以工业机器人为突破口 撬开中国智造机遇之门

　　【中国智能制造网 学术论文】智能制造是从端到网的层层递进发展，可以细分着力发展智能装备和智能产品、推进生产过程智能化和深化互联网在制造领域的应用三个方向。智能装备和产品是智能制造的端，工业机器人则是智能制造的重要基础。　　
　　智能制造是中国制造2025的核心，工业机器人是智能制造腾飞的重要基础。制造业是国民经济的主体，是科技创新的主战场，是立国之本和强国之基。在产业竞争格局发生重大调整，我国经济发展进入新常态的背景下，我国颁布了制造强国战略个十年纲领《中国制造2025》。智能制造是中国制造2025的核心，从《中国制造2025》重点突破领域可以看到智能制造的核心地位。智能制造是从端到网的层层递进发展，可以细分着力发展智能装备和智能产品、推进生产过程智能化和深化互联网在制造领域的应用三个方向。智能装备和产品是智能制造的端，工业机器人则是智能制造的重要基础。
　　
　　中国是具发展潜力的工业机器人国家，但竞争也更激烈。工业机器人在发达国家已经取得了较快的发展，日本和德国凭借先发优势和技术积淀在工业机器人领域具备优势，四大家族占据了工业机器人约50%的市场份额。我国工业机器人的需求增速近5年一直处在较高水平，2014年一举成为大工业机器人消费市场。我们认为我国人力成本上升、工业机器人成本回收期的缩短、工业机器人密度的差距都将维持我国工业机器人的景气度，中国还是有发展潜力的工业机器人国家。预计未来几年中国机器人产能将成倍上升，但竞争将进一步加剧。
　　
　　工业机器人产业链中，上游核心零部件的受限于进口严重限制了我国工业机器人的发展，突破核心零部件生产的本土企业具备大规模产业化基础，在竞争中具备优势。工业机器人的产业链上中下游分别为零部件、本体和集成，我国企业大多集中在集成端，承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。这是由于核心零部件尤其是RV减速器的进口抬高了我国工业机器人的成本，严重制约了我国工业机器人产业的发展。工业机器人零部件亟需国产化突破，并且是规模化量产的突破，否则没有意义。国内具有机器人零部件研制、本体制造和系统集成能力的机器人企业才具备大规模产业化基础，能在接下来的竞争中占据优势。但机器人下游应用领域需求不景气的风险，核心零部件不能得到量产的风险。
　　
　　谈智能制造，离不开工业机器人
　　
　　1.中国制造2025，缔造“制造强国”战略
　　
　　《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略个十年的行动纲领。为推进我国从制造大国向制造强国迈进，国务院组织编制并于2015年5月8日正式发布了《中国制造2025》，对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署。《中国制造2025》提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标：步，到2025年迈入制造强国行列；第二步，到2035年我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，我制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列。
　　
　　2.智能制造是中国制造2025的灵魂
　　
　　2.1.“智能制造”愿景描述
　　
　　智能制造是指在生产过程中，将智能装备通过通信技术有机连接起来，实现生产过程自动化；并通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据，通过工业以太网等通信手段，上传至工业服务器，在工业软件系统的管理下进行数据处理分析，并与企业资源管理软件相结合，提供优化的生产方案或者定制化生产，终实现智能化生产。
　　
　　智能制造不是空穴来风，它与德国提出的“工业4.0”方向趋同，是我国乃至世界制造业的发展方向。智能制造的提出远早于《中国制造2025》，早是以“改造和提升制造业”的形式提出。
　　
　　2.2.智能制造是中国制造2025的核心
　　
　　《中国制造2025》要推动的是智能化升级。自动化是我们所处的工业3.0版本，《中国制造2025》更强调的是推动信息化升级，达到智能化。在智能制造中，“端”——智能装备通过通信技术有机连接起来，实现生产过程自动化，通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据，通过“网”——工业以太网等通信手段，上传至“云”——工业服务器，在工业软件系统MES的管理下进行数据处理分析，并与企业资源管理软件ERP相结合，优化生产方案、实现定制化生产，形成“设计-开发-质量管理-服务”的闭环。
　　
　　从《中国制造2025》重点突破领域可以看到智能制造的核心地位。制造业覆盖很广，必须坚持整体推进、重点突破。《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到地位或先进水平。它们是：新一代信息技术产业、数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。我们对着领域的发展重点/应用示范工程，七大领域对智能制造有着明确相关要求。
　　
　　3.智能制造，工业机器人领舞
　　
　　3.1.智能制造是从端到网的智能连接
　　
　　根据我们对行业的实际访谈，得知：智能制造发展不是一蹴而就的，而是“自动信息化”、“互联化”到“智能化”层层递进、演变发展的。产业链涵盖智能装备、工业互联网、工业软件及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。
　　
　　3.2.工业机器人是智能制造的重要基础
　　
　　智能装备和产品是智能制造的实现端，工业机器人是智能装备的重要基础。智能制造实际是信息技术与制造技术的融合发展，可以细分着力发展智能装备和智能产品、推进生产过程智能化和深化互联网在制造领域的应用三个方向。三个方向中，智能装备和产品是智能制造的实现端，智能装备和产品中，为重要的体现则是工业机器人。机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等应用需求，工业机器人将为智能制造中智能装备的普及代表。
　　
　　中国是具潜能的工业机器人发展国家
　　
　　1.工业机器人在发达国家已经获得快速发展
　　
　　机器代人热潮使工业机器产业得到快速发展。工业机器人诞生于上世纪40年代的实验室里，20多年后才在日本开始产业化。21世纪以来，随着劳动力成本的不断提高，技术的不断进步，各国陆续进行制造业的转型与升级，出现了机器人替代人的热潮，工业机器人自动化装备备得到了快速发展。据机器人工业联合会统计，2014年工业机器人销量达到22.92万台，同比增长28.7%。2008年至2014年，工业机器人期间复合增长率达到30.7%，正处在快速发展期。工业机器人已广泛应用于汽车、电子电气、金属和机械等领域，在机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。
　　
　　日本、德国的工业机器人水平，四大家族为主要的工业机器人供应商，这主要因为他们具备先发优势和技术沉淀。日本在工业机器人关键零部件（减速机、伺服电机等）的研发方面具备较强的技术壁垒。德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。从来看，日本和欧洲是工业机器人的主要产地，ABB、发那科（FANUC）、库卡（KUKA）和安川电机（YASKAWA）这四家企业是工业机器人的四大家族，成为主要的工业机器人供货商，2013年四大家族工业机器人收入合计约为50亿美元，占据约50%的市场份额。
　　
　　2.工业机器人在中国还有很高发展潜能
　　
　　2.1.我国已成为工业机器人大的消费市场，景气度仍在提升
　　
　　对比工业发达的日本、德国和美国，我国工业机器人需求增速的走向与他们大致相同，但增速一直较高。在2013年以前，日本一直是大的工业机器人市场，但自2011年以来日本工业机器人的增速较为平缓。2013年，我国工业机器人销量一举成为高，2014年我国工业机器人销量达到57096台，同比增长56.7%，销量的市场位置继续保持。
　　
　　2.2.未来这种趋势会保持吗？
　　
　　从机器人保有密度上看，会。取每万人拥有的机器人数量为机器人保有密度指标，我国2014年为36台/万人，日本为314台/万人，德国为292台/万人，韩国为478台/万人，中国台湾为138台/万人，平均为66台/万人。我国的机器人保有密度不仅与先进工业国家有差距有十倍之多，与平均水平相比都有翻番空间，这种差距也间接的显示了未来工业机器人的需求空间。
　　
　　从机器人的成本回收期看，会。根据国家统计局的数据，我国制造业城镇单位就业人员的年平均工资从2010年都30916万元增长到2014年的51369万元，年均增速达到13%。根据中国产业信息网的资料，工业机器人的成本逐年递减4%。以165KG的六轴机器人为例，其回收周期将由2010年4.96年下降到2016年1.22年。随着人力成本的上升、老龄化的加剧，我国数量庞大、低成本劳动力优势在逐渐丧失，基础性工作招人越来越难。工业机器人成本的下降，机器人的投资回收期还将进一步缩短，将有助于机器人逐步实现劳动力替
　　
　　机器人换人的节奏仍然没有结束，随着人工成本进一步提升，机器人价格进一步下滑，机器人在下游应用的领域逐步拓宽，机器人需求仍然保持景气向上。
　　
　　2.3.国产机器人迎来巨大替代空间
　　
　　工业机器人的市场目前被日本四大家垄断，国产化的替代空间还很大。我国工业机器人产业发展较晚，受零部件供应、相关技术和加工工艺等因素影响，中国市场上工业机器人基本被以ABB、库卡、发那科和安川四大巨头为主的国外机器人品牌占据着，国产机器人品牌仅占约8%的市场份额。中国处于工业机器人生产的产业链下游，多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。随着我国工业机器人市场需求的迅速扩大，国内企业的自主研发投入的不断加大，研发能力不断提升，未来几年将拉近与厂商的差距，国产机器人将填补巨大的替代空间。
　　
　　3.工业机器人产业链分析
　　
　　3.1.工业机器人产业链
　　
　　工业机器人具备在高危环境下生产、生产效率高、稳定性强、精度高等特点，它是通过编程或示教方式实现自动化，同时具备拟人形态及功能的装置，主要由本体、伺服电机、减速机、控制器、传感器等核心零部件构成，操作系统包括伺服系统、控制系统、视觉系统等。
　　
　　机器人自动化行业按产业链分为上游、中游和下游。上游生产核心零部件：包括减速器、伺服系统、控制器；中游是本体生产商，包括工业机器人本体、服务机器人本体。下游是系统集成商，包括单项系统集成商、综合系统集成商。
　　
　　工业机器人优于传统的机械设备的原因主要在于上游的关键基础部件。从结构上来看，工业机器人由控制系统、驱动系统和执行机构组成，分别对应控制器、伺服电机和减速器等核心零部件。从成本上来看，核心零部件占工业机器人成本大头，约72%左右。多轴工业机器人的成本构成中，机械本体约占22%；伺服系统约占24%；减速器系统约占36%；控制系统约占12%；其他外设约占6%。