一文了解「以機換人」之工業機器人產業發展
以機換人
Sawyer 智能協作機器人正在全球各地的工廠執行任務，它已成為世界新科技革命和產業變革交匯點上的弄潮兒。在信息化、工業化不斷融合的浪潮中，德國提出「工業4.0」、美國提出「工業互聯網」、歐盟提出「2020增長戰略」，「中國製造2025」行動綱領中把科技創新放在國家發展的核心位置，智能製造已經成為全球製造業戰略升級的共同選擇，以機器人技術為代表的智能裝備產業蓬勃興起。
工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度機器裝置，它可以接受人類指揮，也可以按照預先編排的程序運行，還可以根據人工智慧技術制定的原則行動。在眾多的製造業領域中，工業機器人應用最為廣泛的是汽車及其零部件製造業，並不斷向其他領域擴展，如機械加工行業、電子電氣行業、橡膠塑料工業、食品工業、木材和傢具製造業等領域。
一、全球及我國產業發展狀況
國際機器人聯合會（IFR）的市場報告顯示，自2009年以來，全球工業機器人年銷量逐年增長，並預測未來三年內全球工業機器人年銷量將保持近15%的增長速率，而我國已連續五年成為全球第一大工業機器人消費市場，約佔據全球1/3的市場份額。
通過專利分析發現，工業機器人在全球範圍內出現過兩次大規模的產業轉移，第一次在20世紀70年代初，英國對工業機器人實行限制發展的嚴厲措施，美國製造業開始轉移至日本、韓國；第二次是在2000年以後，日本工業機器人出口逐年提高，特別是對中國的出口大幅增加，中國逐漸成為最大的承接地和受益者。
目前，在全球製造業領域，工業機器人的使用密度已經超過了70台/萬人。根據2018年2月IFR發布的最新數據，我國工業機器人使用密度為68台/萬人，位列全球第23位，是增長速度最快的國家，其中外資品牌佔比67.2%，自主品牌佔比32.8%。
二、產業鏈組成及價值鏈分布
工業機器人產業鏈的上游生產核心零部件，包括減速器、伺服系統、控制器，中游是本體生產商，下游是系統集成商，包括系統集成、軟體二次開發、代理、售後服務、培訓等。通過專利數據分析，我們得到工業機器人上、中、下游不同技術主要申請人。
上游技術含量較高，目前市場均處於外國壟斷狀態。以減速器為例，目前世界75%的減速器市場被日本的哈默納科（Harmonica Drive）和納博特斯克（Nabtesco）佔領，並且短期內格局難以改變。但近年來，國內部分廠商和院校也開始致力於減速器的國產化和產業化研究，如浙江恆豐泰、天津減速機廠、秦川機床廠等，但在工業機器人上的應用尚處於起步階段。中游產品技術壁壘較高，議價能力較強，毛利較高。國際上的工業機器人本體製造商以日本和歐洲國家的技術最為領先，國內大多數機器人本體公司以採購集成為主，小部分國產機器人企業也在逐步崛起。下游技術壁壘相對較低，普遍被認為是最容易切入的環節，其市場規模也遠遠大於本體市場。
工業機器人的成本構成如下圖所示，目前，日系、歐美國家的產品佔據價值鏈的中高端，而我國工業機器人廠商大多位於產業價值鏈的低端。
在這個產業轉型升級需求釋放、國家政策紅利凸顯、資本市場助推的機遇疊加期，工業機器人產業投資潛力巨大。《機器人產業發展規劃（2017-2021年）》中明確提出五年內要形成我國較為完善的機器人產業體系，在積極推動智能製造的發展趨勢下，機器人代替人工的比重必將增加。
由美國發起的中美貿易衝突中，涉及到中國通信技術、航空航天、機器人、醫藥、機械等行業，是明顯針對「中國製造2025」的打壓和遏制。這不僅是一場貿易摩擦，還是一場技術、產業的較量。在未來的市場競爭中，掌握核心技術者方能掌握主動權。雖然目前我國工業機器人的自主創新能力還較低，產品也主要以中低端為主，但不可否認的是眾多機器人企業也都在努力向著更高端化的產品奮進。越來越多的企業和科研團隊投入到工業機器人的關鍵技術研發中，對核心技術進行專利布局的意識也逐漸增強。工業機器人作為新興產業的代表，能通過開發新的需求創造更新的產業，必將成為中國經濟進入新常態後，帶動經濟發展的新引擎。*以上部分數據由現有材料整理得出*
在政策鼓勵和市場需求的引導下，我國工業機器人產業迎來了前所未有的發展機遇。作為「製造業皇冠頂端的明珠」，機器人的研發、製造、應用是衡量一個國家科技創新和高端製造業水平的重要標誌。這一期我們就帶大家一起走進不同種類工業機器人的重點核心技術。
看，他們意氣風發，
鬥志昂揚，神采奕奕地向我們走來……
流水線上，有他們忙碌的身影
拿起工具，是加工小能手
偶爾炫個技，圈粉無數
工業機器人的家族成員根據其應用領域可以分為碼垛機器人、加工機器人、裝配機器人、焊接機器人、噴塗機器人以及協作機器人等幾大類。其中，噴塗機器人和焊接機器人的技術含量較高、應用領域廣泛，自誕生以來就一直備受關注，而協作機器人憑藉其良好的安全性能、靈活的加工性能成為近年來的研究熱點。
專利往往體現出一個技術領域的發展脈絡和前進方向，關注相關專利核心技術，加快專利布局步伐，對於我國工業機器人產業的發展是十分必要的。全球工業機器人領域的老牌企業作為行業引領者，其發展動態始終為業內所高度關注，結合自身的發展優勢，他們均在各類機器人關鍵技術的不同層面進行了專利布局。
焊縫跟蹤技術
焊縫跟蹤系統是焊接機器人的重要組成部分，焊接條件的變化要求焊接機器人能夠實時檢測焊縫偏差，並調整焊接路徑和焊接參數，從而提高焊接質量的可靠性。1986年，專利JPS62271688A提出光學焊縫跟蹤方法，採用線性結構光照射焊縫，利用旋轉的照相機對結構光採集，進而實時觀察焊縫情況。1987年，專利JP63286276A提出了一種通過擺動的激光掃描方式對搭接焊接進行焊縫跟蹤的方法，能夠實現對焊縫的實時跟蹤。1994年，專利US5715375 A針對管焊焊縫提出了採用CCD相機採集線性激光器發射的線性結構光的方法，從而獲取焊縫信息。1995年，專利JPH08187578A採用二維激光掃描方式對直角焊接結構進行焊縫跟蹤。2016年，專利CN106180965A提出採用點光源激光器對工件輪廓面掃的焊接裝置及方法，能夠準確獲取工件的焊縫位置。
人機協作技術
協作機器人是一種被設計成能與人類在共同工作空間中進行近距離互動的機器人，1996年美國的COLGATE·J E和PESHKIN·M A兩位教授首次正式提出人機協作機器人「COBOT」的概念，奠定了人機協作機器人的研究基礎。2005年，專利JP2005057830提出一種防止機器人和人相撞的安全系統，保證了人機協作的安全性。2008年，專利WO2007099511對協作機器人的示教方式進行了改進，提出了拖動示教的方式。2009年，專利WO2009155946通過安裝測量數據的處理系統，來規劃機器人的運動軌跡，使機器人能夠自適應外界的環境。2012年，專利EP2453325提出一種用於對機器人進行編程的用戶友好方法，進一步簡化了拖動示教的示教過程，為不擅長機器人編程的用戶提供了便利。
結語
在工業機器人的應用分類中，無論是技術含量較高的焊接機器人、噴塗機器人，還是發展前景良好的協作機器人，中國的技術發展水平較日本、美國、德國等發達國家還有很大的發展空間，其提升的動力既離不開對國外先進技術的引進吸收，也依賴於國內科研人員的自主研發。為了深入全面布局機器人產業，美的收購機器人四大家族企業中的庫卡集團，以幫助企業進一步升級生產製造與系統的自動化，兩者共同攜手開拓廣闊的中國機器人市場。在新一輪科技革命和產業變革孕育興起之際，我們的技術和製造能力能不能應對這場競爭，是值得思考的問題。
目前，我國小部分的國產機器人企業正在逐步崛起，如瀋陽新松、埃斯頓、安徽埃夫特、武漢華中數控等；高校科研院所如清華大學、哈爾濱工業大學、天津大學、上海交通大學等均在工業機器人的關鍵技術中投入了較多的科研精力，研究成果也不斷更新。中國工業機器人產業的發展路途漫漫，但我們信心滿滿，任重道遠。
讓我們拭目以待
轉自：天津中心知識產權綜合服務平台
學費減免政策及國家助學金
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