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3S MARKET

2019年5月22日 星期三


BBC Documentary - Hyper Evolution : Rise Of The Robots 

科寶電子官網 www.cop-security.com

來源: 机器人库

全球工業機器人年銷量,由 2001 年的 7.8 萬台,成長至 2016 年的 29.4 萬台,增幅 277%,近 6 年來(2010-2016),CAGR 達 16%,行業呈現出加速發展的趨勢。預計 2020 年全球功能工業機器人銷售量,將接近 50.9 萬台。

1、多因素助推對岸中國工業機器人發展加速
1.1產業升級,對岸的國家政策扶持增加行業確定性
近年中國關於發展智慧製造,及工業機器人行業的主要政策:

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1.2 工業機器人和人工成本剪刀差擴大,「機器換人」轉捩點到來
從 2011 年開始,中國勞動年齡人口總數逐年下滑,人口老齡化比例上升。製造業領域工人工資水準不斷上升,波士頓咨詢的報告《全球製造業的經濟大挪移》,對 2004 和 2014 年間的數據進行分析,發現中國的製造成本,已經與美國相差無幾。全球出口量排名前25 位的經濟體,以美國為基準(100), 中國的製造成本指數是 96,雙方差距已經大幅縮小,中國人口紅利逐漸喪失。

而隨著工業機器人產業規模的逐漸加大,和部分零組件趨於標準化,最近幾年,工業機器人生產成本和售價,呈下降趨勢。根據羅蘭貝格的報告,2015 年工業機器人,單位時間平均成本約20 歐元,而單位時間人力成本約18 歐元,差距較小。再考慮到工業機器人更高的操作精度,越來越多的細分行業,開始加大產線中工業機器人用量。

高工資水準上升,機器人價格下行,機器換人經濟性凸顯:

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1.3預計2020年中國機器人年銷量將達21萬台,超規劃預期
中國工業機器人年銷量,由 2001 年的 700 台,成長至 2016 年的8.7 萬台,成長近123 倍,CAGR 達到 了 38%;中國工業機器人年銷量,佔全球工業機器人年銷量比例,也由 2010 年的12%成長至2016 年的30%,市場佔有率逐年擴大,自2013 年起,已經成為全球工業機器人銷量最大的國家。(看吧,這就是對岸中國最的迷失!)

預計2020 年中國年銷量約達21 萬,佔比超40%,大超政府規劃預期。根據產業規劃,若自主機器人產量2020 年,達到10 萬台以上,全部銷售的話,其國產機器人銷量佔比,就可以達到48%。

2、工業機器人產業鏈三大環節分析
工業機器人按照產業鏈上中下游,可分為核心零組件、工業機器人本體、應用端整合三個環節。


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工業機器人的核心零組件包括減速器、伺服器和控制器

工業機器人本體,可以理解為一個機械手臂。不同結構的機械手臂靈活程度,和擅長動作不同。機器人本體也稱為機器人裸機。

機器人整合,是指在上述機器人本體上,加裝夾具及其他配套系統,完成特定功能。可以將上述機器人本體,理解為一隻手臂,那麼系統整合就是給這只手臂安裝上手(夾具),複雜的系統整合還需要集成 視覺控制、力度控制等,完成相應動作及功能。

從整個產業鏈來看,上游核心零組件,是工業機器人成本中心,佔比最高。系統整合成本較低,類似於輕資產行業。

從盈利能力來看,產業鏈上游核心零組件、中游本體和下游整合的毛利率水準,基本符合「微笑曲線」 軌跡,上游、下游毛利較高,中游本體毛利最低。上游高毛利,主要來源於技術壁壘,下游高毛利主 要來自於品牌溢價,及客戶資源壁壘。

2.1 機器人擁有三大核心零組件
機器人本體的核心零組件包括伺服器、減速器控制器。以六軸關節型機器人為例,每台機器人標配六台伺服器,六台減速器和一個控制器。

電機(axis motor)與減速器(reduction gear)在機器人內部。控制器也就是控制櫃,透過電纜與機器人本體相連。


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機器人本體企業的生產模式,從某種意義上說,是對零組件進行組裝。

機器人的控制過程,是由控制器發指令給伺服器驅動,驅動伺服電機旋轉,透過減速機執行動作。其中,技術門檻最高的是減速機,其次是伺服電機和驅動,再次是控制器。但這裡說的門檻是指功能性的門檻,也就是做出來的門檻。

三大核心零組件的減速器、伺服器和控制櫃成本,分別佔機器人成本的 30%-50%,20%-30%,10%-20%。

三大核心零組件是機器人成本核心:


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2.1.1 減速器:成本佔比最高,毛利最高,難度最大
減速器分類:諧波減速器和 RV 減速器。

減速器原理:把電機的轉速降低,從而得到大的轉距。可以等同於汽車在上坡時,需要減速的道理。

減速器成本:平均佔機器人本體成本的 30%。由於減速器供應商較少,近乎壟斷,故對岸機器人 本體的減速機,採購價格更高,減速機佔本體比例可達 40%-50%。

諧波減速器,用於小型機器人或大型機器人的末端幾個軸。特點是體積小、重量輕、承載能力大、運動精度高,單級傳動比大。 諧波減速器的三個組件是:剛輪、柔輪、波發生器。


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其難點在於由於柔輪,要承受較大頻次的形變,因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理要求較高,工藝複雜。

而對於機器人用諧波減速器,Harmonic Drive 幾乎壟斷了整個工業機器人諧波減速器領域。目前全球市場佔有率高達 80%。日本是於70 年代引進美國的諧波技術。

1978 年,HarmonicDrive 在嘗試,將諧波減速器使用到工業機器人當中時,為了滿足工業機器人對於壽命、精度的極高要求,公司透過改良,將諧波齒形設計出 IH 齒形,使諧波減速器能夠適應工業機器人的要求。

中國諧波減速器的產業發展中,以綠的目前走的最快,已經與部分其國產機器人甚至外資機器人廠家供貨試用。RV減速器適用於在重載機器人。一般應用於重載機器人的腿部、腰部和肘部三個關節。

相比諧波減速器,RV 減速器具有更高的疲勞強度、剛度和壽命,不像諧波傳動那樣,隨著使用時間成長,運動精度會顯著降低,其缺點是重量重,外形尺寸較大。

RV 減速器的關鍵,在於加工工藝和裝配工藝。

日本的納博特斯克(帝人)在 RV 減速器市場,佔有全球60%的市佔率,全球機器人銷量最大的四大機器人品牌:ABB、發那科、庫卡、安川都是它的客戶。排名第二的日本住友,佔據全球約 30% 的市場比重。

中國廠家中,南通振康目前在 RV 減速器其國內品牌中,位於前列。其他對岸國產廠家也表現不俗,今年中大力德與伯朗特簽訂,不低於 30000 套RV 減速機購銷合同;雙環傳動與埃夫特簽訂 10000 套減速機合 同。南通振康分別向上海歡顏、埃夫特供貨15000 套和3000 套減速機,借助2017 年行業減速機緊缺之風,其國產減速機進程明顯加速.

2.1.2 伺服:有可能實現國產化替代的零組件
所謂「伺服」,源於希臘語「奴隸」的意思。「伺服機構」就是一個得心應手的馴服工具,服從控制信號的要求而動作。在信號來到之前,轉子靜止不動;信號來到之後,轉子立即轉動;信號消失,轉子能即時自行停轉。

機器人所使用的伺服電機,只佔到伺服電機中很小的一部分,是伺服電機中的高端產品。這是由機器人的控制結構決定的。


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機器人用伺服電機,要求控制器與伺服之間的總線通訊速度快;伺服器的精度高;另外對基礎材料有加工要求。伺服電動機必須具有較高的可靠性和穩定性,能經受得起苛刻的運行條件,可進行十分頻繁的正反向和加減速運行,並能在短時間內承受過載。

伺服器中主要的三大零組件為:馬達、驅動器、編碼器。目前中國在馬達和驅動器製造方面都有所突破,而編碼器的生產製造水準還有差距。目前中國伺服器市場,主要以日本的松下、安川、三菱為主,三家佔據40%以上市佔率。

2.1.3 控制器:機器人大腦,算法是核心
機器人控制系統,是機器人的重要組成部分,用於對機器人進行控制,以完成特定的工作任務。相對於減速器,控制器市場集中度略低,四大家合計佔據約 50%市場比重。

控制器的基本功能,包括位臵伺服器、示教、提供各種接口、坐標設臵、儲存、故障診斷安全保護等。

控制器硬體部分佔機器人本體成本 10%-20%,但軟體部分卻承擔著機器人大腦的職責。

可以說,外資機器人使用的硬體零組件類似,採購成本也相似。而不同品牌的機器人,精度速度各有優勢,究其根本原因是不同品牌的機器人,對零組件的駕馭設計與控制算法的不同。這才是不同品牌 的機器人,在技術層面的核心競爭力。

對對岸國產機器人廠家而言,減速器與伺服器,目前難以突破的核心,在於基礎工業,如材料、熱處理工藝、 精加工工藝等。而這些,並不是自動化廠商,想要做好就能夠做好的,需要整個基礎工業和加工水準的提升。而這需要時間與經驗的雙重累積。

2.2 看好國產工業機器人從中低端突破
2.2.1 機器人分類和未來方向
工業機器人本體按照機械結構分,可分為直角坐標機器人,SCARA 機器人,關節型機器人,並聯機器人及其他。


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直角坐標機器人的三個軸的運動線性且相互獨立。結構簡單,控制方便,定位精度高;但運動速度低,佔地面積大,密封性不好。這種機械結構較為常見,之前並沒有歸為機器人一類。

SCARA 機器人也叫水平多關節機器人,具有兩個旋轉運動軸和一個垂直運動軸,工作範圍大,佔 地面積小,但控制系統相對複雜。

並聯機器人輕量、速度快,精度誤差不會累積。多用於拾取搬運等操作關節型型機器人,可以實現多方向的自由運動,工作空間大,但控制涉及複雜耦合問題。是最為通用,也是最為複雜的一種機器人。一般設計為六軸或四軸。透過六個軸或者四個軸的耦合運動,來完成某 項功能。

柔性機器人也稱人機交互機器人,是從機器人設計角度,使機器人避免隔離,能夠與人交互完成某項工作。

機器人產品未來之一:工業組件化,應用傻瓜化
工業機器人未來,會成為像 PLC 一樣,常見的工業界的通用零組件。在這一過程中,一方面會伴隨工業機器人銷量的進一步成長,另一方面則會出現,以簡化機器人應用,為目的的各類編程軟體和仿真軟體。

機器人產品未來之二:跨界服務機器人
工業機器人所擁有的技術儲備,可以支撐其向服務機器人方向的拓展。工業機器人巨頭 ABB 及 KUKA ,均在去年發佈了人機協作機器人。雖然其目前,還是主要應用於工業領域,但已經從空間隔離到空間共享,邁出了重要的一步。


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2.2.2 全球工業機器人市場主要為關節型機器人
從全球市場看,未來 3-5 年中國市場,仍是工業機器人,特別是關節型機器人的最大市場。

2.2.3 目前中國關節機器人佔比較高
2016 年中國市場銷售工業機器人 8.7 萬台,其中其國產機器人佔比,從 2012 年的 10%,增加到 31%左右, 國內機器人企業逐漸發展,但外資品牌佔比仍高達69%。從工業機器人類型來看,2016 年中國市 場機器人銷量中,約 63%是關節型機器人,這一佔比遠高於國際平均水平。

究其原因,主要源於兩方面。

一方面是中國的工業自動化,製造基礎相對薄弱,機器人的應用往往不具備成熟的配套環境,故而在 機器人選型過程中,傾向於靈活性最高的關節型機器人。

另一方面在於一部分工業機器人的最終用戶,對機器人各種結構,未必有非常深入的瞭解,故而在工業 機器人解決方案的選取上,未必能夠找到最優性價比的組合。

2.2.4 對岸國產廠商從易至難,看好從中低端機器人放量突圍
根據國際機器人聯合會公佈的數據,2016 年中國進口工業機器人,均價為1.68 萬美元,遠高於出口均價0.52 萬美元,這說明中國工業機器人產品,仍以低價格的中低端產品為主。 從其國內市場工業機器人類型來看,直角坐標機器人、並聯機器人和圓柱坐標機器人,其國產佔比較高。

非關節機器人方面,他們的國產機器人市場比重佔比超一半,原因主要有兩點:
一來是非關節型機器人的技術門檻相對較低。

二來是中低端市場較為分散,是主流外資機器人品牌,防守較為薄弱的區域。

而國產機器人廠商,也可以借此機會從易至難逐步攻克技術難題。

2.3 較強的整合商將先於本體製造企業發展
工業機器人系統整合方案解決商,處於智慧設備的下游應用端,為終端客戶提供應用解決方案,負責工業機器人軟體系統開發和整合。

目前中國工業機器人系統整合商,多是從國際購買機器人整機,根 據不同行業或客戶的需求,制定符合生產需求的解決方案。業務形式主要以大型項目(關鍵設備生 產線的整合,如機器人工作島)和工廠的產線技術改造為載體,對現有設備進行升級和聯網,提供 工業控制、傳動、通訊、生產與管理資訊等方面的系統設計、系統成套、設備整合,及EPC 工程等服務。

2.3.1 工業系統整合成為推動智慧製造快速發展最核心的產業
系統整合具有應用範圍廣的特徵,目前主要應用領域為工業、製造業、金融等多個行業;工業智慧製造,是基於新一代資訊通信技術,與先進製造技術深度融合,貫穿於設計、生產、管理、服務等製造活動的各個環節,具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。

工業智慧製造的快速發展,離不開工業系統整合等,多方式的整合。特別在德國 4.0 等全球推動智慧化生產環境中,傳統製造業升級改造、新興產業蓬勃興起,工業系統整合,成為推動智慧製造快速發展最核心的產業,其中工業系統整合的核心,在於工業機器人系統整合,工業機器人系統整合行業屬於技術密集型產業,核心技術的累積和技術創新,是推動其取得競爭優勢的關鍵因素

2.3.2 看好整合商先於本體製造企業發展
行業細分眾多,各種細分領域越來越明顯,系統整合商的細分也越來越細化, 不僅僅表現在細分行業的系統整合,甚至有些系統整合商,開始專注於某一個工藝,比如噴塗、焊接、 注塑、搬運、衝壓、裝配這些工藝,目前是很多系統整合商重點佈局的領域。相比國際企業,整合商企業更瞭解行業和工藝,從而具有較強的競爭優勢。

相比於機器人本體,系統整合的壁壘相對較低,毛利水準不高,但其市場規模要遠遠大於本體市場。 一般來講,系統整合市場規模,一般可達機器人本體市場規模的兩到四倍。

2016 年對岸中國機器人整合市場,規模接近千億。根據IFR 預計,2020 年中國工業機器人市場銷量有望達到21 萬台,按均價20 萬測算,2020 年機器人本體市場規模可達 420 億左右,則系統整合市場規模,則有望達到 1680 億 元左右,市場空間巨大。


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總結來說,相對於國際的系統整合商來說,亞洲系統整合商擁有本土的許多比較優勢,包括通路優勢、價格優勢、工程師紅利等。其中最重要的是工程師,也就是對行業和工藝的理解,是整合商企業的核心競爭力,相對於國外企業對高端本體的技術壟斷,其整合商企業形成了自己的壁壘, 所以其整合商企業的發展,將比本體製造企業更快。

機器人系統整合商專注於某一行業的工藝,有助於將機器人整合模組化、功能化、進而作為標準設備來提供。行業細分化帶來的一個結果就是在某一個細分領域,在一個區域內未,來將有可能出現「獨角獸」

3、整合商行業和工藝是門檻
3.1 整合商一般按照行業和應用劃分
機器人整合可以按照應用和行業,兩個維度進行劃分:按應用分,可分為焊接應用,噴塗應用,搬運應用,裝配應用,切割應用,打磨應用等等。

按行業分,可分為汽車工業,一般工業。一般工業中又可以分為食品飲料,石化,金屬加工,醫藥, 3C,塑料,白家電等等。

3.2 機器人從高滲透率行業向低滲透率擴散
機器人是一個標準產品,而機器人的具體應用,主要透過系統整合商來完成,中國製造業工業機器人滲透率低,自動化改造有非常大的空間。中國製造業自動化水準較低,從使用密度(每萬名工人對 應工業機器人數)看,中國與國際成熟市場相比仍處於較低水準。

2016 年中國工業機器人使用密度僅為68 台/萬人,落後於國際平均水平 74 台/萬人。橫向對比先進國家,韓國的工業機器人使 用密度為631 台/ 萬人,日本為 303 台/萬人,德國為 309 台/萬人。

先進國家工業機器人使用密度遠高於中國,中國製造業的工業機器人滲透率,仍有落後。

3.3 汽車行業:機器人整合應用發展較好,自動化率穩步提升
汽車行業,是全球工業機器人應用最早、應用數量最多、應用能力最強的行業。

汽車生產的流水化作業適合機器人的導入;汽車企業資金雄厚,其焊接、噴塗等工藝適合採用機器人,提高產品品質,並最終降低成本;汽車企業技術力量強,能夠使用好機器人這種複雜的自動化產品,並不斷提出新的技術需求。

汽車產業系統整合對資金要求高。汽車項目普遍週期較長,從方案設計、安裝調試到交鑰匙,往往需要半年或者一年以上,需要投入大量的人力成本。

整車廠也按照項目週期,採取分批付款的方式,361 或3331 較為普遍,整合商採購配套的設施,卻往往需要款到發貨或者貨到付款。對系統整合商來說流動資金,是比較大的壓力,缺乏資金實力難以承接汽車項目。

3.4 3C 行業:機器人滲透率仍低,處快速提升階段
汽車產業格局穩定,面臨商務關係、技術和資金三重壁壘,一般企業難以進一步拓展,3C 行業系統整合是機會。3C 行業裡,系統整合企業具有優勢。

中國 3C 行業機器人滲透率仍處於低位。高工產研機器人研究所(GGII)數據顯示,中國 3C 電子製造業在全球佔比 70%,同時 3C 行業對機器人需求旺盛,目前 3C 行業的工業機器人銷量為 4.85 萬台,保有量為 12.65 萬台,行業機器人使用密度為 15 台/萬人,僅為韓國 1/75,中國機器人密度遠遠不夠,行業空間廣闊。

3C 行業是典型的勞動密集型,人工成本的大幅上升與勞動力人口的快速下降,對行業的影響較深,從而倒逼行業內的企業降低生產成本,提高生產效率。

在汽車行業滲透率已經較高,滲透速度放緩的情況下,3C 行業正成為機器人主要發力滲透的領域,從銷量佔比看,3C 行業的機器人安裝量,佔總安裝量比重,已經從 2013 年的 18%上升到 2016 年的 34%,2013 年到 2016 年 3C 行業機器人保有量,成長率約為 18.6%,增速已經超過汽車行業。

3.5 機器人未來發展機會在汽車行業外的一般製造業
機器人下游最終用戶主要為製造業,佔比 90%以上。其又可以按照行業分為:汽車工業、一般工 業。一般工業中又可以分為食品飲料、石化、金屬加工、醫藥、3C、塑料、白家電等等。我們判 斷,目前其國產機器人發展機會,主要在汽車以外的一般製造業。主要原因分析如下:

(1)中國一般製造業機器人密度,相對汽車行業與發達國家差距更大。對比機器人密度,中國汽車行業機器人密度為 505,而非汽車行業僅為33。與其他國家相比,韓國、德國汽車行業的機器人密度,分別為中國的 2.6 和4.2 倍。韓國、德國非汽車行業的機器人密度,分別為中國的14.4 和5.5 倍。 故非汽車行業與先進國家相比自動化水平更差,市場空間與成長潛能更大。

(2)汽車行業工業機器人技術要求高、客戶綁定大型外資企業,市場門檻高。大部分外資整車廠商的生產線標準,及機器人選型是全球統一的。其國產機器人難有機會。而在目前其國產機器人技術尚未完全成熟的情況下,國產整車廠也不敢貿然使用其國產機器人完成重要工位的自動化操作。

且目前主要的汽車主機廠,均與外資四大工業機器人廠家綁定,長期合作,更換供應商概率小,如大眾主要用KAKA,通用主要供應商為發那科,歐系品牌車企主要使用ABB。

(3)相對於汽車行業,3C 行業產業升級技術迭代頻率高,自動化升級可塑性高,需求旺盛。

3C 行業市場集中度較高,目前家電領域競爭激烈,新產品推陳出新快,電子行業蘋果技術路線更新帶動產業升級加速,新產線佈局需求旺盛。

且 3C 產品半成品規格月零配件重量適中,標準化程度相對較高,利用工業機器人等通用型智慧設備,進行自動化改造的可塑性高。

全球電子/電氣行業工業機器人銷量,從2013 年的24.4 萬台增加至2016 年的40.7 萬台,CAGR 達到19%;而中國市場電氣/電子行業工業機器人數量,從 6725 台增加至2016 年29979 台,CAGR 更是達到了 65%。這主要得益於近年來,半導體等行業生產基地,從歐洲向大陸轉移,且中國的光伏、鋰電等行業興起,拉動工業機器人需求。

(4)目前中國工業機器人,在一般製造業國產化率,顯著高於汽車行業,技術研發投入初見成效,規模擴大可期。

從對岸工業機器人的國產化角度來看,相較於國際成熟廠商在汽車領域的絕對優勢,中國廠商的產品更多地應用於消費電子等相關領域,中國金屬製造和化工等領域,對工業機器人需求已經達到60%-70%的國產化率,

相比而言汽車製造國產化率僅為 16.8%,電子產品國產化率 35.1%,中國工業機器人咋一般工業市佔率遠高於汽車行業,更有發展機會。其對岸國內企業大多走中低端產品路線。

相對於汽車行業使用較多的六軸多關節機器人等,高端工業機器人,一般製造業對坐標機器人、並聯機器人等中低端機器人需求較高。其國產化率來看,中國坐標機器人國產化率近70%,並聯機器人國產化率近 47%,遠高於其他類型。

(5)工業機器人成本回收期縮短,人工成本上漲,機器換人經濟性拉動一般製造業對工業機器人 需求。

一般製造業多屬勞動力密集型產業,隨著中國人口紅利消失,工人平均工資逐年上漲,而工業機器 人成本逐漸下降,成本回收期縮短,機器換人經濟性顯現,一般製造業對工業機器人有較高需求。

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