导读：今年是当之无愧的全球“大选年”，各国政客们提出的竞选方针中，不约而同地提到了“产业建设”。事实上，与“产业”这一概念背后，不仅是公众密切关注的就业、物价等问题，更是下一代工业体系的建设和竞争。“工业4.0”直接对应制造业的自动化和智能化，即工业机器人的发展，工业机器人也因此被视为全球技术竞争中的关键技术领域。而恰恰是这一领域，中国正在重演在许多工业领域中“后来者居上”的剧情。本文以中国机器人行业为分析对象，简要展示了全球机器人行业的基本格局，以及中国作为“追赶者”，如何从复制技术转为创新技术。 作者指出：美国是机器人的“发明者”，但真正掌握机器人制造技术和产能的，主要是德国、日本、瑞士企业。例如日本公司Fanuc，瑞士公司ABB等。美国凭借高科技行业发展，依然有大量机器人公司成立，掌握着前沿技术。对比这些国家，中国在市场占有率、产能、零部件生产、软件、商业模式等方面都存在不足，还在追赶状态。但中国也展现出了特殊的优势：鲜明政策推动的高速发展。到2022年，中国已成为新装工业机器人最多的国家，按照人类劳动力价值与机器人配置比例计算是美国十数倍。同时，各类机器人企业和研究也在迅速发展，占领国内市场的同时，以价格优势打开了国际市场。文章提出，中国在机器人领域采取了与手机行业类似的做法，以大市场引进外国先进企业，通过合作、收购、投资等方式获得技术，再进一步发展创新能力。另外，对机器人较友好的社会氛围也有利于创新发展。 作者认为，机器人产业与上百类前沿技术息息相关，发展机器人产业是未来科技、经济发展的重中之重。因此，中国明确的机器人产业发展政策，对机器人较良好的社会舆论环境，都是迅速赶上的积极因素。他建议为了保住先发优势，美国应该设计类似的补贴、税收优惠政策，并注重培养美籍高等人才，并用积极愿景改变社会风气。欧亚系统科学研究会特转发本文，供读者参考，本文以中美竞争为研究背景，以推动美国政府制定产业政策为目标，行文略着重于中国优势分析，参考时需注意其观点立场，见仁见智。文｜Robert D. Atkinson
翻译｜谈行藏
来源｜TIFF
▲ 图源：互联网
随着硬件和软件——包括人工智能（AI）、微机电系统（MEMS）和视觉识别技术——的进步，机器人的功能和通用性越来越强，并已广泛应用于各种应用和行业：制造业、物流、酒店业、医疗保健、建筑业等等。因此，机器人很可能成为未来几十年最重要的技术之一，在扭转当前全球生产力放缓方面具有巨大潜力。未来，机器人将越来越多地用于设计、制造或运输等领域，人形机器人将越来越多地帮助人类完成各种任务，在国防和军民两用领域具有重要地位。美国发明了机器人技术，也在与位于德国、日本和瑞士等工程强国的领先机器人公司合作。但从产量和使用量来看，中国都处于世界领先地位。与许多技术一样，中国具有显着的成本优势。那么，中国的机器人企业能否创新并达到与世界领先企业相同的质量水平？通过三种方式，我们对中国机器人创新能力进行了评估：第一，从《2000欧洲研究与开发榜》（EU R&D list）列出的机器人公司中，随机抽取三家中国公司进行深入的案例研究；第二，专家访谈和焦点小组圆桌会议；第三，全球机器人创新数据，包括科学文章和专利。有种流行的说法：美国是创新者，中国是“复印机”。只要美国在创新方面处于领先地位，就没有什么可担心的。但这种观点背后，是对技术和产业政策的冷漠态度。首先，创新者可能会失去对成本结构较低的“复印机”的领导地位，消费电子、半导体、太阳能电池板、电信设备和机床等领域正在发生这样的事。其次，我们并不能确定中国一定是一个迟滞的、永远跟随的复制者。
与许多其他行业一样，美国发明了机器人技术，却失去了竞争领导地位，部分原因是缺乏耐心的长期投资。如今，领先的机器人生产商在德国、日本和瑞士，中国也在积极追赶。据研究，2022年日本机器人产量占全球的46%，出口占36%。相比之下，美国的出口占有率为5.4%。考虑到美国GDP是日本的3倍，可以认为日本的机器人出口强度是美国的20倍。
今天，美国没有制造工业机器人的工厂。虽然ABB（译注：瑞士公司）和Fanuc（译注：日本公司）等主要机器人公司在美国都有业务，但他们的大部分研发（R&D）和先进生产都是在本国进行的。此外，他们的零部件供应商也很少在美国。因此，2022年美国在机器人领域的贸易逆差为12.6亿美元，出口仅占进口价值的28%。尽管在机器人生产方面总体落后，美国仍是此类公司的主要注册地。例如，总部位于加利福尼亚州的机器人公司Productive Robotics 95%的零件在美国制造，该公司制造的多轴协作机器人可以推进各种加工流程的自动化；总部位于伊利诺伊州的Ingersoll Machine Tools开发了打印大师机器人（Master Print Robotic），将 3D 打印和计算机数控（CNC）有效集合于一台机器中；还有很多初创企业。这一部分原因是强大的软件能力，如罗克韦尔自动化（Rockwell Automation）公司的强劲服务。然而，创新并不总能转化为生产和销售的领导地位，特别是如果其他国家可以快速有效地进行技术复制，并且建立价格优势。
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，中国为每位制造业工人匹配机器人数量比美国多18%。如果换算成制造业人力成本与机器人配备比，2021年，中国制造业机器人使用率是美国的12倍。其背后是政府政策推动，中国为工业机器人的使用提供了慷慨的补贴。
IFR数据显示，2022年，韩国是世界上最大的工业机器人采用国，每万名制造业工人配备超过1,000个机器人，第二名为新加坡，730个，其次是日本和德国，各近400个。中、美数据分别为392和285。
图2：2022 年每万名制造业工人配备工业机器人数。
是否配备机器人通常取决于机器人代替人类可以节约的成本，成本节约程度又与制造工人的薪酬水平直接相关。因此，高工资的德国理论上比低工资的印度有更高的机器人渗透率。ITIF根据全球机器人平均配备率带来的投资回报率，计算了全球平均机器人预期采用率（计算方法见：https://www2.itif.org/2018-industrial-robot-adoption.pdf）。各国数据与该采用率比较，中国以惊人的12.5倍领先于世界，远高于2017年的1.6倍。相应的，美国的机器人采用率仅为预期的70%。
图3：2022年实际机器人采用率占预期机器人采用率的比例
在机器人的采用上，中国几乎独树一帜。其国家和省级政府承诺投入大量资金来补贴机器人和其他自动化技术的采用。根据IFR的数据，中国连续八年成为全球最大的工业机器人市场，2022年，全球安装的工业机器人中有52%在中国，远高于十年前的14%。其中，中国汽车制造行业逐渐成为全球第一，而汽车制造业又是最主要的工业机器人使用者。
中国对机器人的巨大且快速增长的需求意味着大多数主要的西方机器人制造商都在那里建立了生产业务，已有的中国公司正在扩张，并出现了许多新的初创企业。ABB和Fanuc在上海建立了全球最大的机器人生产工厂，其设至比Fanuc在日本的工厂还要先进。日本安川电机株式会社（Yaskawa Electric Corporation）在中国建立了三家工厂，每年可生产18,000台机器人。中国正在利用这些外国投资来获取知识。即使外国投资者能严格保护知识产权，工业知识也存在溢出效应，可以帮助中国企业缩小创新差距。此外，中国还有许多本土机器人公司，如极客机器人、海康威视和蓝剑等。事实上，自2017年以来，中国出现了超过3400家机器人初创企业，不仅开发工业机器人，也有自主移动机器人（AMR）。此外，去年中国在机器人企业的发展方面取得了非常迅速的进展。例如，Tracxn列出了188家中国机器人初创企业，在前10名中，有8家收到了非中国的风险投资，从侧面说明了他们的创新潜力。这些初创企业中，许多来自中国东莞以南的工业开发区松山湖，那里有数百家机器人公司，包括初创企业和成熟公司。虽然不免有炒作热度的公司，但一位香港教授表示，“东莞开发新技术产品的速度比硅谷或欧洲快5到10倍，成本则只有五分之一或四分之一。尽管国内产量不断增长，中国仍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。谐波齿轮减速机市场为例，中国公司仅占25%的份额。然而，中国依赖许多进口零部件。一位中国分析师所说：“中国出口的机器人中，进口零部件比重仍然很高。2022年，中国出口的机器人产品仅占其进口价值的36%。工业机器人的三个关键上游系统——即机器人齿轮减速器、控制器和伺服系统——占工业机器人生产成本的近70%，至2020年，它们依然主要由外国公司制造，尤其是日本、德国和瑞士公司。研究表明，目前中国大多数工业机器人公司都是系统集成商，从事低附加值工作。中国至少在两个方面落后。首先是软件：当前，机器人技术价值的80%左右是软件，软件同时也是决定机器人质量和多功能性的差异化因素之一。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，但决定汽车仓库机器人区别的，尤其是吞吐能力的，主要是软件，而中国在这方面有所不足”。第二方面，是开发机器人的集成系统和商业模式，中国弱于西方公司。许多中国机器人公司都在跟单。一位专家表示，日本机器人生产商Fanuc在中国竞争对手的产品上发现了其铸造厂的铸造痕迹。类似的，波士顿动力（译注：原文为Boston Robotics，但根据搜索，没有名为Boston Robotics的机器人公司，而机器狗是波士顿动力Boston Dynamic的作品）开发出机器狗几年后，中国公司纷纷效仿。需要注意的是，虽然中国机器人还无法与西方最好的公司相提并论，但它们往往具有价格优势。对许多公司，尤其是低收入国家的公司而言，这种成本质量的权衡有其价值。对要求不高的客户，低廉的价格很有吸引力。许多中国机器人功能质量大概是最好的外国产品的80%，但便宜得多。价位推动了销售。例如，中国公司Humanoid的产品价格约为9万美元，只有西方公司的五分之一。中国企业的战略似乎是以质量换价格，以实现规模化。在中低端市场获取领先企业的份额，然后在政府的帮助下，投资更高端、更具创新性的产品。中国也同时正在某些市场进行创新。例如，Geek+和HAI等是物料搬运领域的创新者。Leader Drive在组件方面很强大。工信部在2023年10月发布了《人形机器人创新发展指导意见》，为推动企业在这一领域获得领先地位提供政策和资金支持。中国通过收购获取技术的活动也值得注意。2016年，美的集团宣布收购德国机器人制造商KUKA；Effort对意大利的三家机器人公司CMA、Evolut和WFC Group进行了投资或收购。工业机器人制造商埃斯顿则投资、收购了Barrett（美国外骨骼驱动系统公司）和M.A.I.（德国），同时与欧洲领先的机器人生产商CLOOS达成合作。中国和中国的机器人公司似乎已经认识到，他们需要从追随者和复制者转变为创新者。他们关注诸多前沿项目，并推进了大学与企业的互动。以世界领先的无人机制造商大疆为代表，一些中国企业正在成为具体领域的技术领导者。一项研究指出：中国工业机器人的升级轨迹与中国手机行业的发展类似。起初，国内企业为国外品牌生产的高端手机，同时提供质量稍低但价格便宜得多的替代品；当国内企业积累了足够资源后，它们自己就能完成重大的技术突破，获得国际竞争力。因此，一些观点认为，得益于这种快速迭代的能力，中国在机器人技术方面至少与美国和欧洲相当，甚至可能领先。中国企业在机器人硬件方面很强大，尤其是在汽车领域。同时，中国企业似乎在二三线市场获得了最大的渗透率，至少在AMR和零售应用机器人方面是这样。
科研数据可用于评估创新能力，但仍存在重大局限性。学术出版不一定能转化为商业创新能力。同样，专利数据也不区分高价值专利和低价值专利。但通过数据，仍可以发现趋势，并获得一定信息。中国在机器人专利上处于世界领先地位。在2005年至2019年，专利申请数占全球的35%。相比之下，美国占13%。安全与新兴技术中心（CSET，隶属于乔治城大学的智库）的报告显示，中国的机器人专利中有92%来自大学，而美国仅为8%。公司专利比例，中国只有4%，美国则为82%。2005年至2019年间申请机器人专利的机构前20名中，没有美国机构，而中国机构有7个。当然，研究同时认为，中国的专利质量相对较低。中国在机器人相关学术出版，尤其是传感器/传感领域也占据领先地位。澳大利亚战略政策研究所（Australian Strategic Policy Institute）发现，被引用次数最多的机器人研究文章中，中国占27.9%，美国占24.6%。在机器人领域，美国的发表量更大，但中国的被引更多。产品方面，中国似乎有所落后。《机器人报告》（The Robot Report）杂志每年都会向全球最具创新性的50种机器人产品颁发创新奖。2022 年，只有3个来自中国，35个来自美国。2023 年，只有1个来自中国。杂志是美国杂志，可能带来一定影响，但巨大的差异值得关注。
虽然大多数中国机器人公司都是复制者，但其中也有许多表现出创新力和发展潜力。例如，清洁机器人制造商Narwal，2015年孵化后，在两个月内完成了两轮融资，投资者包括红杉、源码、高瓴和字节跳动。总部位于东莞的AgileX在五年前成立，一轮融资就筹集了超过1500万美元，投资者包括红杉、五源和淡马锡的子公司Vertex Ventures。中国科学院的机器人企业新松，是最早将AGV应用于汽车装配等实际生产场景的企业之一。中国工业机器人公司梅卡曼德已与包括安川电机、电装公司和川崎电器等日本领先公司建立了合作伙伴关系。
2020年，中国工业机器人制造商埃斯顿的研发投入占比为5.9%，高于瑞士公司ABB（4.2%）。同时，埃斯顿还完成了多项以研发为目标的海外并购交易。2017年，收购英国公司TRIO（运动控制器）和意大利公司Euclid Labs（视觉）20%的股份。另一家公司Leader Drive因其在“瓶颈”技术突破和机器人核心技术方面的成功受到中国电子科学研究院的称赞。该公司已与多所大学建立了长期合作伙伴关系，并在2017年至2019年参与了4个国家重点研发项目。科沃斯机器人成立1998年，总部位于中国江苏省苏州市，专业研发和制造家电机器人。业务涉及从芯片和传感器集成到数据和人工智能应用管理的整个价值链。目前已经在145个国家销售了超过2200万台机器人。自2006年以来，该公司每年投资开发20多种新的机器人产品。科沃斯在中国和海外拥有约1000名工程师和1200多项专利。2022年，该公司在研发方面投入了约7800万美元，占总支出的6.1%。该公司2021年营业收入为189亿美元，在全球扫地机器人行业排名第一，但只有36%的收入来自国外销售。纵观扫地机器人全球市场，美国领先的全球家庭服务机器人公司iRobot占据主导地位，科沃斯和石头科技正在迎头赶上。iRobot在北美、日本、欧洲、中东和非洲等全球扫地机器人主要消费市场的份额分别达到75%、76%、50%和53%，相比之下，科沃斯机器人在中国以外的全球市场份额仅为6%，这表明其产品在创新和质量方面可能落后于全球领导者。然而，科沃斯已经开始与外国公司合作开发产品。例如，2020年5月，科沃斯机器人与iRobot达成合作协议，iRobot将独家购买基于科沃斯机器人设计的扫地机器人产品，同时，iRobot将把其独家的Aeroforce技术和相关知识产权授权给科沃斯。同时，科沃斯还获得了政府奖项和各种支持总计不低于180万美元。石头科技成立于2014年，专门研发机器人扫地和拖地设备。该公司核心技术成员来自Microsoft、华为、英特尔、诺基亚等科技公司和美国先进机器人制造创新机构（ARM），至2022年底，其研发团队有493名员工，占公司员工总数的54.5%。2022年，公司研发投入为6800万美元。截至2022年底，公司共提交了3306项专利申请，其中1664项已获授权。已授权的专利中，有451项是发明专利。截至2023年底，公司已向世界知识产权组织（WIPO）提交了730项专利申请，向美国专利商标局（USPTO）提交了81项专利申请。利用中国市场的数据优势，石头科技不断优化迭代人工智能算法，以更快的速度推动进步。其商业表现在国际市场更为亮眼，2022年，公司境内营收占比47.5%，海外市场营收占比52.5%。2017年到2020年，iRobot的全球市场份额从63%下降到了46%，石头科技则从1%增长到了9%。同时，该公司的产品获得了2022年《时代》杂志最佳发明、IHA全球创新奖等各种奖项。埃斯顿于1993年在南京成立，从专注于机床数控系统发展成为中国工业机器人市场的主导力量。2022年，公司收入约为5.4亿美元，其中工业机器人业务约占66%。该业务主要在中国运营，只有三分之一营收来自国际活动，国际活动区域则主要在欧洲和东南亚。埃斯顿生产64种类型的工业机器人，包括通用六轴机器人、四轴码垛机器人、SCARA机器人和特定行业的定制机器人，工作载荷从3公斤到600公斤不等，以及20多个类别的标准化机器人工作单元。埃斯顿收购了许多外国公司来获得技术能力。例如，2016年，收购意大利公司Euclid 20%的股份，获得了用于机器人的3D视觉技术，使其产品转向智能机器人；2017年，收购全球十大运动控制器品牌之一的英国公司TRIO，获得了先进的多轴运动控制技术能力，实现了同时管理多个伺服系统、视觉系统和机械单元。2017年，向美国公司Barrett投资了900万美元，增强了其机器人的人机协作能力，并实现了学习、感知和反馈等智能功能。另外，它还收购了德国公司M.A.I，利用其产品和技术平台从中低端市场转向中高端市场。2020年，对焊接机器人领导者德国CLOOS公司32.5%股权的收购，使其迅速成为中国焊接机器人领域的领跑者。此外，埃斯顿还在意大利米兰建立了研发中心和制造工厂，与当地学术机构合作开展科研项目。然而，埃斯顿的规模和投入还远远不足。2022年，埃斯顿的日本同行，世界领先机器人制造商Fanuc财报收入57亿美元，净利润11.4亿美元。收入是埃斯顿的10倍以上，机器人业务的毛利率超过42%，明显高于埃斯顿的约20%。2020至2022年，Fanuc的研发投入占比分别为7.2%、9.6%和10.3%，2022年与埃斯顿相同。但十倍于埃斯顿的研发投入，雇佣的研发人员数仅为2100名，是埃斯顿的两倍左右。中国研发工资的购买力为其带来了一定优势。截至2023年底，Fanuc已申请专利9820件，获得授权4874件。从2014年到2020年，发那科的专利申请均匀分布在日本、中国、美国和欧洲。而埃斯顿的专利中，371项在中国大陆注册，其余190项为国际专利，主要在德国和东南亚。在美国专利商标局数据库中的搜索显示，埃斯顿在美国注册了12项专利。与埃斯顿的561项专利相比，Fanuc拥有更坚实的专利基础，这与其全球市场广泛影响力和研发投入分不开。新松机器人立于2000年，总部位于辽宁省，是隶属于中国科学院的上市科技公司，主要从事机器人技术和智能制造解决方案。主要产品包括工业机器人、运输器人、特种机器人等。最近在智能和自动化制造方面，利用了包括5G、人工智能、大数据、云计算和物联网等在内的新兴技术。其业务已扩展到全球市场，并在新加坡、泰国、马来西亚和德国等地建立了海外子公司。2022年海外销售占营业收入的18.6%。2022年，公司研发投资约为3.51亿RMB（4900万美元），同比增长约53%，占营收的约10%。值得注意的是，2022年时，该公司有2537名员工从事研发工作，约占公司员工总数的65%。同时，研发人员平均年薪仅为19314美元。当然，该公司很可能夸大了其雇用的研发人员的数量，数据显示，其61%的研发人员只有学士学位，很可能属于技术人员而非研发人员。
中美不同之处在于，美国政策通常忽视或贬低机器人技术，而中国已将争取机器人技术开发、生产和使用方面的全球领导地位作为政策重点，尤其是在工业领域。中国明白自己在机器人技术方面落后，且仍有贸易逆差，所以才设定了进军高端机器人的目标。其特别关注的技术包括：人形机器人、危险条件下取代工人的机器人，和高精度工业机器人。《中国机器人产业发展规划（2016-2020年）》为中国设定了目标：到2025年成为全球机器人技术创新策源地和集成应用高端制造集群中心，技术创新能力和国际竞争能力明显增强，产品性能和质量达到国际同类水平。政府还为机器人的使用设定了国家目标，列出了医疗保健，教育和能源等11个关键领域。并期待到2025年，将机器人使用扩大十倍。因此，许多省级政府为企业购买机器人提供了慷慨的补贴——尽管一些报告呈现的规模过大，令人难以理解。例如：2018年，广东省计划投资9430亿元人民币（约合1350亿美元）帮助企业进行“机器替代”。同样，安徽省政府表示将投资6000亿元人民币（约合860亿美元）补贴该省制造商的产业升级，包括机器人技术。按GDP计算，这一规模相当于美国投资4万亿美元。当然，这些数字可能有所夸大。波士顿咨询集团报告显示，落实的数字大约只有60亿美元的补贴。另外，中国还为设备投资提供税收优惠。总之，中国为机器人的采用提供了比其他任何国家都多的补贴。无论是单个机器人的补贴和总数。中国正在利用其国内市场优势，特别是国有企业的优势，尝试通过长时间逐步推进国内制造商进行更多的国内消费。其广泛推动的机器人生产本地化，还有一个目标就是保护经济安全，以应对外部冲击和与美国的地缘政治竞争。中国学习美国制造业体系，建立了一些公私合营的研究机构，但与美国不同，中国的机构、公司、研发参与者等各部门的活动都集中在一个地域。东莞机器人城和沈阳机器人制造集群是两个典型代表。中国还有一个优势：媒体、学者和政府官员不会像美国那样经常抱怨机器人抢走了工作。在中国，机器人被视为国家未来发展的关键。在美国，人们要么觉得它们是无产阶级的苦难，要么认为他们是“终结者”。从长远来看，在一个欢迎机器人的社会中，创新会比在一个妖魔化机器人的社会中更容易。如前所述，美国似乎在机器人创新方面表现良好，但在机器人生产方面却非常糟糕。这不是一个可持续的情况。事实上，许多先进技术的历史中都有这一情形的影子——美国进行创新，其他国家生产，最终大大降低了美国的创新能力。
美国商务部应该召集一个机器人产业咨询小组，就重建美国机器人产业向政府提供建议。其中一些肯定会要求我们重建大学的电气和机械工程课程，特别要关注培养美国毕业生。国会和政府需要扩大对机器人研究的资助，特别是在ARM领域，该领域目前已包含了120多个先进技术项目，包括新型工具，传感器和软件等。与此同时，我们需要能够扩大机器人技术规模的美国公司。尽管一些公司（如波士顿动力）正在努力，但我们需要更多。另外，要允许美国大公司收购规模较小的美国机器人公司，以提供与中国公司匹敌所需的耐心资本。因此，欧盟反垄断机构拒绝亚马逊收购iRobot的提议是一个重大错误。亚马逊并没有参与该领域的竞争，但亚马逊确实有资金支持iRobot与中国清洁机器人进行全球竞争。此外，国会应该制定机器人工厂税收减免政策，以鼓励国内外公司在美国建立机器人生产工厂。美国及其盟国应该禁止中国对其国内机器人公司的所有投资或收购。但是，如果对机器人技术的大部分需求都在美国以外，美国将无法恢复其机器人产业。因此，国会应该增加对美国国家标准与技术研究院（NIST）制造扩展伙伴关系（MEP）计划的资金，专门用于支持小型制造商采用机器人技术。它应该制定一项税法，奖励对设备的投资，最好是对新机器和设备实行投资税收减免。此外，更高的最低工资和更少的低技能移民将为公司提供更多的动力来安装机器人，而非雇佣更多低成本工人。最后，政策制定者需要管理不断抱怨机器人的反机器人群体，并为美国描绘一个机器人密集的愿景，展现机器人在提高生产力、提高安全性和提高生活质量方面的关键作用。*文章原刊于美国智库机构信息技术与创新基金会（ITIF）。
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