全球(主要国家)工业机器人的产业现状与发展趋势

摘要: 自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统( CIMS )的自动化工具。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

  工业机器人是集机械、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的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统( CIMS )的自动化工具。和计算机、网络技术一样,工业机器人的广泛应用正在日益改变着人类的生产和生活方式。

  一、全球工业机器人产业发展现状   (一)工业机器人全球销量增长迅速,但密度分布差异化明显   2009年受全球金融危机的影响,工业机器人销售量骤减,同比下降47%,仅6万台。但是2010年机器人的销量强势反弹,销量达到11.8万台,比2009年增长96.7%。2011年工业机器人的销量更是创下历史记录,达到16.5万台。截止到2011年底,全球工业机器人保有量在230万台以上。据国际机器人联盟的预计,2012-2014年工业机器人将继续保持迅猛增长的势头,年增长率将在6%以上。

 1994-2011年世界工业机器人销量情况表

  但是各国的工业机器人密度差异较大。国际机器人联盟将机器人密度定义为:以机器人使用数量除以该制造业10,000个员工人数,也就是该产业每一万个员工中使用多少台机器人。2010年全球产业机器人的平均密度是51台。其中,日本以306台排名世界第一,韩国以287台位居世界第二,中国台湾地区123台排第十名,前十名都是工业发达国家或地区,发展中国家基本都低于20台。中国大陆仅为15台,大大低于平均之下,与发达国家的差距明显。

2010年部分国家工业机器人密度

  数据来源:国际机器人联盟

  (二)少数工业发达国家垄断核心技术,发展中国家产业受制于人   经过多年的发展,工业机器人技术在发达国家已逐步走向成熟,成为一种可供工业使用的标准化设备。现阶段,世界上生产工业机器人较多、技术水平较高的地区有:日本、欧洲、北美。其中,日本和欧洲的产品无论从数量还是种类都占据了主导地位。日本被称之为“机器人王国”,自1968年从美国引进机器人及其相关技术之后,就开始了自主研发和生产机器人的道路。经过40余年的发展,日本工业机器人领域出现了FANUC、安川、川崎、OTC、松下、不二越等国际知名品牌,技术领先,质量可靠性强。欧洲的德国、瑞典、意大利、西班牙等老牌工业国家,也由于本国劳动力成本的偏高等原因,其国内市场需求较大,从而大大促进了工业机器人的发展和核心技术的研发,因而也形成了一些比较有国际影响力的工业机器人公司,比如瑞典的ABB Robotics、德国的KUKA、意大利的COMAU及奥地利的IGM公司等。   与发达国家的工业机器人发展水平相对照,发展中国家的工业机器人基本都依靠进口,自主研发能力差,技术水平低,无法形成产业化,也没有具有国际竞争力的工业机器人品牌。   二、主要工业发达国家工业机器人产业发展情况   (一)美国工业机器人产业发展情况   美国是机器人的诞生地。早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人。比起号称机器人王国的日本起步至少要早五、六年。20世纪60年代到70年代期间,美国的工业机器人主要立足于基础研究,只有几所大学和少数公司开展了相关的研究工作。随着日本工业机器人在工业生产中的应用,美国感到形势紧迫,才开始真正重视机器人。美国凭借带有视觉、力觉的第二代机器人的研发生产,很快占领了美国60%的机器人市场。   尽管在工业机器人的发展上,美国走了一条重理论研究,轻应用开发的曲折道路,但与其他国家相比,美国机器人的技术更加全面、先进,适应性也很强。此外,美国机器人的智能技术发展也很快,其视觉、触觉等人工智能技术已在航天、汽车工业中广泛应用,高智能、高难度的军用机器人、太空机器人等发展迅速,已实际应用于扫雷、布雷、侦察、站岗及太空探测等方面。  (二)德国工业机器人产业发展情况   德国引进机器人的时间比英国和瑞典大约晚了五、六年,但战争所导致的劳动力短缺,国民技术水平较高等社会环境却为工业机器人的发展、应用提供了有利条件。此外,2O世纪7O年代中后期,德国政府采用的积极行政手段也为工业机器人的推广开辟了道路。如在“改善劳动条件计划”中规定,对于一些危险、有毒、有害的工作岗位,必须以机器人来代替普通人的劳动。这个计划为机器人的应用开拓了广泛的市场,并推动了工业机器人技术的发展。目前,德国工业机器人的总数占世界第二位,仅次于日本。

(三)亚太地区成为最重要市场

  亚洲是目前全球工业机器人使用量最大的地区,占世界范围内机器人使用的50%,其次是美洲(包括北美、南美)和欧洲。2012-2015年亚洲机器人销量年均增长15%,远高于美洲和非洲6%的增长速度。2015年,亚太地区工业机器人销售超过14万台。2014年中国、日本、韩国和泰国的工业机器人新装机量占亚洲地区总量的75%,分别在全球排名第一、第二、第四和第八位,四个国家工业机器人的市场规模占全球工业机器人销量的52.4%。

  日本工业机器人产业发展情况   日本素有“ 机器人王国” 之称,其工业机器人的发展令人瞩目,无论机器人的数量还是机器人的密度都位居世界第一。在其经历了短暂的摇篮期之后,快速跨过实用期,迈入普及提高期。在20世纪80年代至90年代初期,日本的工业机器人可谓处于繁荣鼎盛时期,似乎无所不能。然而,自20世纪90年代中期开始,随着欧洲和北美工业机器人产业的崛起,国际市场的格局发生了明显的变化,日本的相对竞争优势有所下降。到了2 1世纪初,伴随着中国和其他周边国家对工业机器人需求的增长,以及日本本国早年工业机器人因服务期限而带来的更新换代,日本的工业机器人又开始重新焕发生机,2011年日本再次成为全球最大的机器人市场。   三、工业机器人未来发展趋势   (一)发达国家纷纷制定机器人国家战略,力促工业机器人发展   美国、欧洲、日本、韩国等发达国家长期高度重视机器人发展,纷纷推出各自发展机器人的国家战略规划,力促工业机器人产业的发展。   近年来美国针对机器人技术研发,推出了DARPA的自主机器人研究计划、联合机器人研究计划等,大力推动机器人在军事、工业等各个领域的应用;欧洲近年来推出了欧盟第七框架计划(FP7)、欧洲机器人研究路线图等,促进了机器人技术在欧盟各国的推广。同时2007年欧盟斥资4亿欧元支持机器人的研发活动并就机器人的标准化和商业模式达成一致,为机器人产业的发展奠定了发展基础;日本对机器人发展自上世纪80年代以来保持了持续支持的战略。在目前实施“新产业发展战略”中也把机器人放在使日本成为“世界技术创新中心”的支柱地位上。根据日本政府2007年制定的一份计划,日本2050年工业机器人产业规模将达到1.4兆日元,拥有百万工业机器人;韩国力图在机器人这一战略高地上后来居上,2003年以来韩国政府制定了一系列促进机器人产业发展的战略。2009年,韩国政府发布了“第一次智能机器人基本计划”,目标是到2018年使韩国成为全球机器人主导国家。由此可见,发达国家已经为本国机器人产业的发展制定了非常清晰的近期和远期目标,这必将加快工业机器人技术的产业化步伐。   (二)工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展   机器人的发展取决于三方面的技术。一是机器人的感知功能主要取决于传感器。传感器技术越发达,机器可以感知的环境信息就越丰富、越准确。二是机器人的决策功能主要取决于人工智能技术。目前的工业机器人已经有相当成熟的人工智能技术,可以满足一定复杂度的决策需要。三是机器人执行功能主要取决于自控技术。   从近几年世界机器人推出的产品来看,机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展,其发展趋势主要为:结构的模块化和可重构化;控制技术的开放化、PC化和网络化;伺服驱动技术的数字化和分散化;多传感器融合技术的实用化;工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。   目前机器人技术发展十分迅速。向来以互联网业务见长的Google公司,建立了自己的手机生产线,涉足硬件制造,其Nexus Q全部由自家制造,整个制造过程全部由机器人生产线一条龙完成。   (三)工业机器人应用行业从传统行业向高新技术领域拓展   目前汽车产业、电子产业和一些传统制造产业的发展带动了工业机器人的增长。2010年大约有70%的工业机器人被销往汽车工业领域,26%销售到电子行业。其他行业诸如橡胶及塑料工业、金属制品等行业也是有较快的增长。

(附:主要国家机器人发展情况)

  日本

  日本工业机器人发展主要经历四个历史阶段。第一阶段为摇篮期(1967-1970年),川崎重工业公司从美国Unimation公司引进先进的机器人技术,建立生产车间,并且于1968年制造出第一台川崎机器人。第二阶段为实用期(1970-1980年),日本工业机器人经历短暂的摇篮期后迅速进入发展时期,工业机器人十年间的增长率达到30.8%。

  第三阶段为普及提高期(1980-1990年),日本政府开始在各个领域广泛推广使用机器人,1982年日本的机器人产量约2.5万台,高级机器人数量占全球总量的56%,到1986年其机器人保有量已经达到10万台,机器人产业生产总值超过3000亿日元,到了1990年其生产总值超过6000亿日元。第四阶段为平稳成长期(1990-2013),受到金融危机和日元贬值的影响,日本机器人产业在90年代中后期进入低迷期,2005-2009年,日本工业机器人市场规模呈下降态势,2009年生产总值不到3000亿日元,但是2011年生产总值开始回升。截至2014年,日本工业机器人保有量占全球机器人保有量的30%。

  日本机器人产品以工业机器人为主。根据国际机器人联合会的统计,2014年日本工业机器人的全球市场份额排名第一,工业机器人生产和安装总量为12.7万台,销售量约2.8万台,销售额超过500亿日元。2014年,日本的工业机器人产品按应用领域划分为四类,分别是喷涂机器人、原材料运输机器人、装配机器人、清洁机器人。按照工业分支应用的比例为:自动化零部件工业占35.1%;电机械制造工业占27.3%;塑料制品工业占9.7%。数据显示工业机器人在汽车和电子领域的应用比例高达62.4%,这两类产业是推动日本国内机器人产业增速的引擎。

  在出口方面,2005-2014年十年间,日本工业机器人出口量显著高于内销。2014年出口的工业机器人产品数量超过9.8万台,出口的工业机器人占总销量的77.2%,出口额约3100亿日元,比2013年的3013.4亿日元增长了2.8%。日本工业机器人出口国多集中在亚洲国家,尤其是中国、韩国和菲律宾。

  目前日本机器人产业面临的重大挑战是如何拓展应用领域。一方面,日本近年工业机器人在食品、药品、化妆品“三品产业”领域有较快发展,与汽车和电子产业不同,“三品产业”的卫生标准更高,解决卫生标准需要更先进的技术支持。另一方面,日本服务型机器人开发领域虽然取得重要进展,但是产品量产的服务型机器人还很少。例如,医疗介护和灾害救援的机器人已经研发出来,但是推广普及仍然缺乏技术和制度的支持。

美国

  美国工业机器人发展主要经历四个历史阶段。第一阶段是20世纪60年代至70年代,其工业机器人产业处于研究阶段,1962年美国研制出世界上第一台工业机器人,但由于当时本土的失业率高达6.65%,政府担心机器人导致就业情况恶化,并未把工业机器人列入重点发展项目,美国市场的少量企业仅与大学合作进行初步的研发工作。第二阶段是20世界70年代后期至80年代,美国政府与企业对于工业机器人的应用认识有了改变,制定机器人重点技术路线,机器人行业的发展集中于航空、核工程、海洋等特殊领域的高级机器人的开发,机器人的主要用户是政府和军方,机器人产业的市场化在此阶段远不及日本。

  第三阶段是20世纪80年代中后期至90年代初期,美国政府真正开始重视工业机器人的研发和推广,美国标准局和职业安全与卫生管理局开始商讨并且建立美国机器人国家标准。随着机器人制造商的生产技术日臻成熟,功能简单的一代机器人逐渐不能满足实际需要,美国开始重视开发具备视觉、触觉、力感等功能的二代机器人。第四阶段是90年代后期,美国在机器人软件领域处于领先地位。在语音识别技术上,美国科技公司苹果、谷歌和微软都在加紧布局;在图像识别领域,Facebook等公司的人像识别、图像分析技术初露端倪。

  美国是全球工业机器人第三大市场。受到生产自动化的发展趋势以及美国重振制造业的战略影响,2014年美国机器人市场规模达到2.6万台,较2013年增长了11%。但是机器人本体利润少、技术含量低,美国制造机器人本体的制造商较少,更多的企业注重于技术方面的研发。截至2015年,美国共申请1.6万余件相关专利。在机器人技术分类方面,除了机械手、控制单元、焊接、机床零件等基础技术除外,美国的高智能、高难度的国防机器人、太空机器人已经开始投入实际应用。

  为满足美国制造厂商的现代化生产线需求,美国本土加速机器人的安装工作,2010-2013年,美国机器人销售额的年均复合增长率为18%。2014年1月,美国工业机器人保有量为22万台,制造业的工业机器人密度达到152台/万人,部分自动化工业领域工业机器人密度甚至达到1111台/万人。

  韩国

  韩国机器人产业起步晚、发展速度快。韩国在上世纪90年代初期建立了工业机器人产业体系,政府的推动作用对于韩国机器人产业发展起到了重要作用。2004年韩国政府启动“无所不在的机器人伙伴”项目后机器人产业步入快速发展期。2008年,《智能机器人促进法》将机器人列为国家级战略性产业,对于人才培育、质量把控和平台搭建方面进行了顶层设计。2012年,韩国知识经济部发布了十年为期的《机器人未来战略2022》,计划投资3500韩元使机器人产业规模拓展10倍。2013年,韩国知识经济部基于该战略制定了《第二次智能机器人行动计划(2014-2018年)》,提出2018年韩国机器人国内生产总值要达到20万亿韩元,出口达到70亿美元,占据全球20%市场份额的目标。

  图表2012-2014年德国工业机器人新装机量情况

  数据来源:国际机器人联合会(IFR)

  目前韩国是全球工业机器人第四大市场。2014年,韩国机器人市场规模达到历史第二高的2.47万台,较2013年增长16%,仅低于2011年的2.55万台。韩国工业机器人生产企业占全球5%的市场份额,机器人产品主要集中在汽车零部件,特别是电子零部件领域。

  德国

  德国工业机器人发展极为迅速。德国政府在工业机器人发展初期起到重要引领作用,20世纪70年代中后期,德国政府强制规定“改善劳动条件计划”,在某些有毒、有害的岗位施行机器换人的计划。近几年,德国联邦教研部与联邦经济能源部联手推行“工业4.0”战略,将物联网和信息技术引入制造业,打造智能化生产模式。

  德国是欧洲最大的机器人市场,也是世界第五大机器人市场。2014年其工业机器人市场规模超过2万台,较2013年增加10%。2010-2014年,德国工业机器人年均增长率约为9%,主要推动力是汽车产业。2014年德国工业机器人密度为282台,是法国的两倍、英国的四倍。

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

原文发表时间:2017-11-07

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