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工业机器人产业链及发展趋势

工业机器人市场机器人包括了工业机器人、服务机器人和特种机器人。2019年工业机器人市场规模189亿美元，占机器人总体营收的54%。中国工业机器人销售额为57亿美元，约占全球市场的1/3。 2015-2019年，国内工业机器人行业销售额平均增速高于全球水平。2015-2019年全球工业机器人市场的平均增速为12%，而中国市场的平均增速达到17%。主要原因是不同市场所处的发展阶段不同，目前国内机器人行业密度远低于主要发达国家，但是随着中国人口红利的逐渐消失，生产制造更加依赖技术进步，工业机器人密度提升成为必然趋势。行业具有明显的周期性，2019Q4-2020H1工业机器人产量增速企稳回升。2018年以来，全球实体经济增长乏力，中国汽车行业、中小企业景气度不高，削弱了汽车工业、通用工业企业的固定资产投资计划，自动化资本支出下滑。我国工业企业产成品周期持续时间约为3-4年，每轮周期平均上行1-2年、下行2年。全球工业机器人市场集中度较高，四大家族借助汽车产业升级，奠定全球领先地位。全球机器人市场主要以工业机器人“四大家族”为代表的欧、日系企业占领，包括发那科（FANUC）、安川（Yaskawa）、ABB、库卡（KUKA），市场份额合计达到50%以上。发那科成立于1956年，为日本企业，主营专业数控系统生产，其工业机器人精度高，工艺控制敏捷，小型化优势明显。安川电机成立于1915年，同样为日本企业，以关键零部件伺服和运动控制器起家。ABB为瑞士企业，其生产的工业机器人广泛运用于焊接、装配、铸造等很多领域。库卡为德国企业，其工业机器人应用广泛，涉及到汽车、自动化、金属加工、食品和塑料等产业。汽车和3C市场仍然是工业机器人的主要市场，占总体规模60%以上。以工业机器人四大家族为代表的欧、日系工业机器人产品目前主要以汽车工业机器人为主。原因是汽车和电子制造行业标准化程度较高，属于单件大批量制造，是比较适合机器人的应用场景。根据四大家族的产业链供给情况，除库卡的伺服电机还需要外购外，其余均可以实现伺服电机、控制系统的自产，从而大幅降低整机成本，提升毛利率，最终创造公司的核心竞争力。工业机器人应用领域工业机器人在汽车、电子、金属制品、塑料及化工产品等行业已经得到了广泛的应用。汽车、3C领域以外的行业，由于产品非标准化程度高，自动化率普遍不高，国内外企业处于同一起跑线。目前在通用行业部分领域，工业机器人应用发展迅速，国内机器人制造企业具有相对优势。由于客户规模小，非标准化严重，相对于汽车、3C市场而言，巨头暂未充分涉足，国内企业面临的竞争压力相对较小。2017年国内金属加工机器人销量同比增长99%，从国内的市场份额来看，内资企业占据优势。2017年非金属矿物、塑料和化学制品业、金属加工业国产化率分别达到86%、74%、52%。工业机器人产业链整个工业机器人产业链包括上游核心零部件、中游整机制造以及下游系统集成。工业机器人核心零部件包括减速器、伺服电机与控制器，分别约占整机成本的30%、20%和20%。本体包括关节型机器人、并联型机器人、直角坐标机器人和SCARA机器人。在工业机器人领域，从核心零部件、本体到系统集成，中国都具备一定的实力。控制器 2018年中国运动控制器市场规模超20亿元，工业机器人控制器行业比较特殊，控制需要和工业机器人本体密切关联，国际主流的工业机器人本体厂商一般自行开发控制器，从而保证机器人的稳定性和技术体系。因此，控制器市场与机器人本体市场高度关联。控制器和伺服系统关联紧密，运动控制一体化是未来应用趋势，但需结合本体使用，本体企业在达到一定体量后，都会倾向于自主生产运动控制，单纯做运动控制很难生存。减速器减速器是工业机器人最为关键的核心部件，全球市场高度集中，CR3高达85%。其中日本纳博特斯克（RV减速器）市场占比60%，日本哈默纳科（谐波减速器）市场占比15%。GGII数据显示，国内机器人减速器70%以上的市场份额被外资减速器企业垄断（Nab、HD、住友、新宝等），国产化率不足30%。减速器厂商经历了2017年“供不应求”的黄金时代，2018年“供过于求”的白银时代，2019年“求生存”的青铜时代。传统中带着“高精尖”的外衣光环，过去一直吸引着众多企业和资本跃跃欲试。市场变化的速度远远超出想象，量价齐跌的当下，减速器行业作为重资产投资的典型代表，众多已入局的企业面临进退维谷的境地。新增的工业机器人需求必然能带动减速器产业的快速发展。同时，减速器本身有额定的使用寿命，需要定期更换。工业机器人的工作寿命一般为8-10年，期间减速器作为传动、承重部件，磨损不可避免，其使用寿命通常在两年左右，因而，当前保有的工业机器人维修保养亦需要大量的减速器替换。GGII预计，2020-2023年，工业机器人用减速器需求量超360万台。从产品类型来看，国产谐波减速器进步相对明显，目前已经涌现如绿的、来福、大族精密等厂商，从品牌度和市场份额上均有较大的提升；国产RV减速器发展相对缓慢，虽然具备量产能力的厂商不在少数，但是从市场占比和品牌度来看，稍显弱势，国产厂商中尚无综合优势较为突出的厂商代表，年产销量在2万台左右的厂商屈指可数，尚难以对外资巨头构成直接威胁。从另一方面来看，RV减速器市场格局的不确定性强于谐波减速器市场，RV减速器的高技术和高投资是主要的门槛，在一定程度上对入局者提出更高的要求。国内企业在减速器领域有所突破，上市公司中，中大力德、巨轮智能、秦川机床、昊志机电等都在研发。绿的谐波在谐波减速器领域有所技术突破，成功登陆科创版。南通振康目前也具备了年产3万台的产能，并已向国内工业机器人厂商埃夫特等供货。整体来讲，国产减速器有所突破，但知名度和市占率仍有待进一步提高。伺服器 2018年国内伺服系统市场规模60亿元，我国工业机器人伺服电机主要被国外品牌垄断，其中日系品牌约占50%、欧美品牌约30%、中国台湾品牌约10%，大陆企业约10%。日系企业包括安川、三菱、三洋、欧姆龙、松下等公司，主要是小型功率和中型功率产品；欧美系品牌包括西门子、博世力士乐、施耐德等公司，在大型伺服具有优势地位；国产品牌主要包括汇川、台达、埃斯顿等公司，主要为中小型伺服。虽然工业基本盘的投资陆续回升，但短期内需求传导依然面临一定的障碍，不确定风险因素依然存在，尤其是汽车行业，处于产业变革的长周期内，GGII认为，未来几年工业机器人整体大爆发的可能性微乎其微，细分领域高增长则是大概率事件。从细分产品看：在中国市场，目前国产工业机器人市场份额只有约32.8%，排名靠前的国内机器人公司包括广州启帆、埃夫特、新松、埃斯特、广州数控、新时达等。多关节机器人多关节机器人因为与汽车行业的高关联度，受汽车行业不景气的影响较大。相比之下，轻小负载产品的市场增速高于中大负载产品。但同时，轻小负载产品（负载≤20kg）同质化严重，价格竞争愈演愈烈，系内外资工业机器人厂商较量的主战场；中大负载产品（负载＞20kg）国产厂商开始着重布局，但与外资差距尚存差距，针对细分领域的定制化开发本体或有较大机会。 SCARA SCARA机器人是受3C行业带动的市场。从新品和价格看竞争，GGII统计显示，2019年国内外共计13家企业相继推出了新功能或新型号的SCARA机器人产品。2019年年初，市场上出现了售价仅为15000元的SCARA机器人单品。可以看出SCARA本体企业之间的竞争日趋残酷，在一定程度上加剧了行业内的“白热化”。2020年受益于3C行业需求带动，增长明显，2020H1市场增速在30%以上，部分头部厂商增速超过50%。新入局者的持续增加，尤其是六轴机器人玩家的入局，无疑增加了SCARA机器人领域的热度，在成本日趋透明的当下，过去单纯的产品销售策略会渐渐失效，系统解决方案的能力将是各厂商都需要长期补足和提升的能力要素。并联机器人 2019年，中国并联机器人厂商数量超过60家，并联机器人市场的发展速度堪比其工作运行速度。并联机器人由于在航空、金属加工、食品、医疗等行业的需求日趋稳定，一直呈现快速增长的态势。曾经的“小众”市场逐渐走向“潮流”，虽然各玩家彼此的差距尚小，但以勃肯特为代表的国产厂商已经在产品创新上取得较大进步，如针对芯片、珠宝、手表等精密部件的理料分拣，推出微米级直线驱动机器人，可以满足更多高精度、高速度、高刚度的应用要求；此外还有协作并联机器人，可以满足多机协作的要求。在并联机器人细分赛道，国产的市场张力进一步凸显，市场份额稳步提升。蓝皮书数据显示，2017-2019年国产并联机器人市场份额分别为55.00%、68.22%和75.32%。系统集成汽车和3C电子领域，仍然是外资为主的市场。而在需要非标定制化、充分理解和接触下游行业客户的市场（食品、饮料、物流等），已经出现国内厂商主导的局面。工业机器人系统集成商经过多年的发展，行业属性与工艺属性特征明显，同时也在不断的交叉渗透，因为这个群体呈较为明显的“长尾”特性。在硬件日益趋同的当下，各厂商逐渐聚焦在软件实力的比拼上。如果说硬件是集成商的基础课程，那么软件则是集成商的进阶课程，其中最大的难点在于将各行业各类技术工艺机理模型的建立，并最终转化为数字化的模型。发展趋势工业机器人更小、更轻、更灵活当前，工业机器人的应用场景愈加广泛，苛刻的生产环境对机器人的体积、重量、灵活度等提出了更高的要求。与此同时，随着研发水平不断提升、工艺设计不断创新，以及新材料相继投入使用，工业机器人正向着小型化、轻型化、柔性化的方向发展，类人精细化操作能力不断增强。例如，日本SMC 致力于为机器人研制高品质的末端执行器，研发的新型汽缸体积缩小了40% 以上，质量最高减轻了69%，耗气量最高减少了29%。日本爱普生首款新型折叠手臂六轴机器人N2，可在现有同级别机械臂60% 的工位空间内完成灵活操作；折叠手臂六轴机器人N6 采用内部走线设计，其折叠手臂可自然进入高层设备、机器、架子等狭窄空间；T3 紧凑型SCARA 机器人将控制器内置，避免了在设置和维护过程中进行复杂的布线，大大提高了成本效率并保持较低的总运行成本。德国费斯托（Festo）的新型全气动驱动机械臂，将刚性的“抓取”转变为柔性的“围取”，能完成灵活抓取不同大小部件的任务。人机协作成为重要发展方向随着机器人易用性、稳定性以及智能水平的不断提升，机器人的应用领域逐渐由搬运、焊接、装配等操作型任务向加工型任务拓展，人机协作正在成为工业机器人研发的重要方向。传统工业机器人必须远离人类，在保护围栏或者其他屏障之后，以避免人类受到伤害，这极大的限制了工业机器人的应用效果。人机协作将人的认知能力与机器人的效率结合在一起，从而使人可以安全、简便的进行使用。例如，瑞士ABB的双臂人机协作机器人YuMi 可与工人一起协同工作，在感知到人的触碰后，会立刻放慢速度，最终停止运动。德国库卡（KUKA）的协作机器人LBR iiwa 可以以每秒10 毫米或50 毫米的速度抵近物体，并在遇到阻碍后立刻停止运动。优傲e-Series 协作式机器人可设定机械臂保护性停止的停止时间和停止距，并内置力传感器提高精度和灵敏度，满足更多应用场景的需求。工业机器人与工业互联网的结合日趋紧密随着新一代信息技术与制造业进一步加速融合，制造业愈加显著地表现出网络化、智能化的前沿发展趋势，机器人龙头企业纷纷落子工业互联网，例如，库卡机器人可与基于云技术的库卡 Connect 相连，实现机器人与设备的联网，实时查看和分析工业机器人的运行状态，减少系统停机时间、进行预测性维护等，并通过大数据分析持续提高生产率、质量和灵活性。ABB 推出ABBAbility 工业云平台，并与华为展开合作联合研发机器人端到端的数字解决方案，实现机器人远程监控、配置和大数据应用，进一步提升生产效率和节约成本。发那科（Fanuc）设立Fanuc Intelligent Edge Link andDrive（FIELD）平台，能实现自动化系统中的机床、机器人、周边设备及传感器的连接并进行数据分析，提高生产过程中的生产质量、效率、灵活度以及设备的可靠性。硬件技术趋于成熟，难有颠覆创新。国内厂商迎来追赶良机结合巨头发展经验和产业现状，掌握运动控制核心技术，提升本体附加值的头部企业优势会越来越大。下游用户企业逐渐转型自供机器人由于采购规模增长和企业转型需求，产业链下游重点领域的龙头企业开始加快并购和研发进程，进一步向上游延伸。例如，美的集团通过收购库卡公司迅速布局机器人领域的中游总装环节，积累下游应用经验，建立起明显的竞争优势，并在收购德国库卡公司后，与以色列运动控制系统解决方案提供商Servotronix 达成战略合作，进一步增强在工业机器人领域的研发实力。碧桂园集团成立子公司博智林机器人，进军机器人领域，开发研制应用于建筑业、餐饮、物业管理、医疗、农业等领域的机器人产品。娃哈哈新成立了一家人工智能机器人公司，加大智能机器人研发力度，已实现对集团内部子公司的自主供货，并开展对外销售。责任编辑人：CC

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