【中國智能制造網(wǎng) 學術論文】智能制造是從端到網(wǎng)的層層遞進發(fā)展，可以細分著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品、推進生產(chǎn)過程智能化和深化互聯(lián)網(wǎng)在制造領域的應用三個方向。智能裝備和產(chǎn)品是智能制造的端，工業(yè)機器人則是智能制造的重要基礎。　　
　　智能制造是中國制造2025的核心，工業(yè)機器人是智能制造騰飛的重要基礎。制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體，是科技創(chuàng)新的主戰(zhàn)場，是立國之本和強國之基。在產(chǎn)業(yè)競爭格局發(fā)生重大調(diào)整，我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)的背景下，我國頒布了制造強國戰(zhàn)略個十年綱領《中國制造2025》。智能制造是中國制造2025的核心，從《中國制造2025》重點突破領域可以看到智能制造的核心地位。智能制造是從端到網(wǎng)的層層遞進發(fā)展，可以細分著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品、推進生產(chǎn)過程智能化和深化互聯(lián)網(wǎng)在制造領域的應用三個方向。智能裝備和產(chǎn)品是智能制造的端，工業(yè)機器人則是智能制造的重要基礎。
　　
　　中國是具發(fā)展?jié)摿Φ墓I(yè)機器人國家，但競爭也更激烈。工業(yè)機器人在發(fā)達國家已經(jīng)取得了較快的發(fā)展，日本和德國憑借先發(fā)優(yōu)勢和技術積淀在工業(yè)機器人領域具備優(yōu)勢，四大家族占據(jù)了工業(yè)機器人約50%的市場份額。我國工業(yè)機器人的需求增速近5年一直處在較高水平，2014年一舉成為大工業(yè)機器人消費市場。我們認為我國人力成本上升、工業(yè)機器人成本回收期的縮短、工業(yè)機器人密度的差距都將維持我國工業(yè)機器人的景氣度，中國還是有發(fā)展?jié)摿Φ墓I(yè)機器人國家。預計未來幾年中國機器人產(chǎn)能將成倍上升，但競爭將進一步加劇。
　　
　　工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈中，上游核心零部件的受限于進口嚴重限制了我國工業(yè)機器人的發(fā)展，突破核心零部件生產(chǎn)的本土企業(yè)具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化基礎，在競爭中具備優(yōu)勢。工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)鏈上中下游分別為零部件、本體和集成，我國企業(yè)大多集中在集成端，承擔系統(tǒng)二次開發(fā)、定制部件和售后服務等附加值低的工作。這是由于核心零部件尤其是RV減速器的進口抬高了我國工業(yè)機器人的成本，嚴重制約了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。工業(yè)機器人零部件亟需國產(chǎn)化突破，并且是規(guī)模化量產(chǎn)的突破，否則沒有意義。國內(nèi)具有機器人零部件研制、本體制造和系統(tǒng)集成能力的機器人企業(yè)才具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化基礎，能在接下來的競爭中占據(jù)優(yōu)勢。但機器人下游應用領域需求不景氣的風險，核心零部件不能得到量產(chǎn)的風險。
　　
　　談智能制造，離不開工業(yè)機器人
　　
　　1.中國制造2025，締造“制造強國”戰(zhàn)略
　　
　　《中國制造2025》，是我國實施制造強國戰(zhàn)略個十年的行動綱領。為推進我國從制造大國向制造強國邁進，國務院組織編制并于2015年5月8日正式發(fā)布了《中國制造2025》，對我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展作了整體部署?！吨袊圃?025》提出通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標：步，到2025年邁入制造強國行列；第二步，到2035年我國制造業(yè)整體達到世界制造強國陣營中等水平；第三步，到新中國成立一百年時，我制造業(yè)大國地位更加鞏固，綜合實力進入世界制造強國前列。
　　
　　2.智能制造是中國制造2025的靈魂
　　
　　2.1.“智能制造”愿景描述
　　
　　智能制造是指在生產(chǎn)過程中，將智能裝備通過通信技術有機連接起來，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化；并通過各類感知技術收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，通過工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段，上傳至工業(yè)服務器，在工業(yè)軟件系統(tǒng)的管理下進行數(shù)據(jù)處理分析，并與企業(yè)資源管理軟件相結(jié)合，提供優(yōu)化的生產(chǎn)方案或者定制化生產(chǎn)，終實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。
　　
　　智能制造不是空穴來風，它與德國提出的“工業(yè)4.0”方向趨同，是我國乃至世界制造業(yè)的發(fā)展方向。智能制造的提出遠早于《中國制造2025》，早是以“改造和提升制造業(yè)”的形式提出。
　　
　　2.2.智能制造是中國制造2025的核心
　　
　　《中國制造2025》要推動的是智能化升級。自動化是我們所處的工業(yè)3.0版本，《中國制造2025》更強調(diào)的是推動信息化升級，達到智能化。在智能制造中，“端”——智能裝備通過通信技術有機連接起來，實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，通過各類感知技術收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)，通過“網(wǎng)”——工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段，上傳至“云”——工業(yè)服務器，在工業(yè)軟件系統(tǒng)MES的管理下進行數(shù)據(jù)處理分析，并與企業(yè)資源管理軟件ERP相結(jié)合，優(yōu)化生產(chǎn)方案、實現(xiàn)定制化生產(chǎn)，形成“設計-開發(fā)-質(zhì)量管理-服務”的閉環(huán)。
　　
　　從《中國制造2025》重點突破領域可以看到智能制造的核心地位。制造業(yè)覆蓋很廣，必須堅持整體推進、重點突破。《中國制造2025》圍繞經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全重大需求，選擇10大優(yōu)勢和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)作為突破點，力爭到2025年達到地位或先進水平。它們是：新一代信息技術產(chǎn)業(yè)、數(shù)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)業(yè)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械。我們對著領域的發(fā)展重點/應用示范工程，七大領域?qū)χ悄苤圃煊兄鞔_相關要求。
　　
　　3.智能制造，工業(yè)機器人領舞
　　
　　3.1.智能制造是從端到網(wǎng)的智能連接
　　
　　根據(jù)我們對行業(yè)的實際訪談，得知：智能制造發(fā)展不是一蹴而就的，而是“自動信息化”、“互聯(lián)化”到“智能化”層層遞進、演變發(fā)展的。產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋智能裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)軟件及將上述環(huán)節(jié)有機結(jié)合的自動化系統(tǒng)集成及生產(chǎn)線集成等。
　　
　　3.2.工業(yè)機器人是智能制造的重要基礎
　　
　　智能裝備和產(chǎn)品是智能制造的實現(xiàn)端，工業(yè)機器人是智能裝備的重要基礎。智能制造實際是信息技術與制造技術的融合發(fā)展，可以細分著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品、推進生產(chǎn)過程智能化和深化互聯(lián)網(wǎng)在制造領域的應用三個方向。三個方向中，智能裝備和產(chǎn)品是智能制造的實現(xiàn)端，智能裝備和產(chǎn)品中，為重要的體現(xiàn)則是工業(yè)機器人。機器人替代人工生產(chǎn)是未來制造業(yè)重要的發(fā)展趨勢，是實現(xiàn)智能制造的基礎，也是未來實現(xiàn)工業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的保障。圍繞汽車、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等應用需求，工業(yè)機器人將為智能制造中智能裝備的普及代表。
　　
　　中國是具潛能的工業(yè)機器人發(fā)展國家
　　
　　1.工業(yè)機器人在發(fā)達國家已經(jīng)獲得快速發(fā)展
　　
　　機器代人熱潮使工業(yè)機器產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。工業(yè)機器人誕生于上世紀40年代的實驗室里，20多年后才在日本開始產(chǎn)業(yè)化。21世紀以來，隨著勞動力成本的不斷提高，技術的不斷進步，各國陸續(xù)進行制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級，出現(xiàn)了機器人替代人的熱潮，工業(yè)機器人自動化裝備備得到了快速發(fā)展。據(jù)機器人工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，2014年工業(yè)機器人銷量達到22.92萬臺，同比增長28.7%。2008年至2014年，工業(yè)機器人期間復合增長率達到30.7%，正處在快速發(fā)展期。工業(yè)機器人已廣泛應用于汽車、電子電氣、金屬和機械等領域，在機器人替代人工生產(chǎn)是未來制造業(yè)重要的發(fā)展趨勢，是實現(xiàn)智能制造的基礎，是未來實現(xiàn)工業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的保障。
　　
　　日本、德國的工業(yè)機器人水平，四大家族為主要的工業(yè)機器人供應商，這主要因為他們具備先發(fā)優(yōu)勢和技術沉淀。日本在工業(yè)機器人關鍵零部件（減速機、伺服電機等）的研發(fā)方面具備較強的技術壁壘。德國工業(yè)機器人在原材料、本體零部件和系統(tǒng)集成方面有一定優(yōu)勢。從來看，日本和歐洲是工業(yè)機器人的主要產(chǎn)地，ABB、發(fā)那科（FANUC）、庫卡（KUKA）和安川電機（YASKAWA）這四家企業(yè)是工業(yè)機器人的四大家族，成為主要的工業(yè)機器人供貨商，2013年四大家族工業(yè)機器人收入合計約為50億美元，占據(jù)約50%的市場份額。
　　
　　2.工業(yè)機器人在中國還有很高發(fā)展?jié)撃?br />　　
　　2.1.我國已成為工業(yè)機器人大的消費市場，景氣度仍在提升
　　
　　對比工業(yè)發(fā)達的日本、德國和美國，我國工業(yè)機器人需求增速的走向與他們大致相同，但增速一直較高。在2013年以前，日本一直是大的工業(yè)機器人市場，但自2011年以來日本工業(yè)機器人的增速較為平緩。2013年，我國工業(yè)機器人銷量一舉成為高，2014年我國工業(yè)機器人銷量達到57096臺，同比增長56.7%，銷量的市場位置繼續(xù)保持。
　　
　　2.2.未來這種趨勢會保持嗎？
　　
　　從機器人保有密度上看，會。取每萬人擁有的機器人數(shù)量為機器人保有密度指標，我國2014年為36臺/萬人，日本為314臺/萬人，德國為292臺/萬人，韓國為478臺/萬人，中國臺灣為138臺/萬人，平均為66臺/萬人。我國的機器人保有密度不僅與先進工業(yè)國家有差距有十倍之多，與平均水平相比都有翻番空間，這種差距也間接的顯示了未來工業(yè)機器人的需求空間。
　　
　　從機器人的成本回收期看，會。根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，我國制造業(yè)城鎮(zhèn)單位就業(yè)人員的年平均工資從2010年都30916萬元增長到2014年的51369萬元，年均增速達到13%。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的資料，工業(yè)機器人的成本逐年遞減4%。以165KG的六軸機器人為例，其回收周期將由2010年4.96年下降到2016年1.22年。隨著人力成本的上升、老齡化的加劇，我國數(shù)量龐大、低成本勞動力優(yōu)勢在逐漸喪失，基礎性工作招人越來越難。工業(yè)機器人成本的下降，機器人的投資回收期還將進一步縮短，將有助于機器人逐步實現(xiàn)勞動力替
　　
　　機器人換人的節(jié)奏仍然沒有結(jié)束，隨著人工成本進一步提升，機器人價格進一步下滑，機器人在下游應用的領域逐步拓寬，機器人需求仍然保持景氣向上。
　　
　　2.3.國產(chǎn)機器人迎來巨大替代空間
　　
　　工業(yè)機器人的市場目前被日本四大家壟斷，國產(chǎn)化的替代空間還很大。我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，受零部件供應、相關技術和加工工藝等因素影響，中國市場上工業(yè)機器人基本被以ABB、庫卡、發(fā)那科和安川四大巨頭為主的國外機器人品牌占據(jù)著，國產(chǎn)機器人品牌僅占約8%的市場份額。中國處于工業(yè)機器人生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈下游，多數(shù)廠商承擔系統(tǒng)二次開發(fā)、定制部件和售后服務等附加值低的工作。隨著我國工業(yè)機器人市場需求的迅速擴大，國內(nèi)企業(yè)的自主研發(fā)投入的不斷加大，研發(fā)能力不斷提升，未來幾年將拉近與廠商的差距，國產(chǎn)機器人將填補巨大的替代空間。
　　
　　3.工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析
　　
　　3.1.工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈
　　
　　工業(yè)機器人具備在高危環(huán)境下生產(chǎn)、生產(chǎn)效率高、穩(wěn)定性強、精度高等特點，它是通過編程或示教方式實現(xiàn)自動化，同時具備擬人形態(tài)及功能的裝置，主要由本體、伺服電機、減速機、控制器、傳感器等核心零部件構(gòu)成，操作系統(tǒng)包括伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)等。
　　
　　機器人自動化行業(yè)按產(chǎn)業(yè)鏈分為上游、中游和下游。上游生產(chǎn)核心零部件：包括減速器、伺服系統(tǒng)、控制器；中游是本體生產(chǎn)商，包括工業(yè)機器人本體、服務機器人本體。下游是系統(tǒng)集成商，包括單項系統(tǒng)集成商、綜合系統(tǒng)集成商。
　　
　　工業(yè)機器人優(yōu)于傳統(tǒng)的機械設備的原因主要在于上游的關鍵基礎部件。從結(jié)構(gòu)上來看，工業(yè)機器人由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)組成，分別對應控制器、伺服電機和減速器等核心零部件。從成本上來看，核心零部件占工業(yè)機器人成本大頭，約72%左右。多軸工業(yè)機器人的成本構(gòu)成中，機械本體約占22%；伺服系統(tǒng)約占24%；減速器系統(tǒng)約占36%；控制系統(tǒng)約占12%；其他外設約占6%。