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人工智能、机器人、5G通信技术、物联网、大数据等尖端科技现已成为各国竞相角逐的核心技术。机器人在新工业革命中占据着重要地位,作为第四次工业革命的重要体现之一,工业机器人既是智能装备产业的重要组成部分,也是支撑我国制造业转型升级的重要基础。
我国自2013年起成为全球最大的工业机器人消费市场,但高端机器人市场长期被国外品牌垄断,国产工业机器人以中低端产品为主且仅占市场份额的30%左右。从产业链来看,产业附加值高的上游几乎被日本和德国企业垄断,产业链中游成为各国争夺的焦点,而我国主要集中在下游集成应用环节。
工业机器人产业链上游被全球龙头企业垄断,如日本发那科(FANUC)工业机器人伺服系统和控制系统能自制,且可以享受机床业务中零部件协同带来的规模效应,使得该公司保持了较好的盈利性。产业链中游未形成垄断局面,为各国研究的热点。产业链下游的系统集成商在整个价值增值传递的过程中具有独特的优势,发挥桥梁作用。
全球各主要国家均以机器人作为重要切入点来推动产业转型升级
从2013年德国政府推出“工业4.0战略”、美国制定《从互联网到机器人——美国机器人路线图》,到2014-2015年韩国提出《智能机器人基本计划(2014-2018)》、日本发布《机器人新战略》,再到2016年我国发布《机器人产业发展规划(2016-2020年)》,全球各主要国家纷纷以机器人作为重要切入点来推动产业转型升级。
日本通过增加产、学、官合作,来巩固机器人产业的培育能力,在战略性推进机器人开发与应用的同时,打造应用机器人所需的环境,使机器人随处可见。美国从多方面分析了各类机器人的发展路线图,来加强其在机器人技术方面的领先地位。德国构建嵌入式制造“智能生产”系统,驱动生产系统走向智能化。
韩国积极推动服务型机器人产业的发展,将政策焦点放在扩大韩国机器人产业并支持本国机器人企业进军海外市场等方面。我国旨在实现我国机器人关键零部件和高端产品的重大突破,实现机器人质量可靠性、市场占有率和龙头企业竞争力的大幅提升。
工业机器人技术高度集中,国际巨头的引领和带动作用明显
工业机器人巨头企业主要集中在日本、美国、德国等工业发达的国家控制工程网版权所有,如日本发那科(FANUC)、安川电机(Yaskawa)、川崎重工(Kawasaki Heavy),德国库卡公司(KUKA),瑞士ABB公司等。它们在工业机器人领域有着长期深入的技术积累,以及紧跟时代的创新能力,逐渐形成了各具特色的技术创新路线和产品,并构建了核心竞争力。德国工业机器人的研究和应用在世界上处于领先地位,韩国也在不断发力。
全球工业机器人产业链中,以日本发那科、安川电机、德国库卡、瑞士ABB等为代表的龙头企业在机器人本体制造、相关技术和服务及系统集成甚至核心零部件等多方面拥有显著优势,抓住了产业价值链上的利润关键点www.cechina.cn,具备很强的盈利能力。
工业机器人核心零部件位于产业链上游,其中日本企业处于绝对领先地位,如发那科、安川电机等,其产业链各环节发展完善,技术研发和市场扩张均十分活跃。工业机器人关键零部件包括精密减速器、伺服电机及驱动、控制器等,是价值链中利润关键点,机器人制造企业与其上游零部件企业的关系呈现出供应商垄断型特殊形态。工业机器人本体设计处于产业链中游控制工程网版权所有,技术门槛较核心零部件低,产业附加值较系统集成应用高,为全球各国研究的热点,主要企业有发那科、松下、安川电机、三星等。机器人控制系统同样处于产业链中游,也是全球各国研究的热点,主要企业有发那科、本田、ABB、爱普生机器人等。
如发那科产品系列多达240种,数控系统销售额在全球市场上占50%,在日本国内占70%。安川电机机器人产品包含焊接、装配、喷漆、搬运等类型,库卡产品包括货盘堆垛机器人、龙门架机器人、净室机器人、不锈钢机器人、耐高温机器人、焊接机器人等,ABB产品包括多关节型机器人、协作机器人、并联机器人、喷涂机器人等。
工业机器人国际巨头利用知识产权为产品保驾护航。发那科专利部署的主要区域是日本、美国、德国和中国,专利申请的主要技术方向为机器人手臂、机器人末端机构和控制单元。ABB专利部署的主要区域是美国、欧洲和中国,专利申请的主要技术方向为机械手和控制单元。
国内企业接力科研院所,逐渐成为我国工业机器人技术创新的主力
我国在工业机器人领域的研究主体早期主要集中在高校和科研院所,如哈尔滨工业大学、清华大学、北京航空航天大学等,但随着我国机器人市场的不断扩大,尤其是2013年跃居全球首位以来,越来越多的企业参与其中,以下游的系统集成作为切入点,不断提升技术创新能力,逐步开展中上游的技术研发和产品开发,取得了不俗的成绩,国产机器人的市场份额也在不断扩大。
在日益增长的市场需求推动下,我国工业机器人技术创新的主力逐渐从高校和科研院所转移到企业。沈阳新松机器人自动化股份有限公司、广州数控设备有限公司、南京埃斯顿自动化股份有限公司、安徽埃夫特智能装备股份有限公司、上海新时达电器股份有限公司、广东拓斯达科技股份有限公司、哈尔滨博实自动化股份有限公司、上海沃迪自动化装备股份有限公司是我国工业机器人代表性的企业。
如沈阳新松机器人是全球机器人产品线最全的厂商之一,也是国内最大的机器人产业化基地。产品线涵盖工业机器人、洁净机器人、移动机器人、特种机器人及智能服务机器人五大系列,在工业机器人领域的专利数量于2015-2017年达到顶峰,专利申请的主要技术方向为机器人本体和控制单元。
我国工业机器人领军企业的技术主要来源于具有较强科研实力的高校和科研院所。如哈工大机器人集团是由哈尔滨工业大学高新技术园区建设发展形成的,哈尔滨博实自动化股份有限公司是由哈尔滨工业大学及机器人研究所科研骨干创办,新松机器人自动化股份有限公司隶属中国科学院沈阳自动化研究所。
工业机器人正在向智能化、模块化和系统化方向发展
工业机器人智能化,即让机器人有感觉、有知觉,能够迅速、准确地检测及判断各种复杂的信息。随着执行与控制、自主学习与智能发育等技术进步,机器人将从预编程、示教再现控制、直接控制、遥操作等被操纵作业模式,逐渐向自主学习、自主作业方向发展。
通过标准化模块组装制造工业机器人将成为趋势。当前,各个国家都在研究、开发和发展组合式机器人,这种机器人将由标准化的伺服电机、传感器、手臂、手腕与机身等工业机器人组件标准化组合件拼装制成。
研究新型机器人结构是未来发展趋势。新型微动机器人结构可以提升工业机器人的作业精度、改善工业机器人的作业环境。研制新型工业机器人结构将成为适应工作强度高、环境复杂作业的需求。
我国工业机器人的大部分核心部件为自主研发和生产,在同类产品中价格优势明显,性价比较高。且供货周期短,服务响应水平及时,在金属形成等领域行业应用经验丰富。但我国在工业机器人领域起步较晚,产业主要在中下游行业,生产和销售规模较小。
整体来看CONTROL ENGINEERING China版权所有,我国工业机器人核心零部件国产化的趋势已经开始初步显现,但技术和经验积累还需要一定时间,大多数企业还处于小批量生产和推广应用阶段。因此,培育具有国际竞争力的龙头企业控制工程网版权所有,带动中小企业向“专、精、特、新”方向发展,形成集群效应,增强产业竞争合力,将是未来我国机器人产业发展努力的方向。
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