日本的“机器人王国”是怎样长成的?

虽然第一台机器人在美国诞生,但是晚于美国起步的日本工业机器人产业发展迅猛,如今已成为全球机器人产销大国,并且赢得“机器人王国”的美称。目前,世界各国都争相投入资金以及人力进行机器人领域的开发,日本工业机器人产业的飞速发展带来了哪些值得借鉴的经验呢?

日本在上个世纪60年代进入经济高速增长阶段,生产规模扩张,但是劳动力却以每年不足1%的速度微增。当时,日本为满足政府所制定的年均GDP增长3%的目标,生产效率的提高及产业结构的升级转型成为日本经济发展的必由之路。

经历两次石油危机后的日本企业为尽快摆脱能源价格上涨的不利局面,迫切需要高度节能且自动化的工业产品。而早在1954年美国人所研制的“工业机器人”给当时处于劳动力困境的日本产业界带来了一丝希望。

日本川崎重工业公司于1967年率先从美国引进机器人的相关技术及生产线,并在短短的一年后,研制出了日本第一台工业机器人“Unimate”。此后通过不断的技术消化与吸收,日本工业机器人很快从摇篮阶段驶入了发展的快车道。随着以机械、电子、汽车制造为代表的制造业的崛起,日本工业机器人在这些强势产业中大规模地推广。

直至80年代初,日本的工业机器人逐步从上述产业推广到其他制造业领域,很大程度上缓解了日本劳动力严重短缺的产业困境。

从第一代机器人的试制成功至20年代初,日本工业机器人至少经历了30年的爆发式增长,总体的产业技术及应用水平早已超越制造业高度空心化的美国。

虽然机器人技术来源于美国,却在日本得到了空前的繁荣发展。究其缘由,除了日本经济高速发展所伴随的劳动力短缺、人力成本大幅高企等社会背景外,也离不开日本自身的技术沉淀以及政府的一系列扶持政策。

技术发展阶段及鼓励政策

从1967年日本从美国引进第一台工业机器人算起,日本的工业机器人技术已大致经历了五个阶段。

第一阶段——20世纪80年代初。日本研制出弧焊机器人,并制定出机器人行业的安全标准。 第二阶段——20世纪80年代中期。日本针对机器人的控制系统进行了大量的演算开发工作,通过人机对话方式强化了弧焊功能的标准化。 第三阶段——20世纪80年代末。以传感器的应用为标志,日本机器人产业强化了控制系统与各类机器人之间的适用性。 第四阶段——20世纪90年代中期。通过针对控制系统的不断改进,日本将机器人系统中植入Robot语言及配置菜单强化对话功能。 第五阶段——20世纪90年代末。此时,日本机器人产业开始强调机器人的相互协调、独立作业功能,并实现通过多轴控制提升工业机器人作业的复杂度及高效性。

一直以来,日本在微电子技术及机电一体化领域所保持的绝对优势,为日本机器人产业的发展奠定了坚实的基础,确保其在工业机器人领域一直保持世界领先地位。同时,在形成其领先的技术优势的过程中,政府出台一系列鼓励政策也是不容忽视的。

早在20世纪70年代初,日本政府就出台了一系列的针对工业机器人的鼓励扶持政策,为普及机器人的产业发展创造了良好的环境。此外,日本政府还针对中小企业提供了一揽子经济优惠政策,点燃了中小企业开拓机器人产业的热情。

当时的鼓励政策大致可以分为两大类。一类为普及促进政策,重点集中在产业应用环节中的制度构建及规范;另一类则针对企业研发,利用税收补助、项目设立等形式进行机器人产业的政策援助。

例如在第一类的普及促进政策中,早在20世纪70年代,日本政府针对机器人产业制定了相关的行业应用标准及类别。而到了20世纪80年代,伴随 “财政投融资租赁制度”出台,由日本财政省、日本开发银行牵头的24家工业机器人制造商及多家保险公司共同出资,成立了“日本机器人租赁公司”。随着融资租赁这一金融模式的有效开展,日本地方政府出资成立合作基金,开始面向各类中小企业提供机器人设备的租赁及贷款,极大地推动了面向下游用户的产业化应用。

而另一类作为财政援助政策,其中为代表的就是针对高技术的税费制度。该制度规定,扣除企业研究开发所得税7%的税额,以用于补贴高性能工业机器人领域的技术研究。除了税收制度的支持之外,日本通产省设立针对复杂工况、狭小空间内作业的高度自治型工业机器人开发项目以推动机器人产业的蓬勃发展。

产业规模及市场特征

从历年数据来看,日本的工业机器人一大半都是用于出口,堪称工业机器人出口大国。其中,2012年出口超过6.6万台,约占总销量的70%,这在很大程度上得益于中国及其他新兴市场对于工业机器人需求的大幅增长。

截至2013年底,日本工业机器人的装机总量已达到30.4万台,约占到全球工业机器人总量的25%,已成为世界上最大的工业机器人生产、消费及应用大国。

除此以外,作为工业机器人主要市场的欧洲,其总体规模与日本市场不相上下。近年来,伴随着中国、韩国等国家的工业机器人装机总量不断升高,日本在全球机器人市场所占比例会不断下降。同时随着国内市场的逐步饱和,日本工业机器人的市场重心将会逐步以面向出口地的转移、现地化的原材料采购及生产等方式扩大海外市场的份额。

近年来,随着新兴市场装机总量不断上升,工业机器人的应用领域逐步拓宽。汽车行业作为工业机器人最先投入使用的领域,现阶段虽保持着最大的市场份额,但近年来增速有所放缓。除此以外,消费数码、通信类3C产业,以及食品、饮料加工等行业的需求也在逐步扩大。由于全球各地区间的制造业分工存在差异,致使各地区针对工业机器人的应用领域也存在一定的差异。

以日本、欧洲、中国市场的工业机器人的行业应用为例,日本相对于欧洲及中国市场,机电、电子加工行业反而比汽车行业的占比更大。此外,相较于面向汽车行业占到半壁江山的欧洲及中国市场,日本市场面向下游用户的各领域比例则更为均一。这就意味着日本工业机器人厂商需要针对多个行业领域进行产品线布局,同时也要打造更通用化、柔性化的系统集成方案。

主流制造商及其特点

提到主流工业机器人厂商,我们一般会想到以发那科(Fanuc 日本)、安川(Yaskawa 日本)、ABB(瑞士)、库卡(KUKA 德国)为代表的工业机器人“四大家族”。

从全球的总体市场份额来看,“四大家族”的合计占比达到总体的五成之多。而从各地区占比来看,则是日本厂商发那科和安川稍稍领先,而ABB和库卡则紧随其后。

除了上述“四大家族”之外,二线厂商集中于日本及欧洲等国家和地区,如Comau(意大利)、OTC(Daihen旗下 日本)、川崎重工业(Kawasaki 日本)、那智不二越(Nachi-Fujikoshi 日本)、松下(Panasonic 日本),以及近年来以服务集团内汽车业务的韩国厂商现代重工业。

早期工业机器人的下游应用领域主要集中在汽车行业,并且大型汽车厂商与机器人制造商都有一定业务绑定关系。例如每当德国大众的新工厂开工,根据产能规划通常会需要1000-2000台的工业机器人,而大众只考虑库卡的产品,其他欧洲整车厂商则更多的倾向于ABB,而丰田与本田、日产等日本厂商则基本被发那科、安川、那智不二越等日系机器人制造商企业所包揽,由此形成以少数厂家为代表的垄断竞争格局。

此外,由于汽车行业对机器人精度、效率和稳定性要求都非常高,为确保企业间长期且稳定的合作关系,致使其他新兴厂商短期内根本无法挤入各大汽车厂商的采购体系中。不过,近年来随着来自汽车行业以外的需求量不断上升,并且源于各家厂商对于产品差异化的竞争需求,一、二线厂商的产品布局的特点也已逐步分化。

首先来看作为一线厂商代表的“四大家族”的产品线分布。ABB与库卡的重点还是集中在针对汽车行业的六轴机器人,而在针对晶圆、半导体、玻璃基板等3C领域所需求的搬运机器人等领域并没有投入太多资源,然而作为日系厂商的发那科、安川则针对这类3C行业提供了一系列产品线。

其次,居于二线的日系与欧系厂商相比,也存在明显的特征。日系厂商中存在两个产品线阵营,一类是针对汽车、3C、金属加工行业的传统焊接、搬运机器人,如川崎重工与那智不二越等针对特定产业提供全套产品线的厂商。

另一类则是面向医疗、科研行业,提供高精度、且快速作业的小型机器人,以三菱、东芝、电装为代表,将SCARA型及Delta型机器人作为自己单一的产品线路,与传统厂商进行产品上的差异化竞争。

与之相对的是,欧洲的二线厂商的产品定位,如Stabuli公司为了避免与ABB、库卡在汽车行业进行竞争,则针对无尘车间以及食品生产流水线,提供快速抓取作业的SCARA型机器人。

另一方面,欧洲厂商则是通过外部采购部分核心零件进行本体组装后,再交由系统集成领域专门从事机器人集成外包业务的厂商,如杜尔、徕斯等企业。这类系统集成商集中针对汽车行业的系统集成项目,与多家整车厂通过长年绑定式合作,承接其全球的系统集成业务。通常而言,这类系统集成外部商往往专注于焊接、涂装和总装生产线的集成业务中的某一种。例如杜尔公司在汽车涂装生产线的集成方面具有很强的优势,因此相较于ABB、库卡等厂商投入资源开展各类系统集成业务,部分专业领域外包给这类系统集成商反而更为高效、便捷。

因此可以看到,从产业链的把控程度来看,以发那科和安川为代表的日系厂商通过部分核心部件的自制以及在系统集成业务上的协同效应,牢牢地锁住了工业机器人产业链上的大部分利润。而欧洲厂商则通过水平分工的方式,与外部公司共同合作,虽然整体利润不如日系厂商,但其在针对特定行业的关键解决方案上较日系厂商具有更强的优势。

日本工业机器人产业的发展方向

现阶段工业机器人技术仍处于更新换代的进程中,目前只是作为生产线上的一种辅助设备。在现有大规模生产模式下,高效的产业工人与数控机床的两相结合依旧是最基础、最稳定的生产要素。

无论是在日本还是全球,相较于生产线上的组合机床,工业机器人对整条生产线的成本占比还较低。例如2013年全球数控机床本体的产值为630亿美元,而工业机器人本体的产值为150亿美元,约占到机床总产值的23%。这也意味着工业机器人还存在很大的提升空间。此外,从应用层面来看,由于汽车制造行业由过去的标准化、大批量生产逐渐趋于定制化、柔性化生产模式,因此对于生产线的灵活性提出了更高的要求,这就需要工业机器人能够更加智能、更加易用。

目前,安川、不二越等企业正加速研制双臂机器人,其所研制的双臂机器人可以从事传统机器人无法从事的精细化组装等工作,并且更智能化、灵活化,但由于采用大量的高端传感器,制造成本较高,多家公司都尚未大面积地进行推广应用。另一类双臂机器人的代表,是在2012年被美国《时代周刊》杂志评选为最佳发明的人型工业机器人Baxter。与其他工业机器人的不同之处在于,Baxter的控制系统类似于开放的PC系统,但无需进行编程,具有自动认知及动作记忆功能。虽然它的作业精度和速度降低,但其适应性和安全性则被增强,且成本低廉,可替代生产线上简单重复的劳动。现阶段的最新售价在12万元左右,未来随着技术的不断成熟,其售价预计会进一步降低。

本文作者系野村综合研究所项目经理,戴荣荣

原文发布于微信公众号 - 机器人网(robot_globalsources)

原文发表时间:2016-06-04

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