摘 要：工業機器人是集光機電信息自動化于一身的高技術，發展工業機器人對一個國家制造能力、自動化生產能力具有重大影響。國內外很多企業都是通過使用工業機器人來提高生產率和產品質量。國外一些大的汽車、電子、機械制造商通過采用工業機器人作為關鍵生產設備，可以做到根據市場需求及時調整生產策略，以小批量、多品種，占領更多的市場份額。
關鍵詞：工業機器人;發展契機;國產
中圖分類號：TP242.2 文獻標志碼：A 文章編號：1000-8772(2014)38-0000-00
自經濟危機之后，作為世界各發達與發展中國家加快經濟發展、提高國家綜合競爭力的重要途徑，制造業開始了新一輪的升級——全面自動化和智能化。工業機器人技術作為現代制造業重要的自動化裝備，得到了新的關注和發展。美國、歐盟、日本等經濟發達國家對此極為重視，先后都實施了自己的研究發展計劃。美國提出“再工業化”，呼吁制造業回歸，重構制造業格局，打造智能化水平更高的新型制造模式，并提出了“美國機器人發展路線圖”;歐盟提出“新工業革命”，將機器人作為重點發展領域之一;日本在探討經濟增長倡議時，提出“要重振倡議制造業”，加強高端制造業的研究?？傊l達國家都將發展以機器人為核心的智能裝備作為重振制造業的重要手段。國內也迎來了工業機器人研究和應用的熱潮，符合我國制造業升級、降低勞動力成本、提高產品質量和效率的趨勢需求。
一、國產工業機器人的發展契機
根據國際機器人聯合會(IFR)發布的報告數據[1-2]：2005-2012年期間，工業機器人在中國市場的年銷售量保持年均25%的高速增長，是全球增長最快的市場，其中汽車行業的工業機器人銷售量更是達到世界之首。2013年，中國工業機器人銷量達25 000臺。預計2014-2016年，中國工業機器人銷量年均增長率將達15%，至2016年年銷量將達38 000臺。
工業機器人密度是指在制造業中每1萬名雇員所擁有的工業機器人的數量。世界平均水平為58，在日、韓、德等制造業成都較高的發達國家，工業機器人密度達到330、390、270，而中國的工業機器人密度約為20左右，可見中國市場的潛力仍是相當巨大的。
我國工業機器人單體仍以進口為主，尤其在高性能需求領域。以2012年數據為例，工業機器人份額分成為：FANUC 14%、安川14%、KUKA 13%、ABB 12%、OTC 7%、松下6%、川崎4%、那智4%、現代4%、本土企業4%、其他18%。本土企業所占比重很小，但近幾年發展迅猛，有很大的上升空間。
面對勞動力成本提高的壓力和產業升級迫切需求，中國正在成為工業機器人需求量全球第二大國家，僅次于素有“機器人王國”之稱的日本。未來幾年，中國經濟將繼續保持高增長率增長，為提高生產效率和建立更環保的生產流程，我國也會持續加大對以工業機器人為核心的自動化制造裝備的投資。更長期的來說，我國在未來將面臨人口老齡化問題，預計2050年中國人口結構中60歲以上人口的比例將超過30%，用機器人代替人工勞動力實現生產自動化是不可避免的。
總之，無論是從短期的企業的投入成本與產出效益對比，還是從中期的制造業升級需求，或者長期的人口老齡化壓力，都要求我國要大力發展以工業機器人為核心的自動化、智能化生產制造裝備。這為國內工業機器人企業的崛起和發展提供了不可多得的大好契機。
二、我國工業機器人的應用特點
雖然目前中國已是全球最大的市場之一，但仍處于使用機器人的初始階段，具有以下特點：工業機器人密度低;主要依靠國外供應商而不是本土制造商;尚未充分深入到各行業的應用中，等等。
在我國，工業機器人市場主要受勞動密集型和技術密集型行業帶動。工業機器人在各行業、不同操作應用中所占比重如圖1所示。從圖可知，主要應用行業為汽車、電子和金屬制品行業。焊接、搬運、噴涂這三種類型工業機器人的總銷量占到整體銷量的83%。其中焊接、噴涂機器人主要應用在汽車工業領域，搬運機器人在電子3C行業和食品加工等勞動密集型行業廣泛使用。值得注意的是，電子行業增速最高，隨著電子行業自動化程度的提高其對工業機器人的需求量也在迅速增長中。將來，隨著技術的發展和行業需求的推動，工業機器人會在精密工程、服務行業、醫療、農業等各行各業中得到更多的應用。
圖1 我國工業機器人在不同行業、操作類型中的比重
就實際應用而言，客戶首先要考慮的是一種裝備的效益如何。隨著勞動力成本的逐步提高和工業機器人價格的降低，用自動化的機器人生產線代替工人流水作業越來越具有效益性。
以碼垛搬運操作為例。單臺機器人碼垛搬運成套設備平均價格45萬，年能源消耗成本、維修及售后服務成本3萬;一位熟練的搬運工月綜合成本4000元。導入機器人設備之前，1條包裝線需要1位搬運工，搬運人每天8小時工作時間，3班制工作。導入機器人設備后，1臺機器人處理2條包裝線的碼垛搬運，機器人每天24小時。在不考慮每年勞動力成本增加以及加班費用的情況下，工業機器人成本為7萬元/年(按10年使用壽命折舊)，而人工成本為28.8萬元/年。也就是說，若在成本投入相同的情況下，工業機器人的效益是人工效益的411%?？梢?，使用工業機器人可以大大降低企業的制造成本，提高盈利空間，提升價格競爭優勢。
除去成本與效益的考慮外，使用工業機器人還能帶來其他的優勢：方便數字化生產/管理/檢測，有利于提高生產效率、提高產品良率、保證產品品質、增強生產柔性、降低運營成本;有利于改善員工工作質量、緩解招工壓力等。
三、我國工業機器人企業特點
我國工業機器人在市場上由國外品牌壟斷的事實，從側面反應了我國本土工業機器人技術尚未全面壯大、競爭力不夠強大的特點。與國外工業機器人制造商相比，國內工業機器人企業的劣勢主要體現在：關鍵零部件技術缺乏、企業規模小。
工業機器人產業鏈包括核心零部件生產、機器人本體制造、系統集成以及行業應用四大環節。核心的零部件主要是精密減速機、交流伺服電機及控制器。
目前，全球機器人行業，75%的精密減速機被日本的Nabtesco和Harmonic Drive兩家壟斷(業界俗稱RV 減速機和諧波減速機)，其中Nabtesco在工業機器人關節領域擁有60%的市場占有率。國際主流機器人廠家均選用這兩家產品。
在機器人專用高精度交流伺服電機方面，國外品牌(主要為日、歐品牌)約占市場份額的80%。歐系品牌的電機及驅動部件過載能力和動態響應好，具有總線接口，驅動器開放性強，不過價格貴。相比之下，日系品牌工業機器人的伺服電機、驅動器部件(主要源自安川、松下、三菱等公司)動態響應能力和開放性均不及歐系產品，且大部分只具備模擬量和脈沖控制方式，但價格相對降低。在動態性能滿足使用要求的情況下，較低的價格更能迎合國內市場的需要。以2012年中國伺服電機市場份額為例，松下占14.6%、安川13.4%、三菱9.3%、臺達8.8%、西門子7.9%、路斯特5.5%、廣數控4.8%、其他35.8%。國內高精度交流伺服電機自主品牌處于起步階段，在動態性能、開放性和可靠性方面還有很大的提升空間。
控制器、軟件與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發。控制系統決定了機器人性能的發揮，國內機器人控制系統的項目應用經驗較為缺乏;機器人本體制造決定了機械本體的可靠性、壽命及精度保持，國內廠商在機械本體的熱處理技術方面還不過關。所有這些關鍵零部件和技術，直接影響著機器人的性能指標，如無故障運行時間、精度、速度等。缺乏自主研發的關鍵零部件，無法靈活地根據實際使用需求進行控制軟件的設計并保證系統的可靠性、實時性，材料熱處理工藝不過關，等等都將導致機器人在高性能、高端應用領域缺乏競爭力。同時，國內企業在規模上較小，產值超過10億的企業很少。這使國內企業在選購關鍵零部件時，遠沒有國外大型工業機器人企業議價能力強，導致關鍵零部件成本比國外廠商高好幾倍，最終造成國產機器人成品的成本遠高于國外同行。本土生產的工業機器人，在成本構成上，減速器占40%、伺服電機占30%、控制器占15%、本體制造與系統集成占到15%。也就是說，如果關鍵零部件全部采用進口產品，其成本將占到一臺國產工業機器人成本的85%。這將嚴重削弱國產工業機器人在價格上的競爭能力。
規模不足還帶來了產品的標準化、模塊化問題，只有在企業規模、設備產量提高以后才能實現。沒有產品的標準化、模塊化，配套產品、成套工藝的設計都會受到阻礙。目前，企業實際生產對機器人自動化生產線成套裝備的需求越來越大于對機器人單體的需求。國外汽車行業、電子和電器行業、物流與倉儲行業等已大量使用機器人自動生產線，以保證產品的質量和生產的高效。工業機器人產品的標準化和模塊化是完善機器人自動生產線的基礎。
四、發展建議
在國內，工業機器人產業增長勢頭強勁，正處于快速發展期。雖然國內機器人市場目前為國外品牌壟斷，但要把我國從制造業大國變為制造業強國，發展并壯大本土工業機器人企業，是必經之路。
從企業角度看，國外企業由于起步早，產業已形成規?；瘍瀯?，在研發設計、核心零部件等領域已形成標準化流程，具有較強的領先優勢。而國內企業要在短期內實現關鍵技術突破仍有一定難度，尤其是在資金支持不足的情況下。國內企業在系統集成、售后維護保養等個性定制化領域具有一定的優勢，尤其對中小型企業，國產機器人已經能夠滿足大部分生產的要求，非標定制使性價比更高。事實上，在機器人產業鏈中，國內企業目前有盈利空間的業務主要集中在系統集成、行業應用兩大塊。這也正是國內工業機器人企業發展壯大的突破口。為此，國內企業應當以應用為導向，與工業生產、制造企業緊密合作，了解企業所需，為其提供一體化解決方案。以市場指導研發，以應用要求指導工藝改進。瞄準需求廣泛的行業，對尚未充分開發的實行重點突破。針對中國制造業用戶的非標環境，形成個性化解決方案，提供優質的服務，提升國內機器人品牌影響力。做好技術支持和售后維修服務，提高產品易用性、維護性。
其次，應當盡量聯合上下游產業，結合優勢資源，形成規模化集團企業，壯大規模，以規模帶動工業機器人的標準化、模塊化。使材料加工工藝、關鍵部件技術指標、系統集成方案制訂等形成標準流程或方案，最終降低產品成本，獲得市場占有量。再積蓄技術實力、再擴大機器人產品系列，向汽車電子行業突破。
在獲得一定的市場占有率、穩定生存后，就可以有足夠的人力、資金逐步實現關鍵零部件的研發。這是降低成本、提高競爭力的必經之路。在成功的本土機器人企業中可以看到這些策略的影子。舉例來說，碼垛機器人在勞動密集型企業中運用廣泛，且其研發難度、性能指標在各類工業機器人中屬于中等，適合作為進軍工業機器人領域的突破口。本地企業上海沃迪公司的碼垛搬運機器人全國領先，就是一個機器人國產化的成功案例?，F在沃迪機器人智能碼垛搬運系統已經成為國內的行業領導者之一，機器人取得CE認證、產品遠銷歐洲及北美等發達國家，直接參與國際競爭。從碼垛搬運領域入手，并非在尖端技術上與國外企業硬碰硬，而是尋求在市場上生存為先，整合來自高校科研力量的各方技術力量，針對企業需求，做精、做細碼垛機器人，獲得了迅速的發展。目前，沃迪公司已開始機器人核心部件的研發，并著手拓展小包裝貨物搬運機器人的市場，其策略及發展路線可以說是本土工業機器人企業的樣本。
五、結語
中國正處于工業機器人需求高速增長的階段，以滿足制造業升級的需求，應對勞動力成本提升帶來的壓力。本土機器人企業應抓住契機，從系統集成和行業應用做突破，尋求先生存后發展，然后在發展中實現市場占有和技術突破。
