一、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

　　機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、傳感、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的自動化裝備。自1956年機(jī)器人產(chǎn)業(yè)誕生后，經(jīng)過近60年發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在裝備制造、新材料、生物醫(yī)藥、智慧新能源等高新產(chǎn)業(yè)。機(jī)器人與人工智能技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合發(fā)展，推動了人類社會生活方式的變革。

　　（一）全球機(jī)器人市場需求持續(xù)增長

　　工業(yè)機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人的市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。根據(jù)IFR的統(tǒng)計(jì)，2015年全球工業(yè)機(jī)器人銷量首次突破 2 4萬臺，其中亞洲銷量約占全球銷量的2/3，銷量為14.4萬臺；歐洲地區(qū)為5萬臺，其中東歐地區(qū)銷量增速達(dá)到29%，是全球增長最快的地區(qū)之一；北美地區(qū)銷量達(dá)到3.4萬臺，較2014年同比增長11%。中國、韓國、日本、美國和德國的總銷量占全球銷量的3/4。中國、美國、韓國、日本、德國、以色列等國是近年工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)及市場發(fā)展較活躍的地區(qū)。1998-2014年，全球工業(yè)機(jī)器人銷量處于穩(wěn)步增長態(tài)勢；特別是2005-2014年間，工業(yè)機(jī)器人銷量迅速增長，新裝工業(yè)機(jī)器人年均增長速度約為14%。2014年全球?qū)Ｓ梅?wù)機(jī)器人銷量為2.4萬臺，較2013年同比增長11.5%；全球個人/家用服務(wù)機(jī)器人銷量約為470萬臺，較2013年同比增長28%。

　　圖1 2014年全球工業(yè)機(jī)器人市場分布情況

　?。ǘ﹣喬貐^(qū)成為最重要市場

　　根據(jù)IFR的統(tǒng)計(jì)，亞洲是目前全球工業(yè)機(jī)器人使用量最大的地區(qū)，占世界范圍內(nèi)機(jī)器人使用的50%，其次是美洲（包括北美、南美）和歐洲。2012-2015年亞洲機(jī)器人銷量年均增長15%，遠(yuǎn)高于美洲和非洲6%的增長速度。2015年，亞太地區(qū)工業(yè)機(jī)器人銷售超過14萬臺。2014年中國、日本、韓國和泰國的工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量占亞洲地區(qū)總量的75%，分別在全球排名第一、第二、第四和第八位，四個國家工業(yè)機(jī)器人的市場規(guī)模占全球工業(yè)機(jī)器人銷量的52.4%。

　　（三）工業(yè)機(jī)器人發(fā)展高度集中

　　工業(yè)機(jī)器人的主要產(chǎn)銷國集中在日本、韓國和德國，這三國的機(jī)器人保有量和年度新增量位居全球前列。

　　日本、韓國和德國的機(jī)器人密度和保有量處于全球領(lǐng)先水平。據(jù)IFR統(tǒng)計(jì)，2014年日本每萬名工人擁有323臺工業(yè)機(jī)器人，韓國為437臺，德國為282臺；2013年日本的機(jī)器人保有量為30.4萬臺，韓國為15.6萬臺，德國為16.8萬臺。

　　2014年，日本、韓國、德國三國的機(jī)器人市場新增量占全球的30.9%，市場規(guī)模分別為2.9萬臺、2.1萬臺、2萬臺。受全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的影響，2014年三國工業(yè)機(jī)器人市場份額占全球市場總額的30.9%，同比減少6.6%。日本機(jī)器人市場成熟，其制造商國際競爭力強(qiáng)，發(fā)那科、那智不二越、川崎等品牌在微電子技術(shù)、功率電子技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)領(lǐng)先。韓國的半導(dǎo)體、傳感器、自動化生產(chǎn)等高端技術(shù)為機(jī)器人快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。德國工業(yè)機(jī)器人在人機(jī)交互、機(jī)器視覺、機(jī)器互聯(lián)等領(lǐng)域處于領(lǐng)先水平，德國本土的庫卡公司是世界工業(yè)機(jī)器人四大制造商之一，年產(chǎn)量超過1.8萬臺。

　?。ㄋ模┓?wù)機(jī)器人市場處于起步階段

　　服務(wù)機(jī)器人主要包括專業(yè)服務(wù)機(jī)器人和個人/家庭服務(wù)機(jī)器人。全球服務(wù)機(jī)器人市場化程度仍然處于起步階段，受到勞動力不足、人口老齡化等剛性需求的驅(qū)動，與人均可支配收入提升和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)、人機(jī)交互等先進(jìn)技術(shù)快速迭代的影響，服務(wù)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展空間巨大。2012-2017年服務(wù)機(jī)器人市場年復(fù)合增長率將達(dá)到17.4%，市場規(guī)模預(yù)計(jì)將在2017年達(dá)到461.8億美元。

　　圖2 2005-2014年日本工業(yè)機(jī)器人內(nèi)銷及出口結(jié)構(gòu)變化情況

　　全球服務(wù)機(jī)器人市場仍然處于起步階段。一是由于服務(wù)機(jī)器人的外圍技術(shù)未能解決。服務(wù)機(jī)器人技術(shù)是多學(xué)科交叉集成技術(shù)，涉及機(jī)械設(shè)計(jì)、自動控制、仿生學(xué)、運(yùn)動學(xué)等多領(lǐng)域，在多樣性、隨機(jī)性、復(fù)雜性的環(huán)境背景下，其對于環(huán)境感知的任務(wù)復(fù)雜度和實(shí)時性要求更高。二是單位價值高的服務(wù)機(jī)器人整體水平技術(shù)低下，發(fā)展速度緩慢。如醫(yī)用機(jī)器人的控制運(yùn)動、精細(xì)組織操作和三維高清晰度的視覺能力要求高，僅少量發(fā)達(dá)國家有能力采用此類技術(shù)。

　　目前全球服務(wù)機(jī)器人市場僅有部分國防機(jī)器人、家用清潔機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，而技術(shù)含量更高的醫(yī)療機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人等仍然處于研發(fā)試驗(yàn)階段。全球個人和家用服務(wù)機(jī)器人的產(chǎn)品包括家庭作業(yè)機(jī)器人、娛樂休閑機(jī)器人、殘障輔助機(jī)器人和監(jiān)視機(jī)器人，其中家庭作業(yè)機(jī)器人中的除草機(jī)器人市場化程度高，產(chǎn)品種類多樣化。例如，達(dá)芬奇外觀機(jī)器人、擠奶機(jī)器人和軍用無人機(jī)已經(jīng)形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈。

　　二、產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢分析

　?。ㄒ唬C(jī)器人與信息技術(shù)深入融合

　　大數(shù)據(jù)和云存儲技術(shù)使得機(jī)器人逐步成為物聯(lián)網(wǎng)的終端和節(jié)點(diǎn)。一是信息技術(shù)的快速發(fā)展將工業(yè)機(jī)器人與網(wǎng)絡(luò)融合，組成復(fù)雜性強(qiáng)的生產(chǎn)系統(tǒng)，各種算法如蟻群算法、免疫算法等可以逐步應(yīng)用于機(jī)器人應(yīng)用中，使其具有類人的學(xué)習(xí)能力，多臺機(jī)器人協(xié)同技術(shù)使一套生產(chǎn)解決方案成為可能。二是服務(wù)機(jī)器人普遍能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，多臺機(jī)器人能提供流程更多、操作更復(fù)雜的服務(wù)；人類意識控制機(jī)器人這一新操作模式也正在研發(fā)中，即利用“思維力”和“意志力”控制機(jī)器人的行為。

　?。ǘC(jī)器人產(chǎn)品易用性與穩(wěn)定性提升

　　隨著機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)、集成一體化關(guān)節(jié)、自組裝與自修復(fù)等技術(shù)的改善，機(jī)器人的易用性與穩(wěn)定性不斷被提高。一是機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從較為成熟的汽車、電子產(chǎn)業(yè)延展至食品、醫(yī)療、化工等更廣泛的制造領(lǐng)域，服務(wù)領(lǐng)域和服務(wù)對象不斷增加，機(jī)器人本體向體積小、應(yīng)用廣的特點(diǎn)發(fā)展。二是機(jī)器人成本快速下降。機(jī)器人技術(shù)和工藝日趨成熟，機(jī)器人初期投資相較于傳統(tǒng)專用設(shè)備的價格差距縮小，在個性化程度高、工藝和流程繁瑣的產(chǎn)品制造中替代傳統(tǒng)專用設(shè)備具有更高的經(jīng)濟(jì)效率。三是人機(jī)關(guān)系發(fā)生深刻改變。例如，工人和機(jī)器人共同完成目標(biāo)時，機(jī)器人能夠通過簡易的感應(yīng)方式理解人類語言、圖形、身體指令，利用其模塊化的插頭和生產(chǎn)組件，免除工人復(fù)雜的操作?，F(xiàn)有階段的人機(jī)協(xié)作存在較大的安全問題，盡管具有視覺和先進(jìn)傳感器的輕型工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被開發(fā)出來，但是目前仍然缺乏可靠安全的工業(yè)機(jī)器人協(xié)作的技術(shù)規(guī)范。

　　（三）機(jī)器人向模塊化、智能化和系統(tǒng)化方向發(fā)展

　　表1 2012-2014年美國工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量情況

　　目前全球推出的機(jī)器人產(chǎn)品向模塊化、智能化和系統(tǒng)化方向發(fā)展。第一，模塊化改變了傳統(tǒng)機(jī)器人的構(gòu)型僅能適用有限范圍的問題，工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)更趨向采用組合式、模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路，重構(gòu)模塊化幫助用戶解決產(chǎn)品品種、規(guī)格與設(shè)計(jì)制造周期和生產(chǎn)成本之間的矛盾。例如，關(guān)節(jié)模塊中伺服電機(jī)、減速機(jī)和檢測系統(tǒng)的三位一體化，由關(guān)節(jié)、連桿模塊重組的方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)。第二，機(jī)器人產(chǎn)品向智能化發(fā)展的過程中，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向開放性控制系統(tǒng)集成方向發(fā)展，伺服驅(qū)動技術(shù)向非結(jié)構(gòu)化、多移動機(jī)器人系統(tǒng)改變，機(jī)器人協(xié)作已經(jīng)不僅是控制的協(xié)調(diào)，而是機(jī)器人系統(tǒng)的組織與控制方式的協(xié)調(diào)。第三，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)不斷延伸，目前的機(jī)器人產(chǎn)品正在嵌入工程機(jī)械、食品機(jī)械、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、醫(yī)療器械等傳統(tǒng)裝備之中。

　　圖3 2005-2014年韓國工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模變化情況

　?。ㄋ模┬滦椭悄軝C(jī)器人市場需求增加

　　新型智能機(jī)器人，尤其是具有智能性、靈活性、合作性和適應(yīng)性的機(jī)器人需求持續(xù)增長。第一，下一代智能機(jī)器人的精細(xì)作業(yè)能力被進(jìn)一步提升，對外界的適應(yīng)感知能力不斷增強(qiáng)。在機(jī)器人精細(xì)作業(yè)能力方面，波士頓咨詢集團(tuán)調(diào)查顯示，最近進(jìn)入工廠和實(shí)驗(yàn)室的機(jī)器人具有明顯不同的特質(zhì)，它們能夠完成精細(xì)化的工作內(nèi)容，如組裝微小的零部件，預(yù)先設(shè)定程序的機(jī)器人不再需要專家的監(jiān)控。第二，市場對機(jī)器人靈活性方面的需求不斷提高。雷諾目前使用了一批29公斤的擰螺絲機(jī)器人，它們在僅有的1.3米長機(jī)械臂中嵌入6個旋轉(zhuǎn)接頭的機(jī)器臂均能靈活操作。第三，機(jī)器人與人協(xié)作能力的要求不斷增強(qiáng)。未來機(jī)器人能夠靠近工人執(zhí)行任務(wù)，新一代智能機(jī)器人采用聲吶、攝像頭或者其他技術(shù)感知工作環(huán)境是否有人，如有碰撞可能它們會減慢速度或者停止運(yùn)作。

　　三、主要國家機(jī)器人發(fā)展情況

　?。ㄒ唬┤毡?/strong>

　　日本工業(yè)機(jī)器人發(fā)展主要經(jīng)歷四個歷史階段。第一階段為搖籃期（1967-1970年），川崎重工業(yè)公司從美國Unimation公司引進(jìn)先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，建立生產(chǎn)車間，并且于1968年制造出第一臺川崎機(jī)器人。第二階段為實(shí)用期（1970-1980年），日本工業(yè)機(jī)器人經(jīng)歷短暫的搖籃期后迅速進(jìn)入發(fā)展時期，工業(yè)機(jī)器人十年間的增長率達(dá)到30.8%。第三階段為普及提高期（1980-1990年），日本政府開始在各個領(lǐng)域廣泛推廣使用機(jī)器人，1982年日本的機(jī)器人產(chǎn)量約2.5萬臺，高級機(jī)器人數(shù)量占全球總量的56%，到1986年其機(jī)器人保有量已經(jīng)達(dá)到 1 0萬臺，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值超過3000億日元，到了1990年其生產(chǎn)總值超過6000億日元。第四階段為平穩(wěn)成長期（1990-2013），受到金融危機(jī)和日元貶值的影響，日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在90年代中后期進(jìn)入低迷期，2005-2009年，日本工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模呈下降態(tài)勢，2009年生產(chǎn)總值不到3000億日元，但是2011年生產(chǎn)總值開始回升。截至2014年，日本工業(yè)機(jī)器人保有量占全球機(jī)器人保有量的30%。

　　日本機(jī)器人產(chǎn)品以工業(yè)機(jī)器人為主。根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會的統(tǒng)計(jì)，2014年日本工業(yè)機(jī)器人的全球市場份額排名第一，工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)和安裝總量為12.7萬臺，銷售量約2.8萬臺，銷售額超過500億日元。2014年，日本的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品按應(yīng)用領(lǐng)域劃分為四類，分別是噴涂機(jī)器人、原材料運(yùn)輸機(jī)器人、裝配機(jī)器人、清潔機(jī)器人。按照工業(yè)分支應(yīng)用的比例為：自動化零部件工業(yè)占35.1%；電機(jī)械制造工業(yè)占27.3%；塑料制品工業(yè)占9.7%。數(shù)據(jù)顯示工業(yè)機(jī)器人在汽車和電子領(lǐng)域的應(yīng)用比例高達(dá)62.4%，這兩類產(chǎn)業(yè)是推動日本國內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)增速的引擎。

　　在出口方面，2005-2014年十年間，日本工業(yè)機(jī)器人出口量顯著高于內(nèi)銷。2014年出口的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品數(shù)量超過9.8萬臺，出口的工業(yè)機(jī)器人占總銷量的77.2%，出口額約3100億日元，比2013年的3013.4億日元增長了2.8%。日本工業(yè)機(jī)器人出口國多集中在亞洲國家，尤其是中國、韓國和菲律賓。

　　目前日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn)是如何拓展應(yīng)用領(lǐng)域。一方面，日本近年工業(yè)機(jī)器人在食品、藥品、化妝品“三品產(chǎn)業(yè)”領(lǐng)域有較快發(fā)展，與汽車和電子產(chǎn)業(yè)不同，“三品產(chǎn)業(yè)”的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)更高，解決衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)需要更先進(jìn)的技術(shù)支持。另一方面，日本服務(wù)型機(jī)器人開發(fā)領(lǐng)域雖然取得重要進(jìn)展，但是產(chǎn)品量產(chǎn)的服務(wù)型機(jī)器人還很少。例如，醫(yī)療介護(hù)和災(zāi)害救援的機(jī)器人已經(jīng)研發(fā)出來，但是推廣普及仍然缺乏技術(shù)和制度的支持。

　?。ǘ┟绹?/strong>

　　美國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展主要經(jīng)歷四個歷史階段。第一階段是20世紀(jì)60年代至70年代，其工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)處于研究階段，1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，但由于當(dāng)時本土的失業(yè)率高達(dá)6.65%，政府擔(dān)心機(jī)器人導(dǎo)致就業(yè)情況惡化，并未把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，美國市場的少量企業(yè)僅與大學(xué)合作進(jìn)行初步的研發(fā)工作。第二階段是20世界70年代后期至80年代，美國政府與企業(yè)對于工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用認(rèn)識有了改變，制定機(jī)器人重點(diǎn)技術(shù)路線，機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展集中于航空、核工程、海洋等特殊領(lǐng)域的高級機(jī)器人的開發(fā)，機(jī)器人的主要用戶是政府和軍方，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的市場化在此階段遠(yuǎn)不及日本。第三階段是20世紀(jì)80年代中后期至90年代初期，美國政府真正開始重視工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)和推廣，美國標(biāo)準(zhǔn)局和職業(yè)安全與衛(wèi)生管理局開始商討并且建立美國機(jī)器人國家標(biāo)準(zhǔn)。隨著機(jī)器人制造商的生產(chǎn)技術(shù)日臻成熟，功能簡單的一代機(jī)器人逐漸不能滿足實(shí)際需要，美國開始重視開發(fā)具備視覺、觸覺、力感等功能的二代機(jī)器人。第四階段是90年代后期，美國在機(jī)器人軟件領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。在語音識別技術(shù)上，美國科技公司蘋果、谷歌和微軟都在加緊布局；在圖像識別領(lǐng)域，F(xiàn)acebook等公司的人像識別、圖像分析技術(shù)初露端倪。

　　美國是全球工業(yè)機(jī)器人第三大市場。受到生產(chǎn)自動化的發(fā)展趨勢以及美國重振制造業(yè)的戰(zhàn)略影響，2014年美國機(jī)器人市場規(guī)模達(dá)到2.6萬臺，較2013年增長了11%。但是機(jī)器人本體利潤少、技術(shù)含量低，美國制造機(jī)器人本體的制造商較少，更多的企業(yè)注重于技術(shù)方面的研發(fā)。截至2015年，美國共申請1.6萬余件相關(guān)專利。在機(jī)器人技術(shù)分類方面，除了機(jī)械手、控制單元、焊接、機(jī)床零件等基礎(chǔ)技術(shù)除外，美國的高智能、高難度的國防機(jī)器人、太空機(jī)器人已經(jīng)開始投入實(shí)際應(yīng)用。

　　為滿足美國制造廠商的現(xiàn)代化生產(chǎn)線需求，美國本土加速機(jī)器人的安裝工作，2010-2013年，美國機(jī)器人銷售額的年均復(fù)合增長率為18%。2014年1月，美國工業(yè)機(jī)器人保有量為22萬臺，制造業(yè)的工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)到152臺/萬人，部分自動化工業(yè)領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人密度甚至達(dá)到1111臺/萬人。

　?。ㄈ╉n國

　　韓國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)起步晚、發(fā)展速度快。韓國在上世紀(jì) 9 0年代初期建立了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)體系，政府的推動作用對于韓國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了重要作用。2004年韓國政府啟動“無所不在的機(jī)器人伙伴”項(xiàng)目后機(jī)器人產(chǎn)業(yè)步入快速發(fā)展期。2008年，《智能機(jī)器人促進(jìn)法》將機(jī)器人列為國家級戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，對于人才培育、質(zhì)量把控和平臺搭建方面進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)。2012年，韓國知識經(jīng)濟(jì)部發(fā)布了十年為期的《機(jī)器人未來戰(zhàn)略2022》，計(jì)劃投資3500韓元使機(jī)器人產(chǎn)業(yè)規(guī)模拓展10倍。2013年，韓國知識經(jīng)濟(jì)部基于該戰(zhàn)略制定了《第二次智能機(jī)器人行動計(jì)劃（2014-2018年）》，提出2018年韓國機(jī)器人國內(nèi)生產(chǎn)總值要達(dá)到20萬億韓元，出口達(dá)到70億美元，占據(jù)全球20%市場份額的目標(biāo)。

　　表2 2012-2014年德國工業(yè)機(jī)器人新裝機(jī)量情況

　　目前韓國是全球工業(yè)機(jī)器人第四大市場。2014 年，韓國機(jī)器人市場規(guī)模達(dá)到歷史第二高的2.47萬臺，較2013年增長16%，僅低于2011年的2.55萬臺。韓國工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)占全球 5 %的市場份額，機(jī)器人產(chǎn)品主要集中在汽車零部件，特別是電子零部件領(lǐng)域。

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　　德國工業(yè)機(jī)器人發(fā)展極為迅速。德國政府在工業(yè)機(jī)器人發(fā)展初期起到重要引領(lǐng)作用，20世紀(jì)70年代中后期，德國政府強(qiáng)制規(guī)定“改善勞動條件計(jì)劃”，在某些有毒、有害的崗位施行機(jī)器換人的計(jì)劃。近幾年，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)能源部聯(lián)手推行“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，將物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)引入制造業(yè)，打造智能化生產(chǎn)模式。

　　德國是歐洲最大的機(jī)器人市場，也是世界第五大機(jī)器人市場。2014年其工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模超過2萬臺，較2013年增加10%。2010-2014年，德國工業(yè)機(jī)器人年均增長率約為9%，主要推動力是汽車產(chǎn)業(yè)。根據(jù)德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會（VDMA）統(tǒng)計(jì)，2014年德國工業(yè)機(jī)器人密度為282臺，是法國的兩倍、英國的四倍。