域十分广泛,IFR按照应用领域划分,将服务机器人分为个人/家用机器人和专业服务机器人两大类,其中,个人/家用机器人主要包括:家庭作业机器人、娱乐休闲机器人、残障辅助机器人、个人交通工具、住宅安全和监视机器人等;专业服务机器人主要包括:野外机器人、专业清洁机器人、医用机器人、物流用途机器人、检测和维护机器人、建筑和爆破机器人、水下机器人以及国防、救援和安全应用机器人等,见表2。

表2   服务机器人分类

大类

小类

具体种类

个人/家用机器人

家庭作业机器人

真空吸尘、割草、窗户清洁、水池清洁机器人

娱乐休闲机器人

玩具、教育与训练、家庭娱乐用途机器人

残障辅助机器人

个人康复机器人,机器人轮椅,其他辅助器械

个人交通机器人


住宅安全和监视机器人


专业服务机器人

野外机器人

农业、挤奶、林业、采矿、空间机器人

专业清洁机器人

扫地机器人,窗户及墙壁清洁(包括爬墙机器人)、罐和管道清洁、飞机、汽车等交通工具清洁机器人

医用机器人

诊疗系统,外科手术及治疗辅助机器人,康复系统,其他医用机器人

国防、救援和安全应用机器人

排雷机器人,消防和排弹机器人,监视和保安机器人,无人机,无人地面车辆

物流用途机器人

递送/信件系统,工厂物流,货物卸载和户外物流

检测和维护机器人

罐和管道及下水道检测机器人,其他检测和维护机器人

建筑和爆破机器人

核爆破机器人,其他爆破机器人,建筑支持及维护、建筑机器人

水下机器人

有人水下机器人,无人水下机器人

通用移动机器人平台


定制化机器人


专业服务机器人

公共服务机器人

酒店和餐馆机器人,移动导航和信息机器人,营销机器人,其他(如图书馆机器人)

特殊用途机器人

加油机器人

资料来源:上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理

(二)机器人产业发展规律

1.丰富的产业生态是发展的基础

机器人产业链涉及众多高端领域。在机器人产业链构成中,上游是零部件供应商,涉及减速机、伺服电机、驱动器、控制芯片、传感器、微处理器等部件制造商;中游是机器人本体制造集成商、机器人系统集成商;下游是机器人行业应用企业和维护服务商。机器人产业已形成由核心零部件制造商、整机制造商、集成应用商和用户构成的产业生态系统。如,美国马萨诸塞州的机器人产业集群是非常活跃的生态系统,聚集了近百家机器人企业和10家研究机构,还有200多家企业直接或间接与机器人产业相关,覆盖了机器人产业链几乎所有环节,包括零部件供应商、制造、销售和物流、应用等。

日本得以成为“机器人王国”与其拥有机器人本体、关键零部件、应用等完善的机器人产业链密不可分。发那科和安川电机占据全球30%的机器人本体市场;纳博特斯克的RV减速机和哈默那科的谐波减速机分别占全球减速机市场60%和15%的份额;发那科在高端数控系统中占据全球70%的外购市场;日本在伺服电机和精密传动机械等领域也均保持全球领先水平。不仅如此,日本机器人制造商与上游零部件供货商、下游客户间紧密联系,聚集成产业集群,共享信息、技术和创新理念,彼此的密切配合也加速了产业的创新。政府为机器人产业发展制定近期和远期目标,提供强有力的政策、资金和技术支持,包括优惠税制、优惠贷款、减税等多项扶持政策;在自动化控制、伺服系统等领域具有全球影响力的公司在技术、资金等保障下向机器人领域拓展,保持研发和生产优势;科研机构持续高端基础技术研发,提供相应的技术支持;高端战略合作商与机器人企业保持着长期稳定的合作关系,提供稳定的应用检验、应用信息反馈等,形成生产应用的良性互动。

2.量产应用是产业发展的基本途径

近年来机器人销量不断增长,应用范围越来越广,不仅广泛应用在工农业生产和科学探索,也逐渐渗透到人们的日常生活领域。作为典型的实践性产品,机器人只有持续应用,才能使技术和产品不断成熟并且产生新的生产模式,从而使产品走向市场并拓展市场占有率。国外机器人巨头在发展过程中,都在各自专业领域积累了丰富的行业应用经验。通过与客户长期合作,企业对于用户行业制造过程的工艺有了很深刻的理解,甚至协助制定该工艺的标准流程和规范,并在此基础上开发出专业的机器人工艺模块。

然而,机器人产业的发展存在较高的资金门槛和规模门槛,资金门槛是指企业在产品研发过程中需要投入大量的资金,规模门槛是指机器人整机生产只有达到一定规模才能实现盈亏平衡。由于机器人技术难度高,量产可能性低。工业机器人如机械手等,由于技术相对简单,而且主要在室内从事标准化生产,量产已经逐步展开,但对于具备运动能力且需要在室外工作的机器人,环境的复杂性及非标准化的作业流程提高了量产的难度。机器人四大工业机器人巨头的本体年产量一般都在5000台以上,有的甚至在1万台以上,且在关键零部件采购上具有很强的议价能力,从而使得机器人本体也具有很强的成本优势。如发那科、安川电机等企业自己开发应用控制器、伺服电机等关键零部件,其机器人本体的价格优势更为明显。

至于服务机器人,由于很多新研发的服务机器人成本过高,导致企业不愿意进行商业化生产,从而难以从实验室走向市场,无法迅速拓展应用领域。2015年,日本软银与台湾地区鸿海精密工业集团合作设立合资公司,由后者量产具有人工智能的人形机器人。该款机器人是软银的法国子公司Aldebaran Robotics研发的人形机器人“Pepper”,可应用于接待、护理、餐厅点餐等服务,并具备学习功能调节和完善的能力。软银希望通过企业合作实现稳定量产,从而降低成本,预计2015年将以1万台的规模实施量产,并期待尽早开拓增长领域。

3.服务机器人逐渐成为发展重点

与工业机器人相比,服务机器人是半自主或全自主工作的机器人。当前服务机器人产业化尚处于起步阶段,其中家庭服务机器人、军事机器人、医疗机器人已初步产业化。受劳动力不足及老龄化等刚性驱动和科技发展促进的影响,服务机器人市场增长快速,行业空间巨大。服务机器人未来功能集成将趋于多样化,语言、视觉等人工智能水平不断提升,发展方向在于提升其与人的沟通和互动能力,可探测和理解环境,能够学习并接受指令完成任务,能够灵活且独立地处理复杂任务。

由于服务机器人兼具标准品和消费品的属性,成长爆发程度和市场空间远高于工业机器人,发达国家和地区都致力于研究开发和广泛应用智能服务机器人。美国发布的《机器人技术路线图:从互联网到机器人》中,强调机器人技术在卫生保健服务领域的重要作用及其在改善人们生活等服务领域的潜力。欧盟的RoboEarth计划致力于研发“学习型机器人”,让机器人更好地为人类服务;而欧盟“火花(SPARC)”计划的研发内容更加广泛,机器人在制造业、农业、医疗、交通运输、安全等各领域的应用都被纳入,并正加紧制定出机器人技术,特别是家庭服务机器人技术的研发路线图与时间进度表。“法国机器人发展计划”力争在2020年前成为服务型机器人研发和应用全球五强国家之一,已确定重点优先发展的领域包括:交通和物流机器人、国防和安全机器人、环境机器人、智能机械机器人和个人辅助机器人。日本筑波“国际战略综合特区”中,机器人项目占据七大研发项目中的两项,重点推动个人助理机器人、医疗机器人等服务机器人的研发及应用;在《机器人白皮书》中,日本预测随着医疗、护理等机器人的进一步普及,服务机器人需轻量化、提高安全性能并降低成本。韩国在2010年提出“服务机器人发展战略”,又于2012年出台机器人发展十年计划,目标是实现每个家庭拥有一台服务机器人。

(三)全球机器人产业发展趋势

1.市场趋势

(1)工业机器人

全球机器人正处于产业发展上升阶段,应用范围不断拓展,销量屡创历史新高。据IFR2015年3月发布的World Robotics News:Global Survey估计,2014年全球工业机器人销量以27%的增速增长,达到22.5万台(图1),汽车、电子电气、金属制品(包括机械加工)、化工等行业对工业机器人的需求最大,生命科学、制药业、生物医学是对工业机器人需求增长最快的领域;未来3~5年,工业机器人发展前景良好。到2025年,全球工业机器人装机量将达到1500万~2500万台,年均增速25%~30%。

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图1   2005—2014年世界工业机器人年销量

说明:2014年为估计值

资料来源:国际机器人联合会(IFR)World Robotics News :Global Survey.2015.3

工业机器人市场需求逐渐由欧美地区转移到亚洲地区。2014年亚洲地区(包括澳大利亚)销量约达到14万台,是全球最大的需求市场,推动力主要来自中国和韩国。美国和欧洲工业机器人销量也创新高。

中国继续成为全球工业机器人最大市场,2014年中国工业机器人销量约为5.6万台(约占全球25%市场份额),同比增长23%,其中国产工业机器人1.6万台。中国机器人需求量的增长主要受到汽车制造企业的推动,约占据工业机器人需求量的60%。其后依次是韩国、日本、美国和德国,五国市场合计占全球的75%,见图2。由于汽车工业的大量需求,韩国工业机器人销量约为3.9万台,成为全球第二大工业机器人市场。日本是全球工业机器人主要生产国,已应用的工业机器人数量居世界第一位,是全球自动化最发达的国家之一。美国工业机器人增长的动力主要来自于自动化工业的发展以及“再工业化”和制造业回流。德国工业机器人需求增长的动力也主要来自汽车工业。

从保有量看,虽然目前中国机器人保有量很低,仅18.2万台,但存在较大的提升空间。预计至2017年,中国工业机器人保有量将超过美国和欧盟,达到42.8万台,见图3。从每万名制造业工人拥有机器人数量情况看,2014年韩国437台,日本323台,德国282台,美国152台,而中国只有30台,不到韩国、日本的1/10,差距很大。

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图2   2010—2014年世界主要国家工业机器人年销量变化图

说明:2014年为估计值

资料来源:国际机器人联合会(IFR)World Robotics News :Global Survey.2015.3

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图3  2014年和2017年世界主要地区工业机器人保有量

说明:1.2014、2017年为估计值,2.欧盟5国包括德国、意大利、法国、西班牙、英国

资料来源:国际机器人联合会(IFR).Industrial Robots Global Study.2015.1

(2)服务机器人

相比工业机器人,服务机器人产业化虽处于起步阶段,但已有小批量、定制化产品出现。个人/家用服务机器人市场销量增速快。2013年个人/家用服务机器人销量达400万台,同比增长28%,销售额为17亿美元。专业服务机器人销量达2.1万台,较2012年增长4%,销售额为35.7亿美元。预计2014—2017年,专业服务机器人新增销量将超过13.4万台,个人/家用服务机器人销量将达3.1亿台。

个人/家用服务机器人中应用最多的是家庭作业机器人和娱乐休闲机器人,2013年家庭作业机器人(主要包括吸尘机器人、除草机器人、窗户清洗机器人等)的销量约为270万台,娱乐休闲机器人(主要包括玩具机器人、教育与训练机器人、娱乐用途机器人等)销量约为120万台。预计今后残障辅助机器人、住宅安全和监视机器人等应用也相当广泛。2013年残障辅助机器人的销量从2012年的160台增长至700台,增幅高达345%。近年来许多国家开始关注残障辅助机器人研发,和家庭作业机器人、娱乐休闲机器人相比,残障辅助机器人是技术含量更高的高新技术产品。

国防应用、野外(农、林、矿、牧)、物流、医疗等专业领域将是服务机器人发展的重要突破口。专业服务机器人中应用最广的是国防应用机器人和野外机器人(图4),国防应用机器人中以无人机应用最广泛,野外机器人中应用最广的是挤奶机器人。医用机器人的价格是所有服务机器人中最贵的,平均每台价格约为150万美元,医用机器人中应用最多的是外科手术及治疗辅助机器人;物流机器人中应用最多的是工厂自动导航车辆机器人。相对而言,移动机器人平台、建筑机器人、专业清洁机器人、检测与维护机器人、水下机器人、救援与安全机器人的销量较小。

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图4   2012年和2013年世界主要专业用服务机器人年销量

资料来源:国际机器人联合会(IFR).World Robotics2014

2.技术发展趋势

机器人技术正朝着高性能化、标准化、智能化、环保化、一体化方向发展,以适应敏捷制造、多样化、个性化的需求,适应多变的非结构环境作业,并向非制造领域进军。

(1)关键技术

机器人关键零部件主要包括机器人传动系统、控制系统和人机交互系统。未来机器人技术将在操作、感知、处理、通信、移动、意识等方面取得突破并得到全方位的技术融合,以达到最好效能。

操作机构。机器人操作机构向着模块化、可重构方向发展。关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化;由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问世。

控制系统。机器人控制系统向基于个人计算机的开放型控制器方向发展,便于标准化、网络化。器件集成度提高,控制柜小巧且采用模块化结构;系统可靠性、易操作性和可维修性提高。控制系统的性能进一步提高,已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴,并且实现了软件伺服和全数字控制。人机界面更加友好,语言、图形编程界面正在研制之中。

传感技术。为进一步提高机器人的智能和适应性,多种传感器协同使用成为关键。除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外,装配、焊接机器人还应用了激光传感器、视觉传感器和力传感器,并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等,大大提高了作业性能和对环境的适应性;遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器融合技术进行环境建模及决策控制。未来以e-皮肤为代表的高智能化零部件投入机器人生产制造还将大大提升单个机器人使用传感器的数量。

遥控和监控技术。一是操作者与机器人的人机交互控制,即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统,使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。二是多机器人和操作者之间的协调控制,可通过网络建立大范围的机器人遥控系统,在有时延的情况下,建立预先显示进行遥控。三是机器人遥控和监控与虚拟现实技术等密切相关,虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。

智能认知与感知。机器人智能认知和感知主要包括脑生肌电认知、城市环境下移动机器人对环境的感知与识别、智能空间等三方面。脑生肌电认知方面,通过脑波、肌肉神经信号帮助残障人士操作智能轮椅、假肢等器具,以恢复其肢体功能;城市环境下移动机器人对环境的感知与识别方面,主要是为提高无人系统的自主能力提供技术支持;智能空间以传感器网络为基础,主要为医护人员实时监测在一个固定空间内活动的老年人或病人的身体状况提供技术支持。

多模式网络化交互。机器人多模式网络化交互主要体现在两个方面:机器人之间的组网协调,包括单一类型机器人群体及多类型机器人群体协作问题;微机电系统(MEMS)技术、应用软件及网络通信新技术的发展催生出的新型人机交互模式。例如,以体感游戏、3G网络交互为代表的新型人机交互模式为服务机器人发展提供了相应的技术支撑,其中体感游戏主要是通过集成MEMS传感器、计算机视觉识别、短距离无线通信、包含肢体功能的视频游戏等为一体,在娱乐的同时促进用户肢体运动,以达到休闲或是康复的目的。

仿生材料与结构。从仿生学角度出发,吸收借鉴生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用,能够为未来机器人实现多功能高效率发展提供必要的技术储备,其中仿生皮肤、人工肌肉及结构驱动一体化设计是服务机器人发展的重要课题。人脑仿生计算技术的发展,将可能使机器人拥有自我学习和创造的能力。

微纳系统。机器人的一个重要应用是能够在狭小空间里开展探测或是执行任务。微纳型医疗机器人及军用侦察机器人正成为服务机器人研究的一个热点,而其核心技术在于创新并集成多功能低功耗传感及驱动模块。

(2)未来发展路径

机器人的研究从20世纪60年代初开始,经过几十年的发展,基于感觉控制的智能机器人(又称第二代机器人)已达到实际应用阶段,基于知识控制的智能机器人(又称自主机器人或下一代机器人)取得较大进展,已研制出多种样机。

未来机器人产业发展将与工业4.0和智能制造相结合,与大数据、云计算、物联网等其他新兴技术融合发展。如,新一代信息技术与机器人技术正加速融合创新,不仅可开发出更具自主学习和解决问题能力的新型智能机器人,还可以为机器人建立起“云空间”,使其通过互联网进行交互,并通过云计算进一步提升机器人的智能化水平。

IFR于2012年对未来10年机器人的发展路径进行展望:2012年至2014年产业处于市场拓展期,工业机器人正处于发展上升阶段,注重商业模式的创新与规模扩大;2015年至2017年将是新市场发展期,贴近需求的服务机器人将大量涌现,如医疗机器人、家用机器人等;2022年后将是技术引导期,技术将不断取得突破,出现真正的仿人型机器人,即智能机器人。

另据美国《机器人技术路线图:从互联网到机器人》预计,从2013年至2028年,机器人将经历三次技术升级:2013年至2018年,3D视觉技术将在制造业中实现成熟的应用,机器人可在标准环境下适应固定生产流程,提高灵巧操作能力,并可以在一定范围内与人员一起安全工作;2018年至2023年,将大规模采用3D视觉技术,机器人可在保证工作的基础上与人员安全互动,可识别人类语言、面部表情和肢体语言,可自主学习模仿人类行为;2023年至2028年,大量采用视觉伺服系统,机器人可对数据自主做出分析判断,模仿高度灵巧的人手操作,能判断人类感情并和人员进行双向信息传递,最终成为对外界感知能力强、具有自主学习能力的智能机器人,见图5。

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图5   2013—2028年机器人技术发展路径

资料来源:A Roadmap for U.S. Robotics:From internet to robotics.2013

二、机器人龙头企业竞争格局

全球知名机器人生产厂商主要集中在日本、美国、欧洲等发达国家和地区,如:瑞士ABB,日本的发那科、安川电机,德国库卡,意大利柯马和美国iRobot等。本节主要以案例形式分析机器人龙头企业在研发、制造、服务等方面的能力优势。

(一)机器人龙头企业

在世界工业机器人本体市场,ABB、发那科、安川电机和库卡机器人四大龙头企业收入占比超过50%,见图6。四大工业机器人领先企业的产品性能及精度居于世界领先水平,它们既能研制出世界领先水平的机器人本体,也能从事系统集成业务、关键零部件业务,甚至具备底层软件设计能力,既具有产业规模化优势,也在研发设计、核心零部件等领域形成标准化流程,见表3。爱普森、川崎重工、那智不二越、现代、ADEPT等是国际二线机器人品牌的代表,产品各有特点,性能部分甚至优于四大龙头企业产品,在细分领域有较大市场份额。我国新松、广州数控等机器人业务起步较晚,但发展迅速,不过在产品精度、成本、寿命等方面与国外厂商仍有差距。

表3   2013年工业机器人四大龙头情况

企业名称

主营业务

营业收入/

亿美元

工业机器人

收入/亿美元

工业机器人

收入占比/%

工业机器人优势

ABB

电气设备

418

10

2.4

运动控制技术强,整体性能突出

发那科

数控系统、工业机器人

60

14

23

工艺控制灵活、便捷,由机器人来做机器人

库卡

工业机器人、系统集成

24

10

42

提供全套系列工业机器人和系统,兼容性好

安川电机

电机、变频机、工业机器人

38

13

34

各部门业务配合紧密,提供丰富的产品组合

资料来源:上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理

服务机器人正处于产业化前期,也涌现出一批领先企业,包括研制达芬奇机器人的直觉外科机器人公司和生产吸尘器机器人的iRobot等。

系统集成服务能力是机器人市场增长的关键,除了机器人本体企业的集成业务,世界知名独立系统集成商包括德国的杜尔和徕斯、意大利的柯马等。这些系统集成商主要以汽车行业系统集成为主,通常承接大型汽车企业全球汽车产能的集成业务,专注于焊接、涂装和总装生产线集成业务。

零部件占机器人本体制造成本的70%左右,其中又以伺服系统、控制器、精密减速器、传感器为核心,市场基本由日本、欧洲等发达国家和地区企业控制。高精度机器人减速机方面,全球市场份额的75%由日本纳博特斯克和哈默那科所垄断,ABB、发那科、库卡等国际主流机器人厂商的减速机均由以上两家公司提供;伺服电机领先企业有日本三菱、德国西门子等;控制器主要企业包括日本那智不二越、美国Delta Tau等。

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图6   世界机器人市场格局

资料来源:华创证券.机器人大趋势

(二)机器人龙头企业竞争分析

1.工业机器人

(1)ABB

ABB是电力和自动化技术的领导企业,总部位于瑞士。截至2013年末,公司市值约610亿美元,收入约为418亿美元。ABB生产工业机器人已有40年历史,拥有最多种类、最全面的机器人产品、技术和服务,已在世界范围内安装了超过25万台机器人,截至2013年工业机器人收入达10亿美元。

ABB提供的机器人产品、系统和服务包括:工业机器人、机器人控制器、软件产品、应用设备和附件、机器人及机器人系统服务,广泛应用于焊接、物料搬运、装配、喷涂、精加工、拾料、包装、货盘堆垛、机械管理等领域,以汽车、塑料、金属加工、铸造、电子、制药、食品、饮料等行业为目标市场。其中在汽车行业市场的销售位居首位,服务于包括通用、大众、克莱斯勒、标致和本田等知名跨国公司。

机器人最大的难点在于运动控制系统,运动控制技术是实现循径精度、运动速度、周期时间、可编程、多级联动以及域外轴设备同步性等机器人性能指标的重要手段。ABB的核心技术就是运动控制,其早在1994年就推出了第一代具有TrueMove和QuickMove功能的机器人,TrueMove可确保机器人的运动路径与编程路径严格相符,QuickMove可确保机器人动作任何时候都达到最高的速度和加速度,从而最大程度缩短周期时间。第二代TrueMove和QuickMove功能引入了更精确的动态模型以及优化循径速度和加速度的新方法,进一步提升了ABB机器人性能。通过充分利用这些重要功能,用户可提高生产的质量、效率及可靠性。

ABB还拥有强大的系统集成能力,可以凭借在电气、自动化和系统领域的技术优势提供完整的解决方案,强调机器人本身的柔性化和各方面的整体性。ABB机器人在单方面来说不一定最好,但整体性非常突出。如ABB的6轴机器人,单轴速度并不是最快,但6轴联动以后的精度很高,帮助制造业用户扩大产量、降低运营成本、增强生产柔性。

(2)发那科

日本发那科(FANUC)是世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强的企业之一,其机床数控系统占据全球50%的市场份额。截至2013年末,发那科公司市值约300亿美元,收入约60亿美元。2011—2013年,发那科被福布斯、路透社评为全球100强最具创新力公司之一。

发那科致力于机器人技术上的领先与创新,是世界第一个突破20万台机器人的厂家。为用户提供高可靠性的机器人、机器人自动化工程解决方案,同时提供软件、控制及视觉系统,并将其融入其开发的自动化工程。截至2013年末,发那科机器人业务收入达14亿美元,全球机器人装机量超33万台,市场份额稳居第一,分别在北美市场占有50%、在日本占有25%、在欧洲占有25%、在中国占有23%的市场份额。发那科机器人产品系列多达240种,负重从0.5千克到1.35吨,广泛应用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等不同生产环节。

发那科的技术优势在于数控系统,基于这一优势,发那科机器人在柔性自动化方面表现突出,主要表现在:工艺控制便捷,可以实现对喷涂参数的无级调整,手腕动作灵活,对提高小型工件喷涂节拍非常高效;采用独有的铝合金外壳,重量轻,加速快,日常维护保养方便;机器人底座尺寸更小,为用户采用更小的喷房提供了更好的解决方案;空心手腕可以让油管、气管布置更加便捷,大幅减少了喷房保洁工作量;独有的手臂设计,让机器人可以靠近喷房壁安装,保证高度灵活的生产条件。

(3)库卡

德国库卡集团(KUKA)是全球领先机器人及自动化生产设备和解决方案供应商。截至2013年末,库卡公司市值约16亿美元,收入约24亿美元。库卡为纯工业机器人公司,业务包括工业机器人和系统集成,是“最纯粹”的机器人企业。2013年公司的工业机器人业务收入为10亿美元,系统集成为13亿美元,收入占比分别为42%、58%。库卡机器人公司在全球拥有20多个子公司,在全球安装了15万台工业机器人。

库卡可提供全套系列的工业机器人和机器人系统,涵盖了所有负载等级和机器人类型。库卡机器人产品应用范围包括工厂焊接、操作、码垛、包装、加工或其他自动化作业,同时还适用于医院,如脑外科及放射造影。库卡也是全球汽车工业中工业机器人领域的龙头之一,在欧洲则独占鳌头,用户包括通用、克莱斯勒、福特、保时捷、宝马、奥迪、奔驰、大众等。

库卡机器人在业界被赞誉为“创新发电机”。从最早的专用控制系统,到使用工业计算机作为控制系统,再使用Windows操作系统作为人机互动界面,库卡的技术在同行中一直比较领先。库卡的4轴和6轴机器人有效载荷范围达3~1300千克、机械臂展达350~3700毫米,机型包括:SCARA、码垛机、门式及多关节机器人,都采用基于通用计算机控制器平台控制。库卡发布的最新一代的轻型灵敏7轴机器人iiwa,可以完全同人类一起工作。库卡机器人的手臂采用高分子碳素纤维材料制造而成,既满足机器人手臂在高速运行过程中对刚度的特殊需求,又可以大幅度提高机器人本身的动惯性能以及加速能力。库卡独一无二的6D鼠标编程操作机构,把飞行器操作的理念引入机器人操作中,使得机器人的操作和示教犹如玩游戏一样轻松方便。此外,库卡独特的电子零点标定技术、航空铝制机械本体、模块化控制系统及机械结构等都从本质上诠释了以技术突破和不断创新的宗旨。

(4)安川电机

日本安川电机株式会社(YASKAWA)拥有百年历史,AC伺服和变频器市场份额位居全球第一。公司由驱动控制、运动控制、系统控制和机器人四个事业部构成。截至2013年末,安川电机公司市值约32亿美元,收入约38亿美元,工业机器人业务收入为13亿美元。

安川电机是典型的综合型机器人企业,具有开发机器人的独特优势,即各个部门业务相互配合紧密:运动控制部和驱动控制部提供各式运动控制、驱动装置,以实现高效率与高生产力的生产系统;系统控制部为不同类型的工厂提供合适的机器人外围设备构建。安川电机已开发焊接、装配、喷涂、搬运等各类自动化作业机器人,其核心的工业机器人产品包括:点焊和弧焊机器人、油漆和处理机器人、LCD玻璃板传输机器人和半导体晶片传输机器人等。

安川电机发展定位是在运动控制核心技术和产品的基础上,为客户提供更高附加值的整体解决方案。伺服和运动控制器是安川电机的主要产品,也是机器人的关键部件。安川电机的MOTOMAN工业机器人是世界上使用最广泛的工业机器人之一,能够为复杂需求和多种多样问题提供最为合适的解决方案,并实行对FA/CIM系统的全线支持。

2.服务机器人

(1)直觉外科公司

美国直觉外科公司(Intuitive Surgical,Inc)成立于1995年,总部位于加利福尼亚州阳光谷。公司自行设计、生产及销售的达芬奇外科手术系统(da Vinci surgical system)。通过微控操作和视觉成像等多种新技术最大限度地减少病患痛苦,降低失败概率,代表了国外医疗机器人技术领先水平。截至2015年第一季度,全球范围共安装3317台达芬奇机器人,产品覆盖北美、南美、欧洲、中东、澳洲和亚洲。直觉外科公司以销售达芬奇机器人系统及其配件为主,辅之提供相应的安装和培训服务。2014年公司营收规模达到21.3亿美元,2011—2013年连续3年被美国《福布斯》杂志评为全球十大最具创新力的企业。

直觉外科公司的达芬奇外科手术系统包括医师的控制台、手术床边的机器手臂和影像系统,实现了外科医师在控制台观察手术部位的三度空间影像,遥控机器手臂完成与人手相媲美的各种角度的旋转、弯曲、捏夹、缝合、打结等动作的功能。机器手臂具有人手无法相比的稳定性与精确性,可以让手术更精确、侵害性更小,有效缩短病患住院时间。达芬奇外科手术系统采用微创方式完成复杂的外科手术,包括普通外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、头颈外科以及心脏手术。

目前市场上普遍应用的是第三代达芬奇产品,该系统在实时操作上已经非常精准,但是手术的操作范围上仍有局限性。因此,直觉外科公司对达芬奇系统进行了大量改进,已形成第四代产品,该产品具有十分强大的可扩展性,可以为其他影像和器械技术提供无缝连接入口。第四代产品最大的特点在于四个微创手术刀的设计,配以可旋转支架能够使其旋转到身体的任何部位。第四代产品可以配合直觉外科公司的萤火虫荧光影像系统,为医生提供更多实时的视觉信息,包括血管检测、胆管和组织灌注等。

(2)iRobot

美国iRobot公司成立于1990年,是美国麻省理工学院(MIT)计算机与人工智能实验室技术转移及投资成立的机器人产品与技术专业研发公司。iRobot产品线一共有十余个系列,涵盖家用机器人、国防与安全机器人和远程通信机器人三个板块,其中以家用自动吸尘机器人Roomba最令人熟悉,其他知名产品包括Scooba家用自动洗地机器人和PackBot军用机器人。iRobot营业收入保持稳定增长,2014年营收达5.57亿美元,2015年有望达到6.4亿美元。iRobot已在全球60多个市场出售近1000万台家用机器人,在美国的专利已经超过300个,在全球有600个核心技术专利,是全球最大的家用机器人公司。

iRobot最初专注于军用机器人的研究,创造了PackBot等机器人,公司于2002年开始涉足家用机器人市场。2002年,iRobot推出了具有历史意义的机器人吸尘器Roomba。Roomba使用先进的iAdapt技术,以每秒64次的处理速度响应环境变化,主动对清扫环境进行监测,并且能够以40种不同的动作进行反应,以便彻底清扫房间。2004年,iRobot推出了iRobot Roomba Discovery系列,新增污垢探测和自动充电的功能;2005年发布世界上第一台清洗地板的机器人Scooba,能清洗硬地板、瓷砖、油布地板等;2007年发布Roomba500系列;2008年发布宠物系列和专业系列的机器人吸尘器;2011年iRobot发布新一代机器人吸尘器——Roomba 700系列;2013年推出Roomba 770和Scooba 390,均采用了iAdapt技术;2014年推出Roomba 880,使用了全新的革命性AeroForce高性能清扫系统,在提供了最大清扫效能的同时,具有最佳的维护便捷性。下一代Roomba吸尘机器人将使用一种名为“vSLAM”的导航技术,在低成本摄像设备的帮助下,这种机器人可更加有效地在用户家中导航巡弋,区分已经清扫和尚未清扫的区域。

3.系统集成

(1)徕斯

德国徕斯机器人集团(REIS)成立于1957年,是一家集机器人技术与系统自动化集成于一体的跨国技术公司,是机器人和系统集成的行业引领者。集团总部位于德国Obernburg,由4家德国公司和16家国际子公司组成,在欧洲、美洲及亚太地区的许多国家都有分支机构和合作伙伴。

徕斯集团经过多年“交钥匙”系统解决方案的设计和实践,积累了丰富的成功经验,提供全套机器人自动化生产系统(包括焊接机器人、铸造机器人、搬运机器人、激光机器人等)、标准的外围模块和完善的技术服务。在样式众多的机器人中,除了垂直关节机器人,水平关节机器人外,也有特殊的直线型机器人和复合型机器人。此外,徕斯还提供试模压力机、修边压力机、修边模等产品。

(2)杜尔

杜尔系统股份有限公司(Durr)是国际领先的提供机械和工厂成套设备的集团公司,是集设计、制作、安装、调试为一体的系统公司,在涂装生产线集成方面具有明显的优势。2013年系统集成业务收入约为7亿美元。

作为涂装成套设备工业集团,杜尔不仅有一流的涂装系统,自动喷涂系统,自控和输送系统,还有最为先进的工业清洗设备和环保设备。世界著名的汽车生产厂商多为其客户,主要为德系通用、宝马等车企提供配套。

(3)柯马

柯马集团(COMAU)是一家隶属于菲亚特集团的全球化企业,成立于1976年,总部位于意大利都灵。柯马为众多行业提供工业自动化系统和全面维护服务,从产品的研发到工业工艺自动化系统的实现,其业务范围主要包括:车身焊装,动力总成,工程设计,机器人和维修服务。柯马在全球13个国家拥有分公司24个,员工总数达11000多人。

早在1978年,柯马便率先研发并制造了第一台机器人,取名为POLARHYDRAULIC机器人。在之后的几十年中,柯马以其不断创新的技术,成为机器人自动化集成解决方案的佼佼者。公司研发出的全系列机器人产品,负载范围最小可至6千克,最大可达800千克。

柯马最新一代智能系列机器人针对点焊、弧焊、搬运、压机自动连线、铸造、涂胶、组装和切割,其“中空腕”机器人NJ4在点焊领域更是具有无与伦比的技术优势。

4.关键零部件

(1)纳博特斯克

日本纳博特斯克(Nabtesco)是世界上最大的精密摆线针轮减速机制造商,并生产高性能减速机、中空轴减速机以及单轴伺服执行器和控制器,在全球工业机器人用减速机市场的占有率达到60%以上。纳博特斯克在全球拥有42家子公司,典型客户包括发那科、ABB等。纳博特斯克提供RV摆线针轮减速机,产品广泛应用于工业机器人、航空航天、轨道交通、汽车和船舶等领域。公司的精密减速机具有高精度、高刚性、体积小、质量轻、速比大等特点。此外,该公司的减速机在减少背隙、转动震动以及惯性方面也表现突出,保证了更快的加速能力、更流畅的运动轨迹以及更高的定位准确性,是未来提升自动化机械控制性能的主导产品。

(2)哈默纳科

日本哈默纳科(HDSI)设立于1970年,是全球领先的减速机生产商,提供高性能谐波减速机,产品广泛应用于机床、机器人、半导体设备和平板显示设备等行业。其生产的HarmonicDrive组合型谐波减速机,具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点,被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种尖端领域。HDSI产品还涉及精密行星齿轮箱型谐波减速机Harmonic Planetary。其独特的内齿圈形变工艺,可以使得行星齿轮与其啮合得更紧,消除背隙,已达到精密级的传动误差。

三、主要国家(地区)机器人产业竞争态势

机器人是新一轮产业变革中极具发展前景的新兴产业,将影响全球制造业格局。发达国家和地区抓紧战略部署,抢占机器人产业制高点。

(一)领先国家机器人发展战略

近年来,主要经济体都将发展机器人产业上升为国家和区域战略,作为促进经济增长和创新的重点发展领域,见表4。

表4   2011—2015年主要国家和地区机器人发展规划

时间

国家/地区

规划

主要内容

2011年6月

美国

先进制造业伙伴计划

其中国家机器人计划(NRI)目标是开发下一代机器人,提高机器人系统的性能和可用性。

2012年9月和2013年10月,美国国家科学基金会(NSF)、国立卫生研究院(NIH)、农业部(USDA)和航空航天局(NASA)共同宣布,NRI第—轮、第二轮资助计划总额分别达4000万、3800万美元

2013年3月

美国

机器人技术路线图:从互联网到机器人

由美国机器人协会联合麻省理工、卡耐基梅隆、加州伯克利、图:从互联网到机宾夕法尼亚等大学共同发布,对制造业、医疗业、服务业、空间探索、国防五大领域的机器人发展做了详细规划

2014年6月

欧盟

“火花”计划

到2020年欧委会将投资7亿欧元,euRobotics将投资21亿欧元推动机器人研发,有200多家公司、1.2万研发人员参与。预计该计划将在欧洲创造24万就业岗位,使欧洲机器人行业年产值增长至600亿欧元,占全球市场份额提高至42%

2014年7月

英国

机器人战略RAS2020

英国政府技术战略委员会拨款2.57亿美元用于发展机器人和自主系统(RAS),希望在2025年占据全球机器人10%的市场份额

2013年3月

法国

机器人发展计划

投资1亿欧元用于支持法国机器人技术领域的发展,实现“到2020年成为世界机器人领域前五强”的目标

2014年6月

日本

机器人战略

旨在领先世界,普及价格低廉、使用方便的机器人,将看护、农业、基础设施检查及灾害救援和工厂等列为支持的重点领域

2014年7月

日本

机器人白皮书

充分运用机器人技术来解决人口减少问题等社会课题,预测医疗、护理等服务行业机器人将进一步普及,2020年市场规模预计达到约2.8万亿日元

2015年1月

日本

机器人新战略

三大核心目标:世界机器人创新基地、世界第一机器人应用国家、迈向世界领先的机器人新时代

2010年12月

韩国

服务型机器人产业发展战略

积极推动清洁机器人和教育用机器人等服务型机器人产业的发展,使韩国实现成为世界三大机器人强国

 

2012年10月

韩国

机器人未来战略展望2022

将政策聚焦扩大韩国机器人产业并支持国内机器人企业进军海外市场等方面

2014年7月

韩国

智能机器人基本计划(2014—2018年)

提高机器人研发实力、在各产业推广机器人、营造开放的机器人产业链、构筑机器人产业融合系统,特别是提出了机器人健康设施的研究与开发

资料来源:上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理

美国于2011年开始推行“先进制造业伙伴计划”,其中一部分为“美国国家机器人计划”(National Robotics Initiative,NRI),目标是开发下一代机器人,提高机器人系统的性能和可用性,并鼓励现有和新的研究团体重点关注创新的应用领域;2013年出台《机器人技术路线图:从互联网到机器人》,将机器人与互联网定位于同等重要的地位,对制造业、医疗业、服务业、空间探索、国防五大领域的机器人发展做了详细规划。

欧盟于2011年提出以机器人和信息技术为支撑,实现制造模式的变革;在“第七框架计划”中投入6亿美元用于机器人的研发,并拟在“地平线2020”项目中投入9亿美元用于机器人制造;在堪称全球最大的机器人研发项目——“火花”计划中将投资28亿欧元研发机器人,机器人在制造业、农业、医疗、交通运输、安全等各领域的应用都被纳入,旨在提升欧洲在全球机器人市场中的地位。

德国于2013年正式推出以智能制造为主体的“工业4.0”战略,利用机器人等智能装备构建工业互联网,推动生产制造向灵活化和个性化转型。德国联邦教育与研究部已开始资助人机互动技术和软件的研究开发,以促进制造业绿色升级。

法国于2013年推出了“法国机器人发展计划”,计划投资1亿欧元,推动机器人产业持续发展,实现“到2020年成为世界机器人领域前五强”的目标。这项计划重点措施包括:加强机器人领域的组织管理、支持机器人领域中小型企业的发展、鼓励企业(家)投资法国制造的机器人、加强机器人的政府采购和企业应用等。

日本提出通过加快发展协同式机器人、无人化工厂等提升制造业的国际竞争力,近年来将发展机器人作为迎接老龄化社会、解决劳动力不足问题的重要一环,将研发和生产的重点从原来的产业用机器人为主,向护理病人、陪伴老人、照顾残疾人等家庭服务型机器人转移。2014年公布了《机器人战略》,旨在全球竞争日益激烈的机器人领域把握主导权,同年又发布《机器人白皮书》,提出将集中技术和信息打造机器人相关的风险产业,加强国际竞争力。2015年推出的《机器人新战略》中提出了三大核心目标,并制定了五年计划,旨在确保日本机器人领域的世界领先地位。

韩国将机器人列为未来国家发展的十大“发动机”产业。2009年发布“第一次智能型机器人基本计划”,重点建立培育产品开发和推广,目标是到2018年使韩国成为全球机器人主导国家;2010年提出“服务机器人发展战略”,希望通过开创新市场来缩小与发达国家的差距;2012年出台机器人发展十年计划,目标是实现每个家庭拥有一台服务机器人;2014年推出《智能机器人基本计划(2014—2018年)》,即“第二次智能型机器人基本计划”,将重点聚焦在产业和技术融合,目标是到2018年不断扩大机器人市场规模。

同时,这些国家和地区均以“官、产、学、研、用”一体化推进计划或战略的落实。

“美国国家机器人计划”由美国国家科学基金会(NSF)、国立卫生研究院(NIH)、农业部(USDA)和航空航天局(NASA)等几个重要的政府部门机构支持,鼓励学术界、产业界、非营利组织和其他机构的合作,在基础科技研究、部署和利用方面建立更密切的联系。

欧洲机器人研发创新公私伙伴关系(EuRobotics AISBL PPP)由欧盟地平线2020(Horizon 2020)提供部分资助,欧盟主要机器人工业企业和科研机构于2014年初组建,主要负责制定欧盟机器人技术研发创新政策措施和具体执行相关的研发创新活动。EuRobotics已制定欧盟机器人技术战略科研议程(SRA)及其发展路线图,还承办每年一度的欧盟地平线2020机器人技术研发创新项目公开招标活动,2014年通过公开招标资助支持的研发创新项目达100多项。

法国生产振兴部筹集1500万欧元,重点促进工业机器人、智能交通机器人、机器人伴侣、功能康复机器人等几大领域的产学研合作,企业以资金、人员等方式参与国家和地方政府组织的研发项目,并享受研发成果。

韩国制定《智能机器人开发与普及促进法》,推广和普及机器人产业,产业资源部、信息通信部、科技部等部门相继制定针对机器人研发的相应支持举措,鼓励各行各业加快与机器人产业的融合,形成开放型的产业生态系统。

日本尤其重视建立“官产学”合作体制,政府提供优惠的低息贷款,鼓励集资成立机器人长期租赁公司,国家研究机构研究机器人的基础技术,低价转让给民间企业,鼓励企业尽快开发研制新产品和新技术。在《机器人新战略》的核心目标之一的“世界机器人创新基地”中,要求通过“官产学”合作,增加用户与厂商对接机会等措施,引导创新,开发下一代技术,推进人才培养,以巩固机器人产业培养能力。同时,设立“日本机器人革命促进会”,承担总体协调功能。

(二)主要国家/地区机器人技术优势

美日欧的机器人技术发展处于世界领先地位,其机器人产业日趋成熟和完善,所生产的机器人已成为一种标准在全球得到广泛应用。韩国和中国是近年崛起的新秀。各国重点和优势领域有所差异,见表5。

表5   主要国家/地区机器人技术优势领域比较

机器人类型

日本

韩国

欧洲

美国

中国

工业机器人

极为突出

一般

很突出

一般

一般

家用机器人

极为突出

很突出

突出

一般

不突出

娱乐机器人

突出

很突出

突出

突出

一般

医疗机器人

一般

一般

很突出

很突出

较突出

国防/航空机器人

一般

不突出

突出

极为突出

突出

资料来源:中国产业信息网,上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理

美国是机器人的发源地,早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人,起步比其他国家至少要早5~6年,是世界上机器人强国之一。尽管在机器人发展史上走过一条重视理论研究、忽视应用开发研究的曲折道路,但是美国的机器人研究基础雄厚、技术先进,在机器人基础研究在国际上仍一直处于领先地位,其机器人性能可靠、功能全面、适应性强,在语言、视觉、触觉等人工智能技术方面取得了重要突破。领先领域包括:机器人室外导航,机器人体系结构(控制、机构和计算的集成),在太空、国防和水下系统的应用,以及部分服务机器人领域,如医疗机器人和娱乐机器人。

日本是工业机器人生产主力,基本实现了核心零部件自主化和标准化。从产量上讲,日本是绝对意义上的机器人大国,生产全世界近2/3的机器人,并且在核心零部件领域占主导地位,也是唯一的净出口国,在精密控制、机器人驱动、生产技术方案、通信协议等方面有独到的技术,近年来重点拓展工业机器人视觉和仿生等领域,代表企业有发那科、安川电机、那智不二越等。日本在家用、娱乐机器人方面优势也很明显。

欧洲也是工业机器人生产主力,占据全球工业机器人22%的市场份额,代表企业有瑞士的ABB、德国的库卡、意大利的柯马等。欧洲在结构化环境下的移动技术,包括医疗、城市交通领域、助老和家庭服务机器人领域也比较突出。

德国在机器人的研究和应用方面处于世界公认的领先地位。德国政府关于在危险、有害和有毒岗位上必须使用机器人的强制规定,推动工业机器人技术迅速发展。德国机器人的总数占世界第三位,仅次于日本和美国。德国有众多的机器人生产企业,既包括库卡等领先的机器人整机制造企业,也包括杜尔、徕斯等许多独立的系统集成商。

法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列,而且在机器人应用水平和应用范围上也处于世界先进水平,这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术,大力支持机器人研究计划,并且建立起一个完整的科技体系,特别是把重点聚焦在开展机器人的应用研究上。

韩国是机器人的后起之秀,于20世纪80年代末开始大力发展工业机器人技术,在政府的资助和引导下,韩国近几年来已跻身机器人强国之列,其机器人的生产能力仅次于日本、美国和德国,排名世界第4名。韩国在娱乐机器人和家用机器人等领域处于领先位置。

中国的工业机器人竞争力一般,主要集中在经济型机器人和某些特殊应用的工业机器人,比如化工领域等。中国在国防/航空机器人和医疗机器人方面较为突出。

(三)机器人产业集群状况

1.美国马萨诸塞州机器人集群

(1)现状

美国三个著名的机器人集群分别位于以波士顿为核心的马萨诸塞州、以匹兹堡为核心的宾夕法尼亚州和以硅谷为核心的加利福尼亚州。在集群成熟度方面,马萨诸塞州居第一位,该州机器人产业始于20世纪60年代,2005年集群正式成立。

马萨诸塞州机器人产业集群生态系统非常活跃,核心是机器人企业,聚集了近百家机器人企业和10家研究机构,包括工业型和服务型机器人企业,如iRobot、Foster-Miller、Boston Dynamics等,更有超过200家企业直接或间接与机器人产业相关。覆盖了机器人产业链几乎所有环节:零部件供应商、制造、卫生保健、生命科学、工厂和实验室自动化、销售和物流、材料处理、海底水下测绘和检测、国防军事、交通、教育和娱乐等。

据马萨诸塞州技术领导委员会2012年针对集群企业进行的调查,2011年集群销售额超过19亿美元,就业人数超过3200人,60%的企业经营时间超过10年。过去5年机器人产业的投资额超过2亿美元,自2008年以来共获得18项政府补助,2008—2011年集群收入年均增长率为11%。有近40家企业的经营期限少于10年,这些年轻企业2008—2011年的年均收入增长率为93%,收入约占到集群的8%。

未来马萨诸塞州将在以下5个方面着力推进机器人产业发展,以保持在机器人产业的领导地位:一是激发研发基础设施的活力,吸引新的研发投资,培育更多高校之间、高校与企业之间的合作。二是扩大不同层次的人才储备,吸引和保持州内现有机器人企业、投资者和就业,培养产业人才。三是加大资金投入和扶持力度,通过现有和新增的实体和项目为初创企业和年轻企业提供资助。四是提升商业化的活跃周期,通过支持技术商业化和新产品研发,通过产业创新促进机器人应用。五是增强机器人团体的凝聚力,通过机器人应用将人才、理念与企业联系在一起。

(2)主要特征:“产业、学术、政府”三者紧密结合

美国马萨诸塞州机器人集群的优势在于优质的研发基础设施、高额的研发投入、高度专业化的优秀人才资源。研发工作高度依赖地区所在的一流大学,这些高校大都拥有与机器人相关的实验室,如麻省理工学院的媒体实验室、人工智能实验室,哈佛大学的机器人实验室、东北大学的海事科学中心等。企业主要位于产业链的设计和制造环节,研发和产品开发在州内完成,制造则交给其他州或者国外的企业。集群高度依赖政府,无论是研发投入资金还是采购合同,但政府不干涉、不控制集群的活动,2013年联邦政府对机器人相关的项目投入达1.316亿美元,对无人机相关项目投入达950万美元。

围绕机器人企业,集群建立了独一无二的“产业、学术、政府”三位一体体系(图7):学术机构通过授权向企业注入资金,企业又反向为学术机构提供知识和研发基础设施,政府和产业则向机器人企业进行产品采购;在体系外围,政府和产业向学术机构投入资金,学术机构则为两者提供研发成果,同时政府和产业间又进行技术共享。这样,产业链不同主体间既协作交流,又发挥着不同作用,有利于技术商业化和新产品研发。

图片关键词

图7   马萨诸塞州机器人产业集群“产业、学术、政府”三位一体

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资料来源:The Massachusetts Robotics Cluster 2012

2.日本筑波“国际战略综合特区”机器人项目

(1)现状

2008年,日本筑波市开始筹备建设“机器人城市”,希望利用先进的技术建设低碳环保且出行方便的人性化社会,把最先进的机器人技术实用化,并将筑波发展成机器人产业基地。2011年,包括筑波在内的7个城市被日本政府设立为“国际战略综合特区”。筑波拥有32家日本国家级研究中心,占全日本总数的1/3,筑波大学cybernics研究中心是日本顶尖的智能机器人研究中心。

整个筑波市都被纳入“国际战略综合特区”的范围,其运作模式是:以筑波全球创新促进局为核心,联合茨城县、筑波市地方政府,学术机构,专家、专利代理和律师,研究机构,金融机构,企业,支持组织等,通过平台共享和传播信息,创建商业模式,促进创新项目,推进全球化以及人才培养和利用。

筑波“国际战略综合特区”共设立了7大研发项目,包括下一代癌细胞治疗、个人助理机器人、藻类生物质能源、纳米技术、生物医药、医疗放射性同位素和医疗机器人。其中机器人项目占据七大研发项目中的两项。个人助理机器人旨在通过提供一系列拥有若干行为能力的机器人,帮助人们提高生活质量,应用领域涵盖个人饮食、清洁卫生、通信交流以及日常运动。医疗机器人旨在建立一个以创新型医疗机器人和医疗设备为中心的全球孵化基地。

(2)主要特征:优惠政策力推机器人产业化

日本筑波“国际战略综合特区”从国家和地区两级政府层面获得税收和财政方面的优惠,促进机器人开发和实验,并给予监管上的特例。

国家层面:首先是优惠的法律措施,特区企业不受工业用地及工厂绿色用地等法律条文的限制,其研发项目将得到当地议会及国家议会在法律上的支持;其次是财政支持,从国家储备基金中抽取资金,优先推进特区的发展;第三是税收优惠,对于特区内企业的设备、不动产等并购行为给予投资额15%的并购税额减免以及50%的折旧费减免,特区企业还可以享受20%的收入所得税;第四是发放贷款,日本政府建立了一笔投资意向基金,专门向特区企业发放。

地方层面:茨城县政府免除特区内企业的住民税,三年内免除特区内企业的企业税,免除企业的不动产并购税;筑波市政府对涉及项目研发的特区单位免除三年的固定资产税及城市规划税,对于2015年3月前在特区新设的企业提供一笔一年期的产业促进补贴等。

3.韩国仁川机器人主题公园

(1)现状

仁川机器人主题公园(Robot Land)毗邻仁川自由贸易区,临近世界排名第五的仁川国际机场,具有最佳的地理位置优势,拥有便利的广域交通网。从基础设施看,仁川市内7个产业园地的6000多家企业中60%以上与机械、电气、电子相关,仁川市还将打造首尔大学KAIST(IT)研究园地、仁川高新技术公园(IHP)。韩国方面希望通过主题公园的带动,与仁川自由贸易区的高新产业园地形成充分联系,促进机器人产业的发展。

2013年底,位于韩国仁川的机器人主题公园正式破土开工,占地面积121公顷(300英亩),预计2016年对外开放第一期项目,2018年完成全部二期项目。韩国将通过仁川机器人主题公园打造机器人文化的发祥地,以机器人娱乐、机器人试验台和机器人产业中心为三大主要支点。为了使主题公园能够可持续发展,整个主题公园强调三性:首先是普适性,积极引入普适技术,构筑先进的运营体系;其次是体验性,游客通过互动体验,增加对机器人直接感受;最后是产业之间的互联性,机器人研究生院、展览大厅、研发楼、企业支持设施、公寓型工厂、协同化园地、创业孵化中心等入驻园区。

仁川机器人主题公园的意义在于,通过打造应用各种机器人的机器人体验馆、展示馆、比赛场地、游戏工具等设施,构筑复合型机器人文化空间,扩大世界的需求;通过提供新服务或者新技术的试验台以及新商品的宣传和销售空间,促进机器人产业的发展;通过促进地区产业的发展和增加就业,进一步促进地区经济的发展和地区的平衡发展。

(2)主要特征:政府主导机器人集聚发展

韩国仁川机器人主题公园体现出强烈的政府主导趋势。该主题公园由韩国工商业能源部主持开发,总投资超过6.6亿美元,韩国政府及公共机关占据了总投资的50.72%,出资额达到35亿韩币;信息技术企业及建设公司者的出资比例分别为27.54%和21.74%,分别为19亿、15亿韩币。

韩国希望将机器人主题公园建设成国家未来机器人事业发展的基地,对该主题公园的预期目标主要包括:通过建造世界最早的机器人主题公园,提高韩国的国际形象;促进入住在仁川地区的7个园地和首都圈园地的制造企业转换为与机器人有关的企业,和仁川自由贸易区的高新产业园地相连接;未来智能机器人产业超过汽车产业的整体规模,成为韩国的明星产业,达成世界第三大机器人强国的目标。

4.法国机器人产业集群

(1)现状

法国政府于2013年推出了“法国机器人发展计划”,旨在推动机器人产业的持续发展,整个计划投资额约1亿欧元。该计划提到要优化产业结构,培育地方产业集群,并确定了发展机器人产业的三个领先大区,即巴黎大区、南比利牛斯大区、罗恩-阿尔卑斯大区。这三个领先大区主要的机器人产业集群有图卢兹的Robotics place集群、波尔多的无人机集群以及巴黎的Cap Robotique。

在巴黎大区,集合了中小企业、大型企业、实验室以及法国服务型机器人和智能物件产业的其他重要参与者。在南比利牛斯大区,拥有116家机器人相关企业、17家实验室和9个产业平台,聚集了一批尖端机器人制造和科研团队。在罗恩-阿尔卑斯大区,覆盖了机器人产业链的所有环节,有50多家机器人解决方案的当地企业,还有1500家企业在机械、电子、传感器、智能材料、软件和嵌入式软件方面具备一定优势。

(2)主要特征:三大集群差异化竞争路径

这三个大区都是专注高科技领域的竞争力集群,注重机器人产业的差异化发展,并相继出台了机器人产业发展的公共支持政策。

巴黎大区的机器人产业集群Cap Robotique的主要目标是成为服务型或游戏型等个性化机器人领域的研发标杆,集群任务包括:创建人才网络、建立共同协商机制、鼓励成员间的交流与协作、鼓励政府部门进行资金投入等;罗恩-阿尔卑斯大区在人工智能、传感器、人机界面、机电一体化等机器人核心部件制造和科研领域具有强大的潜能和专业技术能力,提出了“未来工厂”计划,以配合法国国家层面的机器人战略;南比利纽斯大区推出“2013-2016年机器人和无人机产业计划”,支持民用无人机的相关实验,以成为法国率先尝试民用无人机应用的地区。

除三个领先大区外,法国阿基坦大区与机器人产业相关的企业约有50余家,涵盖军工、服务等领域。2013年,法国在该大区新成立了机器人集群Aquitaine Robotics,依托大区原有的航空航天领域的研发优势,发展机器人产业,主要聚焦的机器人领域为:城市服务型机器人和智能交通(Viviane项目)以及太空机器人(Argos项目)。

 


 

 

 

 






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