深度报告:全球机器人产业市场现状及趋势
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深度报告:全球机器人产业市场现状及趋势

对我国机器人产业现状进行梳理,并对我国机器人产业面临的形势进行分析,对整个产业的健康发展具有重要意义。

本文授权转载自蓝驰创投BlueRun公众号(ID:lanchichuangtou)。

近年来,随着全球机器人产业的蓬勃发展,我国机器人产业发展势头迅猛,市场规模保持快速增长,2015年我国工业机器人市场规模继续保持世界第一,达到 6.6万台。

尽管我国机器人产业取得了很大的进步,但同发达国家相比差距较大,仍处于产业形成期,存在自主创新能力不强、产品以中低端为主、企业规模偏 小、产品质量参差不齐等问题。因此,对我国机器人产业现状进行梳理,并对我国机器人产业面临的形势进行分析,对整个产业的健康发展具有重要意义。

一、产业发展现状

机器人是集机械、电子、控制、传感、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备。自1956年机器人产业诞生后,经过近60年发展,机器人已经被广泛应用在装备制造、新材料、生物医药、智慧新能源等高新产业。机器人与人工智能技术、先进制造技术和移动互联网技术的融合发展,推动了人类社会生活方式的变革。

(一)全球机器人市场需求持续增长

工业机器人和服务机器人的市场规模持续扩大。根据IFR的统计,2015年全球工业机器人销量首次突破 24万台,其中亚洲销量约占全球销量的2/3,销量为14.4万台;欧洲地区为5万台,其中东欧地区销量增速达到29%,是全球增长最快的地区之一;北美地区销量达到3.4万台,较2014年同比增长11%。中国、韩国、日本、美国和德国的总销量占全球销量的3/4。中国、美国、韩国、日本、德国、以色列等国是近年工业机器人技术、标准及市场发展较活跃的地区。1998-2014年,全球工业机器人销量处于稳步增长态势;特别是2005-2014年间,工业机器人销量迅速增长,新装工业机器人年均增长速度约为14%。2014年全球专用服务机器人销量为2.4万台,较2013年同比增长11.5%;全球个人/家用服务机器人销量约为470万台,较2013年同比增长28%。

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2014年全球工业机器人市场分布情况

(二)亚太地区成为最重要市场

根据IFR的统计,亚洲是目前全球工业机器人使用量最大的地区,占世界范围内机器人使用的50%,其次是美洲(包括北美、南美)和欧洲。2012-2015年亚洲机器人销量年均增长15%,远高于美洲和非洲6%的增长速度。2015年,亚太地区工业机器人销售超过14万台。2014年中国、日本、韩国和泰国的工业机器人新装机量占亚洲地区总量的75%,分别在全球排名第一、第二、第四和第八位,四个国家工业机器人的市场规模占全球工业机器人销量的52.4%。

(三)工业机器人发展高度集中

工业机器人的主要产销国集中在日本、韩国和德国,这三国的机器人保有量和年度新增量位居全球前列。

日本、韩国和德国的机器人密度和保有量处于全球领先水平。据IFR统计,2014年日本每万名工人拥有323台工业机器人,韩国为437台,德国为282台;2013年日本的机器人保有量为30.4万台,韩国为15.6万台,德国为16.8万台。

2014年,日本、韩国、德国三国的机器人市场新增量占全球的30.9%,市场规模分别为2.9万台、2.1万台、2万台。受全球制造业转型升级的影响,2014年三国工业机器人市场份额占全球市场总额的30.9%,同比减少6.6%。日本机器人市场成熟,其制造商国际竞争力强,发那科、那智不二越、川崎等品牌在微电子技术、功率电子技术领域持续领先。韩国的半导体、传感器、自动化生产等高端技术为机器人快速发展奠定了基础。德国工业机器人在人机交互、机器视觉、机器互联等领域处于领先水平,德国本土的库卡公司是世界工业机器人四大制造商之一,年产量超过1.8万台。

(四)服务机器人市场处于起步阶段

服务机器人主要包括专业服务机器人和个人/家庭服务机器人。全球服务机器人市场化程度仍然处于起步阶段,受到劳动力不足、人口老龄化等刚性需求的驱动,与人均可支配收入提升和物联网、大数据、计算机、人机交互等先进技术快速迭代的影响,服务机器人行业发展空间巨大。2012-2017年服务机器人市场年复合增长率将达到17.4%,市场规模预计将在2017年达到461.8亿美元。

全球服务机器人市场仍然处于起步阶段。一是由于服务机器人的外围技术未能解决。服务机器人技术是多学科交叉集成技术,涉及机械设计、自动控制、仿生学、运动学等多领域,在多样性、随机性、复杂性的环境背景下,其对于环境感知的任务复杂度和实时性要求更高。二是单位价值高的服务机器人整体水平技术低下,发展速度缓慢。如医用机器人的控制运动、精细组织操作和三维高清晰度的视觉能力要求高,仅少量发达国家有能力采用此类技术。

目前全球服务机器人市场仅有部分国防机器人、家用清洁机器人、农业机器人实现了产业化,而技术含量更高的医疗机器人、康复机器人等仍然处于研发试验阶段。全球个人和家用服务机器人的产品包括家庭作业机器人、娱乐休闲机器人、残障辅助机器人和监视机器人,其中家庭作业机器人中的除草机器人市场化程度高,产品种类多样化。例如,达芬奇外观机器人、挤奶机器人和军用无人机已经形成成熟的产业链。

二、产业发展趋势分析

(一)机器人与信息技术深入融合

大数据和云存储技术使得机器人逐步成为物联网的终端和节点。一是信息技术的快速发展将工业机器人与网络融合,组成复杂性强的生产系统,各种算法如蚁群算法、免疫算法等可以逐步应用于机器人应用中,使其具有类人的学习能力,多台机器人协同技术使一套生产解决方案成为可能。二是服务机器人普遍能够通过网络实现远程监控,多台机器人能提供流程更多、操作更复杂的服务;人类意识控制机器人这一新操作模式也正在研发中,即利用“思维力”和“意志力”控制机器人的行为。

(二)机器人产品易用性与稳定性提升

随着机器人标准化结构、集成一体化关节、自组装与自修复等技术的改善,机器人的易用性与稳定性不断被提高。一是机器人的应用领域已经从较为成熟的汽车、电子产业延展至食品、医疗、化工等更广泛的制造领域,服务领域和服务对象不断增加,机器人本体向体积小、应用广的特点发展。二是机器人成本快速下降。机器人技术和工艺日趋成熟,机器人初期投资相较于传统专用设备的价格差距缩小,在个性化程度高、工艺和流程繁琐的产品制造中替代传统专用设备具有更高的经济效率。三是人机关系发生深刻改变。例如,工人和机器人共同完成目标时,机器人能够通过简易的感应方式理解人类语言、图形、身体指令,利用其模块化的插头和生产组件,免除工人复杂的操作。现有阶段的人机协作存在较大的安全问题,尽管具有视觉和先进传感器的轻型工业机器人已经被开发出来,但是目前仍然缺乏可靠安全的工业机器人协作的技术规范。

(三)机器人向模块化、智能化和系统化方向发展

目前全球推出的机器人产品向模块化、智能化和系统化方向发展。第一,模块化改变了传统机器人的构型仅能适用有限范围的问题,工业机器人的研发更趋向采用组合式、模块化的产品设计思路,重构模块化帮助用户解决产品品种、规格与设计制造周期和生产成本之间的矛盾。例如,关节模块中伺服电机、减速机和检测系统的三位一体化,由关节、连杆模块重组的方式构造机器人整机。第二,机器人产品向智能化发展的过程中,工业机器人控制系统向开放性控制系统集成方向发展,伺服驱动技术向非结构化、多移动机器人系统改变,机器人协作已经不仅是控制的协调,而是机器人系统的组织与控制方式的协调。第三,工业机器人技术不断延伸,目前的机器人产品正在嵌入工程机械、食品机械、实验设备、医疗器械等传统装备之中。

(四)新型智能机器人市场需求增加

新型智能机器人,尤其是具有智能性、灵活性、合作性和适应性的机器人需求持续增长。第一,下一代智能机器人的精细作业能力被进一步提升,对外界的适应感知能力不断增强。在机器人精细作业能力方面,波士顿咨询集团调查显示,最近进入工厂和实验室的机器人具有明显不同的特质,它们能够完成精细化的工作内容,如组装微小的零部件,预先设定程序的机器人不再需要专家的监控。第二,市场对机器人灵活性方面的需求不断提高。雷诺目前使用了一批29公斤的拧螺丝机器人,它们在仅有的1.3米长机械臂中嵌入6个旋转接头的机器臂均能灵活操作。第三,机器人与人协作能力的要求不断增强。未来机器人能够靠近工人执行任务,新一代智能机器人采用声呐、摄像头或者其他技术感知工作环境是否有人,如有碰撞可能它们会减慢速度或者停止运作。

三、主要国家机器人发展情况

(一)日本

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2005-2014年日本工业机器人内销及出口结构变化情况

日本工业机器人发展主要经历四个历史阶段。第一阶段为摇篮期(1967-1970年),川崎重工业公司从美国UNImation公司引进先进的机器人技术,建立生产车间,并且于1968年制造出第一台川崎机器人。第二阶段为实用期(1970-1980年),日本工业机器人经历短暂的摇篮期后迅速进入发展时期,工业机器人十年间的增长率达到30.8%。第三阶段为普及提高期(1980-1990年),日本政府开始在各个领域广泛推广使用机器人,1982年日本的机器人产量约2.5万台,高级机器人数量占全球总量的56%,到1986年其机器人保有量已经达到 1 0万台,机器人产业生产总值超过3000亿日元,到了1990年其生产总值超过6000亿日元。第四阶段为平稳成长期(1990-2013),受到金融危机和日元贬值的影响,日本机器人产业在90年代中后期进入低迷期,2005-2009年,日本工业机器人市场规模呈下降态势,2009年生产总值不到3000亿日元,但是2011年生产总值开始回升。截至2014年,日本工业机器人保有量占全球机器人保有量的30%。

日本机器人产品以工业机器人为主。根据国际机器人联合会的统计,2014年日本工业机器人的全球市场份额排名第一,工业机器人生产和安装总量为12.7万台,销售量约2.8万台,销售额超过500亿日元。2014年,日本的工业机器人产品按应用领域划分为四类,分别是喷涂机器人、原材料运输机器人、装配机器人、清洁机器人。按照工业分支应用的比例为:自动化零部件工业占35.1%;电机械制造工业占27.3%;塑料制品工业占9.7%。数据显示工业机器人在汽车和电子领域的应用比例高达62.4%,这两类产业是推动日本国内机器人产业增速的引擎。

在出口方面,2005-2014年十年间,日本工业机器人出口量显著高于内销。2014年出口的工业机器人产品数量超过9.8万台,出口的工业机器人占总销量的77.2%,出口额约3100亿日元,比2013年的3013.4亿日元增长了2.8%。日本工业机器人出口国多集中在亚洲国家,尤其是中国、韩国和菲律宾。

目前日本机器人产业面临的重大挑战是如何拓展应用领域。一方面,日本近年工业机器人在食品、药品、化妆品“三品产业”领域有较快发展,与汽车和电子产业不同,“三品产业”的卫生标准更高,解决卫生标准需要更先进的技术支持。另一方面,日本服务型机器人开发领域虽然取得重要进展,但是产品量产的服务型机器人还很少。例如,医疗介护和灾害救援的机器人已经研发出来,但是推广普及仍然缺乏技术和制度的支持。

(二)美国

美国工业机器人发展主要经历四个历史阶段。第一阶段是20世纪60年代至70年代,其工业机器人产业处于研究阶段,1962年美国研制出世界上第一台工业机器人,但由于当时本土的失业率高达6.65%,政府担心机器人导致就业情况恶化,并未把工业机器人列入重点发展项目,美国市场的少量企业仅与大学合作进行初步的研发工作。第二阶段是20世界70年代后期至80年代,美国政府与企业对于工业机器人的应用认识有了改变,制定机器人重点技术路线,机器人行业的发展集中于航空、核工程、海洋等特殊领域的高级机器人的开发,机器人的主要用户是政府和军方,机器人产业的市场化在此阶段远不及日本。第三阶段是20世纪80年代中后期至90年代初期,美国政府真正开始重视工业机器人的研发和推广,美国标准局和职业安全与卫生管理局开始商讨并且建立美国机器人国家标准。随着机器人制造商的生产技术日臻成熟,功能简单的一代机器人逐渐不能满足实际需要,美国开始重视开发具备视觉、触觉、力感等功能的二代机器人。第四阶段是90年代后期,美国在机器人软件领域处于领先地位。在语音识别技术上,美国科技公司苹果、谷歌和微软都在加紧布局;在图像识别领域,Facebook等公司的人像识别、图像分析技术初露端倪。

美国是全球工业机器人第三大市场。受到生产自动化的发展趋势以及美国重振制造业的战略影响,2014年美国机器人市场规模达到2.6万台,较2013年增长了11%。但是机器人本体利润少、技术含量低,美国制造机器人本体的制造商较少,更多的企业注重于技术方面的研发。截至2015年,美国共申请1.6万余件相关专利。在机器人技术分类方面,除了机械手、控制单元、焊接、机床零件等基础技术除外,美国的高智能、高难度的国防机器人、太空机器人已经开始投入实际应用。

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2012-2014年美国工业机器人新装机量情况

为满足美国制造厂商的现代化生产线需求,美国本土加速机器人的安装工作,2010-2013年,美国机器人销售额的年均复合增长率为18%。2014年1月,美国工业机器人保有量为22万台,制造业的工业机器人密度达到152台/万人,部分自动化工业领域工业机器人密度甚至达到1111台/万人。

补充:美国当地时间8月3日,IBM官方宣布了他们的最新成果——首个人造神经元,可用于制造高密度、低功耗的认知学习芯片。这意味着人工智能的底层硬件基石已完成。

(三)韩国

韩国机器人产业起步晚、发展速度快。韩国在上世纪 9 0年代初期建立了工业机器人产业体系,政府的推动作用对于韩国机器人产业发展起到了重要作用。2004年韩国政府启动“无所不在的机器人伙伴”项目后机器人产业步入快速发展期。2008年,《智能机器人促进法》将机器人列为国家级战略性产业,对于人才培育、质量把控和平台搭建方面进行了顶层设计。2012年,韩国知识经济部发布了十年为期的《机器人未来战略2022》,计划投资3500韩元使机器人产业规模拓展10倍。2013年,韩国知识经济部基于该战略制定了《第二次智能机器人行动计划(2014-2018年)》,提出2018年韩国机器人国内生产总值要达到20万亿韩元,出口达到70亿美元,占据全球20%市场份额的目标。

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2005-2014年韩国工业机器人市场规模变化情况

目前韩国是全球工业机器人第四大市场。2014 年,韩国机器人市场规模达到历史第二高的2.47万台,较2013年增长16%,仅低于2011年的2.55万台。韩国工业机器人生产企业占全球 5 %的市场份额,机器人产品主要集中在汽车零部件,特别是电子零部件领域。

(四)德国

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2012-2014年德国工业机器人新装机量情况

德国工业机器人发展极为迅速。德国政府在工业机器人发展初期起到重要引领作用,20世纪70年代中后期,德国政府强制规定“改善劳动条件计划”,在某些有毒、有害的岗位施行机器换人的计划。近几年,德国联邦教研部与联邦经济能源部联手推行“工业4.0”战略,将物联网和信息技术引入制造业,打造智能化生产模式。

德国是欧洲最大的机器人市场,也是世界第五大机器人市场。2014年其工业机器人市场规模超过2万台,较2013年增加10%。2010-2014年,德国工业机器人年均增长率约为9%,主要推动力是汽车产业。根据德国机械设备制造业联合会(VDMA)统计,2014年德国工业机器人密度为282台,是法国的两倍、英国的四倍。

 

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