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2016年中国服务机器人行业发展现状分析(图)

2017年02月24日 13:33:29字号:T|T

    按照国际机器人联盟(IFR)的分类,机器人一般分为工业机器人和服务机器人,工业机器人一般用于制造业生产环境,而服务机器人一般用于生活等非制造业环境。作为全球机器人行业重要的细分领域,服务机器人技术近年来取得了长足的进步和发展,在家庭、教育、公共服务、医疗等领域实现了一系列突破性应用,为人类生产力的进一步提升奠定了基础,有望成为继工业革命和信息技术革命后引领人类社会实现跨越式发展的人工智能革命的核心载体。根据麦肯锡全球研究院(McKinsey Global Institute)的预测,到2025 年,全球机器人应用每年将产生1.7 至4.5 万亿美元的经济影响,其中服务机器人每年将产生1.1 至3.3 万亿美元的经济影响,占比70%左右。

    服务机器人与工业机器人的明显区别在于,工业机器人的工作环境都是已知的,而服务机器人所面临的工作环境绝大多数都是未知的。因此,在技术性能方面,相比工业机器人对运行精确度的重视,服务机器人更侧重于对环境的感知能力和人机交互能力。

    相应地,服务机器人在硬件方面,对传感器及其相关的电子元器件性能要求较高;软件方面,则依赖于人工智能技术的发展。

    (1)人工智能技术发展对服务机器人行业的影响

    人工智能技术的不断进步极大地促进了机器人行业的飞速发展。人工智能(Artificial Intelligence)简称AI,其本质是对人的意识、思维的信息过程的模拟。近三十年来,随着核心算法的不断改进,人工智能获得了迅速的发展,基于人工智能技术的各种产品如雨后春笋般出现。

    人工智能产业大致可分为基础层、技术层和应用层等三个层次。其中,基础层是底层,硬件基础是芯片和传感器,软件基础是计算平台(云计算)和大数据;技术层是以机器学习、视觉识别、自然语言处理等为代表的感知智能和认知智能等各类智能算法;应用层是人工智能在各个行业的软硬件应用。

    基础层的云计算、大数据等因素逐渐发展成熟,催化了人工智能的进步。从软件时代到互联网,再到如今的大数据时代,数据的量和复杂性都经历了从量到质的改变。移动互联网、物联网等技术的发展积累了以往难以想象的海量的数据资源,尤其是在某一细分领域更深度的、逻辑化的数据,而这些都是训练某一领域智能的前提,为“机器学习”奠定了良好的数据基础。另一方面,云计算功能使得人工智能系统的运行具有“雪球效应”,即大数据的使用者越多,数据库就越强大,云的功能就越强大,从而系统的运行就越优良。良好的大数据基础促进了以深度学习为代表的人工智能技术取得突飞猛进的进展。

    在人工智能的技术层,当前的各类人工智能算法主要是利用深度神经网络等算法来模拟人脑的思考方式,其应用范围主要包括语音识别、图像识别、语义理解、预测规划和智能控制等。深度学习带来的算法上的突破引发了人工智能的浪潮,使得复杂任务分类的准确率大幅提升,从而推动计算机视觉、机器学习、语音识别/智能语音等技术的快速发展。

    位于人工智能产业应用层的机器人则是人工智能得以应用于多样化领域的重要载体。作为一种重要的智能硬件,随着计算机视觉、机器学习、智能语音等多种智能算法技术的进步,机器人行业也将实现飞速的发展。短期来看,人工智能技术助力于制造业中自动化与柔性化生产的推行,从而促进工业机器人在高端制造业领域的广泛应用;长期来看,未来人工智能最大的应用市场将出现在在服务机器人领域,面对远比当前工业生产复杂的环境,服务机器人对人工智能技术的要求更高更全面,市场空间更加巨大。

    由于服务机器人需要在复杂多变、不确定或不受控制的环境下自主运行,必须具备对周遭环境和事物高效的识别、感知、理解、判断及行动能力;而且,随着服务机器人应用领域日益扩展,与人类的互动将更为频繁,服务机器人的发展依赖于控制系统、计算机视觉、语音识别以及语义理解等技术的发展。当前控制系统、计算机视觉以及语音识别技术逐渐成熟,语义理解在专业领域的准确率也有较大保证,使得单一领域的服务机器人具备了商用条件。随着深度学习算法以及计算机视觉、机器学习、智能语音等多种智能算法的应用,服务机器人的机器视觉、人机交互能力以及基于大数据的机器学习能力等方面的人工智能水平也将呈现质的飞跃,甚至具有“人格化”的特征。

    (2)物联网及相关技术的发展对服务机器人行业的影响

    从自身使用功能的角度,传统意义上服务机器人所发挥的作用主要体现于两个方面:一是人工替代,将人类从繁琐而重复的简单劳动中解放出来;二是功能延伸,即实现人类本身不可能完成的功能,类似于新工具的产生。除了通过人工替代和功能延伸等方式创造直接经济价值之外,服务机器人正逐步成为物联网(IoT)的重要组成部分和信息承载主体。近年来,随着成本和使用费用的显著下降,高速互联网、传感器和半导体芯片的普及率大幅提高,推动了联网设备(Connected Devices)的高速发展,联网设备规模不断扩大。根据预测,截至2020 年,全球联网设备数量将多达500 亿
台。

全球联网设备规模增长情况(单位:亿个)

资料来源:公开资料整理

    联网设备数量不断增加的同时,相关计算及通信技术与庞大的硬件基础逐渐融合,形成了物联网生态系统;硬件、软件、网络通信等多个领域、各项技术的协同发展,促进着物联网生态系统的不断完善。其中,硬件领域的技术发展方向主要集中在传感器、芯片等核心零部件的微型化、集成化和功能的高效化;软件技术发展则主要体现为各类智能算法的不断优化,使机器人等硬件设备变得更加“聪明”,可通过传感器搜集数据、进行计算分析并获取最优解,进而逐渐具备“机器学习”的能力。在相关软硬件领域不断取得突破,推动人工智能技术逐渐发展成熟的同时,网络通信技术的发展,将使新一代的网络具备更快的运行速度、更强的通信能力和更低的能耗。

    现阶段作为物联网生态系统信息交换中枢的主要是智能手机,联网设备主要是通过与用户智能手机应用程序互联的方式进行信息收集和交互。智能手机作为物联网系统遥控枢纽的载体,能够满足用户随时随地对联网设备实施远程控制的诉求,但是以智能手机为中枢的交互模式不足之处在于设备间缺乏有机的整体联系,难以实现协同效应;并且几乎所有设备都不具备对用户所处整体环境的认知和识别能力。简言之,联网的硬件设备智能化程度均不具备足以协同运作的“自主性”,仍十分依赖于用户的远程遥控,因而制约了物联网生态系统运行的效率。

    与智能手机相比,服务机器人作为复杂多变环境下可移动、可感知、可识别和可判断的智能设备,有望成为更为有效的信息交换中枢,能够充分利用其在环境理解、信息收集和分析上的优势,借助互联网和云,为其他联网设备提供随时、随地的信息输入,更可运用人工智能技术进一步代替用户对其它联网设备进行自主操控,促进所有互联设备的高效整合,为用户提供有价值的智能服务。为满足人们日益增长的智能化生活服务的诉求,随着人工智能等相关技术的不断进步,服务机器人终将成为物联网中连接人与其它设备的中枢。

    随着物联网的兴起,物联网生态系统、云计算、大数据正在成为服务机器人行业发展的核心驱动因素。物联网运行过程中所产生的海量数据构成了云计算的基础,而云计算的不断发展,将使服务机器人所使用的软件系统由目前的嵌入式计算系统逐渐演变成为信息物理系统(CPS)。信息物理系统是集成计算、通信与控制于一体的下一代智能系统,注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调,将实现数据世界与物理世界的交互,在物联网和服务机器人的发展过程中有着深远的影响。具体而言,通过物联网技术的运用,信息物理系统将把与当前嵌入式系统相对应的机器人机载计算功能移动到云端;一方面使得服务机器人通过开放性的互联网与包括家电在内的其他硬件设备之间、机器人与机器人之间实现通信与互联;另一方面可以使机器人通过过去的经验数据进行学习,并具备更强的环境适应能力。与传统的机器人相比,基于云平台的服务机器人产品将实现从单一个体向接入云端过渡;将真正成为物联网中连接人与其它设备的中枢,并在成本、性能、用户体验等方面实现质的飞跃。

资料来源:公开资料整理

    受益于人工智能与物联网等领域的发展,长期来看,服务机器人有望成为继电脑、智能手机之后的新一代智能终端,与当前的智能手机相比,服务机器人将具备通过云端同其他物联网设备互通和互相操作的能力(interoperability),从而成为真正具有自动或者自主功能的平台。

    (3)服务机器人行业发展情况分析

    机器人是未来各国经济发展的有力支柱之一,各国均不断提高对机器人产业的重视程度,将机器人技术上升至国家战略层面。近年来全球主要发达国家纷纷出台政策支持机器人技术的发展,并制定技术发展路线图。

    2013 年3 月,美国发布了“Robot Map-From Internet to Robotics”,预测机器人将影响人类生活和经济社会发展的各个方面,将机器人定位于与上世纪互联网同等重要的地位,并把机器人技术列为美国实现制造业变革、促进经济发展的核心技术。2014 年6月,欧盟启动了全球最大民用机器人研发计划“SPARC”,计划到2020 年投入28 亿欧元,机器人在制造业、农业、健康、交通、安全和家庭等领域的应用都将被纳入该计划。

    随着老龄化不断加剧,近年来日本将研发和生产的重点从工业机器人转向能够护理病人、料理家务、陪伴老人的家庭服务机器人。2013 年,日本政府拨款23.9 亿日元,帮助24 家企业开发和推广护理机器人。2014 年8 月,日本新能源及产业技术综合开发机构(NEDO)公布了《机器人白皮书》,提议充分利用机器人技术解决人口减少问题等社会课题。日本还计划至2020 年,实现产业机器人市场规模翻番,扩大至1.2 万亿日元,主要增量将集中在服务机器人。

    我国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》把服务机器人列为未来15 年重点发展的前沿技术,并于2012 年制定了《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》支持行业发展。2015 年8 月,国务院发布了强化高端制造业的国家战略规划《中国制造2025》,所列示的重要产品中,对于服务机器人做出发展规划:“重点开发养老助残、家政服务、社会公共服务、教育娱乐等消费服务领域机器人;重点开发医疗康复机器人、空间机器人、救援机器人、能源安全机器人、无人机等特种机器人”。

    随着人工智能和物联网技术的不断发展,作为一种智能硬件,服务机器人产品将通过与软件加深融合的方式对传统设备进行智能化改造,不断实现更为强大的功能和更为丰富的应用场景;作为物联网生态系统中的信息交换中枢,服务机器人还将借助互联网和云为其他联网设备提供随时、随地的信息输入,并通过人工智能技术进一步代替用户对其它联网设备进行自主操控,为用户提供智能化服务,市场前景十分广阔。据IFR 统计,2014 年全球服务机器人市场规模约为59.7 亿美元,2010-2014 年均复合增长率10.8%。根据IFR 官网公布的信息,2015 年度全球服务机器人销售额已达68 亿美元,预计2015-2018 年全球服务机器人市场总规模约394 亿美元,四年年均复合增长率21.07%。

全球服务机器人销售额(单位:亿美元)

资料来源:公开资料整理

    我国服务机器人产业起步较晚,目前仍处于起步阶段,发展较为迅速。根据《中国服务机器人市场现状调研与发展前景分析报告(2015-2020 年)》中的数据,2014 年我国服务机器人销售额45.56 亿元,同比增长34%。服务机器人的消费市场分布地区主要集中在经济较为发达的环渤海(27.3%)及长三角(29.6%)、珠三角地区(32.7%),而中部地区(8.9%)和西部地区(1.5%)应用较少。由于全球范围内的服务机器人行业发展起步较晚,目前比较大的服务机器人公司产业化历史也多在5-10 年,大量公司仍处于前期研发阶段,在时间上客观给予了中国公司缩小差距的机会。同时,服务机器人更靠近消费端,市场空间非常广阔;在人口老龄化加剧以及劳动力成本急剧上升等刚性因素的驱动下,我国的服务机器人产业面临较大的机遇和发展空间。

    (4)家庭服务机器人行业发展情况分析

    各类服务机器人的主要应用领域如下:

资料来源:公开资料整理

    1)全球家庭服务机器人行业发展现状

    家庭服务机器人是服务机器人行业中发展最为迅速的领域之一。2015 年全球家庭服务机器人总销售额为22 亿美元,同比增长16%。据IFR 预计,2015-2018 年全球家庭服务机器人四年年均复合增长率35.24%,显著高于服务机器人的预期复合增长率。

全球家庭服务机器人销售额(单位:亿美元)

资料来源:公开资料整理

    目前家务机器人在家用服务机器人销售量中占据着主要部分,根据Technavio 的研究报告,2013 年全球家庭服务机器人总销售量中,家务机器人约占69%,预计2018 年家务机器人销售量占家庭服务机器人的比重将达到75%。扫地机器人(又称“机器人吸尘器”或“地板清洁类机器人”)是目前家务机器人中的主导品类,根据IFR 的数据,2013 年家务机器人销量中约96%以上为扫地机器人。扫地机器人成功选取了地面清洁的应用场景,主要有吸尘、扫地、擦地等功能,满足了地面清洁智能化的用户需求,实现了较好的功能体验。与其他类型家庭服务机器人相比,扫地机器人具有生产技术相对成熟、技术可实现性强、需求量大等特点,目前在全球范围内已进入大规模量产阶段,极大地推动了家庭服务机器人总销售额的迅速增长。

    2)我国家庭服务机器人行业发展现状

    由于我国服务机器人产业起步较晚,且城市化水平以及城乡居民消费能力基数不高,加之消费观念的影响,我国家庭清洁大部分还是采用传统的人工清洁方式或普通吸尘器设备,以扫地机器人为代表的家庭服务机器人目前在中国市场的渗透率较低。根据德国GFK 统计数据,我国家庭服务机器人在沿海城市的产品渗透率仅为5%,内地城市仅为0.4%,与发达国家相比仍有较大差距。

    在居民可支配收入持续增长、城市化、技术进步等积极因素的推动下,我国服务机器人市场呈现出“起步晚、空间大”的特点。具体而言,随着人们购买力的逐渐提升,以及80/90 一代逐渐成为消费的主力军,我国居民的消费观念也正在发生潜移默化的变化,具体表现为对服务机器人等智能化产品的需求明显增强;与此同时,城市化进程带来的快节奏的生活导致人们家务劳作时间减少,对家务机器人的刚性需求也随之显现;而技术进步使得服务机器人的智能化程度迅速提高,进而能够更好地满足消费者家居智能化的需求痛点。在技术方面,移动互联时代的到来,使人们以智能手机作为移动终端实现了对家庭服务机器人等智能硬件的远程遥控,显著提升了人们对于智能化产品的用户体验,从而将家庭服务机器人行业的发展与物联网和智能家居生活紧密联系在了一起。上述多种因素的综合作用使得近年来我国家庭服务机器人市场需求呈现迅猛增长的态势。以扫地机器人为例,根据中怡康测算,2013 年、2014 年我国机器人吸尘器销售额分别约为8 亿元、15 亿元,而截至2015 年机器人吸尘器年销售额已经近28 亿元,销售量207 万台;中怡康预计,2017-2020 年我国机器人吸尘器市场的零售额有望保持20%的复合增长率。

资料来源:公开资料整理

    在销售规模迅猛增长的同时,随着网络环境的不断完善以及智能设备的进一步普及,我国互联网用户群体不断扩大,互联网用户群体与扫地机器人等智能家电潜在消费者群体的高度重合,使得线上市场逐渐成为我国扫地机器人产品的主要销售途径。据中怡康测算,2015 年我国机器人吸尘器的线上/线下零售额分别为23 亿元和5 亿元,预计2016 年线上/线下零售额将分别实现38 亿元和6 亿元。

    3)家庭服务机器人行业未来发展趋势

    作为一种重要的智能硬件,家庭服务机器人将在未来的智能家居系统中发挥着日益核心的作用。智能家居的应用宗旨在于:让人们的生活更加便捷、安全、舒适,可提供一个集服务、管理于一体的居住环境,这与用户对于家庭服务机器人产品的基本诉求是一致的。在人工智能和物联网技术的促进下,包括家庭服务机器人在内的硬件的智能化和联网化是智能家居系统发展的方向。所谓智能化,就是以用户端越来越少的输入,产品自发地感知和满足用户越来越多的需求,而全面智能化则以联网化为前提。

    从目前的发展情况来看,智能家居系统的技术突破大致遵循如下的路径:在现阶段主要是实现特定功能的单品的智能化升级,操作不断简单化,将用户体验提升到极致,并实现单品系统的智能联网和远程控制;从长远来看,智能家居最终会走向集中控制,形成完整、统一的生态运行系统,其标志是硬件的高度智能化以及统一运行平台的形成。

    随着物联网和云计算等技术的日益成熟、用户行为大数据的不断积累以及环境识别、智能语音、人脸识别等人机交互技术的不断进步,作为当前智能化程度最高的智能家居硬件产品,家庭服务机器人将能够更准确地理解用户的需求和意图,并自主性地进行满足人类需求的反馈,显著提升用户的操控体验,是十分理想的家居智能应用控制平台。

    目前市场上的家庭服务机器人产品主要是扫地机器人为代表的家务机器人,实现了在地面清洁等特定功能的智能化,更多地表现出“工具型”的特点。在此基础上,随着物联网、大数据、云计算等技术的发展,旨在充当“智能家居控制平台”、连接住户与各类家电的管家机器人产品也已经逐渐走向市场。

    长期来看,随着家庭服务机器人在相关技术方向上取得突破,在人机交互、万物互联等方面的智能化程度将出现质的提升,其“管家功能”也将在现有基础上得到不断的改进与强化。家庭服务机器人未来有望成为继电脑、手机之后的新一代智能终端,即家庭智能终端的入口,通过家电互联、远程控制等技术实现家庭物联网,形成“智能家居-机器人-住户”的生态圈。在这一过程中,家庭服务机器人作为连接住户与各类家电的智能家居的控制平台,将彻底实现由“工具型”向“管家型”的转变。

    (5)商用服务机器人行业概况

    商用服务机器人是一部分家庭服务机器人制造商针对商用服务领域的应用场景,据相关行业的特定需求所开发出的一类服务机器人产品,所面对的下游市场由个人消费者变为了企业用户。在技术及硬件层面,商用服务机器人与家用服务机器人存在较多相通之处,但是其在机器视觉及语音识别等领域的技术含量普遍高于一般的家务机器人。目前,我国的商用服务机器人市场尚处于导入期,市场需求主要出现在银行、餐厅、企业、大型卖场、专卖店等领域,以满足上述应用场景吸引顾客流量、降低运营成本、规范化管理等诉求。随着服务机器人技术的进步,商用服务机器人功能将日益强大,其商业价值将在更多的应用领域逐渐显现出来。

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