工业机器人产业发展现状及对策研究Word文档格式.docx
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以“数字化智能制造”为核心的第三次工业革命即将到来,而这个革命的主角就是以工业机器人为代表的人工智能大规模的普及和应用。
(二)工业机器人应用领域及产业链情况
在发达国家,工业机器人已经广泛应用于汽车、电子、食品、医药、物流、陶瓷玻璃、塑料化工、五金制品、纺织皮革、航空航天和机床制造等行业。
其中,工业机器人在汽车、电子电气、汽车及汽车零部件行业的应用最广泛。
工业机器人具体应用功能,主要包括焊接、喷涂、堆垛、搬运、装配、检测、分拣、包装等。
表1 工业机器人在各行业的具体应用
应用行业领域
具体应用
汽车及汽车零部件制造业
电焊、装配、搬运、冲压、喷涂、激光切割等
3C(电子、电气、半导体)
清洁、打磨、封装、搬运、检测、分拣、装配等
化工塑料
搬运、包装、码垛、切割、检测、高温恶劣环境作业等
食品饮料
包装、码垛、检测等
金属加工
金锭搬运、切割、去毛刺、码垛
其他
电力巡检、核反应堆检修、玻璃雕刻、航天器去毛刺、上下料等
资料来源:
上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理
图2 2009-2012年制造业各行业对工业机器人的需求排名情况
国际机器人联合会(IFR),上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理
在机器人产业链构成中:
上游是零部件供应商,包括核心零部件供应商和非核心零部件供应商;
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。
其中,机器人本体制造集成是产业核心。
一般而言,核心零部件平均占机器人本体制造成本的70%左右;
而机器人系统和应用配套服务的总市场规模是机器人本体制造市场的3倍左右。
(三)日欧产业优势明显,中国市场潜力巨大
1、工业机器人市场销量与存量情况。
就全球范围来说,美国、德国、韩国、日本、中国是工业机器人运用比较多的国家,以上五国存量占全球比例高达71.24%,另外,巴西、印度、泰国、中国台湾地区也是工业机器人使用比较多的国家(地区)。
2012年,全球工业机器人总销量的70%集中在5个国家,即日本、中国、美国、韩国和德国。
2012年,中国已成为仅次于日本的全球第二大机器人市场。
尽管中国的机器人购买量在2012年仅有小幅上升,达到23000台,但中国是全球增长最快的市场。
2005年至2012年期间,工业机器人的销售量以年均25%左右的速度高速增长。
图5 2008-2012年世界主要国家工业机器人年销量变化图
图6 中国工业机器人年销量
华创证券
2、主要国家/地区机器人技术优势领域比较。
美日欧在机器人行业发展中处于世界领先地位,日本和欧洲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。
代表企业有发那科、安川电机、那智不二越等。
欧洲占据全球工业机器人22%的市场份额,代表企业有瑞典的ABB、德国的库卡、意大利的柯马等。
但是,各国优势领域各不相同。
日本在工业机器人、家用机器人方面优势很明显,欧洲在工业机器人和医疗机器人领域居于领先地位,美国主要优势在医疗机器人和国防军工机器人。
韩国在娱乐机器人和家用机器人等领域处于领先位置。
而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。
表2 主要国家/地区机器人技术优势领域比较表
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
家用机器人
不突出
娱乐机器人
突出
医疗机器人
国防/航空机器人
(四)全球机器人市场格局
在全球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2012年收入占比超过50%,是这一领域的绝对强者。
在机器人系统集成方面,除了机器人本体企业的集成业务,知名独立系统集成商还包括杜尔(德国)、徕斯(德国)和柯马(意大利)等。
近年来,随着服务机器人产业化趋势显现,在服务机器人领域也有一系列企业涌现出来。
这些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。
图7 全球机器人市场格局
二、我国工业机器人产业发展概况
(一)主要成就
我国机器人研制生产起步于“七五”计划时期,与国外发达国家相比(上世纪50年代专利研制、70年代产业化)相对较晚。
但历经20多年发展,我国已在机器人技术研究与产业化方面获得了令人瞩目的成就。
主要表现为以下两个方面:
一是技术赶超势头较强,实现了多项重量级突破。
“七五”时期,国家组织开展了全国性机器人技术攻关,开发出喷漆、点焊、弧焊、搬运等工业机器人操作机、控制系统、驱动系统等元器件。
经过多年的发展积累,现已在机器人多个领域形成一批较为突出的高校及科研机构,如哈尔滨工业大学机器人研究所、北京航空航天大学机器人研究所、上海交通大学机器人研究所、清华大学制造工程研究所、中科院沈阳自动化研究所、北京理工大学等。
其中,沈阳自动化研究所先后研制开发出了“CR-01”、“CR-02”6000米无缆自治水下机器人;
上海交大先后研制出“上海一号”弧焊机器人、“上海三号”喷涂机器人、“精密一号”装配机器人,并开发了国内首台RV精密减速器。
二是产业化有所突破,区域格局日益显现。
在产业化方面,我国已能批量生产具有国际先进水平的平面关节型装配机器人、直角坐标机器人、焊接机器人、搬运码垛机器人等机型,同时,上海、重庆、山东、天津、黑龙江、广东、浙江、江苏等地相继建设机器人产业基地,把智能机器人作为战略性新兴产业重点发展。
(二)产业格局及发展模式
目前,我国机器人已基本形成以华东、东北和华南为主的三大“集团军”,地区特色十分鲜明。
华东地区以上海为核心,聚集了一批跨国企业,如ABB、FANUC(发那科)、YASKAWA(安川电机)、KUKA(库卡),代表了“国际级”水平;
东北地区以沈阳、哈尔滨为核心,分别孵化出新松和博实两大龙头企业,走在了全国“产学研”的前列,其中,新松公司自主开发的工业焊接机器人、搬运机器人等多种型号已远销海外,代表了我国“院校级”自主创新水平;
华南地区则以广州、深圳为代表,凭借数控技术优势拓展机器人领域,属于后起之秀,代表了“民企级”水平。
我国机器人发展模式多样,主要有四种:
以高等院所机构为主的“产学研”模式、以中外机构合资为主的“中外合作”模式、以应用机构为主“自产自用”模式、以传统数控企业为主的“战略转型”模式。
表3国内机器人产业主要的发展模式比较
模式
主要特点
代表企业
优势
劣势
切入点
产学研
高校、科研院所的成熟技术的市场转化
沈阳新松、哈尔滨博实
研发优势,掌握运动控制系统等核心技术、产品线较丰富
部分关键零部件进口
自主创新成果转化;
研发派
中外合作
与国际巨头成立合资公司开拓中国市场
上海电气与发那科、唐山开元电气与松下
品牌优势,利用外资的品牌、技术优势迅速占领中国市场
无核心技术
资本拓展;
合资派
自产自用
发展机器人产业主要为满足自身需要
富士康、奇瑞
应用优势,产品销售确定性强
关键零部件进口、无核心技术
自身发展需求;
应用派
战略转型
利用自身成熟的数控技术发展机器人产业,卖数控系统送机器人
广州数控
市场优势,技术优势,自动化控制技术和客户的积累
关键零部件进口、产品线低端
在已有的市场和技术上转型升级;
转型派
上海科学技术情报研究所(ISTIS)根据相关资料整理
(三)产业发展的制约因素
我国机器人产业部分领域已蓄势待发,但从整体来看,我国机器人产业链还处于不完善的状态,在核心技术、软性技术与系统集成、产业化进程等方面存在几大制约:
一是在核心技术上发展薄弱,关键零部件严重依赖进口,产品国际竞争力较弱。
目前,我国机器人产业集中于中低端,主要优势还在于价格优势,技术上的软肋不仅在于电机等核心技术,也在于加工工艺,这两方面导致产品精度、速度等不尽人意。
如ABB机器人精确度可达到10微米,而国产机器人目前还无法做到,这导致我国不得不严重依赖进口,占总成本60%的伺服器、减速器等核心部件需要大量进口,甚至部分接插件、轴承等零部件由于国产精度、寿命等指标不达标也需进口,这在较大程度上削弱了国产机器人的价格优势。
二是软性技术与系统集成上,软硬衔接不足,效率低下,功能单一,不能充分满足市场需求。
机器人产业不仅集机械、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,也涉及众多的高端工业领域,不仅是智能装备的制造,更多地是语言算法、运动控制、人工智能、数据分析等多种智能软性技术的集成,而由于我国在相关智能软性技术发展上的不足,导致国内机器人整体可靠性不高,实际解决问题能力弱化,使得很多用户对国内机器人的认可度不高,转而投向跨国公司,进一步缩小了国内机器人企业的发展空间。
三是在产业化进程上,国内机器人产业化进程缓慢,生产批量较小。
尽管目前国内科研机构在机器人技术方面有所突破,但真正形成批量化、大规模产业化的还较少,新松、博实等企业虽然拥有一定的自主技术优势,但与跨国公司相比,规模化程度还较低。
国内企业中,拥有百台以上制造能力的企业大体有东莞启帆(台资)、安徽埃夫特、上海沃迪、广州数控、沈阳新松等几家,与外资企业上万台的销售规模差距明显。
如2012年沈阳新松公司工业机器人的出货量是300台左右,而德国库卡的年产量近1万台,若将沈阳新松自主研制、开发的自动导引车(AGV)和购买本体再做配套集成后销售的机器人系统都加入计算,本土企业市场占有率大约只有10%。
三、上海(浦东)工业机器人产业发展概况
(一)上海工业机器人产业发展概况
1、上海是国内最大的工业机器人产业集聚区。
上海是目前国内最大的工业机器人产业集聚区。
据统计,上海机器人产业总产值达60-70亿元,居全国首位,拥有80%的全国市场占有率。
同时,全球四大机器人巨头发那科、KUKA、ABB、安川电机都将上海作为地区总部或研发中心,而国内机器人龙头企业新松机器人也谋求在上海新拓展,并计划在上海建立国际总部。
从2013年开始,上海把工业机器人列为战略性新兴产业发展的重中之重,出台了一系列加快自主创新的扶持政策,从整机、关键零部件到集成都取得了重大突破。
2015年,上海机器人产业有望突破200亿元目标,并计划形成“2+X”集聚发展格局,即一是以康桥、金桥为核心的浦东机器人产业集聚区,发展壮大机器人技术研发、制造及系统集成;
二是培育发展以顾村机器人产业园为核心的宝山机器人产业基地;
三是依托骨干企业,在金山、松江、嘉定、闵行等区,培育以机器人及核心功能部件为特色的产业园区。
2、产学研体系初现。
上海机器人技术目前总体水平处全国领先,包括机器人本体、集成等各方面。
目前,上海已形成以上海交大、上海大学、同济大学、中国电子科技研究集团第21研究所等为主力的基础研发团队。
部分技术获重大突破,如上海大学研发的“水下反恐机器人系统”对世博安保贡献有目共睹。
与此同时,以企业为主的产学研合作已初露锋芒。
如上海交大正与广州数控合作开发适用于不同机器人构型的通用化控制器(用于直接驱动绝对码盘的交流伺服电机),与江苏泰来减速机、山东中际电工等单位合作开发RV减速机,同时还与ABB研发中心成立了机器人研究所联合实验室,新时达公司的“工业机器人专用伺服系统”项目已被列入“2013年上海市重大技术装备研制专项”。
上海部分有实力的大型传统制造企业也尝试拓展机器人领域,如上海电气中央研究院、宝钢中央研究院自动化研究所等,这预示着上海机器人应用领域创新已迈入实质性阶段。
3、产业链逐步完备,形成三级格局。
在机器人领域,上海已培育出一批集成服务商和部件供应商,遍布于产业链的各个环节。
总体上看,形成了清晰的三级格局:
位于顶端的第一级是发那科、KUKA、ABB、安川电机四大机器人跨国公司;
第二级是国内领军机器人企业,如新松机器人;
第三级是上海本土机器人企业,如上海新时达电气股份有限公司的工业机器人和上海沃迪自动化公司等。
从产业链各环节分布来看,跨国公司多是全产业链企业,在研发、零部件生产、整机集成、组建生产、应用服务等各环节都具有极强的优势;
而国内龙头企业,如新松在各个环节急追直赶;
上海的本地企业在细分机器人领域获得发展,如新时达的焊接机器人、沃迪的码垛机器人等具有研发到服务的全系列能力。
从整体上看,尽管机器人领域已初步形成一批研究机构和企业,但这些企业大多缺乏国际竞争力,同时,还面临国内其他地区的激烈竞争,而RV减速器、伺服电机、伺服驱动器等关键零部件制造也缺乏一批本土企业,上海机器人产业还有待进一步发展。
4、跨国企业竞争策略挤压国内企业成长,产业环境有待完善。
目前,上海机器人产业已具备一定规模,在政策上,2013年,把工业机器人列为战略性新兴产业发展的重中之重,出台了一系列加快自主创新的扶持政策,给予企业研发费用20%的补贴,同时在土地需求、人才需求方面给予优先支持。
但整体上看,当前上海机器人高端市场仍然基本由跨国公司所掌握,并通过“整机微利+服务高价”的方式排挤其他竞争者。
企业面对跨国公司的高价产品服务只能“望洋兴叹”,而又很难在本地找到可替代的低价产品服务,导致这些企业引入机器人的动力不足。
同时,在机器人中低端生产领域,周边地区发展迅速,竞争较为激烈。
高端市场的技术和服务能力的高壁垒,以及在中低端市场的激烈竞争,在一定程度上削弱了上海机器人的龙头地位。
在人才方面,不仅系统研发人员、高级技术人员等高级人才较为紧缺,应用型企业也缺乏操控机器人的专业人才,不利于上海机器人产业竞争力提升。
(二)浦东工业机器人产业发展基础
浦东在工业机器人领域的发展具有良好的产业基础和应用基础,不仅吸引了一批机器人领先企业,也有广阔的应用前景。
1、产业领域优势明显,形成三大核心区。
在产业基础上,浦东已经有一批国内外龙头企业入驻,吸引了一批配套企业,形成了以康桥工业区、金桥经济技术开发区和张江高科技园区为三大核心的集聚区。
康桥工业区目前已是全球工业机器人研发生产的重要基地之一。
位于康桥的上海ABB工程有限公司作为ABB集团唯一的喷涂机器人全球生产基地和全球最大的工业机器人生产基地,并进行机器人控制器以及机器人相关配套设备的生产。
2012年,ABB公司80%的机器人型号和90%的机器人产品在康桥生产。
2013年6月,ABB集团在中国制造的第一台IRB660型号机器人在康桥工厂诞生,标志着ABB在中国的本地生产能力提升。
金桥经济技术开发区则以国内龙头企业上海新松机器人自动化有限公司为代表。
上海新松是沈阳新松机器人自动化股份有限公司(该公司是国内机器人产业的领导企业)针对长江三角洲市场特点组建的旗下子公司。
上海新松作为先进装备制造业的工业机器人及自动化装备产业先进企业,成立于2000年。
2013年公司实现销售超过1.6亿元,净利润超过1988万元。
公司主要产品有:
工业机器人、自动化装配检测线、立体仓储系统、洁净自动化装备、智能移动机器人、激光技术装备、交通自动化设备、能源相关智能化设备、家庭服务机器人、救灾机器人等。
先后为上海交运股份有限公司、德尔福(上海)动力推进系统有限公司、上海纳铁福传动轴有限公司、上海延锋江森座椅有限公司、上海集成电路中心提供服务。
2013年与上海通用共同研发移动机器人,并与上海金桥(集团)有限公司签订战略合作框架协议,拟在上海建设国际总部,加速集团化、国际化发展进程,把上海国际总部打造成公司国际化的前沿阵地。
在张江高科技园区,信息技术是其中一大重点产业,是机器人产业的系统集成和配套企业较为集中的地区,如上海智位机器人有限公司于2009年涉足开源硬件,经过4年多的快速发展,公司已开发出超过600多种机器人和开源硬件的相关产品,在引进以及消化国外先进产品的同时,研发多款具有自主知识产权的产品。
公司目前除主要代理美国Sparkfun、Lynxmotion,英国Devantech,加拿大Robotshop等世界机器人品牌以及开源硬件Arduino外,同时还研发具有自主知识产权的产品,已开发出URM系列超声波传感器、舵机控制器、IMP智能移动机器人平台、DFRduino控制板,以及DreamMaker3D打印机等产品。
2012年公司实现销售收入1400万元。
其中,机器人套件、电子积木占80%。
截至2013年4月,3D打印机订单量70多台。
2、产业应用空间广阔。
当前上海企业整体的自动化水平较高,同时,随着劳动力成本不断上升,上海部分规模化、标准化特征显著的优势行业,如汽车、汽车零部件、电子产品、物流等对使用机器人的需求十分迫切,上汽集团、上海大众、上海通用、上海富士康等大型企业的机器人装机量与日俱增,这也促使部分应用企业开始“逆向而行”,凭借资本技术优势,自主或合作生产机器人。
以汽车工业为例,在上海大众国内首家标准化工厂内,焊装车间装备386台机器人,自动化率达47%,涂装车间装备123台机器人,自动化率达85%,该厂基本每分钟就能产出一辆新车。
从浦东重点产业来看,康桥工业区确立了电子信息和汽车零部件两大主导产业,张江高科技园区有信息技术、生物医药、文化创意、低碳技术四大主导产业,金桥获评为国家级新型工业化产业示范基地,形成了信息、汽车及零部件、现代家电、生物医药为主导的高新技术产业集群。
此外,临港地区将重点建设重装备产业区、物流园区,外高桥在加快微电子园区建设。
这些区域集中了大批国内外著名的制造性企业,如上海通用、上海惠普、上海贝尔、联合汽车电子、上海日立、伊顿流体、美卓自动化、联想、商飞等等,成为上海规模最大的先进制造业基地和具有全国、全球影响力的生产性服务业集聚区。
同时,上海自贸区和浦东综合改革试验区作为综合改革试点,提供了金融、税收、贸易、政府管理等一系列政策优惠,推动浦东的科技研发体系、科技金融体系、创业孵化体系等进一步优化,这些都为浦东发展机器人产业提供了坚实的应用基础和政策基础。
四、浦东发展工业机器人产业的思考和建议
(一)浦东工业机器人产业的优劣势分析与总体思路
经过多年发展,浦东工业机器人产业链逐步完备,形成清晰的三级格局,国内外领先企业齐聚,形成了一定的国内外产业竞争力,并在汽车、电子信息、造船等多个行业已有应用,这是浦东发展机器人产业的既有优势。
但其劣势和威胁也明显存在,从产业链的角度看,浦东机器人产业在整机研发、关键零部件制造、智能软件匹配、系统解决方案等方面还偏弱,核心技术能力不足;
从企业发展来看,跨国公司占据产业链的高端,本土企业主要集中在产业链的制造和组装环节,并试图在细分领域突围;
从产业发展环境来看,浦东和上海机器人产业,尤其是本土企业同时受到跨国公司和周边省市的竞争挤压,而应用型企业却受到模式、资金等各方面的困扰,总体上市场培育的力度还较小。
然而,浦东机器人产业仍然面临较大的机遇。
首先,在全球机器人市场高速发展的背景下,核心技术不断突破,产业发展已经进入到规模应用的阶段;
其次浦东有强大的需求空间,浦东各类企业自动化程度较高,受到成本、人力资源短缺、产品转型、国际竞争等各种因素影响,浦东多个行业都有极大的需求;
最后,上海自贸区、陆家嘴金融贸易区等为机器人企业的发展提供了国内其他区域无可比拟的政策优势和资源优势,以及相关的新发展空间。
当前,从总体发展思路上看,在机器人产业的应用创新阶段,创新必须与具体行业的需求特点相结合,尤其是大规模机器人应用必然涉及到企业生产和管理流程的重组,这在传统企业的转型升级的应用中尤为突出,而我国企业有着不同的特色,这为我国机器人产业在核心技术能力不足的情况下,提供了一种以逆向创新反求以推动产业整体创新与发展的途径。
即浦东作为国内领先的工业机器人产业集聚区和先进制造业集聚区,在核心技术仍然薄弱的情况下,应以拓展应用为抓手,倒逼相关领域的整机、关键零部件、智能软件、系统解决方案的突破,同时,建设增强企业资源配置能力的支援体系,从而优化本土企业发展空间,促其做强产业核心,进一步加强浦东在上海和全国的领先水平,增强在全球机器人产业体系的地位。
在这个过程中,应当以应用需求的培育、本土企业的发展为重,并辅以创新支援体系和国际资源集聚平台的建设,协调各种要素、各种主体、各类应用的参与和实施,同时优化浦东各类园区的布局,最终实现产业突破发展。
(二)浦东工业机器人产业发展的政策与建议
根据总体思路,以补充已有的政策为重点,有关政策可以着重关注以下几个方面。
1、打造行业应用示范工程,以需求侧政策深化产业发展。
在机器人产业的规模应用创新阶段,必须从以往仅仅重视供给侧创新政策,转向以需求侧为主,为本土企业发展拓展需求空间,并将供给和需求两方面政策进行有机契合。
第一,建设行业应用示范工程,鼓励数字化工厂的实施。
在规模化、标准化特征显著的制造行业或需求强烈的企业建设行业智能化应用示范工程,推动上海制造业相关行业、企业逐步提高工业机器人应用比例,重点扩大钢铁、船舶、飞机、电子、机械、汽车、医药等领域机器人应用,支持国有大集团和承担上海市有关扶持项目的企业率先使用。
从企业管理模式、流程重组、系统集成、智能应用等各层次统筹考虑,从而不仅为机器人制造企业拓展应用空间,也为传统制造型企业的转型
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