机器人-机械电子工程导论

机器人驱动中国制造模式变革RobotsDrivetheRevolutionofChineseManufacturingMode机械电子工程专业导论第四讲机器人主讲人冯大鹏1二、机器人驱动制造模式变革三、中国机器人市场分析四、中国机器人产业发展及应用现状五、总结与展望提纲一、全球面临制造模式变革2一、全球面临制造模式变革3全球制造业面临制造模式变革制造业面临的问题劳动力短缺劳动力成本急剧上升产能过剩市场需求的个性化技术与产品的快速更新技术“红利”（功能、性能、成本）支撑制造模式变革4国际金融危机爆发之后，奥巴马总统呼吁要“重新回归制造业”，通过快速发展人工智能、机器人和数字制造技术，重构制造业的竞争格局，实现制造模式变革。*提升涉及国家安全产业的本土制造能力*提升先进材料的制造效率*建立保持在新一代机器人技术的领先地位*提高制造中的能源利用效率*极大提高产品的设计、制造、检测过程国际背景---美国制造业回归5欧盟委员会由此提出“新工业革命”理念，强调技术创新与结构改革，更有效和可持续地利用资源，同时大力推进新的生产方式包括机器人、数字技术等新兴产业，制造模式变革。工业4.0国际背景---欧盟新工业革命6工业4.0德国工业4.0机械化批量化数字化智能化7日本“产业复兴计划”国际背景---日本产业复兴计划8中国制造模式及其困境1）劳动力密集2）低成本、低附加值3）严重耗损资源环境三大要素：面临困境：1）劳动力结构性短缺，人口红利到期2）高成本、低附加值3）资源环境无以为继中国制造模式难以持续---急需转型高能耗、高污染、低技术含量、低附加值劳动力效率1/8单位GDP耗能：8x日本、4x美国、2x韩、印9全球性竞争地区性竞争中国制造业中国制造业产业链结构中国很多企业尚处于产业链中低附加值的底部。(图为：富士康公司给苹果代工生产iphone，所分的利润不到2%)1011HIS的数据：美国在2010年的制造业产出仅略低于中国0.4%，但美国制造业只有1150万工人，而中国制造业雇用了1亿人。美国的的劳动力生产效率比中国高近10倍（中国劳动力成本是美国的17%）。“中国制造”优势将不存在。双重挤压倒逼中国制造模式变革低端制造业流向劳动力成本更低国家高端制造没有优势12我国制造业规模连续五年居世界第一，但仍“大而不强”，核心竞争力与美、德等发达国家存在较大差距。131415机器人改变了生产方式带来制造业模式变革未来制造业挑战制造业三项关键技术■新一轮工业革命呼唤着机器人发展■劳动力成本不断上升加速机器人需求■新技术进步提升机器人性能■客户化定制依赖于机器人制造生产方式：数字化制造生产决策：人工智能生产工具：智能机器人全球制造业发展趋势16二、机器人驱动制造模式变革1、现有模式是否可持续2、机器人技术是否可支撑、成本是否有竞争力3、人力成本是否有优势、劳动力供求关系4、机器人与就业矛盾5、机器人能否支撑新制造模式17中国制造业现状--倒逼制造模式变革18机器人技术进步--支撑新制造模式速度、精度、负载、可靠性等机器人交互能力多传感控制能力智能作业能力网络化能力机器人“工人”到机器人“工程师”转变19网络技术进步--支撑新制造模式单机智能设备数字化智能工厂网络技术20机器人成本：成本不断下降165kg机器人:29万@201024万@2013RMB20122022SCARA6万4.2SCARA系统12万8.4投资回报1.2年2.5个月6-DoF12万8.46-DoF系统24万16.8投资回报2.4年5个月工业机器人成本降了一半(4%减少/每年)21人工成本：中国人工成本急剧攀升–工资以年均30%的速度上涨（数据截止2011年底，根据以往几年平均增长来估算未来至2015年的增长速度）–人民币汇率以年均5%的速度增长–货运价格以年均5%的速度增长（综合考虑油价走势和其他因素）Source：AlixPartners各国制造业成本对比22制造业雇员年平均工资水平及增长幅度1980年-2012年(数据来源：国家统计局)2012年人均工资￥4.2万/年（≈3523元/月，福利20%），用工成本￥5万/年。2012年上半年城市居民工资收入相比去年同期增长13%，农民工工资也上涨了14.9%。国家和地区2000200820122022美国2837332536004388日本2711284730003657韩国13862469--中国大陆882905593371今后10年人工成本增长率保持在15%，到2022年，人均用工成本将达到20万/年（US$3371元/月）中国人均成本将从现在的￥5万/年增加到￥20万/年人工成本：中国人工成本急剧攀升23成本优势：机器人性价比凸显假设成本比较结论单台工业机器人系统平均价格30万，每年维修及服务成本2万；一位成熟的焊接技工工作6000元；工业机器人24小时运行，相当于普通焊接技工三班。工业机器人成本：5万元/年（按10年使用寿命折旧，含维修费用）人工成本：21.6万元/年（0.6*12*3）一台工业机器人在产生相同效益时，投入的成本是使用人工成本的23%。直接成本：24机器人的其它优势汽车工业为例(组装一辆汽车)时间劳动力ABC3天约1小时117名熟练工人3名普通工人合格率60%100%时间劳动力合格率0102030405060效率提升因子25中国人口年龄结构分布2000--2023年（数据来源：SERIChinaReview-中国制造业竞争优势现状及比较）2012年制造业从业工人1.2亿，其中城市工人3000万，农民工9000万。2012年人口13.4亿，从业人口（15~44岁）占44%；2022年人口13.7亿，从业人口占37.8%。到2022年，城市制造业工人奖减少700万，制造业农民工将减少1500万。制造业工人总数将减少2200万!人口老化、城镇化造成制造业人数减少劳动力供求：人口红利与结构性人口短缺26劳动力供求：2015年劳动力数量绝对下降未来20年，”theold-agedependencyratio”要增加一倍，中国工作年龄人口2015开始下降。中国60岁以上人口数及占人口比例劳动力资源短缺：人口红利与老龄化（刘易斯拐点）27机器人与人的工作冲突分析1）做没人做的事情（填补）---劳动力短缺、用工荒、人口红利后每年670万劳动力减少2）做人类做不到的事情（拓展）---真空、洁净等特种环境作业3）做人类不适宜的事情（替代）---高危、高强度、恶劣的环境工作4）做比人类更佳的事情（提升）---降低成本、提高效率、保证质量（典型如汽车行业）28就业影响：机器人应用与失业关系(IFRreport,PositiveImpactofIndustrialRobotsonEmployment,2013)机器人与失业率没有必然联系29就业影响：机器人应用创造新就业机会IFRReport:2011年之前机器人累积直接创造就业数量30机器人功能、性能提升机器人价格下降（50%）劳动力短缺劳动力成本上升（30%）机器人制造模式变革机器人“井喷式”发展成为可能！31三、中国机器人市场分析32全球机器人产业发展新高潮2008年世界金融危机给全球制造业带来沉痛的打击，唯独机器人逆势增长机器人市场分析33工业机器人主要市场年度销量（2009-2012）日本最大中国最快34全球工业机器人下游应用产业年销量（2009-2012）全球工业机器人下游行业应用结构占比（2012）35机器人应用类型EstimatedannualsupplyofindustrialrobotsinChinabyapplications2010-201236机器人应用领域Estimatedannualsupplyofindustrialrobotsatyear-endinChina2010-201237中国工业机器人市场销售出现“井喷式”增长2006年到2011年机器人供应量增加4倍2014中国将成为全球最大机器人市场38市场空间近年来，中国机器人市场复合增长速度连年成为全球第一；IFR预测，2014年中国机器人市场全球销量第一；39市场空间Numberofmultipurposeindustrialrobotsper10,000employeesinthemanufacturingindustry每万名制造业工人机器人保有量：韩国：396；日本：332；德国：273；世界平均水平：58；中国：23；40未来10年中国将是全球最大的机器人产销国家，是机器人产业发展和中国制造模式变革黄金期41四、中国机器人产业发展和应用现状42发展历程第一阶段(1980-1990)：1980年，中国第一台工业机器人诞生。第二阶段(1990-2000)：国产移动机器人应用于汽车总装线(1992年)；国产工业机器人应用于汽车冲压线(1997年)；国家成立863机器人产业化基地，机器人产业由学院派主导；中国机器人市场年销量达到380台，保有量3500台(2000年)。第三阶段(2000-2010)：国产移动机器人批量出口国际，具备全球竞争力(2007年)；国产洁净机器人应用于半导体行业，打破国外垄断(2008年)；国产服务机器人、军用机器人初步形成产业规模；中国机器人市场年销量14978台，保有量50000余台(2010年)。43发展历程第四阶段(2010～)：中国机器人历年装机量逐年上升；中国机器人产业链条日益完善。零部件本体系统集成行业客户44整机企业序号代码上市公司覆盖行业产品介绍1300024机器人军工、电力、汽车等AGV、洁净机器人、点焊机器人、弧焊机器人等。2002698博实股份石化、饲料等石化后处理设备，如合成橡胶后处理设备。3002527新时达电梯自动化控制器、变频器，机器人单体及机器人成套设备。4002013中航精机军工小载重灵活机器人。5300202科大智能电网、汽车从事汽车、包装行业集成产品，主要有乘用车焊装、汽车调整线。..................37002184海得控制工业自动化未来有望实现控制器、伺服电机等产品的国产化。38002334英威腾工业自动化伺服系统，伺服驱动器。39300307慈星股份纺织合资经营机器人驱动及控制系统项目。40000913钱江摩托摩托车子公司益荣智能机械有限公司经营范围变更为工业机器人及其零配件。股票市场四十余家机器人概念高技术板块形成45序号代码上市公司覆盖行业产品介绍1300161华中数控机床子公司深圳华数机器人，开展机器人研发，生产和销售业务。2600835上海机电电梯控股纳博减速机，进入机器人零配件领域。3300124汇川技术电梯主要是PLC、变频器、伺服电机等。4000837秦川发展汽车减速机及机器人减速机。5300024机器人军工、电力、汽车等机器人控制器、伺服电机等零配件。6002380科远股份电网主要产品涉及控制器、伺服电机等。7002184海得控制工业自动化未来有望实现控制器、伺服电机等产品的国产化。8002334英威腾工业自动化伺服系统，伺服驱动器。9300307慈星股份纺织合资经营机器人驱动及控制系统项目，全部建设后年产机器人控制器10000套。..................零部件企业股票市场四十余家机器人概念高技术板块形成462012年7月国务院《十二五国家战略性新兴产业发展规划》2012年7月工信部《智能制造装备产业“十二五”发展规划》2012年3月科技部《智能制造科技发展十二五专项规划》2012年4月科技部《服务机器人科技发展十二五专项规划》2013年12月科技部《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》产业政策-国家政策47重庆市打造“机器人之都”2011年年底，重庆市提出“把重庆建设成机器人之都”的构想，力争到2015年，打造机器人产业研发、设计、制造等多种功能于一体的机器人产业基地。上海市打造“国内最大机器人产业基地”2012年10月，上海市提出将聚焦工业机器人等领域，壮大发展机器人本体研发制造，使上海成为我国最大产业机