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关注 | 大而不强,奋起直追,是什么卡了国产机器人的脖子?

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机器人被誉为

“制造业皇冠顶端的明珠”

其研发、制造、应用

是衡量一个国家

科技创新和高端制造业水平的重要标志

如今

机器人已经成为实现科技成果转化

促进经济社会高质量发展的新引擎

中国是全球最大的机器人市场

同时也是

世界上最具潜力的机器人制造国家之一

但目前

国产机器人产业暂时“大而不强”

也是我们需要面对的现实

从科研突破到产业发展、市场接受,未来国产机器人的进阶之路遍布荆棘,但我们必须义无反顾—随着我国逐渐迈入老龄化社会,人口红利消失、劳动力成本增长,传统制造业的空间正在被大幅压缩,大力发展运用机器人技术,用机器人代替传统人力,是未来制造业发展的必然趋势,也是科技发展的必然趋势。

送货、扫地、客服、造车……

机器人早已无处不在

你知道自己有多需要机器人吗?

和大部分人一样,你或许将给出这样的答案:“我从没有花钱购买过任何一台机器人,也没有刻意关注过机器人的新闻。”但事实上,在如今的社会当中,每个人或多或少都享受过机器人的劳动成果。未来,这类“成果”还会与日俱增。

就拿网上购物来说,每当你打开电商购物平台,咨询聊天的“客服”其实很可能就是个“机器人”。如今聊天机器人在许多场景尤其是电商平台被广泛使用,极大地减轻了客户服务团队的压力,也在一定程度上节省了组织资源。除了电商平台以外,如今聊天机器人也被广泛应用在金融、医疗甚至是餐饮行业。

一旦你在电商平台下了单,另一些机器人就开始为你工作了—在一些规模较大的仓库当中,系统平台会计算出商品所在位置,智能机器人则自动找到货品,送到分拣员面前。头部电商企业的无人化程度往往更高,仓库当中甚至有几十种机器人。其中,货物分拣由六轴机械臂来完成;货物搬运依靠AGV搬运机器人;巡检机器人则能对粉尘、烟雾、温感等即时测量,及时警报。

这套“货架到人”的方案,最早由亚马逊的KIVA机器人完成落地,工作效率是传统模式的2-4倍,准确率提升到99.99%。如今已经被各大电商平台、物流企业、仓储公司广泛使用。

就算你不喜欢网购,机器人依然可能显著影响你的生活。

比如说日常出行,不管你是乘坐私家车、公交车还是地铁,这些交通工具背后的诸多生产环节都已经高度依赖机器人。在汽车制造行业,主机厂收到各类配件后,会交由机器人完成焊接、喷漆等工序。奔驰汽车的工厂流水线,甚至实现了全自动化,很少有人工参与。国内的地铁列车,所有车门都是由机器人制造的,而地铁中其他零部件的生产也离不开机器人的参与。

类似的场景也出现在手机生产当中,机器人替代的典型工序,主要是在工位相对固定的手机外壳的抛光打磨以及机床上下料、冲压、组装、屏幕处理、装盒等工作。一些自动化程度更高的工厂,甚至实现了机器人全流程作业,它们有时也被称为“黑灯工厂”。

除此之外,医院当中的手术机器人、商场里的导购机器人、能做饭的烹饪机器人、寓教于乐的教育机器人……一个理想的未来里,人们生活中的所有劳力都可以交接给机器人,这一远景也成为未来科技产业发展的方向和路径之一。

三大核心环环相扣

“四大家族”瓜分市场

在过去的很长一段时间内,“中国制造”(Made in China)被贴上“低科技”的标签。导致这一偏见的原因中,除了大量产品属于代工生产、缺少核心技术以外,与生产环节也不无关系—很多“中国制造”产品不仅是代工,甚至连生产线上使用的机器人,都来自于欧美。

根据用途不同,目前将机器人分为工业型、服务型以及特种型三类,其中工业机器人为当前普及度最高的种类,占据了60%以上的市场份额。生产线上的机器人,正是属于工业机器人。尽管名字里有个“人”字,但运用在汽车、手机生产环节上的机器人往往不具备人形,它们更像是一个个“触手”。多关节的机械手赐予了它们类人的特性,也因此能完成更多高精度的工作。


△瑞士ABB公司的机器人正在展示“书法”(图片来源:新华社)

我们不得不面对的一个事实是,中国虽然是世界上最大的机器人消费国,占据了全球40%的市场份额,却不是世界上最大或最主要的机器人生产国。

以工业机器人为例,目前世界上有“四大家族”—日本发那科、安川电机、瑞士的ABB和德国的库卡,这四家企业占据了工业机器人全球市场的50%,中国市场的70%。更为棘手的是,四大企业在工业机器人的核心技术和核心零部件上掌握着绝对的话语权。

核心零部件包括控制器、伺服电机和减速器“三大核心”。

其中,控制器是机器人的“大脑”,负责发布和传递动作指令。控制器包含硬件和软件两部分,其中硬件是工业控制板卡,软件则是控制演算法。较成熟的机器人厂商多半自行开发控制器,以保障品质的稳定性及产品的维修体系,这也是机器人制造商的核心技术所在。


△9月16日,格力工业机器人亮相广州举办的第十七届中小型企业博览会。由格力自主研发的核心零部件——伺服电机也亮相了此次中博会(图片来源:新华社)

伺服电机是工业机器人的动力系统,是机器人运动的“心脏”,一般安装于它们的关节处。伺服电机通常又可细分为马达本体、运动控制系统两部分。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。

减速器是连接动力源与执行机构的传动机构,能将马达的转速降低,并让转矩提升。减速器将电动机、内燃机等高速运转的动力,透过输入轴上的小齿轮啮合后,再输出至轴上的大齿轮以达到减速的目的,并借此传递更大的力矩。其核心制造难点在于基础工业和工艺。

以上“三大核心”环环相扣,缺一不可,技术门槛比较高,也是欧美日企业的“不传法宝”。

不过近年来,随着国内工业机器人行业的持续快速发展,我国已经有部分企业的产品突破技术封锁。北京交通大学机械与电子控制工程学院教授、机器人研究中心执行副主任姚燕安告诉记者,从技术数据上来看,国内企业目前在伺服电机和减速器领域的指标已经与国外一流企业相当,只是在控制器方面差距还比较明显。

姚燕安进一步解释说,国内外控制器领域的差距主要体现在软件层面,在硬件(尤其是芯片)层面也存在一定困扰。刚刚发布的《中国机器人报告2021》指出:国产控制器产品在软件方面,较国际一流水准仍有差距,具体表现为响应速度、易用性和稳定性方面的不足,缺乏产品应用的数据和经验积累。

北京礼承智能机器人科技有限公司总经理李裔长期在机器人产业一线从事设计、运营和管理工作。他告诉记者,与硬件核心技术的差距相比,国产工业机器人在软件层面的差距更加明显,存在原创操作系统少,底层基础普遍使用国外开源算法的现像。这种差距是值得业内关注和思考的问题之一。

国内产业起步晚

“中国制造”奋起直追

国内工业机器人产业的发展轨迹与芯片制造、汽车制造等行业有些类似,让人有似曾相识的感觉—早期发展缓慢,被欧美日甩开,如今全力奋起直追,力争突破技术“卡脖子”的难题。

二战以后,随着第三次工业革命成果的普及,工业机器人也开始快速发展:1959年,第一台工业机器人在美国诞生;3年以后,通用汽车就在生产流水线中运用了机器人。


△世界上第一部工业机器人Unimate,曾在通用汽车的装配线上工作(图片来源:ieee.org)

1970年代后,美国、日本和欧洲开始不断探索高新技术与工业机器人的融合提升,工业机器人的发展逐渐走向高度集成化、专业化和智能化。到了1970年代末,工业机器人业内形成了前文所说的“四大家族”格局。可以说,垄断市场的外企,有着充分的时间优势。

相比较而言,直到1970年代末,中国才开始系统地研究工业机器人产业。相比早就在汽车生产流水线用上机器人的欧美国家,国内直到1980年代还在用手工方式“打磨”汽车。所以,以当时的科研条件和生产水平,产业化应用似乎“遥不可及”。

随着科研水平、制造业水平的提升,国产机器人产业从2000年左右开始逐渐有了起色。但在此时,我们已经落后欧美国家至少20年了。工业机器人市场当中,上游核心零部件和中游本体制造领域,国外厂商都有提前入局的先发优势和领先的科研水平,因此占据着利润较高的高端制造市场。


△2021世界机器人大会上展示的德国库卡智能音乐机器人(图片来源:新华社)

有核心技术加持的外企,短时间内难以撼动。因此,当时的国内中小企业入局机器人行业,只能选择技术要求相对较低的下游集成应用领域切入。这些系统集成商们购买本体和核心零部件后,再自行安装调试,最后销售给工厂和客户。由于没有核心技术参与,这些企业本质上还处在“生产再加工”的环节。

由于下游市场仅占工业机器人总份额的12%左右,利润率不会太高。再加上2018~2019年机器人市场需求持续下滑,很多相关企业其实并未挣到钱,日子不好过。

但是,短期内利润的变化,并不能准确地反映产业的趋势。放在大环境下看,随着中国人口红利的消失,制造业由“低端制造”向“高端制造”转移,工业机器人的应用场景其实是在快速增加当中。这种局面也带动了国产机器人企业的快速发展和国产机器人技术的奋起直追。


△2021世界机器人大会上展示的京东智能无人配送车(图片来源:新华社)

数据显示,国内工业机器人总体产量,自2015年以来逐年增加,到2021年1-5月期间,产量达到了136405台,同比增长73.2%。另一方面,国内机器人在市场上的表现也逐步升高,2017年,自主品牌工业机器人的国内市场销量占比为23.5%,到2019年已经提升到31%,市场前景非常广阔。

服务机器人带动产业发展

补足短板未来可期

2020年暴发的新冠肺炎疫情,虽然显著影响了全球制造业,却也给机器人产业带来了全新的机遇—当人成为病毒传播者,产线防疫全面收紧,自动化生产、配送产品成为了更优的选择。

出于防疫的需求,消杀机器人、测温机器人订单量暴增。而在服务机器人领域,酒店配送机器人需求量也开始快速增长。2017~2018年,出货量能达到100台的酒店机器人厂商已经算是了不起。但在2020年,厂商出货量超过1000台,只能算正常发挥。

不可否认的是,疫情之后,越来越多服务型机器人开始与人们“密切接触”了。这也给国内机器人行业提供了全新的发展思路:利用国内消费市场优势,重点发展服务机器人,以服务机器人带动工业机器人乃至全产业的发展,实现“拓展增量”。

服务机器人的上游核心零部件就与工业机器人不同。工业机器人讲究精细化操作,而服务机器人看重互动、在人流密集场所避障移动,它的上游核心是芯片、算法、激光雷达。李裔认为,从相关产业链上来看,国产服务机器人并没有劣势,甚至在某些方面还优于国外企业。

良好的市场反响,也佐证了李裔的观点。如今国产服务机器人几乎遍布生活各个领域:楼宇配送有YOGO ROBOT;餐厅送餐有擎朗机器人;娱乐机器人“优必选”广受好评;教育机器人有roobo;家庭机器人更是使用广泛,科沃斯、石头等品牌已进入千家万户。


△为迪拜世博会中国馆专属定制的熊猫机器人“优悠”亮相2021世界机器人大会现场。优悠将作为中国馆的和平友好使者,在智慧生态分展区为观众介绍中国熊猫生态长卷、智慧农业等展项,并展示富有中国传统特色的书写、画画、太极等技能(图片来源:央广网)

除了“拓展增量”外,想要发展工业机器人产业,在重点领域发力、做大做强行业细分市场,“另辟蹊径”也是不错的方法。例如,中国工业机器人龙头埃斯顿,并没有盲目进入汽车整车市场,而是选择攻占焊接、喷涂等行业细分市场,如今埃斯顿的喷涂机器人等已经获得了众多客户的青睐;而珞石机器人、节卡机器人等企业则将目光投向了协作机器人,希望在这个全新的细分领域有所突破;在软体机器人领域,国内企业SRT是目前全球屈指可数的能将软体机器人技术进行商业化应用的公司,走在了技术的最前端。

姚燕安认为,尽管目前全球机器人市场被“四大家族”等大企业瓜分,但与汽车、芯片制造等行业不同的是,因为机器人在分类上的特殊性,这些巨头并没有形成真正意义上的垄断。另一方面,未来国内的机器人市场异常庞大,这些都是有利于国产机器人行业发展的条件。

而在政策上,为了贯彻“制造强国”战略,我国正在大力支持以新一代信息技术、智能机器人制造技术为代表的智能制造业,这也催生了一大批机器人制造企业的崛起。近年来,以广州数控、埃斯顿、埃夫特、拓斯达为代表的工业机器人“四小龙”,在上游核心技术研发阶段取得了不错的进展,有效推动了国产工业机器人装备及配套零部件的性能、质量水平的提升。


△上海非夕科技的机械臂在展会上演示“小球平衡”,体现了自适应机器人在力控和AI方面的先进性。这是工业机器人领域内首家利用自研的精准力控技术完成小球平衡应用展示的公司(图片来源:新华网)

李裔坦言,从一个从业者的角度来看,国内机器人行业的未来发展前景是好的,由于政策比较扶持,近年来不少企业的产品已经开始从融资导向转为产品导向,“(将力量)聚焦在产品功能本身,针对性更强、创新性更好。”这是一个值得肯定的现象。

但市场的问题不单单是技术高低所决定的。姚燕安强调,我们应该清楚认识到,国外的工业机器人龙头企业不仅有几十年的技术沉淀,在行业内也积累了大量的客户资源。他们的技术中,有不少也已经成为行业标准,国产工业机器人几年内实现“弯道超车”的可能性不大。

“现阶段,唯有加快产业高质量发展,做好核心软硬件攻坚,一步一个脚印,才是补足短板、提升竞争力的关键。”姚燕安说道。

这个过程可能并不会一帆风顺,但却是必不可少的。我们的企业要敢于面对,敢于“硬碰硬”,才可能有真正意义上的突破。

采访专家 | 姚燕安(北京交通大学机械与电子控制工程学院教授、机器人研究中心执行副主任)、李裔(北京礼承智能机器人科技有限公司总经理)

撰文丨北京科技报记者 赵天宇

编辑丨丁林

新媒体编辑 | 唐娉婷

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