上海机器人制造企业的突围战
【慧聪通信网】【编者按】潮涌科创，澎湃开局。上海市经济和信息化委员会、澎湃新闻联合推出“上海新型产业体系重点领域大调研”，聚焦上海“3+6”产业体系、新赛道和未来产业的重点行业领域，锁定船舶与海洋工程装备、氢能汽车、机器人、智能工厂、新材料、智能终端、人工智能、元宇宙、数字经济、生物医药等产业，深度调研上海产业高质量发展态势和未来趋势。
本篇聚焦于被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”——机器人。机器人的研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。伴随技术的进步，近年来上海的机器人产业蓬勃发展，形成多元生态，除了传统的工业机器人，新涌现了一批入协作机器人、服务机器人、医疗机器人、智能机器人、人形机器人等新生代机器人制造企业。
上海是中国最早引进和研发机器人的主要城市之一，上世纪80年代，上海就已研发出国内首批五个工业机器人。如今，机器人产业已成为“上海制造”的一张新名片。2021年，上海工业机器人产量超过7万台，同比增长34%，多年稳居国内城市首位。但在热闹的市场背后，本土机器人制造企业也面临着重重挑战，在技术、资金密集的投入下，他们仍在不断寻找突围的方式，建构自己的商业闭环，期待成为最终的赢家。
从全面溃败到迅速成长
提到机器人，人们脑海中通常首先想到的是出现在影视剧中各种会说话的人形机器人，或者是现实世界里波士顿动力的机器狗。但是机器人真正在人类现实世界里应用最广的要数工业领域。
“工业机器人就像高考的标准赛道，而其他领域的机器人则类似于各种特长生。”上海大学机械自动化工程系副教授、上海大学智能制造及机器人中心副主任李静对澎湃科技（www.thepaper.cn）说。
中国工业机器人、服务机器人、特种机器人2021年产量。
20世纪，随着社会分工的细化，人们强烈渴望有某种机器能替代人类从事简单重复工作。1954年，电子学家德沃尔获得了一项专利， 这是一种可以按程序像人手臂一样工作的机械手。1959年，德沃尔与美国发明家约瑟夫·英格伯格联手制造出第一台工业机器人样机Unimate(意为“万能自动”)并定型生产。60年代后期到70年代，工业机器人商品化程度逐步提高，并渐渐走向产业化，继而在以汽车制造业为代表的规模化生产中的各个工艺环节推广使用，如搬运、喷漆、弧焊等机器人的开发应用。直到今天，汽车制造仍然是机器人应用最广泛的领域。
上海是中国最早引进和开始研发工业机器人的主要城市之一。曾主持研发了“上海2号”和“上海5号”工业机器人的上海大学原党委书记兼常务副校长、上海大学终身教授方明伦回忆说，1978年他从英国进修回国后，便开始着手进行机器人的教学和研发，并于80年代成立了“上海机器人研究所”，试办了教育部批准的唯一试办专业“机械自动化和机器人”专业。
研究了40年机器人的方明伦心中最大的遗憾是“中国应该有几家那样的企业，上海至少也应该有一家”，他所指的“那样的企业”是指国际机器人产业界的四大巨头：日本的发那科（FANUK）和安川电机（YASKAWA）、瑞士的ABB和德国的库卡（KUKA）。这四大机器人巨头目前占据了中国工业机器人的主要市场。“在中国大型汽车厂的车间里，高端生产线使用的工业机器人几乎全部来自于进口。我想，如果有一天中国机器人能够拿下中国造车业的一半市场，那么中国机器人就算成功了”，年过八旬的方明伦说。
在过去很长时间里，当日本及欧美国家在不断精进机器人技术时，中国机器人产业的发展却经历了停滞。中国加入WTO后，国外机器人巨头迅速涌入中国市场，使得底子不厚的本土机器人企业全面溃败。
成立于2000年的沈阳新松机器人自动化股份有限公司（300024，股票名称：机器人）隶属于中国科学院，是我国老牌机器人企业之一。沈阳新松机器人旗下中科新松有限公司总裁杨跞坦言，在公司成立早期，本土机器人企业很难把机器人产品销往市场，最终企业不得不依赖于销售智能制造解决方案获得的收益来维持机器人技术的研发。
但在最近10年里，情况正在悄然转变。伴随着机器人在工业领域的普及，自动化及机器制造成为必然发展趋势，本土机器人制造企业如雨后春笋般快速成长，逐步成为工业机器人市场里有力的竞争对手。
工业机器人的“内卷”难题
根据国家统计局公开数据，2021年全年实现工业机器人产量366044台，同比增长44.9%，创造历史最高水平，中国工业机器人产业势头强劲。这其中既有外资品牌在中国的加码投资，也有本土品牌的快速崛起。
2022年12月，投资约11亿元的ABB机器人超级工厂正式在上海落成投产。两年前，总投资约15.8亿元的上海发那科智能工厂三期项目已经开工。机器人巨头纷纷在上海新设工厂，其中一个重要原因是面对竞争越来越激烈的中国市场，不得不通过本土化生产降低成本。
“工业机器人行业越来越卷了。”2011年大学毕业后加入上海新时达电气股份有限公司（新时达股份，002527）的范曾说，他目前担任新时达工业机器人业务副总经理。
新时达机器人工厂里，工业机器人正在做出厂前的最后检测。
在上海嘉定区南翔镇的新时达机器人工厂里，密密麻麻的围栏中，造型不一的工业机器人挥舞机械臂，正在做出厂前的最后检测。
2021年，新时达机器人成为首家累计出货量超过2万台的国产品牌，在3C（电脑、通讯消费性电子）、锂电、光伏、白电、金属加工、汽车零部件等行业均实现了规模应用。在上海，制造业机器人密度为260台/万人，其中重点行业机器人密度达到383台/万人，而整个新时达集团的机器人密度已达1080台/万人。根据行业咨询机构MIR睿工业数据整理统计，新时达2021年工业机器人整体出货量位居全球第十，其中SCARA机器人出货量位居全球第四。
新时达工业机器人演示高速码垛。
成立于1995年的新时达被称为电梯行业里的隐形冠军，以电梯控制系统起家。电梯控制系统内有控制也有驱动，这为机器人业务种下技术基因。2010年上市后，企业高层看准工业机器人发展方向，开辟了机器人业务，着手研发工业机器人控制器、机器人专用伺服，自行设计机器人本体。从第一台工业机器人成形，到拥有20000平方米超级工厂、年产能达到10000台工业机器人，新时达机器人用了8年时间。2020年12月，新时达机器人超级工厂在嘉定投产，实现了机器人制造机器人的生产工艺，标志着新时达制造技术迈上了新台阶。
回顾过去十年的职业生涯，范曾最大的感受就是，“行业发展太快了。”范曾记忆中，2014年以后，他每次参加机器人展会时都会看到一批新面孔。行业发展得越快，行业就越卷，最明显的标志就是“产品价格迅速下降”。
范曾清楚地记得，一台工业机器人售价10多万元在2016年以后只能卖到10万元，甚至5万元以下。“2012年，国内做机器人的基本上都是用进口零部件，2014年、2015年以后逐渐有了国产替代产品，同规格的机器人产品市场价被迅速拉低。”
在范曾看来，机器人国产替代已是趋势，“国内机器人市场上，国产机器人占比从五六年前的25%提升到去年的近四成，国产机器人的比例将越来越高。”根据行业资讯机构MIR睿工业的数据统计，在工业机器人行业，2021年工业机器人内资厂商占比再次超过30%并创历史新高，占比达到33%。
和外资品牌同场竞技，本土企业也具有自身独特优势，一方面通过国产替代降低了总成本，另一方面本土品牌可以根据客户需求进行灵活应对，定制性更强。譬如新时达便利用多年的技术研发积累，根据客户的应用场景，有针对性地面向细分市场进行应用开发，由单纯的产品销售提升到为细分客户提供高效率的智能制造解决方案，目前已在橡胶轮胎、电力铁塔、电动车、金属加工等行业取得预期发展。
范曾认为，国内目前工业机器人的“低价竞争”也不会一直持续，“再经过两三年时间，最终行业会出现两三家头部企业，其他厂家要么走向细分市场，要么会消失。当企业形成规模效应后，其市场影响力、产品质量、性能也会快速提升，并拉近与进口产品的差距，价格也会稳定在相对健康、合理的水平，甚至往上走。”
范曾已经看到了这样的苗头，“这两年，工业机器人的市场需求在增大，尤其是国内新能源汽车的快速发展，也带动了工业机器人的需求。”除了造车厂的流水线，锂电行业扩建产线，电芯外壳焊接以及电芯测试、烘烤、组装都需要负载能力从50公斤到350公斤不等的工业机器人。“今年很多机器人公司都在涨价，国外的机器人比去年涨价30%。”
机器人走出安全防护栏
节卡机器人做咖啡。
工业机器人由于运动速度快、体积大，在日常工作中都必须设置专门的安全护栏网，以保证不会误伤工作人员。为了节省安全围栏成本，协作机器人应运而生，成为近年来新一代机器人的代表。
在这一细分赛道，上海已经涌现中科新松、节卡机器人等企业。相比待在安全围栏内的传统工业机器人，协作机器人更轻便，有“即插即用”的优势，人可以用手牵动机械臂，在生产线上实现协同作战，可用于分拣、装配、拧钉、涂胶涂油等应用场景，充分发挥机器人的效率及人类的智能。但相比工业机器人，协作机器人在负载能力、加减速能力方面也不得不让步。
中科新松机器人陪练乒乓球。
2014年，新松机器人在上海设立国际总部——中科新松，协作机器人成为中科新松的主打产品。杨跞表示，当时他正是受波士顿动力的启发，在上海布局研发七轴协作机器人。“在空间坐标系中，6个变量可以确定空间的任何点，因此六轴机器人可以覆盖全部空间。但当空间中有障碍物时，就需要增加一个轴使得机器人更灵活。”经历一年多时间研发样机，又经历了两年多的产业化之路，接着耗时将近一年完成安全测试，中科新松推出七轴协作机器人。如今，其SCR系列七轴协作机器人具备快速配置、拖拽示教、碰撞检测等功能，适用于布局紧凑、精准度高的柔性化生产线，满足精密装配、产品包装、打磨、检测、机床上下料等工业操作需要，重复定位精度误差0.02毫米，相当于一根头发的1/10。
历经8年打磨，中科新松目前已经研发了多种类型的协作机器人标准化产品，包括单臂协作机器人，双臂协作机器人和复合机器人，形成全面的协作机器人族谱。目前中科新松协作机器人最大负载20公斤，下一步将推出负载能力30公斤以上的协作机器人。
伴随技术的发展，机器人能力也在不断迭代。2016年，一群来自斯坦福大学机器人和人工智能实验室的海归回到上海，创办了一家通用智能机器人公司，在全球范围内首次提出自适应机器人概念并实现产品化。
“自适应机器人结合了工业级力控、机器视觉和AI技术，七轴机械臂每个关节装有的力传感器让机器人拥有精细的触觉感知能力，AI技术的集成让机械臂实现目标物体的检测、定位等空间感知能力。”上海非夕机器人科技有限公司副总经理胡晓平对澎湃科技（www.thepaper.cn）表示，非夕研发生产的自适应机器人在原有的人机协作基础上增加了自主操作能力，可适应不确定的工作环境，像人一样通过手眼配合来完成复杂工作任务，不再追求环境可控、位置精准的应用场景。
非夕自适应机器人摇红酒。
这样的机器人即便在传统的工业场景也大有用武之地。“例如汽车制造行业自动化程度高，但新能源汽车的线缆装配、车身上漆前复杂的曲面处理还需要人来操作，原先靠绝对的精度位置来实现自动化的工业机器人不足以有效适应复杂环境，机器人围绕车身移动也会带来位置偏差。”胡晓平表示，自适应机器人为这些场景的自动化打开了大门，现在他们的机器人还可用于按摩理疗、果蔬采摘、肉类切割摆盘等领域，探索更多机器人商业化服务场景是非夕当下最重要的任务。“未来，机器人对环境的感知能力更强，安全性和自主性满足要求后，就能为家庭康复场景提供一种可能。”胡晓平表示。
事实上，让机器人像人一样工作，是所有机器人制造企业的终极探索目标。杨跞说，机器人眼下首先要解决机器人的“四肢灵活”问题，“有了机械臂，下一步要研发机器手，灵活轻巧的手将对未来机器人技术产生质变。”他们还在试图解决机器人大脑的思考方式，解决硬件执行、控制力和沟通后，最终要为机器人建立安全的云脑。
寻求走入家庭的可能
“以前国内认知的机器人一直是工业机器人，它对国民经济是非常重要的构成，但从机器人产业发展来看，它不是终极形态。”近几年，波士顿动力人形机器人“阿特拉斯”、特斯拉人形机器人“擎天柱”相继出圈，人们对机器人产业理解也在发生变化。杨跞认为，机器人的终极目标是人形机器人，未来的主市场是服务。人形机器人解决行走速度、场景适应性、供电能力后，将对机器人产业带来巨大变化。
近年来，中国机器人产业出现了更多技术路线，服务机器人成为新热潮，在餐饮、教育、医疗、物流等领域广泛应用。
上海智能机器人企业达闼机器人股份有限公司正在研制人形双足机器人“七仙女”，其中第一位仙女“小紫”计划在2025年“下凡”。
达闼联合创始人汪兵对澎湃科技（www.thepaper.cn）表示，达闼人形机器人的终极目标是进入家庭担任机器人保姆，完成洗衣、打扫、做饭三件事，2025年的目标是做到三件事的其中一件。
汪兵说，达闼定义的服务机器人是指像人的手指一样灵活使用人类日常使用的工具，而非专门为机器人定制一块抹布、一根扫帚，“机器人如果具有60个关节左右，便能拥有灵活的自由度。”达闼今年发布的Ginger 2.0全身柔性关节从34个增加到41个，单手抓取负载能力提升到5公斤，超过第一代的0.5公斤负载。未来双足人形机器人“小紫”全身将有60多个自主可控的智能柔性关节。他们正在攻关机器人本体结构、材料、机械传动，将进入家庭的人形机器人重量要控制在100公斤以内，提高负载能力。
达闼服务机器人。
机器人要进入家庭，除了机器人本体，场景识别也是个难题。家庭是多模态的复杂而又变动的场景，软件上要攻克机器人的算法训练，增强自主学习能力。达闼提出“云脑+安全网+机器人”的云端机器人架构，云端大脑通过人工增强、多模态融合AI和数字孪生实现机器人智能的自我学习与进化，服务机器人通过移动内联网和标准化机器人控制器安全连接到云端大脑，获得智能语音、智能图像、智能行动等能力，目前达闼云网端的整体架构已成型。
“安全是未来机器人的基石和底座。”汪兵表示，当几百万台机器人进入家庭，如何保证机器人数据安全可控是他们一直关注并试图解决的问题，“2015年，我们就提出未来服务机器人的安全、伦理、道德问题到底该怎么解决，这需要立法，否则无法管控几百万甚至上亿的设备。”
在杨跞看来，与人交互是机器人的终极存在形态，解决了安全和有效交互两大重点技术后，人的生活方式退半步，机器人技术往前进半步，机器人进入家庭的集成速度才会更快。“未来的世界，机器人越来越轻巧，人与机器人共融。让机器人进入家庭仍然需要人类观念的转变与妥协。就跟扫地机器人进入家庭一样，家庭的某些生活方式也在慢慢变化。”
苦练内功，包容技术迭代
机器人制造的发展，离不开整个产业链的发展。最近十年的中国机器人产业虽然有了突飞猛进的发展，但是在产业链的上下游仍然存在薄弱环节。
2022年6月，《上海市数字经济发展“十四五”规划》明确发展智能服务机器人，重点突破服务机器人关键核心技术，加快服务机器人行为类人化，提升服务机器人高端产品供给。加强核心技术攻关，集中攻克智能芯片、伺服电机、智能控制器、智能一体化关节、新型传感器等关键零部件核心技术，加快研发仿生感知与认知、生机电融合、人机自然交互等前沿技术。
中国机器人市场规模预期。
机器人是综合技术的集成，伺服电机、驱动器、减速器加上关节连杆机构，就可以造一个机器人。其中，电机相当于心脏，而伺服系统就是驱动心脏的动力，带动电机旋转。装上滚珠丝杠螺母副后，电机的旋转运动就会变成直线运动。旋转和直线的联动运动使得机器人的复杂运动成为可能。
但伺服电机、驱动器、减速器这三大机器人传统零部件仍是我国机器人发展的薄弱环节。世界上工业机器人使用的精密减速器几乎被日本垄断，日本Nabtesco的RV减速器约占全球市场份额的60%。“发展机器人产业，必须重视材料和工艺等基础研究。”方明伦表示，我国机器人产业从“量大面广”发展到世界一流，必须要抓好顶层和基础两端，并且能够持之以恒地推进。
杨跞表示，造成国产与进口机器人差距的原因之一是国产工业机器人缺乏充分的产业化验证，在发展早期失去了技术快速迭代的机会。工业机器人的第一个应用场景是汽车制造，但在中国，进口机器人占据了主市场。在他看来，只有通过大量机器人的发展才能实现产业链优化，降低制造成本，让技术更成熟。“中国机器人产业必须向上补链，中科新松做到了核心零部件、算法和架构全自主研发，芯片已经开始逐步实现国内替代。但往上游一层层追，产业链非常庞大。”
方明伦认为，政府应当在产业应用中加大引导，让国产机器人有机会被应用、有机会迭代发展，“对于还在迭代的产品，需要市场更加包容。”在李静看来，在工业机器人领域，本土制造伴随产业革新逐步有了更多机会。“工业机器人满足产业智能化升级需求，技术迭代与数据沉淀推动数字化转型，驱动全产业链数字化发展。在一些新能源汽车产线，国内工业机器人未来甚至可能替代进口机器人，比如造车工艺改变替代了大量焊接机器人，国产机器人有望占据20%-30%市场份额。”
发展机器人产业需先建生态
“与上世纪80年代相比，如今，我国机器人发展有了更加有利的土壤，具备了一定的产业基础，有技术、有队伍、有环境，在一些细分领域涌现了一些优秀企业，“如果做好顶层设计，咬定青山不放松，抓好基础研究，把该补的补起来，同时抓好终端产品，中国未来一定也会诞生顶尖机器人企业，上海至少也应该有一家。”方明伦表示。
但在业内人士看来，眼下，上海要发展机器人产业还需要在人才、成本上加一把力。
机器人是技术密集型行业，机器人产业的发展需要多学科交叉融合人才。从事机器人研发工作多年，范曾也看到了机器人行业人才的供需行情变化：相比新能源汽车、人工智能企业，范曾看到，机器人行业对人才的吸引力在下降，尤其是软件和算法开发人才更愿意流向AI视觉等公司。与此同时，现场调试的机器人应用型人才同样紧缺。机器人的应用工艺越复杂，对调试人员的要求越高。培养一个优秀的应用型人才，不仅需要经过理论、操作培训，还需要大量的实践场景练习，培养成本非常高。
自适应机器人是0-1的创新领域，无论是研发人才还是应用人才都只能自主摸索，这为研发和应用的推进带来压力。“培养对新型机器人有充分认知并充分发挥机器人能力的一批人才，也是当前面临的挑战。”胡晓平表示。
2015年创业时，汪兵也面临招不到人的窘境，“两个月时间招到五个人，其中三个是职能部门工作人员。”创业后，汪兵曾牵头发起将人工智能作为国家一级学科向教育部申报，今年达闼专门成立事业部，意在培养更多人工智能和机器人人才，同时带动K12教育。
在胡晓平看来，上海打造机器人产业的未来生态，需要踏实的技术沉淀，人才培养是最基础的积累，“如果能够培养出这个领域具有专业技术能力的一批人才，未来生根发芽，自然而然就会有更多优秀企业生长出来。上海的产业基础雄厚，对机器人的需求广阔，只要技术好、解决方案有优势，就有机会落地应用，从而反哺人才培养。”
“上海的营商环境我一直认为是最好的。很多新技术进入中国时，上海是第一站。大量企业用户在上海，企业用户层次也很高，容易接受新事物。”但杨跞同时表示，机器人产业要实现长期发展，需建设丰富开放的产业生态，这一生态里不仅有研发人才，也包含制造的实业工人，但上海的高成本是制造业落地的拦路虎。
即便挑战重重，但杨跞坚信最终国内一定会出现几家非常庞大的机器人企业。“机器人行业是长周期赛道，行业需要理性发展，专注技术研发。我们不能仅仅以商业模式论成功，也不能违背机器人赛道的成长规律。能不能拥有原创核心技术，关键在于能否沉心练武，而不是梦想拿个秘籍就搞定了。”
全球机器人市场规模预期。
【新闻附件】全球四大机器人巨头
ABB：
总部瑞士，1974年研发出全球第一台微型电脑控制的工业机器人，主要应用于工件的取放和物料搬运，1994年进入中国市场。主要产品包括面向汽车、建设、电子、食品饮料、铸造和锻造、医疗健康、物流、金属加工、包装、焊接等领域的工业机器人等产品。
安川电机：
总部日本，1977年安川电机运用擅长运动控制技术开发生产出了日本第一台全电动的工业用机器人。此后相继开发了焊接，装配，喷漆，搬运等应用的工业机器人。
FANUC：
总部日本，自1974年研制出首台机器人以来，致力于机器人技术创新，提供完整的智能制造产品和解决方案。FANUC机器人产品广泛应用在装配、搬运、焊接、铸造、喷涂、码垛等生产环节。
KUKA：
总部德国，1972年研制开发第一台工业机器人，KUKA的工业机器人应用于安装、搬运、冲压、抛光、激光焊接与切割、喷涂、卸码垛等领域。2017年KUKA被美的集团收购。
