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1、智能机器人战略性技术路线图上海市科学学研究所2012年2月研究报告原创性声明本人郑重声明：所呈交的研究报告，是本团队独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本报告不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 项目负责人签名： 日期： 年 月 日课题组成员名单组 长： 王迎春 上海市科学学研究所博士成 员： 傅翠晓上海市科学学研究所副研究员金爱民 上海市科学学研究所博士首席专家： 方明伦上海大学终身教授专 家： 陈卫东上海交通大学教授何永义上海大学教授杨 军上海电气中
2、央研究院机器人研究室主任刘品宽黄萱菁葛 彤郭 帅童上高刘劲松张阳新王如冈上海交通大学复旦大学上海交通大学上海大学上海沃迪自动化装备有限公司上海微松工业自动化有限公司上海未来伙伴机器人有限公司上海如冈自动化控制技术有限公司教授教授教授副教授总经理董事长副总经理总经理目 录第一章 研究背景和意义1第二章 未来前景与产业规律22.1未来前景22.1.1国际机器人的历史与趋势22.1.2国内机器人发展前景与形势42.2产业规律与中国挑战62.2.1国际机器人发展的经验与规律62.2.2中国机器人发展的挑战与机遇82.3未来情景11第三章 上海的基础与战略选择123.1上海的现状与基础123.1.1积累
3、与优势123.1.2不足与问题133.2上海的发展战略与重点领域133.2.1战略路径选择133.2.2战略定位与重点领域15第四章 技术体系与技术路线184.1工业机器人184.1.1产品领域184.1.2技术体系与发展路径204.1.3重点产品的战略性技术路线图234.2服务机器人274.2.1产品领域274.2.2技术体系与发展路径284.2.3重点产品的战略性技术路线图30第五章 基本结论与建议365.1基本结论365.2对策建议365.2.1政府作用：战略引导与资源整合365.2.2对策建议371第一章 研究背景和意义机器人是代替人类工作的高端自动化智能机器，是以柔性制造和绿色制造为
4、特征的新型制造业的中枢，是未来人类工作、生活的智能助手，是未来人类社会的基础装备。融合“感知”、“决策”、“执行”的机器人技术将成为经济、社会的通用目的技术，渗入各个领域，促进产业融合，人类将进入“RT时代”。智能机器人的大规模应用将是与网络的普及相提并论的大事件，会把科技革命和人类社会推向一个崭新的阶段，未来所有的机器都将是网络智能机器人。机器人产业是产值巨大的高端命脉产业，是制造和服务高度融合的产业，是发展潜力无限的战略性新兴产业，关系到国家和区域的安全、核心竞争力与领导力。目前，机器人产业在发达国家已经成熟，机器人技术在军事、生产和生活等各个领域广泛应用，几大机器人巨头在高端工业应用领域
5、已初步形成垄断格局。中国也即将成为全球最大的工业机器人市场，今后几年成为中国机器人产业发展的关键阶段。近一二十年特别是国际金融危机以来主要发达国家都把机器人产业和技术的发展作为国家战略加以推动，以期继续保持对世界经济结构的主导权。我国也在十二五规划中明确要发展机器人产业，中国部分发达省市相继出台了相关政策大力推动机器人产业的发展，以期为区域经济结构的转型升级奠定基础，在未来的区域竞争中占领制高点。上海作为中国的经济中心城市，正处于“创新驱动，转型发展”的关键时期，发展高端制造业和现代服务业成为上海能否成功转型的关键。其中发展什么样的高端制造业和如何发展高端制造业是摆在决策者面前的重要课题。机器
6、人是未来制造业的核心部分，其应用正在掀起一场制造业革命，美国总统奥巴马在2012年国情咨文中也明确指出要把发展智能机器人产业作为美国重新主导世界制造业的核心战略。鉴于机器人在未来经济结构中的核心地位，其发展的水平直接关系到上海未来的城市功能和地位。因此，机器人产业是上海的必争产业。目前，上海在技术储备和产业基础方面已经具备了发展机器人产业的良好条件，但还没有形成龙头企业和协同发展的合力。因此，上海需要从宏观战略上明确定位，顶层设计，整合资源，形成组合拳，大力推动机器人产业集群的发展，为上海的成功转型和在未来中国产业结构中的领导地位奠定基础。本报告在上海市科委的指导下，组织相关专家展开研究，目的
7、是为上海市发展机器人产业和技术提供明确的战略和路径参考。第二章 未来前景与产业规律2.1未来前景2.1.1国际机器人的历史与趋势机器人技术是生机电一体化的技术，技术和产业带动大，技术门槛高。机器人按照应用领域和技术特点分为工业机器人和服务机器人。根据国际定义，工业机器人为应用于生产制造领域的机器人，是制造业智能化的核心部分，其应用已经引起了制造业范式的革命。日本机器人巨头FANUC创始人 稻叶清右卫门认为：“日本制造业将被这种智能机器人所改变，不仅能够使生产成本低于中国制造，而且这种机器人还无法轻易仿造。”服务机器人是指除从事工业生产以外的一大类半自主或全自主工作的机器人。服务机器人分为专用和
8、家用两种。专用服务机器人包军事、公共安全、勘探、航空、医疗机器人等，通常也称为特种机器人，专用服务机器人技术已经成为国家安全的命脉。而家用服务机器人主要指家政及娱乐机器人，主要包括养老助残、教育培训、智能玩具等，家用服务机器人是人类未来生活的伙伴。微软创始人比尔盖茨指出，“机器人将与30年前的个人电脑一样迈入家家户户，彻底改变人类的生活方式。” 20世纪60年代初机器人诞生于美国，在日本和欧洲发展壮大，日、美、欧被称为世界机器人技术发展的三极。近些年韩国机器人产业发展迅速，逐渐占据重要地位。机器人是未来新型制造业的核心装备，它代表了柔性化、绿色化、数字化的智能制造，半个多世纪以来，机器人相关技
9、术发展迅速，在各个领域广泛应用。目前，电子、汽车等“精密制造”领域，已主要应用由机器人组成的自动化生产线；日本、德国、韩国等还已相应地形成了非常成熟的机器人制造模式。工业机器人在各行业的金属加工、物流、装配等环节起到越来越重要的作用。同时，服务机器人也在蓬勃发展，在军事、公共安全等领域扮演重要角色，并将继家电、电脑之后将进入千家万户。图1 2008-2010年全球各应用领域每年工业机器人供给情况(单位：台) 数据来源：国际机器人联合会（International Federation of Robotics，IFR）据IFR（国际机器人联合会，International Federation
10、of Robotics）数据，到2014年，全球每年新安装工业机器人将达到 16.67 万台。但这一发展趋势在加快，2011年工业机器人销售创历史纪录，已达到16.5万台据科技部服务机器人科技发展“十二五”专项规划引用国外最新权威预测，全球个人/家用机器人的市场规模将由2009年的870万台，增加到2010-2013年将达到1140万台；服务机器人的产值将由2010年的约171亿美元，增加到2025年的517亿美元。在个人/家用服务型机器人中，目前的销售量主要集中在清洁机器人和玩具机器人领域。此外，教育机器人和安保机器人也占了很大份额，而助残机器人目前的销售量还比较小，但预计在今后几年将迅速增
11、长。金融危机后世界主要发达国家纷纷布局机器人产业，以期在产业变革中占得先机。经济学人今年4月21日文章认为智能机器人将和3D打印机等一起改变传统的制造业模式，导致“第三次工业革命”。美国在其2011年发布的先进制造业伙伴计划中明确表示，要重点发展以机器人技术为核心的智能制造。“机器人王国”日本持续发力，组织相关各界编制了机器人发展路线图。韩国2008年、2009年相继发布智能机器人开发与普及促进法与第一次智能机器人基本计划,目标是到2018年使韩国成为全球机器人主导国家。2.1.2国内机器人发展前景与形势一、中国市场发展迅速，2014年将成为世界最大的工业机器人市场作为世界最大的制造业国家，机
12、器人在中国正得到日益广泛的应用。由于劳动力成本上升，技术要求提高，机器人成本下降等因素，近几年来中国的机器人市场迅速膨胀，是世界上增长最快的区域市场。据IFR（国际机器人联合会）数据，到2014年全球每年新安装工业机器人将达到 16.67 万台，届时我国的工业机器人年装机量将超过日本，达到近3.2万台，将近世界总量的20%。但由于外企很难注意到正在兴起的中低端市场，这一估计是相对保守的。种种迹象表明中国正处于机器人产业爆破式发展的前期。数据来源：IFR （国际机器人联合会）图2 2001-2010年 中国新安装工业机器人(单位：台)从市场存量和机器人密度来看，中国的市场潜力巨大。截止到 201
13、0年底，中国运行中的工业机器人的为5.23万台，数量仅为日本的18.3%，德国的35.3%。2006年至2010年，中国汽车行业每万名员工的机器人数量从37台增加至105台，这与发达国家还有很大差距。从汽车工业协会2008年11月提供的具体数据看，日本和意大利机器人密度分别达到1710台和1600台，德国为1180台，法国1120台，西班牙950台，美国770台，英国610台，瑞典630台。中国还有很大的提升空间。数据来源：IFR （国际机器人联合会）*预测值 图3 2010和2014年各国/地区每年新安装工业机器人情况(单位：台)，北美包括美国、加拿大和墨西哥从市场结构来看，中国的机器人市场
14、不但如电子制造、汽车制造等“精密制造”领域发展迅速，一些新兴的中低端市场也迅速扩大，如工程机械领域，一些过去传统的劳动密集型企业如石化、粮食、建材、化肥、饲料等领域发展迅速，甚至超过了汽车行业的增长速度。如2011年广东穗丰面粉开始包装技术改造，一次性引进沃迪全自动机器人码垛系统5台套。ABB今年已经与大同煤矿合作为其提供码垛机器人解决方案。二、外企步步紧逼，意欲持续瓜分中国市场外企已经在传统机器人应用领域形成了市场和技术垄断。从市场来看，外企已经在汽车和电子制造等领域形成了市场垄断，本土企业产品很难进入。从技术路线来看，外企完成了对通用机器人技术路线的锁定，中国企业处于被动的跟踪模仿阶段。为
15、了应对中国等新兴市场的迅速扩大，外企一方面扩大本国产能，另一方面通过设厂等战略扩大在中国的存在。日本FANUC公司于今年启动了位于日本山梨县的工业机器人新工厂，将使生产汽车用的焊接多关节机器人的月产能力扩大为原来的2倍，达到月产5000台。上海FANUC于2010年10月搬入新工厂，将达到机器人及其成套系统3800套、智能机床及注塑机1400台的设计能力。安川电机宣布在中国江苏常州市设立产业机器人生产基地，2013年春季开始正式生产，到2015年生产能力达到6000台，这是日本工业机器人大厂商第一次在海外生产。ABB提出“立足中国，服务全球”的战略，2009年5月上海ABB工程有限公司在上海落成全新的生产基地，ABB在中国的机器人产能实现成倍增长。三、兄弟省市大力发展，志在产业升级中占领先机重庆提出建设品种最齐全机器人基地，打造“机器人之都”，联合
