你想象中，未来的先进制造业究竟应该是什么模样的？答案或许不尽相同，但每一个关于这个问题的答案恐怕都不会缺少工业机器人。
每天24小时、每周7天不间歇运转，精度可重复且越来越高，时间上可以精确到几百分之一秒，空间上可以精确到人眼都看不到的程度。它们精确地汇报进展，准确无误地完成每一项工作流程……曾几何时，由机器人所演绎的各种故事还被视为科幻故事，而非今日与现实生活紧密联系，甚至关系到全球制造业的未来格局。
近日，一份来自国际机器人联合会（IFR）的统计数据显示，2013年中国市场共销售工业机器人3.656万台，这一购买量相当于全球总规模的五分之一，这也使得中国首次超过日本，成为全球第一大工业机器人消费市场。
数据的背后，是人们对于中国制造业转型升级、承接国际先进制造的期许，而人工替代和产业升级的双重需求也在一定程度上引爆了国内工业机器人市场。工信部赛迪研究院公布的报告指出，在政策扶持和人工成本倒逼下，预计中国机器人产业2012~2022年十年间的增长率为年均23%~36%，潜在市场规模达千亿元级别。
在国际机器人及智能装备产业联盟秘书长罗军看来，中国超过日本成为全球第一大工业机器人市场是情理之中的事情。“一方面，日本工业机器人市场已经饱和，新增数量十分有限，而更新换代的数量毕竟很少；另一方面，在资源和环境的双重压力下，中国传统产业转型升级和结构性调整步伐明显加快，刚性需求日益显现，并呈现爆发式增长的势头。”
机器人时代到来
在并不遥远的科技时代，各国研发团队无不卯足全力，竞相开发新一代的机器人产品，也为全人类带来了前所未有的空前浩劫——在由著名导演史蒂文•斯皮尔伯格执导的《机器人启示录》中，机器人无处不在已，它们出现在你的家中，出现在你的车中，出现在空中，与人类的全球大战更是一触即发……
现代机器人的起源可以追溯到20世纪 40~50年代，美国橡树岭等国家实验室进行了机器人方面的初步探索，50~60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了使用化阶段。1960年美国 AMF 公司生产的圆柱坐标型机器人 Versatran成为世界上第一种用于工业生产的机器人。60~70年代，日本、德国面临劳动力短缺的严重问题，两国投入巨资研发机器人来替代劳动力，机器人技术迅速发展，而日本更一举超越美国成为世界机器人第一强国，同时也为世界工业机器人的发展打下了坚实的基础。进入 80 年代后，随着计算机、传感器技术的发展，机器人技术已经具备了初步的感知、反馈能力，并在工业生产中开始逐步应用。目前市场上的工业机器人，已成为集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科技术于一体的自动化装备。
军用无人机、自动驾驶汽车、焊接机器人、码垛机器人、涂层机器人……尽管远未到机器人主宰世界的时候，但机器人的确与人们的生产、生活的关系越发紧密，其出现从根本上克服了传统工业生产方式下产品成本和产品多样性之间的冲突，从而推动了从线性产品开发流程向并行产品开发流程的转变，使工业产品性能显著改善、产品功能极大丰富和产品开发周期大幅缩减。其数量和研发水平更成为衡量一个国家科技实力的标准之一。
2009年8月，一份来自英国皇家工程学院的名为《自主系统》的科学报告首次提出了“机器人革命”概念，该报告指出因人工智能机器人和计算机将越来越多地出现在生活的方方面面，2019 年全球将迎来机器人革命。
事实上，这场被誉为“第三次工业革命”的切入点和重要增长点的工业机器人技术的大规模发展更早一步潮涌全球。目前，包括欧盟、韩国等在内的多个国家和地区都已经制定了机器人产业发展战略。据IFR统计，2013年是创纪录的一年，全球工业机器人销量达到 17.9 万台，同比增长 12%，总市场价值高达 1800亿元。2013年销售的工业机器人主要还是应用在汽车、电子电气、铸造、橡胶及塑料制品和食品行业这传统的机器人五大应用行业，其中总销量的 70%来自于5个国家，即日本、中国、美国、韩国和德国。
在此过程中，中国表现出强劲的购买力。2008~2013年，我国购买机器人数量年均增长36%，是全球增长最快的机器人市场，与之形成鲜明对比的是，2013年我国机械工业产销增速仅为12%。2013年，我国共购买了3.656万台工业机器人，同比增加近 60%，占到了全球机器人销量总数的 20%，这意味着全球每售出5台工业机器人，便有1台被中国买走。
“随着经济全球化进程的不断加快，中国制造业需要面对来自全球市场的竞争，对制造企业提高生产效率、制造柔性化和产品质量有了更为紧迫的要求。要改变以往中国制造业大而不强，产品质量和劳动生产效率水平还不高的状况，需要改变原有生产模式，实施以技术创新为基础的转型升级。”谈及国内工业机器人市场的火热态势，中国机械工业联合会执行副会长宋晓刚认为，未来随着劳动力成本的不断攀升，从业人员对于工作环境的要求也日益提高，这都将大大促进工业机器人技术的普及与推广。
的确，在我国工业机器人之所以被寄予“厚望”也与制造业发展现状有着密切的关系。近20年来我国制造业产值迅速提高，2011年制造业产值达15万亿元，较2001年增加近4倍，人均产值也有了跨越式的发展，达到了4.5万元。然而，对比发达国家，我国的制造业水平和效率仍偏低，其中制造业人均产值甚至不到日本的一半。
制造业领域的效率提升迫在眉睫。“2010年我们的制造业总量已经超过美国。但我们是用1亿工人来完成的，美国是1000万工人完成的，这个数字说明我们的生产效率还不到美国的十分之一，生产手段还非常落后。”作为国产工业机器人事业的开创者之一，中国工程院院士蔡鹤皋曾在接受媒体采访时表示，从“制造大国”转变为“制造强国”的道路上，中国正面临产业升级转型，在此过程中将出现工业机器人的需求高涨期。
一组数据显示，目前世界工业机器人平均密度为每万名员工拥有55台，而我国工业机器人的使用密度仅为每万名员工23台，远低于发达国家。“依此推算，如果中国达到发达国家的水平，这意味着中国工业机器人市场将是一个天量级的市场。”东莞市机器人技术协会副会长罗百辉预计,考虑到我国劳动力成本上升、机器人价格下降等因素，未来10年我国工业机器人市场空间将达7200亿~18000亿元。
在接受记者采访时，罗军表示，工业机器人市场的快速增长与企业需求紧密关联，“目前，我国已经整体进入到工业化的中后期，并即将进入工业化后期。以信息技术和智能技术为核心的新兴技术的崛起将引领和推动传统产业加快转型升级步伐。可以预见的是，未来二三十年，中国的工业机器人市场都将保持高速增长趋势。”
根据预测，在未来的几年中，应用于汽车行业的机器人销量可能由于前几年的大装机量会稍稍下降，电子电气行业将继续加大在产品自动化和新产品再处理过程中的机器人投资，装机量会继续创新高。2014～2016年机器人装机量年复合增长率预计为6%。预计欧洲和美洲地区为 4%，亚洲地区由于中国市场的活跃，将继续保持8%的高增长。
工业机器人应用领域日益广泛
从自动化、信息化到机器人化，在中国制造业由“大”变“强”的道路上，工业机器人替代人工的趋势已无可避免。
在深圳雷柏科技一间厂房内，两台橙红色的小型机器人正在紧密地合作，一台负责拿鼠标开关，另一台负责贴膜。每隔几十秒钟，右侧的机械手就会扭转身形，弯曲成90度，与左侧的机械手在空中轻轻一碰，对接完成，动作近乎完美。
2011年，这家以生产鼠标键盘等无线外设为主打产品的公司从ABB购买了75台其新一代工业机器人产品IRB120，这款仅重25公斤六轴小机器人，在半径580mm工作区域内，可以摆出任何姿势，到达任何位置，几乎无死角，像人手一样灵活。这一年，雷柏科技该条生产线比之前的人工操作提高效率60%。通过大量引进机器人，该公司产品的毛利率高达30%左右，而其他没有引用工业机器人的同行企业毛利率仅为10%。
一年之后，雷柏科技企业员工从3200多人降低到1200人，年节省的人力成本高达8000万元。据雷柏科技机器人总经理邓邱伟介绍，目前公司有员工约800人，未来这一数量将减少到500~600人。
同样是2011年，拥有120万雇工的富士康宣布，3年内购买100万台机器人，这些机器人主要用在喷涂、焊接、装配等工序上代替工人承担单调乏味的工作。郭台铭曾说：“富士康的年轻人将重新学习操控机器人软件、应用和维修，变为机器人的应用工程师和软件工程师，通过操作机器人的手和关节来完成生产。”
现实的情况是，面对愈演愈烈的“用工荒”和“用工贵”的环境,用“机器红利”取代“人口红利”，工业机器人成为许多企业转型升级的主动选择。近日，东莞酝酿已久的“机器换人”三年行动计划正式印发，预计到2016年完成相关传统产业和优势产业“机器换人”应用项目1000~1500个，力争推动全市一半以上规模企业实施技术改造项目，使其劳动生产率由2013年8万元/人提高到11万元/人以上。
在苏州远光设备有限公司总经理沈晨看来，用机器替代工人是“早晚的事情”，今年初，他和业内很多企业一样，对产品生产线进行了“改造”，在关键岗位用上了“机械手”。“一台工业机器人的工作效率是普通工人的几十倍甚至百倍，而且产品的质量可靠性也有了保障。”沈晨告诉记者，尽管这批设备的一次性投资有些大，但预计基本可以2~3年收回投资。
如今，一场机器替代工人的工业革命正在悄然酝酿。今年以来，广州、佛山、中山等地相继出台政策推进“机器人换工人”。珠三角不仅广泛地使用机器人，还要打造机器人或智能装备产业基地，已列入珠三角多地未来发展议程。在接受记者采访时罗军表示，工业机器人替代人的趋势不可改变，其广泛应用不仅可以将劳动力从繁重的劳动密集型产业中解放出来，有效降低生产成本；还可以代替人从事更高要求的加工服务，满足工业化发展的要求，提高科技竞争力。此外，机器人替代人以后，可以创造以机器人为核心的智能制造新的工业体系。
浙江大学智能系统与控制研究所机器人实验室主任熊蓉教授认为，在精确作业和重复作业领域，机器人有无可比拟的优势，能够极大地提高产量和质量。在接受记者采访时，有业内人士分析，大规模的进行“机器替代人”的趋势一方面源于日益攀升的人力成本，一方面也得益于工业机器人的价格降低。
数据显示，2013年国内制造业平均工资达46431元，是2003年的近4倍，如此高速的增长，让一些制造业企业，特别是低端制造业人力成本大幅提升。而另一方面，工业机器人产品的经济性也大大提高，麦肯锡全球研究院的一份报告称，1990年以来与人工相比的机器人相关成本已经下降高达50%。
“几年前20万元的机器人，现在只需三分之一的价钱。”上述业内人士称，“目前，机器人投资回报期已缩短至1~3年，人力成本上升与机器人成本下降的交叉点或将在2014年出现。”
根据2013年底国家统计局数据显示，中国制造业工人数量约为5000万，大致估计可以用大量机器人代替人的行业，比如汽车、电子电气、化工和食品等行业的工人数高达 3000万。如果在2020年前后这些行业平均机器人密度按计划达到每万人100台，则大概需要30万台机器人，根据预测2013年中国工业机器人保有量约为13万台，相较于30万台，还有17万的差距。
业内人士表示，机器人最初应用于模块化程度较高的汽车、电子产业，随着智能化水平的提高，以及能完成更多的复杂动作，纺织、化工、食品行业也将大量使用机器人。随着技术的不断成熟和劳动力成本提高，工业机器人的应用将扩展至整个工业领域。
对于业内普遍担心的由于机器替代人导致的失业率上升问题，国内最大的工业机器人制造企业——新松机器人自动化股份有限公司总经理、机器人国家工程研究中心副主任曲道奎认为，机器人的使用与失业率升高并不呈现正相关，“德国2000~2005年失业率和机器人使用量同步增长，但到2005年之后，失业率就开始下降，而机器人使用量还是持续稳定增长。2000年至今，中国和韩国的失业率和机器人的增加没有出现趋势相关的变化，机器人使用量一直大幅增长，而失业率一直保持在稳定。”
而在蔡鹤皋看来，要从制造大国变成制造强国，这是历史发展阶段的必然。“整个生产发展的趋势就是要让生产作业走向自动化和机械化。像美国、日本、德国这些发达国家，虽然很多都已用机器人自动化完成，但仍有很多劳动作业还是靠人，比如建筑、农业、采矿。总的趋势是体力劳动越来越少，但是可以从事脑力劳动。”
国产化尴尬
在国内工业机器人市场快速发展的今天，巨大的市场预期吸引了国外主流机器人厂商加紧对中国市场进行布局。
以ABB为例，自1994年ABB机器人业务进入中国以来，该业务在近年来取得了快速发展。2005年ABB在上海设立机器人研发中心；2006年，ABB全球机器人业务总部正式进驻上海。随着中国市场不断壮大和发展，ABB在国内建立了全球两大机器人生产基地之一的ABB上海康桥基地， 80%的机器人型号和在国内市场销售的90%的机器人产品已在中国实现本地化生产。
“2006年，除了一些危险岗位和比较成熟的汽车制造业之外，中国市场接受工业机器人的程度还是比较有限的，但仅仅几年的时间，各行各业的客户都开始接受自动化概念。”今年刚刚履新的ABB集团高级副总裁、ABB北亚区及中国负责人顾纯元曾长期负责该集团在华的机器人业务，对于近年来中国工业机器人市场的快速崛起，他感触很深，“客户的理念在此期间发生了很大变化，这一过程在国外可能要经过很长时间，但中国市场仅仅用了六七年的时间。”
目前，包括ABB在内的占有全球机器人市场85%以上份额的国际机器人本体厂商发那科、库卡、安川、川崎等公司都已在中国开设分公司，并且大部分都已经在国内拥有工厂或者开设工厂。
从2013年中国市场工业机器人销售情况看，跨国公司品牌占据绝对优势，全年销量达2.7万台，占总销售量的74%。相比之下，国产品牌则尚处于成长阶段，秦川发展、沈阳新松等国内机器人先行者，其销量相对于外资企业来说还微不足道，产品主要应用于性能要求低的领域，附加值相对较低。
中国机械工业联合会统计数据显示，2010年我国进口机器人2.34万台，金额为5.28亿美元，进口数量比上年增长130%，进口金额比上年增长69%；贸易逆差4.7亿美元。2011年进口机器人3.8万台，金额为8.66亿美元，进口数量比上年增长62%，进口金额比上年又增长了64%；贸易逆差上升到7.35亿美元。
与很多高端制造领域一样，关键技术及零部件难以国产化也成为挡在国内工业机器人制造企业面前的“拦路虎”。
工业机器人技术属于综合型、跨领域复合技术，严重依赖于国家整体技术水平。工业机器人制造包括整机制造、控制系统、伺服电机及驱动器以及减速器等方面，这四部分分别占据总成本的22%、12%、36%和24%。目前，国内工业机器人产品的控制系统及减速器的核心技术仍由国外企业掌握，国内企业只能发挥组装优势，将已接近成品的各部分模块组合到一起。并且许多零部件的缺失使得国内企业在拓展产业链方面很受限制，高昂的进口费用也使得国产工业机器人成本居高不下。
事实上，国内机器人产业的发展可追溯到上世纪80年代，当时科技部将工业机器人列入了科技攻关计划，由原机械工业部牵头组织了点焊、弧焊、喷漆和搬运等型号的工业机器人攻关，其他部委也积极立项支持，形成了中国工业机器人第一次高潮。其后，主要是由于市场需求的原因，机器人自主研发和产业化经历了长期的停滞。“回顾同期日本机器人产业的发展，正是由于当时日本经济高速发展，劳动力成本和资源成本上升等原因，形成机器人需求市场，加上政府政策的支持，依托伺服和数控系统的技术积累，发那科、安川、川崎和三菱等机器人厂商快速成长，最终取得如今的市场地位。”宋晓刚说。
“一台6个自由度的工业机器人，需要6台伺服电机，但目前伺服电机仍依赖进口，另外每个关节上的精密减速器也需从日本进口，且价格高昂，这使得国产企业想降低机器人制造成本非常困难。” 蔡鹤皋介绍说。
记者了解到，目前国内机器人制造主要集中在民营范围，研发技术平台主要有各类科研院所、高校和机器人制造企业，研究、研发力量分散，未能形成合力，产学研各自为战，无统一标准，低水平重复研究，而基础技术体系的普及、共享及高端技术的研究还不够。
与此同时，相关的标准缺失也成为另一瓶颈问题。由于我国中小制造业企业较多，整体数量大，且每个行业都会有应用机器人的特殊需求，在此方面国内机器人厂商的标准化程度相对偏低。
对此，在接受记者采访时，有业内人士表示，目前我国急需制定一个系统的机器人产业发展规划，对整个工业机器人产业进行全面细致的扶持，从而扭转该产业的国产化困局。
罗军表示，尽管我国在80年底就已经涉足工业机器人领域，但当时技术尚处于摸索阶段，缺乏成熟的产品，此外彼时我国工业化整体还处于起步阶段，缺乏雄厚的产业基础作为支撑，缺乏市场需求。“目前，我国产业基础起来了，市场逐渐成熟，企业需求表现旺盛，而国内工业机器人也具备了一定的基础。未来，工业机器人的大规模应用对于我国制造业转型升级具有积极的意义和作用。”
在此之前，为了打破设计、研发、制造缺乏有效衔接的问题，863计划2013年启动了“工业机器人数字化设计平台”重点项目，将软件公司、机器人研发单位的力量组织起来，开展了总体方案的论证、设计平台架构设计、功能模块划分，形成了工业机器人需求分析及设计流程分析报告，并对典型工业机器人运动学仿真、动力学优化与求解器等关键技术开展了攻关，初步搭建了具有自主知识产权的CAD/CAE相融合的工业机器人数字化设计平台，面向优化工业机器人的正向动态设计，整理了机器人的现代设计流程、典型工业机器人的规格定义，机械本体的参数库、核心部件选型参数库、运动路径规划/仿真库等，通过对高速并联搬运机器人、重载搬运码垛机器人、焊接机器人的三维数字化建模、运动仿真、动力学优化分析，实现了结构优化。
与此同时，国家对于工业机器人产业政策扶持也不断“加码”。继2012年4月科技部发布的《智能制造科技发展“十二五”专项规划》以及同年7月发布的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》后，去年12月，工信部发布《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》，该意见指出到2020 年，形成较为完善的工业机器人产业体系，培育3~5家具有国际竞争力的龙头企业和8~10个配套产业集群；工业机器人行业和企业的技术创新能力和国际竞争能力明显增强，高端产品市场占有率提高到45%以上，机器人密度达到100以上，基本满足国防建设、国民经济和社会发展需要。
与此同时，进一步开发满足用户需求的工业机器人系统集成技术、主机设计技术及关键零部件制造技术，在重要工业制造领域推进工业机器人的规模化示范应用。
近日有媒体报道称，目前工信部再度酝酿扶持机器人产业发展的相关政策，其中包括联手国标委推进机器人产业国家和行业标准的制定、联手财政部及保监会等部门研究建立首台套机器人应用保险机制、组建专家咨询队伍研究编制机器人技术路线图和机器人产业的“十三五规划”等多个方面。
业内人士指出，只要国家对工业机器人产业有一个系统的扶持发展政策，借助中国巨大的市场潜力，国产机器人将在未来的全球市场大有作为。
“我们不能把中国的机器人市场拱手交给外国人，要发展自己的工业技术产业，用具有自主知识产权的国产机器人占领中国市场。”蔡鹤皋表示。
构建顶层设计 谨防产业过热
尽管关键技术和零部件还尚待突破，但市场需求的快速增长以及来自国家层面的政策支持，还是使得众多企业纷纷涌入工业机器人产业，在资本市场，机器人更成为炙手可热的概念。
据统计，2014年以来已有 54 家上市公司并购或投资了机器人、智能自动化项目，其中八成公司属于首次涉足机器人业务。截至2014年5月，国内工业机器人企业总量353家，其中做系统集成的占86%，做伺服系统的占5.67%，做控制器的占4.25%，做减速器的占3.68%。
宋晓刚认为，目前，国内市场对诸如一般机械加工和装配、码垛、移动等对精度要求不太高的应用需求强劲，国内厂商已能基本满足此类用户需求。而在多功能、高精度、高速度和大负载的多关节机器人应用上，国内厂商面临挑战。在产业化能力不强的情况下，盲目扩张生产能力，则只会聚集在中低端应用进行价格竞争，整体制约国内机器人产业的进步与发展，容易陷入恶性循环。
另有业内人士分析预计，今后三年，我国机器人企业将以每年50家左右的速度增加，“中国机器人行业未来竞争会非常激烈”。
与此同时，地方政府在工业机器人产业发展方面也表现出极大热情。上海、浙江、江苏、安徽、福建、重庆、洛阳、广州、芜湖、深圳等地的机器人扶持政策相继出台。截至目前，全国已建或拟建的机器人相关产业园(基地)已超过30个，产业园规划面积超过2.8万亩。到2020年的规划投资额超过5000亿元。
对此，在接受记者采访时，上述业内人士均表示忧虑，“工业机器人产业有其技术密集、下游市场丰富、配套服务齐全的要求，并不是每一个地方都适合发展。现在遍地开花的情况，实际是缺乏顶层设计，急功近利的表现。而这种粗放式发展模式，必将引起产业发展的不顺畅，企业难以做扎实基础，导致行业提前进入洗牌期。”
罗军认为，虽然各地对机器人及智能产业高度重视是件好事，但并不是每个地方都具备建设机器人及智能装备产业园区的条件，其中的判断标准应包括三个方面：一要看是否具有较好的产业基础，包括科研资源、产业资源、人才基础；二是看这个地方是否具有非常庞大的市场辐射能力，通过引进技术，建设基地，形成上下游产业集聚；三是看当地是否具有非常明显的材料基础，有材料优势就有成本优势。
就目前看来，国内的厂商都需要面对：昂贵的零部件成本，国际厂商稳固的市场基础，较差的稳定性，将客户需求或工艺用工业机器人实现的难度，弱小的技术研发能力等问题，甚至大部分的本体厂商一直在盈亏平衡点上努力挣扎。实际上，工业机器人市场在短期来看并没有想象中的那样美好。
“对于机器人产业本身，乃至包括关键零部件的市场规模，要有清醒的的认识。目前国内各地纷纷开建的机器人工业园区，需要企业和地方政府要有合理的认识、分析和准确判断。”宋晓刚表示。
针对当前中国工业机器人的发展基础与现状，以及发展中所面临的诸多挑战，赛迪研究院出具的报告建议，各地政府应因地制宜，做好顶层规划设计，联合企业共同推进工业机器人产业发展壮大。
首先，对于政府部门来说，实现工业机器人产业的跨越发展，离不开强大技术的支撑。因此，一方面要针对现有技术进行梳理，加大培育自有核心技术的力度，保证核心技术的自有知识产权化，避免受制于人；另一方面，采取积极措施，主动引入对产业发展有利的国外先进技术，形成完备的相关技术供给渠道，保证产业持续健康发展。
其次，拓展下游应用也应成为推动产业前进的有力武器。政府一方面需要针对产业链核心环节进行提升，调动整条产业链协调运行，促进产业整体环节增值；另一方面可挖掘当地传统领域的需求，拓展产业应用，合理适配行业需求，进一步加强产业生命力。
此外，值得注重的是，各地政府需结合本地现状，在保证逐步扩大产业规模的基础上避免带来污染。一方面，力争选择具有高价值、高技术，能够在短期内达到一定产值水平的细分产业重点发展，形成产业集聚效应；另一方面，在保证产业规模化发展的同时也要考虑当地其他产业的可持续发展，发展过程中要降低对环境的负面影响，实现产业绿色发展。