智库建议

评估中国在机器人行业的创新程度
发布日期:2024-03-21 信息来源:永利智库 访问次数: 字号:[ ]

摘要:3月11日,美国信息技术与创新基金会(ITIF)网站发布其创始人和总裁罗伯特·阿特金森(Robert D. Atkinson)撰写的题为《中国在机器人行业的创新程度》的报告,通过企业案例研究、专家访谈以及开源文献数据三种方法结合,评估了中国在机器人行业的创新程度。报告指出,中国是世界上最大的工业机器人市场,也是最大的工业机器人进口国,依赖外国技术。中国机器人市场中,外国公司占比75%,国内公司仅占25%,且核心组件由日本公司主导。中国至少在两个方面落后,一个是软件,另一个是集成系统开发和机器人从事服务业方面。报告认为,产业方面,中国具有价格优势、领域创新优势和并购收购优势。技术创新方面,尽管中国机器人专利和学术出版领先世界,但创新产品似乎落后了。介于中国机器人创新生态系统充满活力,且中国政府正在进行大量投资,报告为美国加快发展机器人提出几点建议,包括美商务部召集一个机器人行业咨询小组就重建美国机器人行业的需求向政府提供建议,国会增加对国家标准与技术研究所(NIST)资金支持并制定税法,此外,还应加大宣传描绘机器人密集型愿景。 

随着硬件和软件的进步,包括人工智能(AI)、微机电系统(MEMS)和视觉识别,机器人变得越来越有能力和多才多艺。因此,它们可能是未来几十年最重要的技术之一。机器人已经广泛用于各行各业,包括制造、物流、医疗保健、建筑和许多其他领域,并为提升全球生产力带来了巨大希望。

然而,机器人是技术领域的鲁德尼·丹泽菲尔德(一个演员):它并没有得到充分尊重。这是一个错误,因为未来,机器人将越来越多地用于涉及制造或移动物理物品的领域。此外,人形机器人可能会被采用,以帮助人类完成各种任务。它们是一种重要的防御和商业两用技术。

虽然美国发明了机器人,但它现在也与位于德国、日本和瑞士的领先机器人公司合作。然而,从生产和使用数量上来说,中国都领先于世界。与其他公司相比,中国公司具有显著的成本优势。但中国机器人公司能创新并达到与世界领先公司相同的质量水平吗?这份报告评估了这个问题。

一、背景和方法

在机器人领域,流行了一个说法:中国是“复印机”,美国是“创新者”。这种描述往往对技术和产业政策持冷漠态度。毕竟,我们在创新方面处于领先地位,所以没有什么可担心的。首先,这一假设被误导了,因为创新者可能会忽略对成本结构的考虑。正如我们在美国许多行业所看到的那样,包括消费电子、半导体、太阳能电池板、电信设备和机床等。其次,目前尚不清楚中国是否是一个迟钝的“复印机”,还是注定成为追随者。

为了评估中国工业的创新程度,史密斯·理查森基金会向信息技术与创新基金会(ITIF)提供了经费支持,以研究这个问题。我们专注于特定领域,包括机器人。

可以肯定的是,很难评估任何国家工业的创新能力,对中国工业来说尤其困难。部分原因是,中国向世界披露的信息比以前少得多,特别是关于其工业和技术的信息。尽管如此,ITIF依靠三种方法来评估中国在机器人方面的创新。首先,我们对从欧盟提供的2000个名单上列出的机器人公司中随机挑选三家中国机器人公司进行了深入的案例研究与评估。其次,我们与中国机器人行业的全球专家进行了访谈,并举行了一次圆桌会议。第三,我们评估了关于机器人创新的全球数据,包括科学文章和专利。

二、机器人和美国的重要角色

美国发明了机器人,但像许多其他行业一样,它失去了对外国竞争对手的领导地位,部分原因是缺乏耐心的资本;而其他国家的公司愿意长期投资。今天,领先的机器人生产商在德国、日本和瑞士,中国正在积极努力迎头赶上。根据一项研究,2022年,日本占全球机器人产量的46%,占全球出口的36%。相比之下,美国仅占全球出口的5.4%。换句话说,日本的机器人出口强度是美国的20倍。

今天,美国没有工业机器人的铸造厂。虽然一些主要机器人公司在美国有业务,但他们的大部分研发(R&D)和生产都在本国进行。此外,在美国很少有组件供应商。这就是为什么2022年,美国在机器人方面出现了12.6亿美元的贸易逆差,出口仅占进口价值的28%。

尽管美国在机器人生产方面总体滞后,但美国是此类公司的所在地。例如,总部位于加利福尼亚州的机器人公司Productive Robotics是一家在美国生产95%零件的机器人公司,它创造了有助于加工过程自动化的多轴协作机器人。此外,总部位于伊利诺伊州的英格索尔机床开发了Master Print Robotic,它有效地将3D打印和计算机数控(CNC)技术结合到一台机器中。美国还有许多创新的机器人初创公司,部分原因是美国拥有强大的软件能力;罗克韦尔自动化(ITIF支持者)等美国公司在这项业务的服务方面具备强大的实力。尽管如此,创新并不总是转化为生产力,特别是如果其他国家的快速追随者可以有效地复制与模仿,且具有溢价效应。

三、中国的机器人行业和市场

根据国际机器人联合会(IFR)的数据,中国是世界上最大的工业机器人消费国。2021年,中国每个制造工人安装的机器人比美国多18%。在中国制造业工资明显低于美国工资的前提下,2021年中国在制造业的机器人使用率是美国的12倍。原因不是市场力量,而是政府政策。中国已将制造和采用机器人作为重中之重,并提供补贴作为支持。

IFR提供了各国在制造业中使用机器人的数据。韩国是世界上最大的工业机器人采用国,每1万名制造工人中有1000多台机器人,而新加坡以730台排名第二,其次是日本和德国,各近400台。美国每1万名工人有285个机器人,而中国有392个。

但安装和运行机器人的决定通常是基于机器人执行任务而节省的人工成本——这些成本节省与制造工人的薪酬水平直接相关。因此,德国机器人渗透率高于低工资的印度。

2022年,世界上安装的所有工业机器人中有52%安装在中国,高于十年前的14%。比较机器人采用率占各国制造业工资水平预期采用率的份额,我们可以看到中国领先世界,采用的机器人比预期多12.5倍,高于2017年的1.6倍。考虑到其制造工资,美国仅占预期机器人采用率的70%。

事实上,中国在机器人采用方面,国家和省政府投入了大量资金来补贴机器人采购和其他自动化技术。据IFR称,这就是为什么中国连续八年成为世界上最大的工业机器人市场的原因之一。2022年,世界上52%的工业机器人都安装在中国,高于十年前的14%。中国汽车工业现在是世界上最大的机器人采购商,因为汽车行业是工业机器人的主要买家。

四、评估中国机器人创新

中国对机器人快速增长的需求意味着大多数西方主要机器人制造商都在那里建立了生产业务,现有的中国公司已经扩张,并创建了许多新的初创企业。

在上海,ABB和Fanuc公司建造了世界上最大的机器人生产工厂,其设施甚至比日本Fanuc更先进。日本安川电气公司在中国建造了三家工厂,每年可以生产18000台机器人。

中国有许多国内机器人公司,如Geek Robotics、海康威视和蓝剑。事实上,自2017年以来,中国有3400多家机器人初创公司——不仅是工业机器人,还有自主移动机器人(AMR)。这是中国“1亿机器人计划”的一部分。此外,去年,中国在机器人公司的发展方面取得了迅速进展。例如,Tracxn列出了188家中国机器人初创公司,前10名中,有8家接受中国境外风险投资者的投资,这表明了他们的创新潜力。

其中许多初创公司来自中国东莞以南的工业开发区,那里有数百家机器人公司。一位香港教授表示,“东莞人开发出一种新技术产品的速度比硅谷或欧洲快5到10倍,成本却是硅谷或欧洲的四分之一。”

尽管国内产量不断增长,但中国仍然是最大的工业机器人进口国,这表明它仍然严重依赖外国技术。2019年,中国71%的新机器人来自海外,包括日本、韩国、欧洲和美国。核心组件由日本和其他公司主导。事实上,中国依赖许多进口部件。正如一位分析师所说,“在中国出口的机器人中,进口零件的价值仍然很高。”2022年,中国出口的机器人价值仅为其进口机器人价值的36%。另一个项目研究了工业机器人、机器人齿轮减速器、机器人控制器和机器人伺服系统的三个关键上游系统。这三个关键系统占工业机器人生产成本的近70%。2020年,这些主要由外国公司制造,特别是日本、德国和瑞士。研究表明,中国大多数工业机器人公司都是系统集成商,从事低附加值的工作。

中国至少在两个方面落后。第一个是软件。当今机器人大约80%的价值是软件——这是区分机器人质量和性能的一个重要因素。中国在工业软件能力方面仍然落后。正如我们采访的一位专家所指出的:“我们看到了很多模仿硬件,但大多数区分车辆仓库机器人的东西,特别是在吞吐能力方面,是由软件功能驱动的,而中国在这方面就落后了。”第二个在集成系统开发和机器人从事服务业方面,中国公司比西方公司落后。

虽然中国机器人通常与最好的西方公司的质量不匹配,但它们具有价格优势。对于许多公司来说,特别是在高收入国家,这种成本质量权衡是值得的。对于这些要求较低的客户来说,低价是有吸引力的。这个价格优势可以有效推动销售。事实上,中国的战略似乎是以价格优势来实现规模。在市场的低端和中端获得销售,然后在政府的帮助下再投资于高端、更具创新性的产品。

然而,中国正在某些领域进行创新。例如,专家认为,Geek和HAI等中国公司是材料处理领域的创新者。Leader Drive在组件方面很强大。Unitree是一家机器人初创公司,正在快速接近差距。它们被大学和其他不需要高质量的组织采用。中国也在机器人的新兴领域取得进展,特别是人形机器人。中国工业和信息技术部宣布计划到2027年主导这一计划,并向此类公司提供大量国家资金。

中国还利用外国收购来提升能力。最值得注意的是,2016年,Midea集团宣布收购德国机器人制造商KUKA,同样,EFORT收购或投资了意大利的三家机器人公司。中国工业机器人制造商Estun收购或投资了几家外国机器人公司,包括BARRETT(美国外骨骼驱动系统公司)和fMAi(德国),同时与欧洲领先的机器人生产商CLOOS合作。

总的来说,中国和中国机器人公司似乎认识到,他们需要从快速追随者转向创新者。他们做到这一点的一种方式是专注于许多前沿项目。虽然中国在很大程度上仍然是机器人的追随者,但它正在努力成为一个创新者。

与此同时,中国在其他技术上也沿着这条道路成为创新领导者。一个案例是世界领先的无人机制造商大疆。大疆通过数千名工程师的制造和研发来主导无人机领域。同样,正如一项关于中国机器人的研究所指出的那样:工业机器人的升级轨迹与中国移动电话行业的发展相似。起初,国内公司为外国生产的高端手机提供质量略低但更便宜的替代品。后来,当国内公司积累了足够的资源时,他们可以取得重大技术突破,并具有国际竞争力。

一位专家告诉ITIF,“中国在机器人方面至少与美国和欧洲相提并进,甚至可能领先于美国和欧洲。中国公司在机器人的硬件方面具有明显优势,特别是在汽车制造。”

一位与会者表示,“中国公司是材料处理领域的创新者他们推出了我们在美国没有的产品。HAI机器人将是一个很好的例子。但似乎国内中国公司在二线和三线城市的市场渗透率最高,至少在零售应用的AMR和机器人上是这样。”

然而,另一位专家告诉我们,“在AMR领域,中国正在部署快速追随者战略,他们正在迅速赶上。目前,他们的机器人不如我们的好,但要便宜得多,所以被教育机构或部分商业客户采用。创新差距正在缩小。”另一位专家表示:“中国能够缩小差距,只是一个时间的问题。”

中国在创新和质量方面没有领先的一个现象是,外国公司可能占当今中国机器人市场的75%,而国内公司约占25%。核心组件由日本公司主导。

五、创新数据

创新数据对评估创新能力很重要,但仍然有重大局限性。学术出版物不一定转化为商业创新能力。同样,专利不区分高价值专利和低价值专利。尽管如此,它们可以提供见解,特别是关于趋势的见解。

中国在机器人专利方面领先世界,在2005年至2019年间占世界专利总额的35%。相比之下,美国约占机器人专利总数的13%。有趣的是,CSET的一份关于机器人专利的报告发现,在中国申请的机器人专利中有92%来自大学,而美国只有8%。相比之下,中国只有4%的机器人专利是由公司申请的,而美国只有82%。但中国申请的机器人专利几乎是美国的三倍。在2005年至2019年期间申请机器人专利的前20个组织中,没有一个是美国组织,而中国组织有7个。然而,在中国申请的专利并不等同于美国申请的专利,许多专利质量较低。

中国在该领域的学术出版方面也处于领先地位,特别是在传感器/感应方面。澳大利亚战略政策研究所的一项研究研究了被引用最多的机器人研究文章,发现中国占27.9%,美国占24.6%。

然而,就创新产品而言,中国似乎落后了。《机器人报告》向全球最具创新性的50种机器人产品颁发年度创新奖。2022年,只有3人来自中国,而35人来自美国。2023年,只有一人来自中国。其中一些差异可能是因为该出版物位于美国,但差异仍然很大。

六、中国的机器人战略

美国的政策通常要么忽视机器人,要么贬低机器人,而中国政府将机器人开发、生产和使用方面的全球领导地位作为重中之重。中国明白,它在机器人方面落后,存在贸易赤字,这就是为什么它设定了进入高端机器人的目标,包括人形机器人、取代危险条件下工人的机器人和高精度工业机器人。《中国机器人产业发展规划(2016-2020)》为中国设定了到2025年成为全球机器人技术创新之源和集成应用的高端制造集群中心的目标,机器人行业的综合优势是达到国际领先水平,机器人成为经济发展、人民生活和社会治理的重要组成部分。该规划概述了提高机器人行业创新能力、巩固产业发展基础、增加税收和财政支持、加强知识产权保护、加强人才培训体系等任务,并深化国际交流与合作。

政府还为机器人的使用制定了国家目标,提出了11个关键领域,希望有更多的机器人创新和被采用,包括医疗保健、教育和能源领域。总体而言,它设定了到2025年将机器人使用扩大十倍的目标。因此,许多省政府为公司购买机器人提供补贴。例如,2018年,广东省计划投资9430亿元(约合1350亿美元),帮助公司进行机器替代。同样,安徽省政府表示将投资6000亿元(约合860亿美元)来补贴该省制造商的工业升级,包括机器人技术。从这个角度来看,按GDP计算,这相当于美国投资4万亿美元。中国还为设备投资提供税收激励。它已经为机器人行业制定了第二个五年计划。

中国正在利用其国内市场优势,特别是国有企业,试图促进国内制造商拓展国内市场。事实上,中国有广泛的动力使机器人生产本地化,以抵御外部冲击和与美国地缘政治竞争。

中国政府还建立了区域创新中心和专注于机器人的研究机构,并得到了国家和省政府支持。它还激励制造商在研究中心附近设立机构。特别是,中国借鉴美国制造业系统,并建立了一些公私研究机构,包括机器人研究机构。例如东莞机器人产业园。中国还建立了沈阳机器人和智能制造集群。

中国还有另一个优势:媒体、学者和政府官员不会像在美国那样经常抱怨机器人接受工作。在中国,机器人被视为对国家未来发展至关重要。在美国,他们要么被视为无产阶级的灭亡,要么被视为“终结者”机器。从长远来看,在一个欢迎机器人的社会中,创新比在一个妖魔化机器人的社会中更容易。

七、应对策略

如前所述,美国在机器人创新机器人方面似乎表现良好,但在机器人生产方面表现非常糟糕。这不是一个可持续的战略,最终会降低美国的创新能力。

美国商务部应该召集一个机器人行业咨询小组,就重建美国机器人行业的需求向政府提供建议。其中一些肯定会集中在重建我们电气和机械工程大学课程的必要性上,特别是重视美国毕业生的能力。国会和政府需要扩大对机器人研究的资助,特别是ARM,它已经完成了120多个先进技术项目,包括新工具、传感器和软件。

与此同时,需要美国能够扩展机器人技术的公司。虽然一些公司,如波士顿动力公司,正试图这样做,但我们仍然需要更多这样的公司。一个关键步骤是使美国大公司能够收购较小的美国机器人公司,以提供与中国公司相匹配所需的资本。因此,拒绝亚马逊收购美国公司I-Robot的提议是欧盟反垄断当局的一个重大错误。亚马逊不在这个领域竞争,所以没有竞争影响力。但亚马逊确实有资金支持I-Robot与中国清洁机器人的竞争。此外,国会应该设立机器人工厂税收抵免,类似于2022年设立的半导体税收抵免,以鼓励国内外公司在美国建立机器人生产工厂。美国和盟国应该禁止中国对其国内机器人公司进行所有投资或购买。

但如果对机器人的大部分需求都在美国以外,美国将不会恢复其机器人行业。因此,国会应该增加对国家标准与技术研究所(NIST)推广伙伴关系计划的资金,该计划旨在帮助小型制造商采用机器人技术。它应该制定一项税法,奖励资本设备投资,最好是对新机械和设备采取投资税收抵免政策。此外,更高的最低工资标准和更少的低技能移民将为公司提供更多的激励措施来采购机器人,而不是以最低工资雇用工人。

最后,决策者需要拒绝不断抱怨机器人的反机器人群体,而是为美国描绘一个机器人密集型愿景,大力宣传机器人在提高生产力、安全性和生活质量方面发挥着关键作用。