日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)崛起之路

□文/戴榮榮

日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)崛起之路

□文/戴榮榮

雖然第一臺機(jī)器人在美國誕生，但是晚于美國起步的日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，如今已成為全球機(jī)器人產(chǎn)銷大國，并且贏得“機(jī)器人王國”的美稱。目前，世界各國都爭相投入資金以及人力進(jìn)行機(jī)器人領(lǐng)域的開發(fā)，日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展帶來了哪些值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

日本在上個(gè)世紀(jì)60年代進(jìn)入經(jīng)濟(jì)高速增長階段，生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)張，但是勞動力卻以每年不足1%的速度微增。當(dāng)時(shí)，日本為滿足政府所制定的年均GDP增長3%的目標(biāo)，生產(chǎn)效率的提高及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級轉(zhuǎn)型成為日本經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必由之路。

經(jīng)歷兩次石油危機(jī)后的日本企業(yè)為盡快擺脫能源價(jià)格上漲的不利局面，迫切需要高度節(jié)能且自動化的工業(yè)產(chǎn)品。而早在1954年美國人所研制的“工業(yè)機(jī)器人”給當(dāng)時(shí)處于勞動力困境的日本產(chǎn)業(yè)界帶來了一絲希望。

日本川崎重工業(yè)公司于1967年率先從美國引進(jìn)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)及生產(chǎn)線，并在短短的一年后，研制出了日本第一臺工業(yè)機(jī)器人“Unimate”。此后通過不斷的技術(shù)消化與吸收，日本工業(yè)機(jī)器人很快從搖籃階段駛?cè)肓税l(fā)展的快車道。隨著以機(jī)械、電子、汽車制造為代表的制造業(yè)的崛起，日本工業(yè)機(jī)器人在這些強(qiáng)勢產(chǎn)業(yè)中大規(guī)模地推廣。

直至80年代初，日本的工業(yè)機(jī)器人逐步從上述產(chǎn)業(yè)推廣到其他制造業(yè)領(lǐng)域，很大程度上緩解了日本勞動力嚴(yán)重短缺的產(chǎn)業(yè)困境。

從第一代機(jī)器人的試制成功至20年代初，日本工業(yè)機(jī)器人至少經(jīng)歷了30年的爆發(fā)式增長，總體的產(chǎn)業(yè)技術(shù)及應(yīng)用水平早已超越制造業(yè)高度空心化的美國。

雖然機(jī)器人技術(shù)來源于美國，卻在日本得到了空前的繁榮發(fā)展。究其緣由，除了日本經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展所伴隨的勞動力短缺、人力成本大幅高企等社會背景外，也離不開日本自身的技術(shù)沉淀以及政府的一系列扶持政策。

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圖1 日本工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量走勢及萬人臺數(shù)

技術(shù)發(fā)展階段及鼓勵(lì)政策

從1967年日本從美國引進(jìn)第一臺工業(yè)機(jī)器人算起，日本的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)已大致經(jīng)歷了五個(gè)階段。

第一階段——20世紀(jì)80年代初。日本研制出弧焊機(jī)器人，并制定出機(jī)器人行業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)。政策中，早在20世紀(jì)70年代，日本政府針對機(jī)器人產(chǎn)業(yè)制定了相關(guān)的行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及類別。而到了20世紀(jì)80年代，伴隨 “財(cái)政投融資租賃制度”出臺，由日本財(cái)政省、日本開發(fā)銀行牽頭的24家工業(yè)機(jī)器人制造商及多家保險(xiǎn)公司共同出資，成立了“日本機(jī)器人租賃公司”。隨著融資租賃這一金融模式的有效開展，日本地方政府出資成立合作基金，開始面向各類中小企業(yè)提供機(jī)器人設(shè)備的租賃及貸款，極大地推動了面向下游用戶的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

第二階段——20世紀(jì)80年代中期。日本針對機(jī)器人的控制系統(tǒng)進(jìn)行了大量的演算開發(fā)工作，通過人機(jī)對話方式強(qiáng)化了弧焊功能的標(biāo)準(zhǔn)化。

第三階段——20世紀(jì)80年代末。以傳感器的應(yīng)用為標(biāo)志，日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)強(qiáng)化了控制系統(tǒng)與各類機(jī)器人之間的適用性。

第四階段——20世紀(jì)90年代中期。通過針對控制系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，日本將機(jī)器人系統(tǒng)中植入Robot語言及配置菜單強(qiáng)化對話功能。

第五階段——20世紀(jì)90年代末。此時(shí)，日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)開始強(qiáng)調(diào)機(jī)器人的相互協(xié)調(diào)、獨(dú)立作業(yè)功能，并實(shí)現(xiàn)通過多軸控制提升工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的復(fù)雜度及高效性。

一直以來，日本在微電子技術(shù)及機(jī)電一體化領(lǐng)域所保持的絕對優(yōu)勢，為日本機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，確保其在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域一直保持世界領(lǐng)先地位。同時(shí)，在形成其領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢的過程中，政府出臺一系列鼓勵(lì)政策也是不容忽視的。

早在20世紀(jì)70年代初，日本政府就出臺了一系列的針對工業(yè)機(jī)器人的鼓勵(lì)扶持政策，為普及機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的環(huán)境。此外，日本政府還針對中小企業(yè)提供了一攬子經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策，點(diǎn)燃了中小企業(yè)開拓機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的熱情。

當(dāng)時(shí)的鼓勵(lì)政策大致可以分為兩大類。一類為普及促進(jìn)政策，重點(diǎn)集中在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用環(huán)節(jié)中的制度構(gòu)建及規(guī)范；另一類則針對企業(yè)研發(fā)，利用稅收補(bǔ)助、項(xiàng)目設(shè)立等形式進(jìn)行機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的政策援助。

例如在第一類的普及促進(jìn)

表1 日本在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)研發(fā)方面的成果

而另一類作為財(cái)政援助政策，其中為代表的就是針對高技術(shù)的稅費(fèi)制度。該制度規(guī)定，扣除企業(yè)研究開發(fā)所得稅7%的稅額，以用于補(bǔ)貼高性能工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)研究。除了稅收制度的支持之外，日本通產(chǎn)省設(shè)立針對復(fù)雜工況、狹小空間內(nèi)作業(yè)的高度自治型工業(yè)機(jī)器人開發(fā)項(xiàng)目以推動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

政策類型 政策目的 主要政策舉例普及促進(jìn)政策行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、分類制定《機(jī)電法》（1971年）《機(jī)情法》（1978年）相關(guān)金融制度《財(cái)政投資融資租賃制度》（1980年）《中小企業(yè)設(shè)備現(xiàn)代化貸款制度和設(shè)備借貸制度》（1980年）《機(jī)器租賃制度》（1984年）稅收減免 《機(jī)電一體化稅制》（1984年）《高技術(shù)稅制》（1985年）項(xiàng)目補(bǔ)助 《國際機(jī)器人FA中心設(shè)立計(jì)劃》（1985年）《微機(jī)技術(shù)研究開發(fā)項(xiàng)目》（1991年）財(cái)政援助政策

圖2 日本工業(yè)機(jī)器人在國內(nèi)與國外市場的占比情況

產(chǎn)業(yè)規(guī)模及市場特征

從歷年數(shù)據(jù)來看，日本的工業(yè)機(jī)器人一大半都是用于出口，堪稱工業(yè)機(jī)器人出口大國。其中，2012年出口超過6.6萬臺，約占總銷量的70%，這在很大程度上得益于中國及其他新興市場對于工業(yè)機(jī)器人需求的大幅增長。

截至2013年底，日本工業(yè)機(jī)器人的裝機(jī)總量已達(dá)到30.4萬臺，約占到全球工業(yè)機(jī)器人總量的25%，已成為世界上最大的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)、消費(fèi)及應(yīng)用大國。

除此以外，作為工業(yè)機(jī)器人主要市場的歐洲，其總體規(guī)模與日本市場不相上下。近年來，伴隨著中國、韓國等國家的工業(yè)機(jī)器人裝機(jī)總量不斷升高，日本在全球機(jī)器人市場所占比例會不斷下降。同時(shí)隨著國內(nèi)市場的逐步飽和，日本工業(yè)機(jī)器人的市場重心將會逐步以面向出口地的轉(zhuǎn)移、現(xiàn)地化的原材料采購及生產(chǎn)等方式擴(kuò)大海外市場的份額。

近年來，隨著新興市場裝機(jī)總量不斷上升，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓寬。汽車行業(yè)作為工業(yè)機(jī)器人最先投入使用的領(lǐng)域，現(xiàn)階段雖保持著最大的市場份額，但近年來增速有所放緩。除此以外，消費(fèi)數(shù)碼、通信類3C產(chǎn)業(yè)，以及食品、飲料加工等行業(yè)的需求也在逐步擴(kuò)大。由于全球各地區(qū)間的制造業(yè)分工存在差異，致使各地區(qū)針對工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也存在一定的差異。

圖3 日歐中三大市場的下游用戶的行業(yè)構(gòu)成比例(2010-2013年平均)

主流制造商及其特點(diǎn)

提到主流工業(yè)機(jī)器人廠商，我們一般會想到以發(fā)那科（Fanuc 日本）、安川（Yaskawa日本）、ABB（瑞士）、庫卡（KUKA 德國）為代表的工業(yè)機(jī)器人“四大家族”。

從全球的總體市場份額來看，“四大家族”的合計(jì)占比達(dá)到總體的五成之多。而從各地區(qū)占比來看，則是日本廠商發(fā)那科和安川稍稍領(lǐng)先，而ABB和庫卡則緊隨其后。

圖4 “四大家族”全球市場份額

除了上述“四大家族”之外，二線廠商集中于日本及歐洲等國家和地區(qū)，如Comau（意大利）、OTC(Daihen旗下 日本)、川崎重工業(yè)（Kawasaki 日本）、那智不二越（Nachi-Fujikoshi 日本）、松下（Panasonic日本），以及近年來以服務(wù)集團(tuán)內(nèi)汽車業(yè)務(wù)的韓國廠商現(xiàn)代重工業(yè)。

早期工業(yè)機(jī)器人的下游應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在汽車行業(yè)，并且大型汽車廠商與機(jī)器人制造商都有一定業(yè)務(wù)綁定關(guān)系。例如每當(dāng)?shù)聡蟊姷男鹿S開工，根據(jù)產(chǎn)能規(guī)劃通常會需要1000-2000臺的工業(yè)機(jī)器人，而大眾只考慮庫卡的產(chǎn)品，其他歐洲整車廠商則更多的傾向于ABB，而豐田與本田、日產(chǎn)等日本廠商則基本被發(fā)那科、安川、那智不二越等日系機(jī)器人制造商企業(yè)所包攬，由此形成以少數(shù)廠家為代表的壟斷競爭格局。

此外，由于汽車行業(yè)對機(jī)器人精度、效率和穩(wěn)定性要求都非常高，為確保企業(yè)間長期且穩(wěn)定的合作關(guān)系，致使其他新興廠商短期內(nèi)根本無法擠入各大汽車廠商的采購體系中。不過，近年來隨著來自汽車行業(yè)以外的需求量不斷上升，并且源于各家廠商對于產(chǎn)品差異化的競爭需求，一、二線廠商的產(chǎn)品布局的特點(diǎn)也已逐步分化。

首先來看作為一線廠商代表的“四大家族”的產(chǎn)品線分布。ABB與庫卡的重點(diǎn)還是集中在針對汽車行業(yè)的六軸機(jī)器人，而在針對晶圓、半導(dǎo)體、玻璃基板等3C領(lǐng)域所需求的搬運(yùn)機(jī)器人等領(lǐng)域并沒有投入太多資源，然而作為日系廠商的發(fā)那科、安川則針對這類3C行業(yè)提供了一系列產(chǎn)品線。

其次，居于二線的日系與歐系廠商相比，也存在明顯的特征。日系廠商中存在兩個(gè)產(chǎn)品線陣營，一類是針對汽車、3C、金屬加工行業(yè)的傳統(tǒng)焊接、搬運(yùn)機(jī)器人，如川崎重工與那智不二越等針對特定產(chǎn)業(yè)提供全套產(chǎn)品線的廠商。

另一類則是面向醫(yī)療、科研行業(yè)，提供高精度、且快速作業(yè)的小型機(jī)器人，以三菱、東芝、電裝為代表，將SCARA型及Delta型機(jī)器人作為自己單一的產(chǎn)品線路，與傳統(tǒng)廠商進(jìn)行產(chǎn)品上的差異化競爭。

傳統(tǒng)的假日購物季通常從黑色星期五開始，即感恩節(jié)第二天，然后一直持續(xù)至圣誕節(jié)。在這期間，零售商會打折，購物者則去尋找禮物、在商店排隊(duì)、匆忙跑過通道以獲得最佳優(yōu)惠。這是以前的常態(tài)，當(dāng)然在一些地區(qū)現(xiàn)在仍是常態(tài)，不過由于百貨店和在線零售商不斷更改折扣日期，在很多地方，購物季早在感恩節(jié)之前便已經(jīng)開始，而且成為動態(tài)事件，沒有固定的日期。

與之相對的是，歐洲的二線廠商的產(chǎn)品定位，如Stabuli公司為了避免與ABB、庫卡在汽車行業(yè)進(jìn)行競爭，則針對無塵車間以及食品生產(chǎn)流水線，提供快速抓取作業(yè)的SCARA型機(jī)器人。

另外一點(diǎn)，隨著汽車及機(jī)電、電子行業(yè)的逐步趨于飽和，未來工業(yè)機(jī)器人的下游應(yīng)用領(lǐng)域會逐步轉(zhuǎn)移至增長率更高的食品、飲料、醫(yī)藥等領(lǐng)域。與此同時(shí)，隨著以ABB、庫卡為代表的歐洲廠商在這些領(lǐng)域的部分專利的到期，發(fā)那科、安川等日系廠商將會抓住機(jī)會積極開拓，未來日系廠商勢必會在上述具有成長潛力的領(lǐng)域與歐洲廠商展開激烈的角逐。

產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)及日系廠商優(yōu)勢

圖5 日本主要工業(yè)機(jī)器人廠商與汽車廠商的分布圖

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈一般可以劃分為核心零部件生產(chǎn)、機(jī)器人本體制造、系統(tǒng)集成以及行業(yè)應(yīng)用四大環(huán)節(jié)。核心零部件中，精密減速機(jī)、交流伺服電機(jī)、控制器、驅(qū)動器則構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的最核心部分，其合計(jì)占比可達(dá)到總成本的80%以上。

其中，七成以上的精密減速機(jī)被兩家日本公司所壟斷，一家是以RV減速機(jī)為主打產(chǎn)品的納博特斯克公司（Nabtesco），另一家則是以諧波減速機(jī)為代表的Harmonic Drive公司。其中，納博特斯克公司在全球工業(yè)機(jī)器人的減速機(jī)市場上的占有率達(dá)到60%以上，“四大家族”的減速器均是出自該公司。

此外，交流伺服電機(jī)、控制器、驅(qū)動器也基本被日本、德國、美國壟斷，代表企業(yè)如日本的松下、安川，德國的西門子，美國的PMAC公司。而在系統(tǒng)集成方面，各家企業(yè)間存在一定的差異。比如日本廠商安川除了能夠自制部分核心部件之外，還擁有自己的系統(tǒng)集成部門，通過一系列的業(yè)務(wù)間協(xié)作，使得其成為一個(gè)具有強(qiáng)大綜合實(shí)力的工業(yè)機(jī)器人廠商。而另一家日本廠商發(fā)那科公司，在伺服系統(tǒng)及控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的自給自足。憑借發(fā)那科在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域多年的深耕，機(jī)床業(yè)務(wù)所帶來的零部件協(xié)同供應(yīng)實(shí)現(xiàn)總體經(jīng)營上的規(guī)模效應(yīng)。

另一方面，歐洲廠商則是通過外部采購部分核心零件進(jìn)行本體組裝后，再交由系統(tǒng)集成領(lǐng)域?qū)ｉT從事機(jī)器人集成外包業(yè)務(wù)的廠商，如杜爾、徠斯等企業(yè)。這類系統(tǒng)集成商集中針對汽車行業(yè)的系統(tǒng)集成項(xiàng)目，與多家整車廠通過長年綁定式合作，承接其全球的系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)。通常而言，這類系統(tǒng)集成外部商往往專注于焊接、涂裝和總裝生產(chǎn)線的集成業(yè)務(wù)中的某一種。例如杜爾公司在汽車涂裝生產(chǎn)線的集成方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢，因此相較于ABB、庫卡等廠商投入資源開展各類系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)，部分專業(yè)領(lǐng)域外包給這類系統(tǒng)集成商反而更為高效、便捷。

圖6 工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈及日系廠商優(yōu)勢

因此可以看到，從產(chǎn)業(yè)鏈的把控程度來看，以發(fā)那科和安川為代表的日系廠商通過部分核心部件的自制以及在系統(tǒng)集成業(yè)務(wù)上的協(xié)同效應(yīng)，牢牢地鎖住了工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上的大部分利潤。而歐洲廠商則通過水平分工的方式，與外部公司共同合作，雖然整體利潤不如日系廠商，但其在針對特定行業(yè)的關(guān)鍵解決方案上較日系廠商具有更強(qiáng)的優(yōu)勢。

日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向

現(xiàn)階段工業(yè)機(jī)器人技術(shù)仍處于更新?lián)Q代的進(jìn)程中，目前只是作為生產(chǎn)線上的一種輔助設(shè)備。在現(xiàn)有大規(guī)模生產(chǎn)模式下，高效的產(chǎn)業(yè)工人與數(shù)控機(jī)床的兩相結(jié)合依舊是最基礎(chǔ)、最穩(wěn)定的生產(chǎn)要素。

無論是在日本還是全球，相較于生產(chǎn)線上的組合機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人對整條生產(chǎn)線的成本占比還較低。例如2013年全球數(shù)控機(jī)床本體的產(chǎn)值為630億美元，而工業(yè)機(jī)器人本體的產(chǎn)值為150億美元，約占到機(jī)床總產(chǎn)值的23%。這也意味著工業(yè)機(jī)器人還存在很大的提升空間。此外，從應(yīng)用層面來看，由于汽車制造行業(yè)由過去的標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)逐漸趨于定制化、柔性化生產(chǎn)模式，因此對于生產(chǎn)線的靈活性提出了更高的要求，這就需要工業(yè)機(jī)器人能夠更加智能、更加易用。

目前，安川、不二越等企業(yè)正加速研制雙臂機(jī)器人，其所研制的雙臂機(jī)器人可以從事傳統(tǒng)機(jī)器人無法從事的精細(xì)化組裝等工作，并且更智能化、靈活化，但由于采用大量的高端傳感器，制造成本較高，多家公司都尚未大面積地進(jìn)行推廣應(yīng)用。另一類雙臂機(jī)器人的代表，是在2012年被美國《時(shí)代周刊》雜志評選為最佳發(fā)明的人型工業(yè)機(jī)器人Baxter。與其他工業(yè)機(jī)器人的不同之處在于，Baxter的控制系統(tǒng)類似于開放的PC系統(tǒng)，但無需進(jìn)行編程，具有自動認(rèn)知及動作記憶功能。雖然它的作業(yè)精度和速度降低，但其適應(yīng)性和安全性則被增強(qiáng)，且成本低廉，可替代生產(chǎn)線上簡單重復(fù)的勞動?，F(xiàn)階段的最新售價(jià)在12萬元左右，未來隨著技術(shù)的不斷成熟，其售價(jià)預(yù)計(jì)會進(jìn)一步降低。

戴榮榮 野村綜合研究所項(xiàng)目經(jīng)理