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韩国央行分析,近年来韩国工业机器人普及速度如此之快,主要原因有两点,一是全球机器人价格下降了30%以上;二是电气、电子、化学、运输装备等机器人利用率较高的行业在韩国产业结构中所占比重较大。同时,韩国具有优秀的制造能力和软件领域较强竞争力,在机器人领域发展潜力巨大。随着半导体、电池、机械、传感器和软件等机器人相关零部件制造和技术能力的快速发展,企业加速推动机器人商用。
韩国机器人产业的发展离不开政策支持
韩国机器人产业兴起的契机,在于2000年代中后期IT产业的急速发展,促使韩国政府投入规模化及系统化的机器人应用研发支持。韩国于2008年3月公布《智能机器人开发及普及促进法》后,每五年制定一期“机器人产业基本计划”,以系统化方式推动机器人产业育成政策。过去十多年来,韩国政府约投入7000 亿韩元以上,进行机器人产业相关技术研发支持。
自2012年以来,韩国一直积极参与机器人行业,当时政府承诺投资约3.16亿美元。2014年,韩国政府通过贸易工业和能源部(MOTIE)为开发先进机器人额外承诺了27亿美元。韩国联合通讯社(2016)表示,公共和私营部门投入约3500亿韩元用于本地关键基础机器人技术,并向企业研究中心注入超过1000亿韩元。
整体而言,韩国的机器人产业迅速发展,得益于政府一直高度重视机器人产业并推动。在机器人多样化的新发展时期,政府于2019年就发布了机器人制造业发展蓝图,又于2020年12月出台规划,修改了在产业、商业、医疗、公共等4个应用领域与机器人相关的规章制度,以进一步推动机器人产业发展。韩国机器人发展蓝图表明,未来将同时发展工业和服务业机器人,利用机器人振兴传统产业,并寻求掌握机器人领域硬件和软件的核心技术。
此外,韩国还计划引进应对机器人事故的机器人专门保险,编制收集、利用和保护机器人信息的指南等。而在老年护理、医疗、物流和可穿戴设备等领域,韩国政府也正酝酿一份2020至2026年服务业机器人扶持方案,资金额度为3000亿韩元。
当然,不仅是政府,韩国私营部门同样活跃,韩国企业集团参与了与机器人研究有关的各种赞助活动。例如2015年,三星电子在一个专注于无人机、机器人、3D打印和虚拟现实的研发实验室投入1亿美元。现代重工在医疗SR上投资,在韩国各个医疗中心部署了几台机器人。韩国中小企业通过政府赞助,正在生产用于教育、农业、医疗康复、国防、文化、制造、环境、家庭服务、零部件以及安全等多个领域的机器人产品。
分析认为,韩国内优秀企业的技术和资金实力将使机器人市场迎来新的飞跃期。例如自2018年以来,成立于2015年的斗山机器人就一直保持着韩国市场份额第一的地位。斗山机器人在全球市场也表现出色,它是第一家被评为世界五大协作机器人生产商之一的韩国公司。目前,该公司的全球业绩占其总销售额的70%,其中来自北美和西欧等市场的需求持续增长,受到政府和资本支持后,斗山机器人计划在这些地区设立子公司,以进一步加速增长。
韩国一直在寻求掌握机器人领域硬件和软件的核心技术,降低对美国和日本等拥有尖端技术国家的依赖。韩国产业通商资源部将在2020年起的7年内,拨款1000亿韩元用于研发机器人核心部件技术,包括智能控制、自主驾驶传感器、智能手臂以及软件。
政府考虑加大支持力度,如加大在公共部门使用机器人的力度。随着人工智能和5G网络等新技术的发展,机器人正变得更聪明,韩国期待把它们应用到日常生活更多领域。在新的商业环境下,政府已经发现物流机器人等新型机器人不仅能够为人们提供便利、提高运输效率,还有助于减少交通事故并改善道路行车环境,目前韩国政府正在积极培育非接触式产业,大力发展大数据、网络、人工智能等产业。
韩国产业通商资源部希望利用机器人振兴传统产业,承诺推广机器人租赁服务并降低准入门槛。韩国政府预期,到2023年,传统产业领域使用的机器人数量从去年的32万增加至70万。韩国机器人工业振兴院政策企划室长全真宇认为,考虑到中小企业的频繁换产需求,以及这部分企业很难确保都有会编程的工程师,所以韩国未来会考虑通过政府课题化、标准化开发支援协作机器人工艺解决方案,同时打造软件性的竞争战略。
中国机器人产业蓬勃发展
我国机器人产业整体进入发展快车道,其表现为产销两端持续景气。产业规模快速增长。”中国电子信息产业发展研究院产业政策所智能装备研究室主任黎文娟在接受中国经济时报记者采访时表示。
国家统计局数据显示,2021年,我国工业机器人产量达到36.6万套,同比增长44.9%;服务机器人产量达到92.1万套,同比增长48.9%。
“我国拥有世界上最全的工业门类,巨大的消费市场亟待挖潜。IFR(国际机器人联合会)数据显示,2020年我国制造业机器人使用密度246台/万人,是全球平均水平的近2倍,正在加速追赶美国、德国、日本等发达国家。此外,我国机器人产业拥有良好的产业链配套体系,在京津冀、长三角、珠三角等地区,机器人产业集群加速发展壮大,为我国发展机器人产业提供了强大的支撑。”黎文娟表示。
黎文娟也指出,与国外先进水平相比,中国机器人产业仍存在一定差距,比如,部分国产核心零部件与国外高端产品仍有差距,还处在“能用”阶段,产品性能未达到“好用”阶段。自主品牌市场份额一直未有大的突破。IFR数据显示,虽然我国工业机器人新装机量在增长,但自主品牌市场份额较上年有所下降,占比未到30%。自主品牌高端产品供给能力不足,在汽车、电子两大应用行业的占比远低于外资品牌。
中国宏观经济研究院产业经济与技术经济研究所高技术室主任张于喆对本报记者表示,对于机器人行业而言,硬件技术和软件技术都需要提升与应用场景的匹配性,同时也要更加关注基础底层技术的自力更生,避免未来被“卡脖子”。
尽管差距不小,但近年来,已有众多国产工业机器人品牌迅速崛起,奋力直追。
总部位于深圳的未来机器人(深圳)有限公司(以下简称“未来机器人”),是物流无人化解决方案的供应商,已开发出应用于工厂、仓库、物流园的8大系列工业无人车辆产品并实现了大规模量产。
未来机器人(深圳)有限公司产品总监杨建辉告诉本报记者,未来机器人以技术赋能工业无人车辆,推动工厂物流、仓储物流无人化进程,为客户提供安全、准确、场景适应性强的产品与解决方案,帮助客户提升物流效率。下一步,公司将继续攻关核心技术,推进人工智能、5G、大数据、云计算等新技术的融合,做强专精产品,深耕行业场景,拓展新兴应用。
中国工业机器人产业的三座大山
发展工业机器人当务之急是翻越“三座大山”,这“三座大山”是工业机器人的核心零部件,分别是减速器,伺服电机和控制器。
从机器人成本构成来看,这三部件成本占70%左右,即减速器占成本构成35%左右,伺服电机占23%左右,控制器占12%左右,而机械加工本体约占20%左右,其他10%则是应用。如前文提及,三大核心零部件被国外品牌所控制。国内工业机器人市占率已经达到了31%的临界点,但其中约85%的减速器、70%的伺服电机、超过80%的控制器,仍然需要依赖进口。
第一,伺服电机竞争激烈,国外品牌掌握话语权。伺服电机在机器人中用作执行单元,是影响机器人工作性能的主要因素。伺服电机主要分为步进、交流和直流,机器人行业应用最多的是交流伺服,约占65%伺服电机与控制器关联紧密。目前国产伺服系统与国际先进水平在动力输出功率方面大体相同,没有明显差距,差距主要体现在响应速度、大小和稳定性等方面。
目前国内伺服电机市场仍然是以国外品牌为主,主要是来自日本、德国和美国品牌,日本品牌在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势;欧美品牌在高端设备和生产线比较有竞争力。在运动控制性能方面,欧系产品优势更为明显,尤其在要求高速度和精度的领域。日系伺服产品的稳定性较好,可以满足大部分应用领域的需求,尤其是小功率电机,优势明显。
我国伺服系统自主配套能力已现雏形,较大规模的伺服品牌有20余家。国产产品功率范围多在22kW以内,技术路线上与日系产品接近。相比之下,国产伺服品牌起步较晚,多是以原步进产品的供应商及数控产品提供商发展而来,以低端市场为主要竞争格局,近几年国产伺服产品销售业绩也是处在逐步上升的态势。
第二,减速机市场垄断程度较高,国产减速机无法实现全面进口替代。减速机用来精确控制机器人动作,传输更大的力矩。分为两种,安装在机座、大臂、肩膀等重负载位置的RV减速机和安装在小臂、腕部或手部等轻负载位置的谐波减速机。
减速机在三大核心部件中的制造难度最高,核心难点主要在于精密加工、齿面热处理、装配精度、大规模生产与检测等工艺环节上,这恰恰是我国制造业基础配套体系中最薄弱的部分,需要长期的经验积累。
与国外产品相比,国产减速器尤其是大中型减速器,在使用寿命及稳定性上有较大差距,刚刚投入使用时各项性能接近国外产品,但随着一段时间的使用后磨损加剧,出现漏油,以及精度、刚度等指标有所下降,这种不稳定性使得国产减速器大多只能应用于中低端市场,很难进入国际一线工业机器人品牌的供应链。
减速器作为纯粹的机械零件,核心技术与工业机器人并不相关,因此包括ABB、发那科、安川、库卡在内的工业机器人巨头均不自研减速器,全面依赖对外采购。目前市场常见的两大类RV减速器和谐波减速器市场,主要由日系厂商供货,其中纳博特斯克与哈默纳科两家日本公司分别在RV减速器领域和谐波减速器领域处于高度垄断地位。
国产减速器厂商近年来有一定的进步,近年来逐步开始进入国际主流机器人厂商进行测试,有望在未来1-2年内实现快速放量。而在RV减速器领域,由于其复杂且精密的机械结构,加工难度较大,国产RV减速器厂商与日系品牌还有很大差距。
第三,控制器国内外差距相对较小。控制器是机器人的大脑,负责控制整台机器人的运动,核心技术集中于软件算法。控制器最能体现各个厂商的调教水平与风格,一般由机器人厂家自主设计研发,是各个机器人厂商的“软实力”。
对于硬件和软件两部分:硬件就是工业控制板卡,包括一些主控单元、信号处理部分等电路,国产品牌已经掌握;软件部分主要是控制算法、二次开发等,国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有差距。控制器的问题在于,由于其“神经中枢”的地位和门槛相对较低,成熟机器人厂商一般自行开发控制器,以保证稳定性和维护技术体系。因此控制器的市场份额基本跟机器人本体一致。
国内部分知名的机器人制造企业均已实现了控制器的自主生产。与国际先进水平相比,国产控制器还存在较大差距,主要体现在核心底层算法上,例如参数自整定,抑震算法,转矩波动补偿等,导致国产工业机器人精确性、稳定性、故障率和易用性等关键指标不如国外产品。
当前工业机器人需要实现的动作愈加复杂,想要在高速的运动中实现精准的控制,其背后需要的是长期的多轴联动控制技术积累,控制器必须足够“聪明”,而先进核心算法的缺失使国产控制器要想从“能用”到“好用”还有很长的路要走。形象地讲,如果工业机器人是一片连绵的山脉,“三座大山”仅仅是其中几个山头,此外还有材料、工艺、软件、算法等诸多“险峰”。如果我们看得更长远些,还有核心部件的核心部件、关键制造设备、以及使用关键设备的工艺与技术等一系列难题均需攻克。
《“十四五”机器人产业发展规划》指出,虽然我国机器人产业发展迅速,但由于起步晚且技术积累不足,机器人产业总体依然处于发展的初期阶段,很多关键核心技术仍然有待进一步突破,高端供给仍然不足,行业应用水平有待进一步提高。我国机器人从无到有发展了两个10年,从2000年萌芽到现如今茁壮发展,每10年就上一个台阶。