機(jī)器人的研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。機(jī)器人主要制造商和國家紛紛加緊布局,搶占技術(shù)和市場制高點(diǎn)。我國將成為全球最大的機(jī)器人市場,需要在這一競爭中審時(shí)度勢、全盤考慮、抓緊謀劃、扎實(shí)推進(jìn)。
“機(jī)器人革命”不是一場獨(dú)立的革命,而是以數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的第三次工業(yè)革命的有機(jī)組成部分。如果說第二次工業(yè)革命是通過裝備的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)了機(jī)器對人的體力勞動(dòng)的替代,“機(jī)器人革命”則推動(dòng)了機(jī)器對人的腦力勞動(dòng)的替代。
專家認(rèn)為,“機(jī)器換人”影響不僅限于工業(yè)生產(chǎn)效率的提升,更在于從根本上克服了傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式下產(chǎn)品成本和產(chǎn)品多樣性之間的沖突,從而推動(dòng)了從線性產(chǎn)品開發(fā)流程向并行產(chǎn)品開發(fā)流程的轉(zhuǎn)變,使工業(yè)產(chǎn)品性能顯著改善、產(chǎn)品功能極大豐富和產(chǎn)品開發(fā)周期大幅縮減。
“機(jī)器人革命”同時(shí)也在引發(fā)生產(chǎn)關(guān)系的深刻變革,使人在工業(yè)生產(chǎn)中的地位和角色發(fā)生了變化。一方面,由于機(jī)器的功能延伸和對人的替代,單一生產(chǎn)單元中對人的需求量相對下降;另一方面,機(jī)器復(fù)雜度的增加,實(shí)際上對產(chǎn)業(yè)工人在多領(lǐng)域的技能和編程、系統(tǒng)處理等方面的知識提出了更高要求。這些都意味著在“機(jī)器人革命”浪潮的蕩滌下,一國產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢的內(nèi)涵、產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢所依賴的資源基礎(chǔ)以及國家間產(chǎn)業(yè)分工形式都將發(fā)生深刻變化。如果我們不能順應(yīng)這一輪革命的要求,將面臨進(jìn)一步喪失產(chǎn)業(yè)競爭主導(dǎo)權(quán)的危險(xiǎn)。
從整體上看,“機(jī)器人革命”具有如下特征:
第一,智能化成為新一代機(jī)器人的核心特征。裝配傳感器和具備人工智能的機(jī)器人能自動(dòng)識別環(huán)境變化,從而減少對人的依賴。未來的無人工廠能根據(jù)訂單要求自動(dòng)規(guī)劃生產(chǎn)流程和工藝,在無人參與的情況下完成生產(chǎn)。
第二,高速網(wǎng)絡(luò)和云存儲使機(jī)器人成為物聯(lián)網(wǎng)的終端和結(jié)點(diǎn)。隨著信息技術(shù)的進(jìn)步,工業(yè)機(jī)器人將更有效地接入網(wǎng)絡(luò),組成更大的生產(chǎn)系統(tǒng),多臺機(jī)器人協(xié)同實(shí)現(xiàn)一套生產(chǎn)解決方案成為可能;服務(wù)機(jī)器人和家庭機(jī)器人也能通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控;多臺機(jī)器人之間的協(xié)作能提供流程更多、操作更復(fù)雜的服務(wù)。
第三,機(jī)器人生產(chǎn)成本快速下降。在工業(yè)領(lǐng)域,機(jī)器人的技術(shù)和工藝日益成熟,性價(jià)比不斷提高,機(jī)器人初期投資相對于傳統(tǒng)專用設(shè)備的價(jià)格差不斷縮小。雖然在功率和速度上與傳統(tǒng)裝備還存在差距,但機(jī)器人在精細(xì)化、柔性化、智能化和信息化方面具有顯著優(yōu)勢,因此在個(gè)性化程度較高、工藝和流程繁瑣的產(chǎn)品制造中替代傳統(tǒng)專用設(shè)備具有更高的經(jīng)濟(jì)效率。成本的下降也使得機(jī)器人逐漸步入辦公室和家庭。
第四,機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。機(jī)器人最初應(yīng)用于模塊化程度較高的汽車、電子產(chǎn)業(yè),隨著智能化水平的提高,以及能完成更多的復(fù)雜動(dòng)作,紡織、化工、食品行業(yè)也大量使用機(jī)器人。隨著技術(shù)的不斷成熟和勞動(dòng)力成本提高,工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用將擴(kuò)展至整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。
第五,人機(jī)關(guān)系發(fā)生深刻轉(zhuǎn)變。一方面,計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和平臺化,未來可以通過包括手機(jī)在內(nèi)的不同端口對機(jī)器人發(fā)送指令。另一方面,人與機(jī)器人相互協(xié)作完成某一目標(biāo)成為趨勢。技術(shù)成熟將增強(qiáng)人對機(jī)器人的信任,人與機(jī)器人之間的協(xié)作關(guān)系將進(jìn)一步增強(qiáng)。
美國:引領(lǐng)智能化浪潮,明確提出以發(fā)展工業(yè)機(jī)器人提振制造業(yè)
美國早在1962年就已開發(fā)出第一代工業(yè)機(jī)器人,但受限于就業(yè)壓力,并未立即投入廣泛應(yīng)用。直到20世紀(jì)70年代末,大量使用工業(yè)機(jī)器人的日本汽車企業(yè)對美國構(gòu)成威脅,美國政府才取消了對工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的限制,加緊制定促進(jìn)該技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的政策。此后,美國企業(yè)通過生產(chǎn)具備視覺、力覺等的第二代機(jī)器人,實(shí)現(xiàn)了市場占有率的較快增長,但仍未擺脫“重理論、輕應(yīng)用”的問題,也未能打破日本和歐洲的壟斷格局。到2013年,美國工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商的全球市場份額仍不足10%,且國內(nèi)新增裝機(jī)量大部分源于進(jìn)口。
2011年6月,奧巴馬宣布啟動(dòng)《先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃》,明確提出通過發(fā)展工業(yè)機(jī)器人提振美國制造業(yè)。根據(jù)該計(jì)劃,美國將投資28億美元,重點(diǎn)開發(fā)基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的第三代智能機(jī)器人。世界技術(shù)評估中心的數(shù)據(jù)顯示,目前美國在工業(yè)機(jī)器人體系結(jié)構(gòu)方面處于全球領(lǐng)先地位;其技術(shù)的全面性、精確性、適應(yīng)性均超過他國,機(jī)器人語言研究水平更高居世界之首。這些技術(shù)與其固有的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢融合,為機(jī)器人智能化奠定了先進(jìn)、可靠的基礎(chǔ)。
以智能化為主要方向,美國企業(yè)一方面加大對新材料的研發(fā)力度,力爭大幅降低機(jī)器人自重與負(fù)載比,一方面加快發(fā)展視覺、觸覺等人工智能技術(shù),如視覺裝配的控制和導(dǎo)航。隨著智能制造時(shí)代的到來,美國有足夠的潛力反超日本和歐洲。值得注意的是,以谷歌為代表的美國互聯(lián)網(wǎng)公司也開始進(jìn)軍機(jī)器人領(lǐng)域,試圖融合虛擬網(wǎng)絡(luò)能力和現(xiàn)實(shí)運(yùn)動(dòng)能力,推動(dòng)機(jī)器人的智能化。谷歌在2013年強(qiáng)勢收購多家科技公司,已初步實(shí)現(xiàn)在視覺系統(tǒng)、強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)與手臂、人機(jī)交互、滾輪與移動(dòng)裝置等多個(gè)智能機(jī)器人關(guān)鍵領(lǐng)域的業(yè)務(wù)部署。若其機(jī)器人部門能按照“組織全球信息”的目標(biāo)持續(xù)成長,未來谷歌既可以進(jìn)入迅速成長的智能工業(yè)機(jī)器人市場,又能從機(jī)器人應(yīng)用中獲取巨量信息來反哺其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
日本:產(chǎn)業(yè)體系配套完備,政府大力推動(dòng)應(yīng)用普及和技術(shù)突破
戰(zhàn)后日本經(jīng)濟(jì)進(jìn)入高速增長期,勞動(dòng)力供應(yīng)不足和以汽車為代表的技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展刺激了工業(yè)機(jī)器人需求快速增長。上世紀(jì)60年代,日本從美國引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)后,通過引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新,于1980年率先實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的商業(yè)化應(yīng)用,并將產(chǎn)業(yè)技術(shù)和市場競爭優(yōu)勢維持至今,以發(fā)那科、安川為代表的日系工業(yè)機(jī)器人與歐美系工業(yè)機(jī)器人分庭抗禮。2012年,受益于下游汽車產(chǎn)業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求大幅增長,日本再次成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場,工業(yè)機(jī)器人密度高達(dá)332臺/萬人,為全球最高。
日本工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢在于完備的配套產(chǎn)業(yè)體系,在控制器、傳感器、減速機(jī)、伺服電機(jī)、數(shù)控系統(tǒng)等關(guān)鍵零部件方面,均具備較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢,有力推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人朝著微型化、輕量化、網(wǎng)絡(luò)化、仿人化和廉價(jià)化的方向發(fā)展。近年來,還呈現(xiàn)出以工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢帶動(dòng)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢,并重點(diǎn)發(fā)展醫(yī)療/護(hù)理機(jī)器人和救災(zāi)機(jī)器人來應(yīng)對人口老齡化和自然災(zāi)害等問題。
日本政府在其中發(fā)揮著重要作用。早在日本工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的起飛階段,日本政府就通過一系列財(cái)稅投融資租賃政策大力推動(dòng)機(jī)器人的普及應(yīng)用,并通過“研究與開發(fā)”政策推動(dòng)技術(shù)突破。正式成立于1972年的日本機(jī)器人工業(yè)會也發(fā)揮著重要作用。該組織以鼓勵(lì)研究與開發(fā)、爭取政府政策支持、主辦博覽會等方式推廣普及工業(yè)機(jī)器人。進(jìn)入新世紀(jì)以來,日本政府更加重視對工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2002年,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省開始實(shí)施“21世紀(jì)機(jī)器人挑戰(zhàn)計(jì)劃”,將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)作為高端產(chǎn)業(yè)加以扶持,采取了加大研究與開發(fā)支持力度、發(fā)展公共平臺、開發(fā)新一代機(jī)器人應(yīng)用和人機(jī)友好型機(jī)器人等扶持措施,力圖將全球領(lǐng)先的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)拓展到醫(yī)療、福利和防災(zāi)等社會事業(yè)領(lǐng)域。2004年,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省推行的“面向新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)報(bào)告”將機(jī)器人列為重點(diǎn)產(chǎn)業(yè),2005年的“新興產(chǎn)業(yè)促進(jìn)戰(zhàn)略”再次將機(jī)器人列為七大新興產(chǎn)業(yè)之一。此后,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省借助各類產(chǎn)業(yè)政策扶持機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成為常態(tài)。日本總務(wù)省、文部科學(xué)省、國土交通省等部門積極實(shí)施機(jī)器人相關(guān)項(xiàng)目,并通過舉辦“機(jī)器人獎(jiǎng)”“機(jī)器人競賽”等社會活動(dòng),推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
德國:帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級,政府資助人機(jī)交互技術(shù)及軟件開發(fā)
雖然德國稍晚于日本引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人,但與日本類似,二戰(zhàn)后勞動(dòng)力短缺和提升制造業(yè)工藝技術(shù)水平的要求,極大地促進(jìn)了德國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展。除了應(yīng)用于汽車、電子等技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)外,德國工業(yè)機(jī)器人還廣泛裝備于包括塑料、橡膠、冶金、食品、包裝、木材、家具和紡織在內(nèi)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),積極帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級。2011年,德國工業(yè)機(jī)器人銷量創(chuàng)歷史新高,并保持歐洲最大多用途工業(yè)機(jī)器人市場的地位,工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)147臺/萬人。
德國政府在工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的初級階段發(fā)揮著重要作用,其后,產(chǎn)業(yè)需求引領(lǐng)工業(yè)機(jī)器人向智能化、輕量化、靈活化和高能效化方向發(fā)展。20世紀(jì)70年代中后期,德國政府在推行“改善勞動(dòng)條件計(jì)劃”中,強(qiáng)制規(guī)定部分有危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位必須以機(jī)器人來代替人工,為機(jī)器人的應(yīng)用開啟了初始市場。1985年,德國開始向智能機(jī)器人領(lǐng)域進(jìn)軍,經(jīng)過10年努力,以庫卡為代表的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)占據(jù)全球領(lǐng)先地位。2012年,德國推行了以“智能工廠”為重心的“工業(yè)4.0計(jì)劃”,工業(yè)機(jī)器人推動(dòng)生產(chǎn)制造向靈活化和個(gè)性化方向轉(zhuǎn)型。依此計(jì)劃,通過智能人機(jī)交互傳感器,人類可借助物聯(lián)網(wǎng)對下一代工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。這種機(jī)器人還將具備生產(chǎn)間隙的“網(wǎng)絡(luò)喚醒模式”,以解決使用中的高能耗問題,促進(jìn)制造業(yè)的綠色升級。目前,德國聯(lián)邦教育及研究部已開始資助人機(jī)互動(dòng)技術(shù)和軟件的研究開發(fā)。
韓國:使用密度全球第一,多項(xiàng)政策支持第三代智能機(jī)器人的研發(fā)
20世紀(jì)90年代初,韓國政府為應(yīng)對本國汽車、電子產(chǎn)業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的爆發(fā)性需求,以“市場換技術(shù)”,通過現(xiàn)代集團(tuán)引進(jìn)日本發(fā)那科,全面學(xué)習(xí)后者技術(shù),到本世紀(jì)大致建成了韓國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系。2000年后,韓國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)進(jìn)入第二輪高速增長期。2001年至2011年間,韓國機(jī)器人裝機(jī)總量年均增速高達(dá)11.7%。國際機(jī)器人聯(lián)合會的數(shù)據(jù)顯示,2012年,韓國的工業(yè)機(jī)器人使用密度為世界第一,每萬名工人擁有347臺機(jī)器人,遠(yuǎn)高于58臺的全球平均水平。
目前,韓國的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商已占全球5%左右的市場份額?,F(xiàn)代重工已可供應(yīng)焊接、搬運(yùn)、密封、碼垛、沖壓、打磨、上下料等領(lǐng)域的機(jī)器人,大量應(yīng)用于汽車、電子、通信產(chǎn)業(yè),大大提高了韓國工業(yè)機(jī)器人的自給率。但整體而言,韓國技術(shù)仍與日本、歐洲等領(lǐng)先國家存在較大差距。
韓國政府近年來陸續(xù)發(fā)布多項(xiàng)政策,旨在扶植第三代智能機(jī)器人的研發(fā)與應(yīng)用。2003年,產(chǎn)業(yè)資源部公布了韓國“十大未來成長動(dòng)力產(chǎn)業(yè)”,其中就包括智能工業(yè)機(jī)器人;2008年9月,《智能機(jī)器人開發(fā)與普及促進(jìn)法》正式實(shí)施;2009年4月,政府發(fā)布《第一次智能機(jī)器人基本計(jì)劃》,計(jì)劃在2013年前向包括工業(yè)機(jī)器人在內(nèi)的五個(gè)機(jī)器人研究方向投入1萬億韓元(約合61.16億元人民幣),力爭使韓國在2018年成為全球機(jī)器人主導(dǎo)國家;2012年10月,《機(jī)器人未來戰(zhàn)略戰(zhàn)網(wǎng)2022》公布,其政策焦點(diǎn)為支持韓國企業(yè)進(jìn)軍國際市場,搶占智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的先機(jī)。
中國:面臨核心技術(shù)被發(fā)達(dá)國家控制等挑戰(zhàn),產(chǎn)業(yè)市場空間巨大
首先,我國在機(jī)器人領(lǐng)域的部分技術(shù)已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。機(jī)器人涉及的技術(shù)較多,大體可分為器件技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)和智能技術(shù)。我國在通用零部件、信息網(wǎng)絡(luò)等部分器件和系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國家的差距在10年左右,而對智能化程度要求不高的焊接、搬運(yùn)、清潔、碼垛、包裝機(jī)器人的國產(chǎn)化率較高。近年來,我國在人工智能方面的研發(fā)也有所突破,中國科學(xué)院和多所著名高校都培育出專門從事人工智能研究的團(tuán)隊(duì),機(jī)器人學(xué)習(xí)、仿生識別、數(shù)據(jù)挖掘以及模式、語言和圖像識別技術(shù)比較成熟。
其次,我國企業(yè)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)集成能力,這種能力在電子信息等高度模塊化產(chǎn)業(yè)和高鐵等復(fù)雜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)都得到體現(xiàn)。系統(tǒng)集成的意義在于根據(jù)具體用戶的需求,將模塊組成可應(yīng)用的生產(chǎn)系統(tǒng),這可能成為我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)打破國外壟斷的突破口。
第三,我國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的市場空間巨大。目前,我國機(jī)器人使用密度較低,制造業(yè)萬人機(jī)器人累計(jì)安裝量不及國際平均水平的一半,服務(wù)和家庭用機(jī)器人市場尚處于培育階段,機(jī)器人應(yīng)用市場增長空間巨大;二代機(jī)器人仍然是主流,機(jī)器人向第三代智能機(jī)器人升級換代空間巨大;機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè),機(jī)器人向其他領(lǐng)域擴(kuò)展空間巨大。
當(dāng)然,我們也要清醒地看到我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)。首先,機(jī)器人的頂層架構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)技術(shù)被發(fā)達(dá)國家控制,在機(jī)器人成本結(jié)構(gòu)中比重較大的減速機(jī)、伺服電機(jī)、控制器、數(shù)控系統(tǒng)都嚴(yán)重依賴進(jìn)口,國產(chǎn)機(jī)器人并不具備顯著成本優(yōu)勢。
其次,存在低端鎖定的風(fēng)險(xiǎn)。一方面,發(fā)達(dá)國家不會輕易向中國轉(zhuǎn)移或授權(quán)機(jī)器人核心技術(shù)、專利,我國機(jī)器人企業(yè)通過參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)合作研發(fā)進(jìn)入中高端市場的阻礙很多;另一方面,地方政府對產(chǎn)業(yè)的盲目投資可能形成過剩產(chǎn)能,導(dǎo)致重復(fù)建設(shè)和低價(jià)競爭。
再次,機(jī)器人研發(fā)、制造與應(yīng)用之間缺乏有效銜接。機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研發(fā)領(lǐng)先的高校和院所并不具備市場開拓能力,而企業(yè)在基礎(chǔ)研發(fā)上的投入還非常低,國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合又存在諸多體制機(jī)制障礙,導(dǎo)致研發(fā)與制造環(huán)節(jié)脫節(jié)。