國外工業機器人發展歷史回顧－jiqiren365

　　在機器人發展歷史中，曾有過日本在1980年被譽為「工業機器人普及元年」的記載。而當今業內人士普遍認為2014年是「中國機器人元年」。「元年」在這裡包含兩方面含義。一方面，2014年我國工業機器人市場銷量超過日本市場，坐實全球第一大市場的地位;另一方面，日本自20世紀80年代起機器人使用量曾快速增長，預計從2014年起，我國的機器人市場也將進入與日本類似的、長達數十年的高速增長期。與機器人相關的企業、用戶、地方政府、產業園區、投資者和科研機構對市場數據的關注度開始大幅增加。一時間，似乎所有業內人士都在等待機器人市場更大的爆發。這是國人對我國工業機器人產業興起的由衷期盼。

　　在我國七大戰略性新興產業中，有五大產業涉及智能製造裝備，其中機器人是其中最核心的裝備。技術的發展總要與社會經濟發展相協調，機器人市場的繁榮無疑加快了國產機器人技術的進步。客觀地看，我國機器人產業還十分薄弱，目前，國產工業機器人的國內市場佔有率不超過10%。

　　本文針對國內工業機器人市場的爆發引出了兩點思考：我國的工業機器人產業應如何提升?什麼樣的機器人成長道路才能更好地促進我國經濟的發展?

　　我們在關注機器人市場的同時，更需要關注機器人產業背後的發展規律。國外許多發達國家的機器人產業已走在了我們前面，他們的發展經驗和教訓值得我們吸取和借鑒。美國偏重基礎研究模式，法國則注重研發培訓交流模式，德國採用以技術促經濟的模式，而日本則發展產業融合模式。這些，在其特定的歷史背景和各自國家不同的發展階段中起到了積極的作用。但我們也應看到，任何模式都有其局限性和時效性，在促進產業發展的同時也帶來了不少問題。

　　能否拿到美國「綠卡」?

　　雖然工業機器人出生在美國，然而半個世紀以來其受重視的程度卻忽高忽低，可以說工業機器人在美國拿的是「短期offer」。美國工業機器人儘管前期的技術相對成熟，但由於沒有採取正確的策略，失去了大部分市場，沒能更多地發揮出先進技術推動經濟發展的優勢。現在，美國提出「重振製造業」，其所關心的是新一輪全球競爭中的產業優勢，當然也不排除因就業崗位而重新關注製造業的成份。美國將研發重心放在了如何利用機器人改善工作環境，輔助生產的同時吸引工人，而並非替代人工。

　　工業機器人在美國的誕生與成長

　　1960年，美國聯合控制公司買下美國機器人發明者喬治·德沃爾(George Devol)的專利，成立優尼梅生(Unimation)公司，生產出了第一批工業用途的機器人，稱為優尼曼特(Unimate)。而「工業機器人」(Industrial Robot)一詞由美國「金屬市場報」於當年提出。20世紀70年代中期以前，美國是工業機器人最大的生產、出口和技術轉讓國。此後，由於政府減少了研究開發方面的資助，一些具有重大突破性的機器人技術則由美國公司以與國外公司合作，或引進相關技術而得到。美國市場中，國產機器人的比例一再下降，Unimation公司更是在1988年被瑞士的史陶比爾(Staubli)集團收購。

　　從1986年開始，美國的工業機器人產量的增長率開始下降，當時最大的機器人製造公司GMF閑置了三分之一的勞動力。但同時，美國的Adept公司和CA公司的機器人產量卻逐年上升。原因是這兩家公司針對美國家電和電子行業的需求，發揮出自身專長，生產出帶有視覺功能的裝配機器人，利用下一代技術迎合了用戶的新需求，佔領了美國60%的機器人市場。因此，與其說當時機器人市場飽和，不如說當時主流機器人產品的性能滿足不了客戶的實際需要。上世紀80年代很多美國公司和研究機構認為，在自動化生產中是否使用機器人，應根據自身的實際需要，不能盲目追求高新技術。實際上，要主動貼近市場需求並開發出適合的產品是不容易的。

　　機器人技術和產品最先在美國出現並非偶然，它是美國社會技術和經濟發展的必然結果，也是在社會需求的刺激下經歷了相當長的儲備時間之後才實現的。由於美國過分強調基礎研究，沒有重視將機器人技術與本國的經濟發展和社會需求相結合，因此後續也就沒有能夠形成更具競爭力的工業機器人產業。

　　製造業的爭議一直存在

　　受製造業背景的影響，工業機器人在上世紀的美國發展的很不順利。美國製造業的爭議和分歧體現在宏觀的產業政策、中觀的公司模式和微觀的產品應用等多個層面。

　　上世紀80-90年代，由於重視產業政策，經濟飛速發展，日本對美國產生了很大的競爭優勢，一場有關產業政策的大辯論在美國學界率先興起，而後迅速遍及世界各地。在美國的這場大辯論中，僅有少數學者對機器人產業政策表示認同。這一時期的美國政府也確實未能夠對工業機器人提供有力的產業扶持。結果，工業機器人領域的「四大巨頭」沒有一家來自美國，美國錯失了上世紀80年代工業機器人發展的黃金期。

　　美國企業與其他國家的企業一樣，希望將技術優勢轉化為市場優勢，但相比而言，他們更樂意促進新技術浪潮的誕生，並由此開創一個新興行業，而非直接定位於使用新技術、生產新產品。他們更傾向於不生產成品，而是設計與升級核心部件，或掌握不斷升級的品牌。

　　美國機器人公司最早投入到工業機器人產業，反映出美國具有刺激新產業的大環境，但大部分的競爭優勢到此便即告結束。因工會制度和企業外部環境的影響，美國企業把工業機器人的發展方向引至功能複雜的機型，以及較冷門、差異較大的產業領域，沒有在工業裝備製造領域形成規模化、系列化的競爭優勢。目前佔美國工業機器人市場份額最大的是汽車生產領域，其主要供應商是瑞士的ABB以及日本的發那科(FANUC)等企業。工業機器人誕生於美國，結果產業浪潮的中心卻離開了美國。

　　歸途?征途!

　　美國需要什麼樣的工業機器人?或者說什麼樣的工業機器人能夠在美國重新立足，並得到重用?其關鍵在於美國機器人創造的價值和附加價值是否夠高，找到了高價值空間也就找到了歸途。

　　生產製造行業目前所面臨的挑戰已由降低成本轉變為提高效率。例如，就2014年初報道的谷歌(Google)和富士康(Foxconn)合作開發新的機器人製造技術一事，有人認為，自動化製造流程可能給美國經濟帶來福音，由於這種模式在提升生產效率的同時還能降低人工成本，所以有望吸引這類企業重返美國;同時，還有人擔心，在失業率高企、收入高度分化的當下，這種模式反而會將美國工人群體中僅存的一些中產階級徹底消滅。儘管機器人將在製造業中佔據多大比例仍有待觀察，然而美國在這一領域無疑已進入轉型階段，其中涉及的種種問題也十分複雜，遠不是「要機器人還是要就業」這麼簡單。

　　從應用普及的角度來看，美國的工業機器人年銷售數量僅次於日本，算是領先國家之一。美國工業機器人之前的發展模式其實是應用與服務模式，即採購、成套設計、安裝調試與後續服務相結合。美國國內生產普通的工業機器人較少，企業需要機器人時通常由工程公司進口，再自行設計、製造配套的外圍設備，完成交鑰匙工程。因此，美國當前所謀求的不僅僅是在已經成熟的大規模生產領域對「傳統」機器人的進一步應用普及或功能完善，而是結合其新的經濟發展戰略，將智能化的「新一代」機器人進一步普及到各種個性化、定製化產業的中小型企業中。這一戰略的實施目的是達到技術上的重大領先以及整個社會生產力的根本性提高。因此無論是從技術水準還是影響意義來說，美國對工業機器人產業的發展定位都是非常高的。美國工業機器人的未來之路，是歸途，更是征途。

　　美國工業機器人的轉型與創新

　　在美國為創新而生的體系中，隨著應用環境和需求環境的改變，美國工業機器人的轉型與創新主要表現在以下三個方面：一是生產線以外服務功能的增加，二是基於通用操作系統的機器人開發平台，三是與3D列印等先進位造方式、技術的結合。

　　截至目前，多數工業機器人都是針對具體的任務而設計的，流水線環境下開發程度較高，脫離該環境後通用性極低。另外，從2011年美國各行業的機器人密度(每萬名生產工人所佔有各種用途工業機器人的數量)來看，汽車行業是 1104台/萬人，但其他行業卻只有 72台/萬人，發展很不均衡。在美國機器人發展路線圖中，未來工業機器人的發展中將較少專註於大規模生產，而更多地集中在生產定製產品上。與之對應的公司不再是通用汽車等大規模生產實體，而更多的是中小型企業的生產。這樣的經濟更加依賴適應性、易用性等因素，以利於小批量訂購產品。通過開發和採用下一代機器人技術可以使美國繼續引領世界，有利於提高工業生產效率，尤其是有利於中小型企業。這類工業機器人(例如美國Rethink Robotics公司的機器人Baxter)正在從工業流水線用機器人向工業環境下的服務機器人轉變。

　　手機行業隨著iPhone的出現而被徹底顛覆，硬體通用化、軟體平台化、應用個性化是當前智能手機的主流趨勢，機器人也在向這一趨勢發展。可以說，工業機器人通用操作系統發展背後的源動力是對成功商業模式的複製和模仿。例如，美國谷歌(Google)公司正在考慮創造一個通用性更強的平台，以便以更低的成本應用於各行各業。眾所周知，谷歌開發的安卓(Android)系統是一款廉價、易用、易傳播的系統，若能夠在機器人領域也實現該特性，勢必為整個機器人行業帶來翻天覆地的變化。另外，美國Willow Garage公司也開發了機器人操作系統ROS，領銜十餘家公司成立ROS-Industrial聯盟(RIC)，試圖實現打造開源機器人平台的夢想。

　　技術密集型生產的高科技產品需要的是更先進的自動化水平，將不局限於流水線生產模式，機器人與3D列印的結合便是如此。3D列印是增材製造技術的一種表現，能夠「憑空」列印出想像中的任何物品。3D列印技術能製造出更多類型、更高質量的機器人。從列印到組裝，機器人能夠實現全自動化3D列印，「克隆」自身。機器人技術又能助力3D自動化製造，機器人甚至可以「列印」智慧城市的各種建築模塊並進行「安裝」。兩者的結合，使得其強大的製造力和廣泛的應用為我們的世界帶來一個全新的格局。

　　機器人與商業息息相關

　　2010年美國《商業周刊》(Businessweek)雜誌曾推出了「全球最先進機器人排行榜」。全球排名前10的先進機器人八成來自美國，沒有一款是工業機器人。同時無法忽略的是，自動化對美國就業市場的影響至今仍不確定，連在最富想像力的美國大片中，對工業機器人重視程度都表現的非常吝嗇。這不能不說工業機器人在美國社會中的地位有限。

　　在美國的創新中，技術領先但商業失敗的例子很多，美國也比其他國家更重視商業運作。商業機會將使得美國本土工業機器人獲得「綠卡」。美國新一輪工業機器人發展的立足點，一定與商業有關。美國商業領域的創新一直是我國各行業積極學習與模仿的對象。從谷歌與富士康(Foxconn)的合作，我們可以看出，從商業角度出發去探索工業機器人的發展方式，美國已開始行動。

　　法國工業機器人的復興之路

　　科技能夠為社會帶來進步，但也會為傳統製造業帶來困擾：接受高科技，往往意味著對已有人力資源大幅度的調整。法國在社會的科技進步歷程中，曾一度通過放棄發展工業機器人來緩解產業結構轉型的問題，但至今仍無法解決勞動力升級的大趨勢下應用型人才短缺的問題。我國發展機器人產業，需借鑒法國的得失，探索通過培育應用型人才來提升高新技術產業快速發展的道路。

　　法國工業機器人曾是後起之秀

　　法國曾是歐洲的機器人強國。雖然在20世紀70年代末才大規模開展機器人技術的研發，與美國和日本相比已經晚了很多，但隨後其發展非常迅速。根據國際機器人聯合會(IFR)公布的數字，法國的機器人總數在1986年已處於世界第4位，歐洲第2位。當時法國大概有50家機器人製造公司和23個機器人研究中心。法國機器人的應用水平和應用範圍也達到了世界先進水平，個別應用場合甚至超過了日本。汽車產業是法國工業機器人最大的用戶，大約佔法國機器人總數的40.9%。法國汽車產業的機器人中，77.6%是國產機器人。這主要是由於汽車集團內部自研自用所導致的，同時投資的良性循環也引發了機器人的大量安裝。

　　法國機器人的研製和開發能夠在起步較晚的情況下奮起直追，除了其原有較強的工業基礎之外，主要還有以下幾方面的原因：一是法國政府大力支持研究計劃，建立了完整的科學技術體系。法國很重視通過附屬於政府機構的機器人實驗室來開展研究工作。當時政府每年投資1億多美元用於機器人的研製。二是法國注重基礎研究和專業人員的培訓。幾乎所有的大學都設有機器人學系，使之成為像計算機科學那樣普及的一門課程。法國政府在1983-1985年的三年中，曾投資3.5億美元用於機器人的研究開發和專家培訓。三是法國注重國際合作與技術交流。法國在機器人的研發上走聯合之路，即注重國際間，特別是歐洲國家之間的合作與交流。原法國總統密特朗提議的「尤里卡」計劃的合作項目中，涉及機器人的有9項之多。四是法國注重計劃性。法國制定的機器人研發計劃，雖然也和許多國家一樣是以政府為核心來協調各部門、組織和企業等機構，但非常重視對不同的研究領域和需求，制訂不同的、有針對性的計劃。

　　關鍵時刻政府「缺位」

　　法國的工業機器人新安裝數從1986年開始明顯下降，隨後其工業機器人產業逐漸走下坡路，到2010年工業機器人僅處於世界第10位，歐洲第4位。機器人安裝速度下降有以下原因：一是從技術來看，第一代示教再現機器人已無法滿足更多需求，而下一代機器人的技術開發尚需一段時間。二是從市場需求看，原有的機器人應用大戶如汽車產業和機械製造業的需求已日趨飽和。三是從社會觀念上看，20世紀70-80年代那種認為機器人是產業競爭新武器的神話已被人們逐漸打破。

　　但除此之外還有因政府「缺位」導致的深層次原因：一是在研究合作方面，法國的大學及一些獨立性研究課題過於偏重基礎性研究，又與工業界合作較少，隨之產生了基礎研究與實際需求相脫節的問題。二是在技術融合方面，同樣具有劃時代意義的汽車生產技術和機器人應用技術未達到攜手共進的效果，基於應用層面的新技術開發程度不夠。三是產業布局方面，法國未形成具有規模和競爭力的工業機器人產業，以至於後來大部分企業被國外公司所收購，僅有幾家小型企業留存。例如，在1999年義大利主營工業自動化系統和機器人的柯馬(COMAU)公司，分別併購了法國西雅基(Sciaky)公司和雷諾(Renault)汽車公司中各自獨立的機器人子公司。

　　復興之路伊始

　　基於歐洲合作「開放框架」的尤里卡計劃(Eureca Program)對法國工業機器人產業幫助較少，未能及時拿出具有前瞻性的國家產業戰略又讓法國工業機器人錯失了發展良機。但近年來法國重整旗鼓，重新走上了工業機器人的復興之路。2012年5月阿爾諾·蒙特布爾(Arnaud Montebourg)出任新成立的生產振興部部長一職，他在出席當月的第三屆里昂創新機器人展覽會時表示，目前法國機器人技術發展整體水平十分落後，法國政府將重點發展這一領域。此外，他還宣布啟動一項投資1億歐元的機器人計劃，以提高法國在該領域的競爭力。雖然法國的工業機器人技術正處於起步階段，但他對未來前景充滿信心。這位部長的目標是，到2020年，法國成為這一領域的「全球領跑者」。並表示，「到2020年，法國必須躋身機器人技術全球領先者的行列!」此外，蒙特布爾部長認為，機器人技術領域將會為法國創造「數十萬個就業崗位」。目前，德國擁有約10萬台機器人，而法國僅擁有約3.5萬台機器人。

　　2014年3月4日，蒙特布爾部長在考察巴黎的一處無人駕駛微型車項目時的講話中再次提及機器人的投資和預期的效果——法國政府計劃從2014年至2020年的7年時間裡在機器人領域投資8億-10億歐元，並且機器人的應用將涉及到各個領域。法國機器人行業協會主席布魯諾·博內爾(Bruno Bonnell)表示，在機器人領域發生變革帶來的影響將更甚於19世紀的工業革命。

　　為了出發，還要為了走的更遠

　　早年間，法國僅從滿足國內需求和市場出發進行工業機器人的研製，既未像德國那樣把工業機器人當作國際競爭的手段，也未像日本那樣讓汽車產業和工業機器人產業齊頭並進。而今的工業機器人復興之路仍是從解決目前的社會就業需求出發，還沒能在產業方面拿出更多的有效措施。法國希望把發展工業機器人、創造就業空間當作機器人復興之路的起點，但是如果不著手大力發展本土的工業機器人產業，法國的製造業將再次犯下戰略性錯誤。

　　從技術角度來看，法國面臨的問題相當嚴峻。迄今為止，全世界已投入使用的工業機器人已發展到了第三代。1986年，法國生產線上廣泛使用的是從事焊接、噴漆、上下料重複性作業的第一代機器人。同期德國進行技術攻關、產品升級的是具有感知功能，可在軌道上活動，並能做組裝之類較為複雜性工作的第二代機器人。在第二代基礎上，目前德國、日本已具有初步判斷思考和處理問題等功能的第三代機器人。法國在服務機器人方面雖然有數個多年研究的、具有國際領先水平的研發團隊，但在第三代和第四代工業機器人的技術與經驗方面，其積累仍顯不足。

　　別忘了路上的絆腳石

　　機器人技術集合高智力、高技術於一體，是知識密集型技術，它的發展必須依靠創造性智力勞動。所以，機器人產業的發展不僅取決於支持它的硬設備，更重要的還取決於支持它發展的人才智力。不僅如此，其對應的人才培養模式也有「實踐出真知」的特點。20世紀80年代，雷諾(Renault)汽車公司能夠主動密切地與政府附設的研究機構合作，為本公司採用的汽車裝配線成功地製造機器人的研發方式本來是一個很好的產學研合作模式，但卻僅僅停留在了第一代工業機器人階段上。從法國20世紀工業機器人組織研發過程中留下的遺憾可以看出，按照學、研、產單一的線性順序來發展第三代工業機器人乃至第四代工業機器人領域，已無法滿足這一技術研發的組織規律。

　　良好的產學研合作模式能夠助推產業結構的轉型和升級。將應用型人才從使用工具者轉變為優化工具者，甚至是開發工具者，是產業發展過程中人才培養和人才競爭的有效手段。無論從產業發展的人才儲備角度看，還是從工業機器人有效研發的角度看，應用型人才基礎薄弱等因素使法國發展工業機器人產業無法在短時間內追趕和超過德國。如何讓應用型人才，尤其是從高校畢業後直接進入到企業，並擁有參與工業機器人的現場經驗和創新動力的人才，能夠肩負起研發第四代工業機器人的重任，是法國工業機器人復興路上的新課題，也是讓現代知識管理理論能夠得到有效實踐的重要選擇。

　　應用型人才的缺失讓法國工業機器人等高新技術產業的成長步履蹣跚，忽視高校等研究機構與工業界的研發合作，尤其是人才培養合作，使法國工業機器人增速緩慢。我國必須全面重視機器人和自動化技術人才培養和教育，僅僅依靠現有的高校教學內容和模式是遠遠不夠的。應用型人才是工業機器人發展的關鍵，也是中國工業機器人趕超發展的關鍵。

　　德國工業4.0「續簽」工業機器人

　　工業機器人在上世紀80-90年代的德國工業和經濟發展中起到了兩個重要作用，一是在以技術競爭為主的國家發展戰略推進中起到了示範帶頭作用。二是在「工業2.0」向「3.0」升級的過程中起到了承前啟後的作用。而今，德國率先出台的「工業4.0」方案又將依靠機器人，德國「質造」與「智造」都離不開機器人的支持和幫助。質量的保證是提高智能工業發展水平的前提和基礎，我國製造工藝與質量水平的整體提升同樣也離不開工業機器人的大力協助。

　　「白手起家」的歐洲冠軍

　　比起1967年日本從美國就已進口第一台工業機器人，德國起步較晚，同時面臨重重困難。1970年，前聯邦德國開始涉足機器人領域時遇到了經濟環境不景氣的壓力，研發經費不足，設備投資逐漸下降。但政府認識到他們在技術積累上的優勢，應該實行以技術促進經濟發展的政策。當時前聯邦德國的一位技術研究部部長認為：「世界一切發達國家都在利用技術手段改進經濟狀況。國家間的差距關鍵在於是否開展被工業利用的技術革新。通過研發活動增強國際競爭力能很好地改善前聯邦德國的整個經濟狀況。」後來，前聯邦德國的實踐與成就證實了他的預言。

　　1972年前聯邦德國還沒有一家製造機器人的工廠。但在以技術競爭作為國家發展戰略的大環境影響下，1978年前聯邦德國已出現了42家製造機器人的公司。前聯邦德國政府更是將機器人技術列為上世紀80年代首要的攻關項目，並制定了專門的研究計劃。根據國際機器人聯合會的信息，截至1986年，前聯邦德國使用機器人的總台數已超過了1萬台大關，總數量占歐洲第1位，世界第3位，僅次於美國和日本。短短15年間，前聯邦德國就成為了世界上屈指可數的工業機器人大國。現今，德國庫卡(KUKA)機器人更是成為了國際工業機器人領域的「四大巨頭」之一，2012年相關收入達到145億元。

　　工業機器人的「逆生長」

　　根據機器人聯合會公布的統計數字，1986年工業機器人新安裝數與1985年相比，美國下降了2000台、日本下降了1000台、義大利下降了400台，英國、法國和比利時均有明顯下降，而前聯邦德國卻在同一時期凈增了1400台。為什麼時間相同，不同國家之間的差別卻如此之大?這完全是由地域不同造成的嗎?

　　分析其機器人的產品技術和需求結構，有兩個重要表現：一是前聯邦德國著手研製了帶有一定感知功能的第二代機器人，其成熟速度比同期的美國和日本都要快;二是前聯邦德國各汽車製造廠持續不斷地向機器人公司購置該種具有感知功能的焊接用機器人。

　　更深層次的原因涉及以下兩點：一是當時前聯邦德國掌握在大學和研究院中的科研經費佔36.5%，而掌握在民間企業手中的科研經費高達63.5%。這種資金分配比例是理論研究和應用研究能夠均衡發展的重要保障。二是科技進步促進生產的發展是有條件的，那些同生產需求緊密聯繫的技術進步才更能起到提高生產水平的作用。前聯邦德國機器人技術與社會需求緊密結合的重要體現莫過於1985-1986年以來第一代機器人向第二代機器人的轉移，並由汽車製造行業向其他製造行業和其他行業的擴展。從此，德國逐漸成為了工業機器人應用大國和製造強國，「歐洲工廠」、「歐洲經濟的火車頭」、「德國品質」等讓人稱羨的背後，處處可見工業機器人的身影。

　　再次「逆生長」

　　1995年是20世紀90年代德國經濟衰退的第三年。在1993年若有人預言其機器人行業增長率能達到15%，就會被人看作是幻想家。然而現實卻出乎所有人的意料，德國機器人行業1995年的同比增長率達到了22%，1996年更是達到了63%。在經濟衰退期機器人能夠「逆生長」，除機器人能夠配合汽車改型換代開闢新的生產線外，還與當時德國企業生產模式的改變有關。

　　20世紀80年代末至90年代初，部分德國企業為了自身的發展，重視短期成本核算，將產品的生產轉移到低工資國家。1995年，機器人的增長使更多的企業認識到，比起「轉移生產」來說，自動化是更好、更經濟的辦法。實現自動化不僅可以繼續為德國創造價值，配件廠商也可以利用貼近客戶的優勢，更好地適應「及時加工」的新需求。同時還能夠避免因「轉移生產」而造成技術流失的風險。在長期利益獲取比短期費用節省對企業發展更為有利的同時，大量使用機器人很快成為企業的一項發展戰略。

　　德國機器人能抓住環境變化產生的契機，更主要還是憑藉其自身技術和質量的過硬。以萊斯為例，其機器人從設計、製造到組裝測試均採取一流的質量控制措施。在設計上，機器人機械部件全部採用有限元最優模塊化設計，以獲得高剛性、高精度的機械構建;在製造上，機器人機械部件經數控機床加工後，全部需要經過三坐標自動測量機測量合格方可投入組裝;組裝測試後，還需要進行數百小時的連續運行考核。德國的機器人品質優勢就是這樣一點一滴地積累完成的。

　　工業升級的好助手

　　我們常用「1.0」至「4.0」來標示工業進化升級階段：「工業1.0」使機械生產代替了手工勞動，經濟社會從以農業、手工業為基礎的模式轉型到了以工業以及機械製造帶動經濟發展的模式。「工業2.0」使零部件生產與產品裝配的成功分離，開創了產品批量生產的新模式。「工業3.0」使生產過程高度自動化，自此機械能夠逐步替代人類作業。「工業4.0」將在今後十年左右進入「分散化」的生產新時代，通過監控生產製造過程等方面的網路技術，實現實時管理。

　　20世紀70年代以後，隨著電子工程和信息技術充實到工業過程之中，初步實現了生產的最優化和部分自動化。相關的精益生產(Lean Manufacturing)理論在裝配生產領域表現的尤為突出。當時很多企業認為在人與人高度協作的方式下不需要機器人了。後來大家意識到在高工資的德國，除了通過自動化提高每個工時的勞動生產率外別無選擇。繼而德國總結出在經濟景氣時必須實現自動化以提高勞動生產率，在經濟不景氣時實行合理化生產降低成本的原則。可以說，在「工業2.0」邁入「工業3.0」的過程中，機器人很好地起到了承前啟後的作用。

　　機器人領銜「工業4.0」

　　一個國家新技術的出現並不是偶然的，是社會技術經濟發展到一定階段的必然結果，是在社會需求的刺激之下經歷了相當長的技術儲備之後實現的。德國工業4.0的出現也是如此，工業機器人的成熟應用加速了它的實現。從德國工業4.0計劃的描述可以看出，在這次升級規劃中，機器人作為重要的智能裝備，與信息系統均是關鍵因素。

　　德國的工業4.0告訴我們一個簡單而又實用的道理，那就是產業規模不是衡量國家工業競爭實力的唯一標準。現代化生產並不僅在於規模較大，也在於其具有與傳統生產方式不同的模式：不僅是從技術的角度出發去找資源、找市場，更多地是從市場出發尋找資源和技術。

　　20世紀90年代，美國抓住了新出現的信息技術並大力發展，使其經濟突飛猛進。德國卻在爭論，到底是要搭上信息技術快車，還是繼續大力發展德國的傳統工程技術。相對於美國為了創新而催生出的明星公司，德國更喜歡那些能夠打下百年基業的隱形冠軍。現今，信息技術使全球化競爭進一步加劇，讓德國深深感到了巨大的壓力。德國工業4.0將信息技術和其傳統工程技術很好地融合在了一起，這將成為其經濟新的增長點。

　　機器人為何可以繼續參與到新一級的工業革命中?這主要與機器人的自身特點有關。機器人的靈活自如是其區別於傳統自動化設備的最大特點。它可以根據其工作對象和要求進行編程，同樣也可以併入整個基於信息管理的生產控制網路，採集數據、反饋信息、執行操作。當然，這就要求為使機器人適用於自動化生產，需時常更新產品設計。沒有功能和用途上的創新，會導致機器人「吃不飽」、「成長慢」。工業機器人未來的市場仍聚焦在技術如何滿足用戶的需求上。

　　工業4.0中智慧工廠和智能生產中信息管理與機器人應用的結合，不僅讓機器人再次成為工業發展史中的關鍵「人物」，而且為下一代機器人技術的儘快成熟帶來契機。德國工業4.0的出台給我們帶來了啟示——除了汽車生產等傳統產業與機器人產業協同發展的關聯度將持續保持在較高水平外，面向未來的、更高水平的、信息管理下的智能生產模式的出現和大量複製，將是機器人產業在我國和其他國家快速發展的一個重要推動力。

　　日本：如何保持「長盛不衰」?

　　日本被譽為「機器人王國」，其工業機器人能夠在世界範圍名列前茅，得益於發展初期的順勢而為：經濟的需求令其應時而出，政府恰如其分的干預使其順利成長，企業的努力培育使其茁壯發展。回顧發達國家工業機器人的發展歷史，我們不難發現汽車行業是工業機器人應用最早、最廣泛的領域，很多機器人的技術也正是從汽車製造中孵化出來的，在這些國家中日本做到了極致。近年來，日本已將機器人產業提高到國家產業戰略層面。日本企業在努力拓展中國等海外工業機器人市場的同時，在技術與產品創新方面仍保持強勁的動力。

　　工業機器人成為「機器人王國」主力軍

　　日本在1968年由川崎重工業公司從美國優尼梅生(Unimation)公司引進了機器人和機器人技術，建立起生產車間，並於1968年試製出第一台川崎的優尼曼特(Unimate)機器人。日本對機器人的研發與大量應用，源於20世紀70年代汽車產業對生產質量、成本、產能和人工的需求，各大汽車廠商紛紛引入機器人進行規模化、集群化生產，之後日本便實現了工業機器人「全天守候」、夜間「無人工廠」的誕生。除了日本汽車產業長期的高度競爭以外，在當時的社會背景下，經濟的需求更加刺激了工業機器人的成熟和發展。1973年10月爆發的第一次石油危機迫使日本不得不降低其經濟增長速度。這使得，勞動力市場的緊張程度大大緩解。但是，較高的石油價格和其他自然資源價格導致商品價格大幅度增長，勞動力成本隨之提高。另外，工廠的設備生產能力也受到工作形態轉變的影響。當收入條件轉好時，日本工人對夜班的工作意願很低。工業機器人的出現則適時地達到了節約生產成本和提高生產力的雙重效果。

　　日本政府注意到要想抑制這種成本推動型通貨膨脹，就需要提高勞動生產率。為此，日本政府積極鼓勵私人企業向自動化領域投資，非常重視機器人的產業化、商品化，並在政策、獎金、稅收等方面給予扶持。經過不斷地努力，日本1980年就取得了顯著成效。工業機器人的產值達700億日元，比上一年增長了185%。於是1980年被產業界人士稱為「工業機器人普及元年」，以示紀念。實際上，日本機器人產業的長期發展中，政府直接牽頭和參與的程度較小，更多是依靠日本機器人廠商背後關聯產業的支持(主要包括電子電機類、機械類、運輸類和鋼鐵類四種產業)，以及機器人廠商根據自身特點採取不同的垂直整合策略。日本機器人產業背後，是各個重要上游產業的支撐。而其他國家沒有像日本這樣具有完整的機器人產業集群。這個產業集群中，機器人製造企業和上游供應商、下游應用客戶之間聯繫緊密，在很多時候，他們的關係是一體多面的，彼此的密切配合加速了該產業的創新。

　　日本企業最開始研究機器人，是為了解決自20世紀60年代起人工嚴重不足的問題。之後機器人能夠在日本順利發展得益於終身僱傭制度保障前提下的工會支持，大量工程師出身的管理層較少受到短期盈利壓力的影響、可以長期決策，企業重視長期改善機器人的質量，以及自動化生產、工作流程修改和產品質量提升等新生產形態的要求。英國首相撒切爾夫人曾由衷地讚賞日本機器人，她在1981年6月倫敦國際機器人展覽會上指出——日本使用機器人的數量是世界第一位的，但其失業率在西方國家中倒數第一;而英國應用機器人最少，失業率卻是西方國家中最高的。

　　日本在1987年就成為了全球最大的工業機器人生產國和出口國，大約有300家日本企業生產出3000億日元的工業機器人，在產品的深度和廣度上已站在世界前列。世界四大工業機器人巨頭日本占其二，分別是發那科(FANUC)和安川電機(YASKAWA)。到目前為止，日本累計生產工業機器人總數佔世界的40%左右。

　　機器人與汽車工業相輔相成

　　汽車工業的主要特點是產量大、生產節奏快、產品一致化程度高、消費者對汽車質量要求越來越高，這些是促使機器人在汽車工業應用越來越普遍的重要原因。日本工業機器人和汽車工業良好的協同發展，具體體現在以下兩個方面。

　　一方面，工業機器人提高了日本汽車工業的發展水平。日本在二戰結束後僅13天，國會就開始討論如何發展汽車工業，當時日本汽車工業的起步已比歐美國家晚了約30年。僅50年後(即20世紀90年代)，日本汽車即可佔據美國四分之一的市場份額，而美國汽車僅占日本1.5%的市場份額，並且在雙方的零部件貿易中美國存在128億美元的逆差，由此引發了著名的美日汽車貿易戰。日本「先搶市場後求利潤」的競爭戰略是基於日本汽車物美價廉的特點，形成該競爭優勢除了日本政府推動的力度和方法等外部原因，汽車工業內部的兩個重要原因是重視了科學化的生產管理和先進生產裝備的大量使用。前者主要是通過柔性製造系統(Flexible Manufacture System，以下簡稱FMS)實現的，後者是由於機器人在裝備中起到了重要作用。歐洲及美國對FMS的開發比日本早，但對FMS的使用在20世紀80年代中期就已落後於日本，而且日本的工業機器人在當時便成為FMS系統中的主要裝置之一。

　　另一方面，汽車工業帶動了日本工業機器人技術和市場的發展速度。從技術的發展來看，在日本的汽車工業中，車身裝配生產線早在1970年就已經開始使用機器人。因生產效率總體需求的提高，促使了機器人性能的提高。以焊接工藝為例：日本將之前的專用焊接機升級為焊接用機器人，將應用範圍從普通焊推廣到定位焊;因焊接工人圍繞面積寬大的工件大量走動並頻繁地改變焊槍位置，促使日本設計和使用懸掛式機器人;要滿足當時車身底板數百個點焊工序，並初步滿足柔性生產的要求，又要避免花費大量的時間和經費去改造自動化生產線，促使了日本對直角坐標型機器人這類加工工具的研製;根據新的設想和用途，配合不同的末端工具，促使對多功能機器人的開發;車身殼體的零部件製造環節、傳動齒輪和支架等裝配環節，必須採用弧焊來滿足特殊強度，促使具有自適應「控制弧焊路線和焊接條件」性能的弧焊機器人的誕生等。

　　最初上述這些用於汽車生產的工業機器人集中在車身裝配車間，該生產領域起到了先導作用。隨著機器人不斷應用，在日本整個汽車工業及其他相關生產領域中，噴塗機器人、裝配機器人、毛坯加工(鑄造和鍛造等)機器人、機加工機器人和檢測機器人等相繼出現並大量使用。工業機器人整機與核心零部件的性能、集成服務的能力都越來越高。

　　日本機器人產業持續領先的原因

　　除前面介紹的經濟背景、政府支持和行業融合外，日本的工業機器人能夠持續保持領先地位主要還有以下兩方面的原因。

　　一是日本把握住了產業發展與研發創新之間的平衡。產業代表著「持續的勢力」，創新代表著「衝鋒的銳利」。在產業與創新之間，既要遵循產業發展系統化、集成化，也要遵循研發領域商業化、創新化的規律。美國是工業機器人產業的開拓者，而日本卻成為了這個產業的真正主導者。美國機器人企業是最早投入到該產業的，但大多是新成立的公司。這反映出美國具有刺激新產業的土壤和環境，但隨後大部分競爭優勢到此便即告結束，停留在了產業發展的初級階段。日本的情況則不然，它的市場需求搶先出現後，產業化的機器人則得以在數量、價格和質量等方面保持穩定的水平，隨後又持續滿足各類市場的需求。具體來看，一方面日本的工業機器人滿足了由大企業的大批量生產形成的、以汽車和電子為代表的大規模市場;另一方面，為了適應人們的不同嗜好，多品種、小批量的供需模式大量存在，日本企業能夠以全新的觀念對機器人進行研究開發，滿足了用機器人來生產定製化產品的市場需求。

　　二是日本注重從發揮自身優勢出發來制定相應的發展策略。日本的機器人企業，通常根據他們傳統上所專長的競爭項目，採取不同的垂直整合策略。像川崎重工(TYO)有國防工業的傳統，在液壓機械方面能力很強，因此生產主力放在液壓機械方面，並向外界採購馬達、齒輪和小零件。松下電器(Panasonic)則生產馬達，對外採購齒輪和液壓機械部分。發那科(FANUC)則自行生產馬達和控制器。這些日本廠商背後都具備強勁的關聯產業支持。日本是當前全球工業機器人垂直整合技術最完整的領導國，這些技術來自數值控制、機床、馬達、光學感測器、電子零組件及其他電子設備，這些技術涉及的多家企業都已踏入機器人產業並參與競合。我國的機器人產業發展，也不能單獨為發展機器人產業而開發研製，應與其他相關產業協同發展。

　　我國該如何「以史為鑒」

　　從上述四國工業機器人的發展歷史中可以看出，機器人對這些國家的經濟和社會發展起到了至關重要作用。能否與經濟發展水平社會需求相協調是機器人成長過程中所面臨的生死攸關的問題，這種協調的核心是清晰合理的市場觀念。取得長期優勢的國家必須一方面積極地為本國成熟的技術安排市場，另一方面又要不斷地提高技術水平開拓新市場。

　　與其他行業不同之處在於，工業機器人並不是一種獨立的產品，也不是一類獨立的產業。社會需求對機器人的能力帶有雙重性：一方面它強烈要求發展機器人，目的是為了滿足社會生活各方面的需求，這是機器人發展的促進要素;另一方面它對機器人的技術性能往往又提出了難以實現的苛刻要求，這是機器人發展的阻礙要素。市場容量對機器人的態度帶有雙重性，適應一定技術性能的機器人產品市場總是有一定限度的。企業對機器人帶有雙重性，其技術研發與產品應用的寬泛性與融合性不容易把握，這是提升生產企業和用戶企業發展水平的難點所在。

　　目前發達國家的工業機器人所面臨的主要問題是如何將這些雙重性產生的矛盾正確合理地從傳統製造業引導到非製造業的創新領域，以取得新的發展空間和業績。可以說，在此期間的中國工業機器人市場爆發為這些國家的機器人企業帶來了福音。

　　我國需要大力發展機器人產業，不僅如此，我國還需要考慮機器人同經濟發展水平和社會需求之間的關係。從2010年開始，我國機器人新裝機量大幅增長，這是經濟增長到一定階段後轉型發展的必然表現。從這一角度來看，我國機器人產業的長期落後狀態既是發展方式的落後，也是整體經濟發展水平的落後。社會需求的刺激，促使技術準備的時間越來越短。強調技術和經濟的相適應性，並不是否認科學技術要領先一步做好技術上的準備，問題在於技術儲備要以社會需求為先導。

　　我們還需要工業機器人擔當起完成產業升級、促進經濟轉型的重任。我國目前機器人市場的增長主要是國外品牌機器人數量的增長，仍未進入到機器人生產企業和應用企業真正融為一體的階段。但我們要清醒看到，在新市場尚未明顯出現之前，在下一代機器人技術未成熟之前，對於中國機器人產業發展來說是非常寶貴的一段時間，也是最需要抓緊趕超的一段時間。綜合來看，機器人整體的產業投入和發展一定是長期的、持續的、多方共同努力的結果。我國應當重視機器人產業的發展，我們有信心在未來10-20年內快速提高國產化機器人的市場佔有率。大膽想像，若未來人類進入了「宇宙大開發」時代，一定將會有更多更好的機器人不斷地誕生。