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解析 “機器人革命”五大特征及各國的發展近況

2015-11-6 來源：微（wēi）信公眾號作者：-

    　機器人（rén）的研發、製（zhì）造、應用是衡（héng）量一個國家科技創新和高端製造業水平的重要標誌。機器人主（zhǔ）要製造商（shāng）和國家（jiā）紛紛加緊布（bù）局（jú），搶占技術和市場製高點（diǎn）。我國將成為全球最大的機器人市場，需要在這一（yī）競爭中（zhōng）審時度勢、全盤考慮、抓緊謀（móu）劃、紮實推進。

　　“機器人革命”不是一場獨立的革命，而是以數字化（huà）、智能（néng）化、網絡化為特征的第三次工業革命的有機組成部分。如果（guǒ）說第二次（cì）工業革命是通過裝備的（de）自動化和標準化實現了機器對人的體力勞動的替代，“機器（qì）人革命”則推動了機器對人的（de）腦力勞動的替代。

　　專家認為，“機器換人”影響不僅限於工業生產效率的提升，更在於從根本上（shàng）克服（fú）了傳統工業生產方式（shì）下產品成本和產品（pǐn）多樣性之間（jiān）的衝突，從而推動了從線（xiàn）性產（chǎn）品開發流程向並行產品開發（fā）流程的轉變，使工業產品性能顯著改善、產品功（gōng）能極大（dà）豐富和產品開發周期大幅縮減。

　　“機器人革命”同時也在引發生產關係的深刻變革，使人在工（gōng）業生產中的（de）地位和角色（sè）發生（shēng）了變化。一方麵，由於機器的功能延伸和對人的替代，單一生產單元中對人的需求量相對下降；另（lìng）一方麵，機器（qì）複雜（zá）度的增加，實（shí）際上對產業工人在多領域的技能和編程、係統處理等方麵的知識（shí）提出了更高要求。這些都意味著在“機器人革命”浪潮的蕩滌下，一國產業競爭優勢（shì）的內涵、產（chǎn）業競爭優勢所依賴的資源基礎以及國家間產業分（fèn）工（gōng）形式都將發生深刻變化。如（rú）果我們不能順應這一輪革命的要求，將麵臨進一步喪失產業競爭主導權的危險。

　　從整體上（shàng）看，“機器人革命”具有（yǒu）如下特征：

　　第一，智能化成為新（xīn）一代機器人的核心（xīn）特征。裝配傳感器和具備人工智能的（de）機器人能自動識別環境變（biàn）化，從而減少（shǎo）對人的依賴。未來（lái）的無人工（gōng）廠能根據（jù）訂單要求自動規劃生（shēng）產流程和工藝，在無人參與的情況下完成生產。


　　第二，高速網絡和雲存儲使機器人成為物聯網（wǎng）的終端（duān）和結點。隨著（zhe）信息技術（shù）的（de）進（jìn）步，工業機器人（rén）將更有效地接入網絡，組成更大（dà）的生產係統，多台機（jī）器人協同實現一套生產（chǎn）解決方案成為可能；服務機（jī）器人和家庭機器（qì）人也能（néng）通過網絡實現遠程（chéng）監控；多台機器人之間的（de）協作能提供流程更多（duō）、操作（zuò）更複雜的服務。


　　第三，機器人生（shēng）產成本快（kuài）速下降。在工業領域，機器人的技（jì）術和工藝日益成熟，性價比不斷提高，機器人（rén）初期投資相對於傳（chuán）統（tǒng）專用設備的價格差（chà）不斷縮小。雖然在（zài）功率和速度上與傳統裝備還存在差距（jù），但機器（qì）人在精細化、柔性化、智能化和信息化方麵具有顯著優勢（shì），因此在個（gè）性（xìng）化程度較高、工藝（yì）和流程繁瑣（suǒ）的產品製造中替代傳統專用設備具有更高的經濟效率。成本的下降也使得機器人逐漸步入辦公室和家庭。


　　第四，機器（qì）人應（yīng）用（yòng）領域不斷（duàn）擴展。機器人最初應用於（yú）模塊化程度較（jiào）高的汽車、電子產業，隨著智能化水平的提高，以（yǐ）及能完成更多的複雜動（dòng）作，紡織、化工、食品行業也大（dà）量使用機器人。隨著技術的不斷成熟和勞動（dòng）力（lì）成本提高，工（gōng）業機器人的應用將（jiāng）擴展至整個工業領域。

　　第五（wǔ），人機關係發（fā）生（shēng）深（shēn）刻轉變。一方麵，計（jì）算機的操作（zuò）係統和控製係統將實現標（biāo）準化和平台化，未來可以通過包（bāo）括手機在內的不同端口對（duì）機器人發送指令。另一方麵，人與機器人相互協作完成某一目標成為趨勢。技術成熟將增強人對機器人的（de）信（xìn）任（rèn），人與機（jī）器（qì）人之間的協作關係將進一步增強。

　　美國: 引領智能化（huà）浪潮，明確提（tí）出以發展工業機器人提（tí）振製造業

　　美國早在1962年就已開發出第一代工業機器人，但受限於就（jiù）業（yè）壓力，並未（wèi）立即投入廣泛應用。直到20世（shì）紀70年代末，大量（liàng）使用工業機器人的日本汽車企業對美國構成（chéng）威脅，美國政府才取消了對工業機器人應用（yòng）的限製，加緊製定促進（jìn）該技術發展和應用的政策。此後，美國企業通過生產具備視覺、力覺等的第（dì）二代機（jī）器人，實現了市（shì）場占有（yǒu）率的較快（kuài）增長，但仍未（wèi）擺脫“重（chóng）理論、輕應用”的問題，也未能（néng）打破日本和歐洲的壟斷（duàn）格局。到2013年，美國工業機器（qì）人生產商的全球市場份額仍不足（zú）10%，且國內（nèi）新增裝機量大部分源於進口。

　　2011年6月，奧巴馬宣布啟動《先進製造夥伴計（jì）劃》，明確提出通過發展工業機器人提振美國製造業。根據該計劃，美國（guó）將投資28億（yì）美元，重點開（kāi）發基於移動互聯技（jì）術的第三代智能機器人。世界技術評估中心的數據顯示，目前美國在工業（yè）機器人體（tǐ）係結構方（fāng）麵處於全球領先地位；其技術（shù）的全麵性、精確性、適應性均超過他國（guó），機器人語言研究水（shuǐ）平更高居世界之首。這些技術與其固有的信息網絡技（jì）術優勢（shì）融合，為機器人智能（néng）化（huà）奠（diàn）定了先進、可靠的基礎（chǔ）。

　　以智能化為（wéi）主要方向，美國企業一方麵加大對新材料的研發力度，力爭大幅降低（dī）機器人自重與負載比，一（yī）方麵加快發展視覺、觸覺等人工智能技術，如視覺裝配的控製和導航。隨著（zhe）智能製造時代的到來，美國有足夠的潛力反超（chāo）日本和歐洲。值得注意的是，以穀歌為代表的美國互聯網公（gōng）司（sī）也開始進軍機器人領域，試圖融合虛（xū）擬網絡能力（lì）和現（xiàn）實運動能力，推動機器人的智能化。穀歌在2013年強勢收購多家科技公司，已初步實現在視覺係統、強度與結構、關節與手臂、人（rén）機交互、滾輪與移動裝置等多個智能機器人關鍵領域的業務部署（shǔ）。若其機器人部門能按照“組織（zhī）全球信（xìn）息”的目標持續成長，未（wèi）來穀歌既可以進入迅速成長的（de）智能工業機器人市場，又能從（cóng）機器人應用中獲取巨（jù）量信息來反哺其數據業（yè）務。

　　日本: 產業體係配套完備，政府大力推動應用普及和技術突破

　　戰後日（rì）本經濟進入高速增長（zhǎng）期，勞動力供應不足和（hé）以汽（qì）車為代表的技術密（mì）集型產業的發展刺激了工業機（jī）器人需（xū）求快速增（zēng）長。上世（shì）紀60年代（dài），日本從美國引進工業機（jī）器人（rén）技（jì）術後，通過（guò）引進、消化（huà）、吸（xī）收、再創新，於1980年率先實現了機器人的商業化（huà）應用，並（bìng）將產業（yè）技術（shù）和市場競爭優勢維持至今，以發（fā）那科、安（ān）川為代表的日係工業機器人（rén）與歐美係工業機器人分庭抗禮。2012年，受益於下（xià）遊汽車產業對工業機器人的需求大（dà）幅增長，日本再次成為全球最大（dà）的工業機器人市場，工業機器人密度高達332台/萬人，為全球最高（gāo）。

　　日本工（gōng）業機器人的產業競爭優勢在於完備的配套產業體係，在（zài）控製器、傳感器、減速機、伺服電機、數控係統等關鍵零部件（jiàn）方麵，均具（jù）備較強的技術優勢，有力推動工業機器人朝著微（wēi）型（xíng）化（huà）、輕量化、網（wǎng）絡化、仿人化和廉價（jià）化的方向發展。近年（nián）來，還呈現出以工業機器人產業優勢帶動服務機器人產業發展的趨勢，並重點發展（zhǎn）醫療（liáo）/護（hù）理機器（qì）人和救災機器人來應對人口老（lǎo）齡化和自然災害等問題。

　　日本政府在其中發揮著（zhe）重要作用。早在日本工（gōng）業機器人（rén）發展的起飛（fēi）階（jiē）段（duàn），日本政府就（jiù）通（tōng）過一係列財稅投融資（zī）租賃政策大力推動機器人（rén）的普及應用，並通過“研究與開發”政策推動技術突破。正式成立於1972年的日本機器人工業會也發揮著（zhe）重要作用（yòng）。該組織以鼓勵研究與開（kāi）發（fā）、爭取政府政策支持、主辦博覽會等方式推廣普及工業機器人。進入（rù）新世紀以來（lái），日本政府更加重視（shì）對工業機器人產業的發展。

　　2002年，經濟產業省開始實施“21世紀機器人挑戰計劃”，將機器人產業作（zuò）為高端產業加以扶持（chí），采取了加大研究與開發支持力度、發（fā）展公共平台、開發新一代機器人應用和人機友好型機器人等扶持措施，力圖將（jiāng）全（quán）球領先的工業機（jī）器人技術拓展到醫療、福利和防災等社會事業領域。2004年（nián），經濟產業省推行的“麵向新的產業結構報告”將機器人（rén）列（liè）為重點（diǎn）產業，2005年的“新興產業促進（jìn）戰略”再次將機器人列為七大新興（xìng）產業之一。此後，經濟產業省（shěng）借助各類產業政策扶持機器人產業的發展（zhǎn）成為常態。日本總務省、文部（bù）科學（xué）省、國土交通省等部門積極實施機（jī）器人相關項目，並通過舉辦“機器（qì）人獎”“機器（qì）人競（jìng）賽”等（děng）社（shè）會活動，推動機器人技術進步和（hé）產業（yè）發展。

　　德（dé）國: 帶動傳統產業改造升級，政府（fǔ）資助人機交互技術及軟（ruǎn）件開（kāi）發（fā）

　　雖然德國稍晚於日本引進工業機器人（rén），但與日本類似，二（èr）戰後勞動力短缺和提升製（zhì）造業工藝技術水平的要求，極大地（dì）促進了（le）德國工業機器人的發展。除了應（yīng）用於汽車（chē）、電（diàn）子等技術密集型產業外，德國工業機器（qì）人還廣泛裝備於包括塑料、橡膠、冶金、食品、包裝、木（mù）材、家具和紡織在內的傳統（tǒng）產業，積極帶動傳統產業改造升級。2011年，德國工業機器人銷量創曆史（shǐ）新高，並保持歐洲最大多（duō）用途工業機器（qì）人市場的地位，工業機器人密度（dù）達147台/萬人。

　　德國政府在工業（yè）機器人發展的初級階段發揮著重要作用，其後，產業需求引領工業機器人向智能化、輕量化（huà）、靈活（huó）化和高能效化方向發（fā）展。20世紀70年代（dài）中後期，德國政府在推（tuī）行“改善勞動（dòng）條件計劃”中，強製規定部分有危險、有毒、有害的工作（zuò）崗位必須以機器人來代替人（rén）工，為機器人的應用開啟了初始市場。1985年，德國開始向智能機器人領域進軍，經過10年努力，以庫卡為代表（biǎo）的工業機器人（rén）企業占據全球領先地位。2012年，德（dé）國推（tuī）行了以“智能工（gōng）廠”為重（chóng）心的“工業4.0計劃”，工業（yè）機器人（rén）推動生產製造向靈活化和個性化方向（xiàng）轉型。依此計劃，通過智（zhì）能人機交互傳感器，人類可借助物聯網對下一代工業機器人進行遠程管理。這種機器人還將具備生產間隙的“網絡喚醒模式”，以解決使用中的高能耗問題（tí），促進（jìn）製造業的綠色（sè）升級。目前，德國聯邦教育及研究部已開始資助人機互動技（jì）術（shù）和軟件（jiàn）的研究開發。

　　韓國: 使用密度全球第一，多項政策支持第三（sān）代智能機器人的研發

　　20世紀90年代初，韓國政府為應對本國汽車、電子產業對工業機器人的爆發性需求，以“市場換（huàn）技術（shù）”，通（tōng）過現代集（jí）團引進日本發那科，全麵學習後者技術，到本世（shì）紀大致建成了韓國工業機器人產業體係（xì）。2000年後，韓國的工業機（jī）器人產業進入第二輪高速（sù）增長期。2001年至2011年間，韓國機器人裝機總量年均增速高達11.7%。國際機器人聯合會的數據（jù）顯示，2012年（nián），韓國（guó）的（de）工業（yè）機器人使用密度為世界第一，每萬（wàn）名工人擁有（yǒu）347台機（jī）器人，遠高於58台的全球（qiú）平均水平。

　　目前，韓國的工業機器人生產商已占全球5%左右的市（shì）場份（fèn）額。現代重工已可供應焊（hàn）接、搬（bān）運、密封、碼垛、衝壓、打磨、上下料等領域的（de）機（jī）器人，大量應（yīng）用於（yú）汽車、電子、通（tōng）信產業，大（dà）大提高了韓國工業機器人的自給率。但整體而言，韓國技（jì）術仍（réng）與日本、歐（ōu）洲（zhōu）等領先國家存在較大差距。

　　韓國（guó）政府近年來（lái）陸續發布多項政策，旨在扶植第三代智能機器（qì）人的研發與應用。2003年，產業資源部公布了韓國“十大未來（lái）成長動力產業（yè）”，其中（zhōng）就包括（kuò）智能工業機器人；2008年（nián）9月，《智能機器人開發與普（pǔ）及促進法》正式實施；2009年4月，政府發布《第一次（cì）智能機器人基（jī）本計劃》，計劃在2013年前向包括工（gōng）業機器人在內（nèi）的五個機器人研究方向投入1萬（wàn）億韓元（約合61.16億元（yuán）人民幣），力爭使韓國在（zài）2018年成（chéng）為全（quán）球機器（qì）人主導國家；2012年10月，《機器人未來戰略戰網2022》公布，其（qí）政策焦點為支持韓國企業進軍國際市場，搶占智能（néng）機（jī）器人產業化的先機。

　　中國: 麵臨核心技術被發達國家控製等挑戰，產業市場空間巨大

　　首先，我國在機器人領域的部分技術已達到或接近國際先進水平（píng）。機器人涉及的技術較多，大體可分為器件技術（shù）、係統技術和智能（néng）技術。我國（guó）在通用零部件、信息網絡等部分器件和係統技術領域與發達國家的（de）差距（jù）在10年左右（yòu），而對智能（néng）化程度要求不高的焊接、搬運、清潔、碼垛、包裝機器人的國產（chǎn）化率較高。近年來，我國在人工智能方麵（miàn）的研發也有所（suǒ）突破，中國科學院和多（duō）所著名高校都培育出專門（mén）從事人工智能研究的團（tuán）隊，機器人學習（xí）、仿生識別、數據挖掘以（yǐ）及模（mó）式、語言和圖像識別（bié）技術比較成熟。

　　其次，我國企業具有很強的係統集成能力，這種能力在電子（zǐ）信息等（děng）高度模塊化產業和高鐵（tiě）等複雜產（chǎn）品產業都得到體現。係統集成的意義在於（yú）根（gēn）據具體用戶的需求，將（jiāng）模塊組（zǔ）成可應用的生產係統，這可能成為我國機器人產業（yè）打破國外壟斷的突破口。

　　第三，我國（guó）機（jī）器人產業的市場空（kōng）間巨大。目前，我國（guó）機器人使用密度較低，製造業萬人機器人累計安裝量不及國際平（píng）均水平的一半，服務和家庭用機器人市（shì）場尚（shàng）處於培育階段，機（jī）器人應用市場增長空間巨大；二代機器人仍然是主流，機器人向第三代智能機器人升級換代空間（jiān）巨大；機器人主要應（yīng）用（yòng）於汽（qì）車產業，機器人（rén）向（xiàng）其（qí）他領域擴展空間巨大。

　　當然，我（wǒ）們也要清醒地看到我國工業機器人產業發展麵臨的巨大挑戰。首（shǒu）先，機器人的頂層架（jià）構設計和基礎技術被發達國家控製，在（zài）機器人成（chéng）本結構中比重較大的減速機、伺服電機（jī）、控製器、數控係統都嚴（yán）重依賴進口，國產機器人並不具備顯著成本優勢。


　　其次（cì），存在低端鎖定的風險。一方（fāng）麵，發達國家不會輕（qīng）易（yì）向中國（guó）轉移或授權機器（qì）人核心技術、專利，我國機器人企業通過參與國際標準製定、技術合作研發（fā）進入中高端（duān）市場的阻（zǔ）礙很多；另（lìng）一（yī）方麵，地方（fāng）政府對產業的盲（máng）目投資可能形（xíng）成過剩產能，導（dǎo）致重複建設和低價競爭（zhēng）。

　　再次，機器人研（yán）發、製（zhì）造與應用之間缺乏有效銜接。機器人相關技術（shù）研發領先的高校和院所並不具備市場（chǎng）開拓能力（lì），而企（qǐ）業（yè）在基礎研發上的投入還非常低，國內產學研結合又存在諸多體製機製障礙，導致研發與製造環節脫節。

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