警惕中國工業(yè)機器人重蹈機床產(chǎn)業(yè)的覆轍

01 為何說工業(yè)機器人與數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)具有可比性

一是兩者在底層技術(shù)上具有互通性。機器人和機床工作原理相似，都是通過控制系統(tǒng)，對伺服電機系統(tǒng)進行閉環(huán)伺服控制，對給定的運動要求進行逆解，然后進行電機驅(qū)動控制。許多企業(yè)同時涉足兩個領(lǐng)域，如機器人代表性企業(yè)埃斯頓自動化成立于1993年，初期主要產(chǎn)品即為金屬成形機床數(shù)控系統(tǒng)，其后擴展產(chǎn)品線至金屬成形機床電液伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)以及智能工業(yè)機器人領(lǐng)域；秦川機床作為機床行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，其經(jīng)多年研發(fā)的機器人關(guān)節(jié)減速器產(chǎn)品成為企業(yè)發(fā)展新增長點。

二是兩者在產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面具有相似性。工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)和數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)都屬于技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，尤其在高端產(chǎn)品上對技術(shù)、品質(zhì)等的要求較高。同時，兩個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展均受經(jīng)濟周期、市場需求、政策因素等的影響較大，均呈現(xiàn)明顯的周期性特征。

三是兩者在應(yīng)用場景方面有部分重疊性。在制造業(yè)中，工業(yè)機器人和數(shù)控機床都可用于加工金屬、塑料等材料，并且都可以用于生產(chǎn)零部件和產(chǎn)品。例如，在建筑業(yè)中，工業(yè)機器人和數(shù)控機床都可以用于鈑金加工、模具制造等應(yīng)用。在汽車制造中，數(shù)控機床可用于加工零部件，而工業(yè)機器人可用于裝配零部件。

當(dāng)然，工業(yè)機器人與數(shù)控機床作為兩種不同的制造業(yè)裝備，其性能、擅長的領(lǐng)域仍有所區(qū)別。其中，數(shù)控機床的剛性和精確性更高，工業(yè)機器人工作范圍更大、產(chǎn)線布局更為靈活。

02 工業(yè)機器人與數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段不同

數(shù)控機床是20世紀(jì)50年代初機械加工領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。數(shù)控機床的出現(xiàn)大大提高了機械加工的效率和精度，并為工業(yè)機器人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)代工業(yè)機器人的雛形于1978年誕生，是一臺全電動、6軸多關(guān)節(jié)型機器人。兩個產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段不同，呈較大區(qū)別。

一是市場規(guī)模相差懸殊。數(shù)控機床比工業(yè)機器人更早出現(xiàn)，發(fā)展歷史更久，市場規(guī)模相應(yīng)也更大。工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)相對較新，發(fā)展較快，但目前市場規(guī)模相對較小。據(jù)中國電子學(xué)會發(fā)布的《中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》顯示，2021年我國機器人市場規(guī)模為174億美元，其中工業(yè)機器人市場規(guī)模87億美元。而同期中國數(shù)控機床市場規(guī)模為2687億元人民幣（約合400億美元）。

二是應(yīng)用領(lǐng)域存在差異。由于產(chǎn)品的功能、特性，數(shù)控機床與工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)分化。數(shù)控機床的應(yīng)用領(lǐng)域相對更為廣泛，幾乎涵蓋了所有的制造業(yè)。而工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域有待拓展，目前工業(yè)機器人主要用于自動化生產(chǎn)線，在汽車、3C、物流等行業(yè)應(yīng)用較多，其他行業(yè)還有待進一步推廣。另外，普通中低端數(shù)控機床技術(shù)已經(jīng)十分成熟，國產(chǎn)化率也較高，購買成本低，因此在中小企業(yè)中較為普及。工業(yè)機器人的應(yīng)用則主要集中在大中型企業(yè)。

三是貿(mào)易結(jié)構(gòu)有所不同。工業(yè)機器人外貿(mào)呈明顯逆差，2021年進口金額為21.96億美元，其中從日本進口金額占比達到近80%。同年出口金額為5.61億美元，韓國、德國和泰國的出口金額排名前三。以進出口數(shù)量最多的多功能工業(yè)機器人為例，2021年平均進口單價1.3萬美元/臺，平均出口單價4000美元/臺。機床外貿(mào)逆差不明顯，2021年中國機床累計出口金額約86.55億美元，累計進口金額約82.4億美元。但進出口單價差距同樣巨大，出口單價約304美元，進口單價約76748美元。可見兩者的出口均以中低端產(chǎn)品為主。

03 回顧機床產(chǎn)業(yè)的教訓(xùn)

機床作為工業(yè)母機，是裝備制造業(yè)的核心生產(chǎn)基礎(chǔ)，更是一個國家制造業(yè)升級發(fā)展的重要引擎。改革開放以來，我國機床行業(yè)歷經(jīng)多年發(fā)展取得了巨大進步，從生產(chǎn)量和消費量來看都是全球第一。但經(jīng)過多年發(fā)展，我國機床行業(yè)仍然“大而不強”，單一國產(chǎn)機床企業(yè)在國際市場競爭力較弱。縱觀機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，總結(jié)以下幾點教訓(xùn)：

一是，未充分掌握核心技術(shù)。目前國內(nèi)企業(yè)在機床核心零部件方面取得了一定的進步，包括數(shù)控系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)中的絲杠、線軌、刀具以及機床主軸、光柵尺、解碼器等，但還無法做到在品質(zhì)、精確性、穩(wěn)定性等方面全面比肩進口產(chǎn)品，遲遲無法打開市場。2021年機床國產(chǎn)化率達67%，創(chuàng)世紀(jì)、北京精雕、紐威數(shù)控和海天精工等國內(nèi)企業(yè)的市場份額不斷提升。但是國產(chǎn)機床仍然集中在中低端領(lǐng)域，中高端機床國產(chǎn)化率降至20%，高端機床國產(chǎn)化率則不足10%。

圖：海天精工提到核心零部件依賴進口

圖：創(chuàng)世紀(jì)2022年半年報提到核心零部件依賴進口

二是，急于求成貪大求快。機床業(yè)是高技術(shù)門檻、強調(diào)專業(yè)分工，而且需要長期積累的行業(yè)，如數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)，是知識、技能、經(jīng)驗和訣竅的積累，引進的只是產(chǎn)品，其中凝聚的知識和經(jīng)驗對于引進者來說都是“黑箱”。日本發(fā)那科、德國西門子等企業(yè)都是長期集中力量，聚焦做到某一領(lǐng)域的單項冠軍。而中國機床企業(yè)有了一定的成績后，就會主動或被動走上貪大求快的道路，沈機、大機都是因此走入“萬劫不復(fù)”的艱難處境。完成了混合所有制改革的大連機床，不但打著“像造汽車一樣造機床”的口號，大干快上，還造假騙貸融資，最終捅出數(shù)百億債務(wù)窟窿。

三是，上下游配套體系跟不上。比如要制造一個1μ精度的機床（1μ等于0.001毫米，而典型工業(yè)機器人重復(fù)定位精度約±0.05mm），就意味著要把各個環(huán)節(jié)的誤差全部控制到1μ以下。用刀具來舉個例子，國產(chǎn)刀具有的損耗速度快，有的損耗速度慢，或者忽快忽慢，因為刀的材質(zhì)不均勻，加工參數(shù)同一性不可靠，導(dǎo)致整體精度不如預(yù)期。而該類刀具所需的特制高速合金材質(zhì)需要由特種鋼冶煉廠生產(chǎn)。除此之外，刀具所需要的涂層處理工藝，稱之為CVD、PVD，也就是化學(xué)涂層法、物理涂層法，一些特別的工藝國內(nèi)還沒有掌握。2021 年國內(nèi)硬質(zhì)合金數(shù)控刀片國產(chǎn)化率不到30%。

四是，缺乏高端技術(shù)人才。中國機床業(yè)人才缺乏，而且大量人才流失，加劇了人才的匱乏。目前需要大量熟悉數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)軟硬件知識的中高級人才，具有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實踐經(jīng)驗；也需要大量精通數(shù)控機床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計，能夠進行數(shù)控機床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的數(shù)控技術(shù)高級人才。

04 警惕工業(yè)機器人重蹈機床業(yè)覆轍的風(fēng)險

綜上，數(shù)控機床和工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)，都屬于本身規(guī)模并不大，但是其所支撐的工業(yè)體系卻非常龐大的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)。如2020年中國機械制造業(yè)產(chǎn)值達到了22萬億，而機械制造業(yè)的零部件中有三分之一需由數(shù)控機床加工完成。

機床產(chǎn)業(yè)遇到的問題，在工業(yè)機器人領(lǐng)域同樣存在。如低端鎖定問題、概念炒作問題，以及簡單組裝、低價競爭、人才匱乏等。更不用提工業(yè)機器人的一些核心零部件（控制器、伺服系統(tǒng)、減速器），其實并非獨有，都是機床及其他智能制造領(lǐng)域久攻不下的難點。廣義的伺服電機，機床正是其下游最主要的應(yīng)用領(lǐng)域，占比20.4%，而機器人領(lǐng)域應(yīng)用只占6.2%。

因此，說中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)有重蹈機床行業(yè)覆轍的風(fēng)險并不為過。未雨綢繆之下，可考慮從以下幾方面著手改進：

一是做好頂層設(shè)計，明確戰(zhàn)略布局、空間布局和產(chǎn)業(yè)布局。建議由多地、多個部門共同聯(lián)合發(fā)起（如長三角區(qū)域），成立機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展委員會，建立聯(lián)席會議制度，加強頂層設(shè)計明確地區(qū)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位、目標(biāo)等，做好區(qū)域配合提升競爭層次。

二是企業(yè)提出、政府立項、產(chǎn)學(xué)研協(xié)作，加大對核心零部件的聯(lián)合研發(fā)攻關(guān)。采用使用單位提需求、政府立項、研發(fā)機構(gòu)承接的方式，對制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)進行科技攻關(guān)，確保資金能真正用在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)上。協(xié)調(diào)整合長三角地區(qū)產(chǎn)學(xué)研用和跨學(xué)科資源，爭取機器人、智能制造、人工智能等多領(lǐng)域跨學(xué)科的國家級重大科研項目落地。

三是采取“一業(yè)一策”方式迅速拓展新的機器人應(yīng)用場景。如可利用長三角地區(qū)“一鎮(zhèn)一品、一村一品”的產(chǎn)業(yè)集聚特點，便于針對細(xì)分行業(yè)集中開展應(yīng)用試點。確定若干設(shè)備較落后、有較大提升空間的行業(yè)和企業(yè)，組織實施“機器換人”技術(shù)改造專項計劃，擴大工業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。

四是強化金融配套支持。1.對外并購+對內(nèi)整合，支持產(chǎn)業(yè)鏈融合發(fā)展。支持國內(nèi)機器人供應(yīng)商不斷通過“自主研發(fā)+外延并購”完善技術(shù)體系，鼓勵企業(yè)通過參股、并購等方式向機器人產(chǎn)業(yè)鏈高價值領(lǐng)域進行延伸；2.設(shè)立地區(qū)專項采購獎勵。對采購具有自主知識產(chǎn)權(quán)、享有發(fā)明專利的國產(chǎn)機器人設(shè)備、前 100 件關(guān)鍵零部件等，按合同金額給予一定比例的買方采購獎勵；3.探索引導(dǎo)金融機構(gòu)設(shè)立工業(yè)機器人“首臺套”專項貸款；4.實施重大國產(chǎn)技術(shù)裝備保險補償機制。聯(lián)合保險公司針對采購、應(yīng)用“首臺套”國產(chǎn)機器人整機和零部件提供定制化的保險服務(wù)。

五是推廣“雙元制產(chǎn)教融合”人才培養(yǎng)模式。建立區(qū)域性“產(chǎn)教融合”示范區(qū)，利用一批優(yōu)秀的職業(yè)技術(shù)學(xué)院，采用校企合作“結(jié)對子”的產(chǎn)教融合人才培養(yǎng)模式，設(shè)立實訓(xùn)基地、工程師共享中心、院士工作站等，加快專業(yè)人才的培養(yǎng)和輸出。