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隨著工業(yè)化程度的不斷加深，工業(yè)生產發(fā)展進步，人力成本以及人口結構的改變，勞動力短缺已經代替勞動力過剩，成了主要制造業(yè)國家面臨的主要矛盾。

  例如我國制造業(yè)的勞動力短缺，幾乎成為常態(tài)。但工業(yè)生產的某些特質決定了，提薪招工僅是權宜之計，大多數制造業(yè)的利潤空間不太可能支持薪資持續(xù)上漲，這也是制造業(yè)向低人力成本地區(qū)轉移的基本內在邏輯。

  無論是想降低人力成本，還是解決勞動力短缺，用機器人投入生產，成了制造業(yè)必然的選擇，是我國近年工業(yè)機器人行業(yè)繁榮的主要驅動力。

  從市場規(guī)?？矗M管中美貿易沖突對行業(yè)造成了一定沖擊，全球范圍內的工業(yè)機器人保有量仍在穩(wěn)步增長。根據IFR(世界機器人聯(lián)盟)數據顯示，2020年的全球工業(yè)機器人保有量為301.5萬臺，較2019年增長10.4%，在10年內增長超過160%(2011年為115.3萬臺)。

  中國是世界上最大的工業(yè)機器人市場。且增速遠超行業(yè)平均水平。根據IFR的統(tǒng)計，2020年中國機器人的年安裝量排名第一，達到16.8萬臺，超過了第2~15名的總和，是十年前的7倍有余(2.3萬臺)。

  中國的繁榮并非孤例，對工業(yè)機器人的旺盛需求，也出現在全球供應鏈的另一個重要制造業(yè)中心，美國。根據美國自動化促進協(xié)會(Association for Advancing Automation)的數據，2022年第一季度美國機器人訂單增長了40%，2021年整體增長了21%——這也是勞動力短缺持續(xù)惡化的結果。

  因此，工業(yè)機器人對未來制造業(yè)有著關鍵影響。本文將從產業(yè)鏈概況開始，解析關鍵環(huán)節(jié)，詳述我國工業(yè)機器人發(fā)展現狀、主要制約因素以及行業(yè)未來發(fā)展趨勢。

  工業(yè)機器人應用前景廣闊

  從機械結構來看，工業(yè)機器人主要包括垂直多關節(jié)機器人、SCARA機器人、協(xié)作機器人及DELTA機器人。

  工業(yè)機器人被設計為不同的形態(tài)，主要是為了適應不同應用場景。據相關機構統(tǒng)計，2020年我國工業(yè)機器人銷量中，上述四種類型的工業(yè)機器人占比分別為63%、30%、4%、3%。

  工業(yè)機器人從汽車工業(yè)起步然后滲透一般工業(yè)，2020年我國非汽車領域的應用占比超過70%。

  受勞動力成本提升、原材料價格波動等因素影響，制造業(yè)對快速生產和交付的自動化需求持續(xù)增加。在焊接行業(yè)，由于煙塵、弧光、金屬飛濺及工作環(huán)境等因素影響，行業(yè)面臨招工難、用工難、效率低、焊接質量不穩(wěn)定等問題，自動化需求更為迫切。

  工業(yè)機器人的產業(yè)鏈概況

  工業(yè)機器人主要職責是在生產線上進行搬運、碼垛、焊接、打磨、噴涂、組裝等，廣泛應用于汽車制造、3C電子、金屬加工、食品飲料、半導體等多個行業(yè)。工業(yè)機器人的研發(fā)、制造、應用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標志，被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。

  盡管相關研究起步于上世紀七十年代，但至今我國工業(yè)機器人的國產化率仍較低。尤其是占成本比例較大、且利潤較高的核心零部件，其高端化生產制造仍由在國外廠商掌握。

  工業(yè)機器人產業(yè)鏈

  工業(yè)機器人產業(yè)鏈上游是零部件，包括核心零部件和其它零部件;中游是本體制造，按照機械結構和運動方式的不同，可分為多種類型;下游是機器人系統(tǒng)集成，應用于不同行業(yè)場景。

  在工業(yè)機器人的成本構成中，本體制造僅占約22%，核心零部件占比超過70%。

  而在利潤方面，本體制造僅有15%，三大核心零部件的利潤率均高于此：減速器40%，伺服系統(tǒng)35%，控制器25%。

  若自下而上審視國產機器人產業(yè)，我們會發(fā)現，目前工業(yè)機器人下游應用端國產化率較高，但中上游則面臨明顯的卡脖子現狀。

  國內廠商在渠道、價格、服務等方面占優(yōu)，因此主要在系統(tǒng)集成領域展開競爭，實現工業(yè)機器人在特定場景的應用部署。截至2020年6月，MIR DATABANK數據庫共收錄9456家本土工業(yè)機器人系統(tǒng)集成商，占據了全國80%的集成市場。本土集成商在電子行業(yè)的競爭力較強，而在傳統(tǒng)的汽車制造領域競爭力較弱，呈現數量多，規(guī)模小的業(yè)態(tài)。

  中游的本體制造環(huán)節(jié)的國產化率很低，僅為27%。不過本體制造是一個比較復雜的話題，若聚焦在工業(yè)機器人領域，行業(yè)長期被”四大家族“(發(fā)那科、安川、ABB、庫卡)把持，國內僅有少數廠商可勉強跟隨。但若把目光放在更宏觀的機器人本體制造，在移動機器人(AGV/AMR)、協(xié)作機器人等領域，近年來本土廠商的競爭力不錯，機器人本體制造的國產化率可觀。

  在上游環(huán)節(jié)，減速器、伺服系統(tǒng)、控制器此三種的最核心的零部件，國產化率僅為36.53%、24.50%、31.20%。相較于復雜的中游制造環(huán)節(jié)，核心零部件的邏輯更為簡單直接——無論其它環(huán)節(jié)業(yè)態(tài)如何，該環(huán)節(jié)的需求永遠存在，是整個機器人工業(yè)的基石。若能實現上游零部件的國產化替代，不僅能解決供應鏈安全問題，也能顯著降低工業(yè)機器人的應用成本，并縮短拿貨周期，進一步推動工業(yè)機器人的應用，提升智能制造水平。

  工業(yè)機器人核心零部件

  工業(yè)機器人核心零部件包括控制器、減速器、伺服系統(tǒng)。此三個裝置，決定了工業(yè)機器人能夠實現自動化的精密運動，在一些生產環(huán)節(jié)中代替人力。這也意味著其質量對最終產品的性能有著決定性影響，是國產化進程的主攻方向。

  控制器

  控制器是決定機器人功能和性能的主要部分相當于大腦，能控制機器人在工作空間中的位置、姿態(tài)、軌跡、操作順序、運動時間等。

  控制器主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分是工業(yè)控制板卡，包括主控單元和部分信號處理電路。軟件部分主要包括底層操作系統(tǒng)、控制算法、二次擴展開發(fā)等。

  控制器接收來自傳感器的檢測信號，根據操作任務要求，經過算法計算后發(fā)出指令信息，驅動機器人關節(jié)中的各個電機轉動，從而實現對機器人的精密控制。

  控制系統(tǒng)的基本功能包括記憶、示教、坐標設置、與外圍設備聯(lián)系、位置伺服、故障診斷及安全保護等等。

  伺服系統(tǒng)

  伺服系統(tǒng)是機器人的動力系統(tǒng)，相當于“心臟”。伺服系統(tǒng)接收來自控制器的信息，并轉換成轉矩和轉速以驅動控制對象。

  伺服系統(tǒng)由伺服驅動器、伺服電機、編碼器三部分組成。伺服驅動器將從控制器接收到的信息分解為單個自由度系統(tǒng)能夠執(zhí)行的命令，傳遞給伺服電機;伺服電機再將收到的電信號轉化為轉速和轉矩，驅動控制對象;編碼器將電機的編碼信號反饋給控制器，很大程度上決定了伺服系統(tǒng)的精度。

  當前，工業(yè)機器人的伺服系統(tǒng)主要是電氣伺服系統(tǒng)中的交流伺服系統(tǒng)。按照功率大小，可以分為小型/中型/大型伺服系統(tǒng)。

  減速器

  減速器是控制機器人運動的核心部件，相當于“關節(jié)”。減速器是鏈接伺服系統(tǒng)和末端執(zhí)行器的中間裝置，能夠降低轉速、增大轉矩，從而驅動“關節(jié)”運動。

  減速器通過齒輪的嚙合，將電機的轉速減速到機器人各“關節(jié)”運動實際需要的轉速，并輸出更大的轉矩，驅動“關節(jié)”運動。

  工業(yè)機器人中的減速器主要是諧波減速器和RV減速器兩類。

  根據GB/T 34897-2017《滾動軸承工業(yè)機器人RV減速器用精密軸承》定義，RV減速器是傳統(tǒng)擺線針輪和行星齒輪傳動裝置的混合。RV減速器由多個高密度軸承和齒輪組成，應用于重載機器人的全部關節(jié)，以及輕載機器人的部分關節(jié)，類似于“大臂”“肩膀”等位置。

  根據GB/T 30819-2014《機器人用諧波齒輪減速器》定義，諧波減速器由波發(fā)生器、柔輪、鋼輪三部分構成。諧波減速器結構簡單，一般應用于輕載機器人的部分關節(jié)中，類似于“前臂”“手腕”等位置。

  換道超車，國產替代加速

  目前汽車行業(yè)仍為國內外工業(yè)機器人供應商下游主要的應用領域;其中海外品牌下游主要應用于汽車整車，國內品牌主要提供沖壓、焊接、噴涂、包裝等汽車行業(yè)細分領域的機器人產品。

  埃斯頓焊接技術優(yōu)勢顯著，2020 年完成了對領先的焊接企業(yè)Cloos 的并購重組，目前公司壓焊技術已超過部分海外品牌，細分領域龍頭初現;埃夫特噴涂技術優(yōu)勢明顯，公司先后在境外收購噴涂機器人制造及系統(tǒng)集成商 CMA、通用工業(yè)機器人系統(tǒng)集成商 EVOLUT，機器人噴涂技術加速提升。

  2021 年，埃斯頓發(fā)布了與河南駿通車輛有限公司簽署機器人銷售合同的訂單，標志著公司在專用車輛整車制造的領域獲得規(guī)模性訂單。我們認為，隨著下游制造業(yè)需求的逐步回暖，工業(yè)機器人行業(yè)景氣度有望持續(xù)提升，汽車行業(yè)作為下游主要的應用領域，市場空間廣闊。

  埃斯頓規(guī)模性標桿項目的建立打開了國產工業(yè)機器人供應商在整車制造領域的市場空間，隨著國內供應商技術水平不斷提升、項目經驗逐漸豐富，國內品牌在汽車行業(yè)的滲透率有望持續(xù)提升，國產替代加速。

  截至 2020 年，國內非汽車領域的工業(yè)機器人應用占比已由 2010 年的約 50%提升至 70%+，呈逐步遞增趨勢。其中 3C 領域的應用超過 30%，金屬制造領域的應用超過 12%，鋰電、食品領域的應用均超過 5%。隨著 5G、新能源等領域的快速發(fā)展，工業(yè)機器人下游新的應用場景持續(xù)擴展;此外，隨著機器人技術不斷進步以及使用機器人帶來的經濟性的提升，工業(yè)機器人在金屬制造、食品飲料等生命周期相對較短的行業(yè)的應用也在持續(xù)增加。

  目前國內工業(yè)機器人供應商在中低端市場地位穩(wěn)固，海外工業(yè)機器人供應商主要集中在高端市場，因此海外品牌在汽車整車和倉儲物流行業(yè)中市場份額較大，而國內品牌在以中低端市場為主和技術難度相對較低的汽車電子、汽車零部件、金屬加工等行業(yè)中市場份額較大;其他行業(yè)中，如食品飲料、醫(yī)療用品等行業(yè)，由于定制化程度高，價值量相較于汽車行業(yè)低，外資品牌難以全面顧及，因此主要由國內工業(yè)機器人供應商所覆蓋。

  隨著工業(yè)機器人下游應用領域的逐步拓寬，國內工業(yè)機器人增量市場空間廣闊，國內工業(yè)機器人企業(yè)有望憑借自身優(yōu)勢逐步實現換道超車。

  在對國內外工業(yè)機器人進行精度比較時，一般采用埃斯頓負載分類標準：小負載(0-30kg)、中負載(30-100kg)、大負載(100-350kg)和超大負載(>350kg)。

  在小負載焊接領域，國產工業(yè)機器人的重復定位精度、臂展距離與“四大家族”產品相近，但在最大速度上仍與海外品牌存在一定差距。重復定位精度方面，國內主要供應商的小負載焊接機器人可達 0.05-0.08mm，與海外四大家族工業(yè)機器人(0.05-0.08mm)大體相當;臂展方面，國內主要供應商的小負載焊接機器人最大工作距離可達 1400mm 以上，與海外品牌平齊;最大速度方面，國內主要供應商的小負載焊接機器人達 125-175mm，相比海外品牌相比仍有一定進步空間(180-260mm)。

  中小負載折彎領域，國產機器人重復定位精度、臂展距離以及最大速度參數與“四大家族”產品接近。國內主要供應商的中小負載焊接機器人重復定位精度約為 0.03-0.1mm，接近四大家族產品精度(0.04-0.07mm); 臂展方面，國內主要供應商的中小負載焊接機器人最大工作距離能達到 2500mm 以上，與四大家族差距較小(2600mm);最大速度方面，國內主要供應商的中小負載焊接機器人達 110-175mm，與四大家族基本一致(110-170mm)。

  在大負載沖壓機器人領域，國產機型精度已經與部分海外四大家族產品精度相當。國內工業(yè)機器人龍頭的重復定位精度為 0.2mm，與四大家族部分產品已基本相同(均達 0.2mm)，然而相比四大家族中部分精度達 0.03-0.05mm 的產品仍有一定的提升空間。在小負載沖壓領域，埃夫特于 2017 年推出重復定位精度達 0.07mm 的沖壓機器人，國產工業(yè)機器人正不斷向高精度沖壓領域發(fā)展。

  綜合來看目前國產工業(yè)機器人的加工精度與四大家族的差距逐步縮小，部分精度仍有一定的進步空間。隨著國內工業(yè)機器人供應商不斷通過“自主研發(fā)+外延并購”完善技術體系，國產工業(yè)機器人的加工精度將持續(xù)優(yōu)化，在國產替代趨勢下有望加速追趕海外工業(yè)機器人品牌。

  2020 年，四大家族在國內機器人售價高于同類型國產工業(yè)機器人售價約 40%以上。目前國產工業(yè)機器人整體規(guī)模仍較小，未來隨著行業(yè)的快速發(fā)展以及國產品牌滲透率的持續(xù)提升，國內供應商規(guī)模優(yōu)勢將逐步體現，成本端仍有下降空間。

  中長期來看，國產工業(yè)機器人可提升的市場份額仍然較大，在部分細分賽道優(yōu)勢明顯。國產品牌的主要優(yōu)勢包括：

  1)本土化優(yōu)勢：國產工業(yè)機器人供應商在國內擁有完善的營銷網絡和售后服務體系，客戶享有更高效、便捷的服務;

  2)成本控制優(yōu)勢：海外供應商在進口關稅和經銷商布局等方面成本仍較高;此外，國內品牌逐漸形成規(guī)模效應后，對上游議價能力增強，成本控制能力有望進一步提升;

  3)全產業(yè)鏈優(yōu)勢：國內工業(yè)機器人供應商不斷通過“自主研發(fā)+外延并購”完善技術體系、提升核心零部件自制率，逐步形成全產業(yè)鏈優(yōu)勢。

  綜合來看，受益于下游制造業(yè)升級，疊加新興應用領域打開市場空間，工業(yè)機器人行業(yè)景氣度持續(xù)提升;國內工業(yè)機器人企業(yè)與海外巨頭錯位競爭，同時發(fā)揮自身價格、成本控制、本土化以及全產業(yè)鏈等優(yōu)勢，加速進行國產替代。

  工業(yè)機器人行業(yè)趨勢預測

  1、工業(yè)機器人市場預測

  預計2022年疫情的影響將逐漸消退，市場的需求更多呈現結構性分化態(tài)勢，依然堅持整體無“爆發(fā)”可能性的判斷，預計中國工業(yè)機器人市場全年銷量增速15%-20%左右，國產化率穩(wěn)步提升，2022年有望超41%。

  2、國家政策支持機器人產業(yè)發(fā)展

  12月28日，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委、科技部等15部門正式印發(fā)《“十四五”機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，“十四五”期間，將推動一批機器人核心技術和高端產品取得突破，整機綜合指標達到國際先進水平，關鍵零部件性能和可靠性達到國際同類產品水平;機器人產業(yè)營業(yè)收入年均增速超過20%;形成一批具有國際競爭力的領軍企業(yè)及一大批創(chuàng)新能力強、成長性好的專精特新“小巨人”企業(yè)，建成3到5個有國際影響力的產業(yè)集群;制造業(yè)機器人密度實現翻番。

  3、工業(yè)機器人共融為未來技術突破要點

  目前我國工業(yè)機器人主要在結構化環(huán)境匯總執(zhí)行確定性任務，在復雜動態(tài)環(huán)境中作業(yè)的情況并不足夠靈活，主要是因為工業(yè)機器人在與環(huán)境的共融、與其他機器人之間協(xié)同方面感知能力較弱。隨著傳統(tǒng)工業(yè)機器人在機器視覺、智能傳感與云技術等技術的發(fā)展下，未來工業(yè)機器人將更智能化，柔性化，即由傳統(tǒng)機器人向共融機器人優(yōu)化。

  4、工業(yè)機器人產品幅度提升

  1、多關節(jié)機器人：中大負載(≥20kg)產品開始放量，搬運及拆碼垛應用需求將延續(xù)增長態(tài)勢，尤其是搭載3D視覺的占比將大幅提升。

  2、協(xié)作機器人：國產的市場地位進一步鞏固，同時，協(xié)作機器人的產品形態(tài)將持續(xù)豐富，涵蓋從負載、臂展、軸數、力控、傳感器等多個維度的創(chuàng)新將持續(xù)發(fā)生，不可避免的是國產廠商之間的競爭也將進入白熱化階段，此外，越來越多的國產廠商在海外市場將有質的突破。

  3、SCARA機器人：SCARA的主賽道開始從原來的3C行業(yè)開始轉變?yōu)?C行業(yè)與新能源行業(yè)，并且，GGII認為，市場格局的更大變數會來自于新能源行業(yè)，3C行業(yè)既有的優(yōu)勢或難以直接復制到新能源行業(yè)，其間對于具備高負載能力、高性價比與定制化開發(fā)能力的玩家將形成利好。

  4、并聯(lián)機器人：2022年中國市場銷量有望破萬臺，其中國產占比超過75%。

  5、機器視覺(主要指3D視覺)：入局者持續(xù)增加，領域熱度延續(xù)，大部分廠商還處于投入期，個別廠商的開始在細分領域形成優(yōu)勢與標簽，如拆碼垛、物流揀選、汽車檢測等，準頭部效應顯現。同時，機器視覺真正進入算法時代，軟件算法的能力(或通用性)或將是各家廠商著力提升和補足的板塊之一。

  5、工業(yè)機器人在醫(yī)療領域的應用潛力有待挖掘

  目前工業(yè)機器人主要應用于汽車行業(yè)，隨著汽車行業(yè)工業(yè)機器人應用的飽和，工業(yè)機器人的應用正在向其他領域逐步拓展。在疫情驅動下部分工業(yè)機器人廠商隨即布局醫(yī)療領域的工業(yè)機器人，例如利用工業(yè)機器人組裝醫(yī)用注射器或或用于填充和關閉小瓶等。

  6、多行業(yè)拉動工業(yè)機器人市場發(fā)展

  隨著經濟的發(fā)展，越來越多的行業(yè)開始使用工業(yè)機器人，一同拉動工業(yè)機器人的發(fā)展，使其擺脫了過度依賴單一產業(yè)的局面。第一、新能源的爆發(fā)成為工業(yè)機器人發(fā)展的重要動力。第二、電子行業(yè)投資旺盛，將為工業(yè)機器人的增長提供持續(xù)動力。第三、受疫情的影響，還有不少行業(yè)在加快機器換人的速度，比如金屬加工、醫(yī)療用品、食品飲料、家用電器等。

  現如今制造業(yè)產業(yè)升級已是大勢所趨，工業(yè)機器人替代效應愈發(fā)明顯，各行各業(yè)“機器換人”幾乎勢在必行，讓整個工業(yè)機器人市場呈現多元化持續(xù)擴張的趨勢，同時推動著我國工業(yè)機器人市場規(guī)模快速增長，未來十年，或許不僅僅只是擴大十倍。