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工业机器人的发展及市场情况详解《资讯》

发布时间:2020-11-22 03:46:52阅读:来源:万能检测设备

2017-01-22 09:42:03来源:工业机器人

此文对工业机器人的发展及市场情况介绍详尽,看完此文可成为半个“专家”哦!

1、机器人的行业分析

2、工业机器人的地域分布

3、市场分析

机器人行业分析

中国是最具发展潜力的工业机器人国家,但竞争也更激烈。工业机器人在发达国家已经取得了较快的发展,日本和德国凭借先发优势和技术积淀在工业机器人领域具备领先优势,四大家族占据了工业机器人约50%的市场份额。我国工业机器人的需求增速近5年一直处在较高水平,2014年一举成为全球最大工业机器人消费市场。我们认为我国人力成本上升、工业机器人成本回收期的缩短、工业机器人密度的差距都将维持我国工业机器人的景气度,中国还是最有发展潜力的工业机器人国家。预计未来几年中国机器人产能将成倍上升,但竞争将进一步加剧。

工业机器人产业链中,上游核心零部件的受限于进口严重限制了我国工业机器人的发展,突破核心零部件生产的本土企业具备大规模产业化基础,在竞争中具备优势。工业机器人的产业链上中下游分别为零部件、本体和集成,我国企业大多集中在集成端,承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。这是由于核心零部件尤其是RV减速器的进口抬高了我国工业机器人的成本,严重制约了我国工业机器人产业的发展。工业机器人零部件亟需国产化突破,并且是规模化量产的突破,否则没有意义。国内具有机器人零部件研制、本体制造和系统集成能力的机器人企业才具备大规模产业化基础,能在接下来的竞争中占据优势。

谈智能制造,离不开工业机器人

1.1、中国制造2025,缔造“制造强国”战略

《中国制造 2025》,是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。为推进我国从制造大国向制造强国迈进,国务院组织编制并于2015年5月8日正式发布了《中国制造2025》,对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署。《中国制造2025》提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标:

第一步,到 2025 年迈入制造强国行列;

第二步,到 2035 年我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;

第三步,到新中国成立一百年时,我制造业大国地位更加巩固,综合实力进入世界制造强国前列。

1.2、智能制造是中国制造2025的灵魂

1.2.1、“智能制造”愿景描述

智能制造是指在生产过程中,将智能装备通过通信技术有机连接起来,实现生产过程自动化;并通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据,通过工业以太网等通信手段,上传至工业服务器,在工业软件系统的管理下进行数据处理分析,并与企业资源管理软件相结合,提供最优化的生产方案或者定制化生产,最终实现智能化生产。

智能制造不是空穴来风,它与德国提出的“工业 4.0”方向趋同,是我国乃至世界制造业的发展方向。智能制造的提出远早于《中国制造2025》,最早是以“改造和提升制造业”的形式提出。

1.2.2、 智能制造是中国制造2025的核心

《中国制造2025》要推动的是智能化升级。自动化是我们所处的工业3.0版本,《中国制造2025》更强调的是推动信息化升级,达到智能化。在智能制造中,“端”——智能装备通过通信技术有机连接起来,实现生产过程自动化,通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据,通过“网”——工业以太网等通信手段,上传至“云”——工业服务器,在工业软件系统MES的管理下进行数据处理分析,并与企业资源管理软件ERP相结合,优化生产方案、实现定制化生产,形成“设计-开发-质量管理-服务”的闭环。

从《中国制造2025》重点突破领域可以看到智能制造的核心地位。制造业覆盖很广,必须坚持整体推进、重点突破。《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求,选择 10 大优势和战略产业作为突破点,力争到 2025 年达到国际领先地位或国际先进水平。它们是:新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。我们对着十大领域的发展重点/应用示范工程,七大领域对智能制造有着明确相关要求。

1.3、智能制造,工业机器人领舞

1.3.1、 智能制造是从端到网的智能连接

根据我们对行业的实际访谈,得知:智能制造发展不是一蹴而就的,而是“自动信息化”、“互联化”到“智能化”层层递进、演变发展的。产业链涵盖智能装备、工业互联网、工业软件及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。

1.3.2、工业机器人是智能制造的重要基础

智能装备和产品是智能制造的实现端,工业机器人是智能装备的重要基础。智能制造实际是信息技术与制造技术的融合发展,可以细分着力发展智能装备和智能产品、推进生产过程智能化和深化互联网在制造领域的应用三个方向。三个方向中,智能装备和产品是智能制造的实现端,智能装备和产品中,最为重要的体现则是工业机器人。机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势,是实现智能制造的基础,也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等应用需求,工业机器人将为智能制造中智能装备的普及代表。

中国是最具潜能的工业机器人发展国家

2.1、工业机器人在发达国家已经获得快速发展

机器代人热潮使工业机器产业得到快速发展。工业机器人诞生于上世纪40年代的实验室里,20多年后才在日本开始产业化。 21 世纪以来,随着劳动力成本的不断提高,技术的不断进步,各国陆续进行制造业的转型与升级,出现了机器人替代人的热潮,工业机器人自动化装备备得到了快速发展。据国际机器人工业联合会统计, 2014年全球工业机器人销量达到22.92万台,同比增长28.7%。2008年至2014 年,工业机器人期间复合增长率达到30.7%,正处在快速发展期。工业机器人已广泛应用于汽车、电子电气、金属和机械等领域,在机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势,是实现智能制造的基础,是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。

日本、德国的工业机器人水平全球领先,四大家族为全球主要的工业机器人供应商,这主要因为他们具备先发优势和技术沉淀。日本在工业机器人关键零部件(减速机、伺服电机等)的研发方面具备较强的技术壁垒。德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。从全球来看,日本和欧洲是工业机器人的主要产地,ABB、发那科(FANUC)、库卡(KUKA)和安川电机(YASKAWA)这四家企业是工业机器人的四大家族,成为全球主要的工业机器人供货商,2013 年四大家族工业机器人收入合计约为50 亿美元,占据全球约50%的市场份额。

2.2、工业机器人在中国还有很高发展潜能

2.2.1、我国已成为工业机器人最大的消费市场,景气度仍在提升

对比工业发达的日本、德国和美国,我国工业机器人需求增速的走向与他们大致相同,但增速一直较高。在2013年以前,日本一直是全球最大的工业机器人市场,但自2011年以来日本工业机器人的增速较为平缓。2013年,我国工业机器人销量一举成为全球最高, 2014年我国工业机器人销量达到57096台,同比增长56.7%,销量第一的市场位置继续保持。

2.2.2、未来这种趋势会保持吗?

从机器人保有密度上看,会。取每万人拥有的机器人数量为机器人保有密度指标,我国2014年为36台/万人,日本为314台/万人,德国为292台/万人,韩国为478台/万人,中国台湾为138台/万人,全球平均为66台/万人。我国的机器人保有密度不仅与先进工业国家有差距有十倍之多,与全球平均水平相比都有翻番空间,这种差距也间接的显示了未来工业机器人的需求空间。

从机器人的成本回收期看,会。根据国家统计局的数据,我国制造业城镇单位就业人员的年平均工资从2010年都 30916万元增长到2014年的51369万元,年均增速达到13%。根据中国产业信息网的资料,工业机器人的成本逐年递减4%。以165KG 的六轴机器人为例,其回收周期将由2010年4.96年下降到2016年1.22年。随着人力成本的上升、老龄化的加剧,我国数量庞大、低成本劳动力优势在逐渐丧失,基础性工作招人越来越难。工业机器人成本的下降,机器人的投资回收期还将进一步缩短,将有助于机器人逐步实现劳动力替代。

机器人换人的节奏仍然没有结束,随着人工成本进一步提升,机器人价格进一步下滑,机器人在下游应用的领域逐步拓宽,机器人需求仍然保持景气向上。

2.2.3、 国产机器人迎来巨大替代空间

工业机器人的市场目前被日本四大家垄断,国产化的替代空间还很大。我国工业机器人产业发展较晚,受零部件供应、相关技术和加工工艺等因素影响,中国市场上工业机器人基本被以ABB、库卡、发那科和安川四大巨头为主的国外机器人品牌占据着,国产机器人品牌仅占约8%的市场份额。中国处于工业机器人生产的产业链下游,多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。随着我国工业机器人市场需求的迅速扩大,国内企业的自主研发投入的不断加大,研发能力不断提升,未来几年将拉近与国际厂商的差距,国产机器人将填补巨大的替代空间。

工业机器人产业链分析

3.1、工业机器人产业链

工业机器人具备在高危环境下生产、生产效率高、稳定性强、精度高等特点,它是通过编程或示教方式实现自动化,同时具备拟人形态及功能的装置,主要由本体、伺服电机、减速机、控制器、传感器等核心零部件构成,操作系统包括伺服系统、控制系统、视觉系统等。

机器人自动化行业按产业链分为上游、中游和下游。上游生产核心零部件:包括减速器、伺服系统、控制器;中游是本体生产商,包括工业机器人本体、服务机器人本体。下游是系统集成商,包括单项系统集成商、综合系统集成商。

工业机器人优于传统的机械设备的原因主要在于上游的关键基础部件。从结构上来看,工业机器人由控制系统、驱动系统和执行机构组成,分别对应控制器、伺服电机和减速器等核心零部件。从成本上来看,核心零部件占工业机器人成本大头,约72%左右。多轴工业机器人的成本构成中,机械本体约占22%;伺服系统约占24%;减速器系统约占36%;控制系统约占12%;其他外设约占6%。

我国工业机器人主要集中在本体和集成端,原因在于核心零部件缺失严重抬高国内工业机器人成本,制约行业发展。多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。关键基础部件中,减速器控制器在国内大部分知名机器人本体制造企业均已实现自主生产,但和国际水平仍有差距;而另两个关键基础部件——伺服电机和减速器,仍大量依赖进口。全球减速器行业集中度很高,两家日本公司纳博特斯(Nabtesco)和哈默纳科(Harmonic Drive)控制的全球机器人减速器市场超过75%(工业机器人用减速器轴承的开发与应用,《机械工程师》2015年第5期),包括ABB、FANUC、KUKA、MOTOMAN在内的国际主流机器人厂商的减速器均由以上两家公司提供。国内机器人市场主要采购以上两家企业的减速器,但采购成本往往较高,这成为了制约国产机器人发展的主要瓶颈之一。

国产机器人比进口机器人贵,原因在零部件上。根据产业信息网发布的《2014-2019年中国钕铁硼永磁材料产业市场分析及投资前景预测报告》,目前一台165kg焊接机器人成本国内约为29.9万元,而国外大约为16.86万元。零部件成本差异是造成国内外机器人成本差距的最大因素,其中减速器是成本差异最大部分,国内和国外和成本比达到4.4,控制器的国内外成本比,达2.6,伺服电机(驱动)的国内外成本比为1.68(1.95)。国内的材料消耗也更大,如在永磁同步伺服电机中钕铁硼材料成本,国内单体用量比国外高接近1倍。

3.2、核心零部件——市场需求广阔,亟需国产化突破

国内减速器、伺服电机市场需求广阔。一般而言,一套工业机器人的一个手臂需要配备一个减速器和伺服电机,那一套工业机器人需要配备4-6个减速器/伺服电机和1套控制系统。根据世界机器人协会的预测, 2015-2017年我国工业机器人销量将保持12%的年增长率,分别达到6.395万台、7.162万台和8.022万台。假设平均一台工业机器人平均配备5个减速器/伺服电机,工业机器人精密减速器/伺服电机的2015-2017年的需求量将达到31.98万套、35.8万套和40.1万套。

工业机器人零部件亟需国产化突破,并且是规模化量产的突破,否则没有意义。减速器是国内机器人产业必须攻克的关卡,尽管研发过程漫长充满挑战,也有少数公司经过多年研发,生产出了减速器,但未大规模量产。日本减速器掌握减速器市场的绝大份额,大规模量产,生产成本低,掌握了定价权。根据我们的草根调研,国外进口RV减速器价格是国内企业减速器产品的3倍,他们还有很大的降价空间挤压中国品牌。国内即使研发出合格的减速器,也得量产才有意义。否则没有量,就算技术达到日本标准,日本四大家机器人公司同样不会买中国的。

3.2.1、减速器——机器人的关节,不能缺失之痛

减速器对机器人意味着什么?精密减速器,是一种精密的动力传达机构,它利用齿轮的速度转换器,将电机的回转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的装置,从而降低转速,增加转矩。精密减速器是工业机器人最重要的零部件,工业机器人运动的核心部件“关节”就是由它构成,每个关节都要用到不同的减速机产品。

按结构不同,工业机器人用精密减速器可以分为五类,RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。精密减速器按照结构的不同,可以分为谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器五类。在精度、扭矩、刚度、传送效率等衡量减速器的各个性能指标上,它们各有不同。其中,RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。

RV减速器和谐波减速器是工业机器人中使用最主要的减速器,RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的趋势。世界75%的精密减速器市场被日本的Harmonica Drive 和Nabtesco占领,其中Nabtesco生产RV减速器,约占60%的份额,Hamonica Drive生产谐波减速器,约占15%的份额。RV减速机主要用于20公斤以上的机器人关节,谐波用在20公斤以下机器人关节。RV减速器不像谐波减速器那样随着使用时间的增长,运动精度会显著降低,在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的趋势。但由于RV减速机组成零件更复杂,承载强度更高,不光制造难度要比谐波减速机大,其生产线投资规模远大于谐波减速机。

回顾减速器两巨头的前世今生,他们的减速器业务都经过了数十年的发展。如Nabtesco的RV减速器,前身正是帝人精机的主流产品。70年代开始,帝人精机减速器作为挖掘设备驱动马达的核心部件使用。80年代早期,应世界主要机器人制造商要求,帝人精机改进了RV减速器,使之更加精准可靠,符合机器人制造行业的严格要求。取得了精密摆线针轮RV减速机专利后,于1986年开始批量生产,从此开始为现代工业机器人的关节应用进行配套。可见,减速器是需要时间积淀成功的。

我国精密减速器为起步晚,逆袭挑战重重。相比日本巨头几十年的积淀,中国的工业机器人用精密减速器研究开始较晚,技术不成熟,形成了精密减速器不能自给自足的局面,严重依赖进口。RV减速器需要传递很大的扭矩,承受很大的过载冲击,保证预期的工作寿命,因而在设计上使用了过定位结构,加工十分困难。看似简单的RV减速器,实则是对我国工业基础系统的挑战。昂贵进口的通用机床不一定能生产出精密零部件,不是仅仅引进几台进口设备就可以生产制造出来的,没有吃透相关材料、热处理、工艺等是不可能生产出精密减速器的。国内有部分公司在技术水平上取得了重大突破,目前也未形成较大的销售规模。

国内涉足RV精密减速器的公司有上市公司秦川机床、上海机电、巨轮股份,新三板公司有唯一标的恒华股份,非上市公司有南通振康、恒丰泰、武汉精华、上海精华、山东帅克等,涉足谐波减速器的有非上市公司苏州绿的谐波传动科技有限公司、北京中技美克谐波传动有限公司等。

3.2.2、伺服电机:工业机器人的必不可少的关键零部件

机器人电动伺服驱动系统是利用各种电机产生的力矩和力,直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构,通常由伺服电机以及伺服驱动器组成。除了可以进行速度与转矩控制外,伺服系统还可以进行精确、快速、稳定的位置控制。伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补充马达间接变速装置,它将电压信号转化为转矩和转速,以驱动控制对象,可使控制速度、位置精度非常准确。

机器人对关节驱动电机的要求非常严格,交流伺服电机在工业机器人中得到广泛应用。机器人对伺服电机的严格要求:

1)快速响应性,电伺服系统的灵敏性愈高,快速响应性能愈好。

2)起动转矩惯量比大,在驱动负载的情况下,要求机器人的伺服电机的起动转矩大,转动惯量小。

3)控制特性的连续性和直线性,随着控制信号的变化,电机的转速能连续变化,有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比,调速范围宽,能使用于1:1000~10000的调速范围。

4)体积小、质量小、轴向尺寸短,以配合机器人的体形。

5)能经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行,并能在短时间内承受数倍过载。交流伺服驱动器因其具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点,在工业机器人中得到广泛应用。

目前国内高端市场主要被国外名企占据,主要来自日本和欧美,未来国产替代空间大。目前国外品牌占据了中国交流伺服市场近 80%的市场份额,主要来自日本和欧美。其中,日系产品以约 50%的市场份额居首,其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等,其产品特点是技术和性能水平比较符合中国用户的需求,以良好的性价比和较高的可靠性获得了稳定且持续的客户源,在中小型 OEM 市场上尤其具有垄断优势。未来五年,我国伺服系统行业受益于产业升级的影响,将保持较快增长,国产替代空间还很大。

国产伺服产品将重现国产发频器癿光辉历程,进口替代加速迚行。起步相对较早的国产变频器已经在 OEM 市场取得较好成绩,而国产伺服产品技术正在不断进步,我们认为本土伺服产品未来有望复制国产变频器的发展路线,在 OEM 进口替代市场取得较大突破。

中国内较大的伺服品牌市场包括上市公司埃斯顿、汇川技术、华中数控、广州数控、和利时、新时达,新三板公司北超伺服。其中,汇川技术提供的机器人解决方案中伺服电机和数控系统基本实现自给,新时达、埃斯顿部分型号机器人开始使用自行研制的控制器和伺服系统,北超伺服能够为客户提供电机与驱动器一体化产品。

3.2.3、 控制器:与国际差距最小的机器人零部件

机器人控制器是机器人控制系统的核心大脑。控制器的主要任务是对机器人的正向运动学、逆向运动学求解,以实现机器人的操作空间坐标和关节空间坐标的相互转换,完成机器人的轨迹规划任务,实现高速伺服插补运算、伺服运动控制。机器人控制器由机器人控制器硬件和机器人控制器软件组成。机器人控制器的软件部分是工业机器人的“心脏”,随着科技的发展,工业机器人从下位机到上位机的应用软件方面都有了不同程度的研究成果。

控制器的市场份额基本和机器人保持一致,国内企业控制器尚未形成较大市场份额。控制器、软件与本体一样,一般由机器人厂家自主设计研发。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发,各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配。因此控制器的市场份额基本和机器人保持一致,国内企业控制器尚未形成市场竞争优势。

国内企业机器人控制器产品已经交为成熟,是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件,国内控制器与国外产品存在的差距主要在控制算法和二次开发平台的易用性方面。控制系统的开发涉及较多的核心技术,包括硬件设计,底层软件技术,上层功能应用软件等,随着技术和应用经验的积累,国内机器人控制器所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距,差距主要体现在控制算法和二次开发平台的易用性方面。

未来几年中国国产机器人将得到快速发展,国产机器人控制器应用市场面临较好的发展契机,尤其是在运动控制领域深耕多年的企业。机器人轴数越多,对控制器性能要求也越高:机器人自由度的高低取决于其可移动的关节数目,关节数愈多,自由度越高,位移精准度也越高,其所使用的伺服电机数量就相对较多,即越精密的工业型机器人所用的伺服电机数量愈多。一般每台多轴机器人由一套控制系统控制,也意味着控制器性能要求越高。随着中国工业机器人的快速发展,具有较强研发能力的公司会具备更强的竞争优势。

本体:打通上下游产业链,体现于入口价值

机器人本体是什么?机器人本体属于设备集成的范畴。按照机械结构分,机器人本体可分为直角坐标机器人、SCARA机器人、关节型机器人、并联机器人及其他。不同种类或行业的机器人,对技术指标有不同的侧重要求。如汽车行业的焊接机器人对关节型机器人本体有较高精度和速度和要求,而码垛类机器人、搬运机器人则对负载能力要求比较高,应用于电子行业较多的SCARA 机器人则对精度和速度要求比较高。全球工业机器人市场主要为关节型全球工业机器人。

机器人本体企业可以有效整合上游零部件企业和下游系统集成商。机器人本体制造商负责工业机器人支柱、手臂、底座等部件与精密减速器等零部件生产加工组装及销售,应用和集成可以本体企业自己实施,也可以给集成商来完成,本体企业具有有效整合上游零部件和下游系统集成商的入口能力。国际上的工业机器人本体制造商包括库卡、ABB、发那科、安川电机等。国内包括新松机器人、广州数控、锐奇股份、埃斯顿、埃夫特、佳士科技、亚威股仹等。国内大多数机器人本体公司以采购集成为主。

2014年我国工业机器人本体市场规模84亿,预计2018 年机器人本体市场规模为300 亿,还有2.7倍的空间。根据世界机器人协会的最新数据和《中国制造 2025》工业机器人技术路线图,预计我国机器人市场未来 4 年复合增速约为 30%,若以 20万元/台的测算,则 2018 年我国机器人本体市场规模为 300亿,是2014年的 2.67 倍。

经济型本体是国产机器人本体的发展方向。国外机器人行业伴随汽车行业的成长,而且汽车行业对机器人精度、效率和稳定性要求都非常高。在汽车领域,国内机器人企业短期不能和国外企业竞争。开发应用于汽车产业以外一般制造业的经济型机器人是国产机器人本体现阶段的发展方向。经济型本体包括低成本的六轴通用机器人和三、四轴专用机器人。经济型本体分为两类:

1)国产核心零部件可以突破,国内机器人企业可以批量化生产降低成本的通用六轴关节机器人;

2)应用于某一领域的专用机器人,如用于电子行业的SCARA机器人、桌面机器人就属于经济型本体中的专机,这类专用机器人通常三、四轴(国外通常称为机械手)。

在电子、家电制造、金属制造、塑料化工、食品等行业,外资机器人企业行业经验和客户基础优势并不明显,客户更加注重机器人产品的性价比,这是国产机器人的超车机会。

长期看好能研制出适合中国市场需求的,具备成功五要素的机器人企业。 “伺服系统”、“控制器”、“核心算法”、“精密减速器”,以及“应用和集成技术”这五大核心技术被称为机器人本体的“成功五要素”。国内机器人本体要发展的好,在这五大领域至少要有2个是擅长的。首先伺服系统和控制器这两块要吃透,然后在核心算法方面需要做到比较好。高精度机械传动(即减速机)可以采用外购。应用和集成可以本体企业自己实施,也可以给集成商来完成。

我国工业机器人区域分布情况分析

目前,我国工业机器人已形成环渤海、长三角、珠三角和中西部四大产业集聚区。

长三角地区机器人产业发展较早,实力雄厚,发展水平较高,四大家族、国内龙头企业和科研机构于此都有所分布。

我国工业机器人区域分布情况

珠三角地区控制系统占有优势,广州数控是国内技术领先的专业成套机床数控系统供应商,年产销数控系统占国内同类产品市场的1/2份额;

此外沿海经济发达地区是国内工业机器人的主要市场,珠三角地区市场应用空间大。

环渤海地区以北京、哈尔滨、沈阳为代表,科研实力较强,研究机构众多;

国内代表企业有沈阳新松、哈工大机器人、哈博实等,均属于行业龙头企业,龙头企业牵引作用明显。

中西部地区机器人产业起步较晚,但不甘人后,近年来借助外部科技资源,发展势头强劲,行业龙头企业埃夫特从无到有再变强,骨干企业也快速发展;

研究机构偏少,本地科研资源稍显不足。

工业机器人市场分析

机器人制造需求市场的巨大潜力,也为我国的机器人自动化产业迎来了极佳的发展时机。有数据显示,伴随我国工业机器人需求的迅猛增长,2016年我国或将成为全球最大的工业机器人市场。对此,不论是国际机器人企业,还是我国本土的机器人企业,都对机器人应用市场充满了信心。近日,互联网周刊发布了中国科技机器人企业排行榜,不少A股上市公司榜上有名。

一、潜力巨大的工业机器人市场

中国机器人产业联盟数据显示,2014年全球机器人销量增长27%至22.5万台,中国市场销量增长54%至5.6万台,连续两年成为全球最大工业机器人市场。其中国内企业销售16945台,比上年增长77%,外资企业在华销售约40000台,较上年增长47%。在过去十年,中国机器人市场销量年均复合增长率达到32%,2013、2014年分别达到45%、54%。

目前工业机器人在汽车行业应用最为广泛,国内汽车行业机器人市场约400多亿元,汽车以外的制造业需求约200亿。未来汽车行业的应用增长趋缓,而其他如电子电气、化工、制药等行业的机器人需求则成倍增长。未来3年,机器人在3C电子、金属、橡胶塑料、食品以及医药行业的应用增长将超过汽车行业,一般制造业领域将成为工业机器人的新战场。预计到2020年国内机器人市场将达到2000亿元。其中一半制造业1400亿,汽车600亿。

2016上半年中国机器人科技公司排行榜

从全球范围看,日本、德国、韩国、美国四国的工业机器人市场成熟度高,而中国是最具市场潜能的国家;中国、日本、美国是工业机器人主要购买国,但中国工业机器人的渗透率远低于发达国家,日本、德国、美国等发达国家工业机器人技术和渗透率优势明显,其中日本是全球工业机器人最大的生产国和消费国;从单一企业来看,瑞典的ABB、德国的库卡、日本的发那科和安川电机四家企业是全球主要的工业机器人供货商,在全球工业机器人本体市场,机器人四大龙头企业近几年年收入占比超过50%,是这一领域的绝对强者;在机器人系统集成方面,除了机器人本体企业的集成业务,知名独立系统集成商还包括杜尔、徕斯和柯马等。

主要国家工业机器人密度

二、工业机器人的分类

工业机器人目前从市场化和可接受的角度是大大高于服务类机器人的,这可能也和现实的市场需求有较大关联,很多产品的普及从历史角度来看,也是先工业后民用。工业机器人从机械结构可分为:

1、关节机器人

关节机器人也称关节手臂机器人或关节机械手臂,是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一。适合用于诸多工业领域的机械自动化作业,比如,自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。机器人前3个关节决定机器人在空间的位置,后3个关节决定其姿态,多以旋转关节形式构成。

新松的柔性关节机器人

2、平面SCARA机器人

平面内运动,结构简单,性能优良,运算简单,适于精度较高的装配操作;SCARA机器人有3个旋转关节,其轴线相互平行,在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节,用于完成末端件在垂直于平面的运动。手腕参考点的位置是由两旋转关节的角位移φ1和φ2,及移动关节的位移z决定的,即p=f(φ1,φ2,z),如图所示。这类机器人的结构轻便、响应快,例如Adept1型SCARA机器人运动速度可达10m/s,比一般关节式机器人快数倍。它最适用于平面定位,垂直方向进行装配的作业。

备注:SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm,中文译名:选择顺应性装配机器手臂)

平面SCARA机器人

3、传统直角坐标机器人

也称桁架机器人或龙门式机器人。是能够实现自动控制的、可重复编程的、多自由度的、运动自由度建成空间直角关系的、多用途的操作机。其工作的行为方式主要是通过完成沿着X、Y、Z轴上的线性运动。特点:简单,控制方便,占地空间大。

直角坐标机器人

三、工业机器人投资机会

现在我国国内工业机器人产业呈现出整机产业泡沫化和关键零部件面临突破的两大特点。

1、机器人整机

过去5年,中国机器人市场以年均36%的速度增长,2013年销售量攀升至36560台,同比增长60%,成为世界第一机器人大国,也是全球机器人增长速度最快的市场。国内机器人整机企业也越来越多,据不完全统计2014年底就达到了4000家。

但是国内大多数机器人公司只做系统集成,规模不大,关键零部件依靠进口,普遍做的是生产加工生意,产品层次不高,依然以传统机器臂和机器手为主。

因为减速器、伺服电机等核心零部件只能依赖国外,成本高,让国产机器人与国外产品的售价很难拉开差距,缺乏竞争优势。

2、关键零部件

国内有一种通常的说法:工业机器人主要由机械本体及控制系统、伺服驱动、伺服电机、减速器四大核心功能零部件组成,其中机械本体占总成本的10%,控制器、伺服驱动、伺服电机三者共占60%,减速器占30%。也就是减速器占据工业机器人成本的1/3。

在机器人关键器件方面,国内企业正面临突破的边缘。控制器、伺服驱动、伺服电机国内龙头企业(埃斯顿、埃夫特等)已经实现量产,开始逐步替代进口产品。减速器领域国内企业正处于突破的边缘,秦川机床、双环传动(等企业已经生产出样品,开始提供给整机厂进行小批量试用。关键零部件的国产化将最终大幅度降低国产工业机器人售价,提高国内机器人企业的竞争力。

四、榜单上市公司简析

1、新松机器人

公司是目前国内机器人行业龙头企业,主要业务包括:机器人系统集成,自动化立体仓库,军用机器人等。公司近年来积极拓展机器人控制器、伺服电机等关键零部件、工业机器人本体、军用机器人、服务机器人及激光等业务,符合机器人行业发展大趋势。

依托中科院沈自所,具有强大的技术基础和政府资源。国内较早进入机器人领域,业务模式稳定,营收规模稳定增长。

随着机器人行业的快速发展,公司作为行业龙头有理由享受行业高溢价,并有望成为千亿级的机器人公司。预计公司2015-2017年净利润分别是4.2亿、5.8亿、7.7亿。对应当前股价PE为121倍、88倍、66倍。

2、汇川技术

汇川技术股份有限公司是专门从事工业自动化控制产品的研发、生产和销售的高新技术企业。主要产品有低压变频器、高压变频器、一体化及专机、伺服系统、PLC、HMI、永磁同步电机、电动汽车电机控制器、轨道交通牵引系统等。公司在低压变频器市场的占有率在国产品牌厂商中名列前茅,其中一体化及专机产品在多个细分行业处于业内领先地位。

汇川技术重点布局智能制造、新能源、工业互联网三大领域,产品广泛应用于电梯、起重、机床、金属制品、电线电缆、塑胶、印刷包装、纺织化纤、建材、冶金、煤矿、市政、汽车、轨道交通等行业。

2015年公司实现营业收入27.71亿元,同比增长23.54%,归母净利润8.09亿元,同比增长21.46%,EPS1.02元,经营活动产生的现金流量净额8.02亿元

3、新时达

新时达是国内最大的电梯控制系统配套供应商。上海新时达机器人有限公司是新时达股份全资子公司。2003年新时达收购了德国Anton Sigriner ElektroNIk GmbH公司,分别在德国巴伐利亚与中国上海设立了研发中心,把全球领先的德国机器人技术引入中国。2013年在中国上海建立了年产能2000台的生产基地,机器人产品系列已覆盖6kg-275kg。

新时达依托机器人控制器、驱动器、系统软件平台等领先技术,为客户提供最佳的一体化系统解决方案。公司的服务网络已覆盖中国31个省、市地区。新时达机器人适用于各种生产线上的焊接、切割、打磨抛光、清洗、上下料、装配、搬运码垛等上下游工艺的多种作业,广泛应用于电梯、金属加工、橡胶机械、工程机械、食品包装、物流装备、汽车零部件等制造领域。2014年公司陆续完成和推出6轴小型多关节机器人、控驱一体化产品,运动控制底层平台建设、新一代伺服驱动系统等产品,开始了公司机器人的生产。

14年收购深圳市众为兴数控技术有限公司将业务扩展到机器人关键零部件领域,加速机器人量产速度。众为兴是国内排行第二的控制器企业,有长久的控制器研制历史,众为兴的SCARA机器人已供应富士康和歌尔声学等电子企业。15年支付现金拿下晓奥享荣51%股权进入了汽车自动化生产线,晓奥享荣是一家汽车整线装备领域具有系统智能化工程设计、制造及配套等核心竞争力的企业,具备了完整的机器人汽车自动生产线设计、制造、工程施工以及相关配套技术。

4、均胜电子

均胜电子主要致力于智能驾驶控制系统、新能源汽车动力管理系统、工业自动化及机器人、高端汽车功能件总成等的研发与制造。总部位处中国宁波,全球拥有约20家生产及销售基地,4个研发中心;现有员工7000余名,研发人员逾1000人。成立于2004年的均胜电子前身是一家以汽车功能件为主业的零部件企业。

2011年至今,公司先后收购了德国老牌汽车电子公司PREH、德国软件公司INNOVENTIS、德国机器人公司IMA和德国优秀汽车零部件企业QUIN。通过企业创新升级和多次实施海外并购,公司提前实现全球化和转型升级的战略目标,增强了各个业务领域的实力。目前均胜电子已成为宝马、奔驰、奥迪、大众、通用和福特等汽车制造商的A级供应商,并屡获保时捷、大众、通用等汽车制造商优秀供应商奖。此外,公司还与佛吉亚、博世、伟世通等国际著名汽车零部件供应商紧密合作。

主要业务分为四块,按照收入占比依次为:

1)汽车电子产品:57%。(人机交互(HMI),前五大客户是宝马、奔驰、大众、福特和通用)

2)内外饰功能件:32%(与Quin整合,定位高端产品,优化低端生产线,毛利率增长2.5个百分点)

3)工业自动化及机器人:7%(提供整套解决方案,不限于汽车零部件,包括医疗和快消行业。知名客户包括博格华纳BORGWARNER、苏斯帕(SUSPA)、天合(TRW))

4)新能源动力控制系统:4%(为宝马供应电池管理系统,为特斯拉供应部分传感元器件,提供宁波新能源大巴的电容管理系统)

可见,工业自动化及机器人和新能源动力控制系统还属于发展阶段。其中工业自动化及机器人的毛利率较高。

5、埃斯顿

2015年4月份,在IPO排队苦等多年的埃斯顿终于如愿以偿地登上中小板,成为了继新松机器人后又一只“纯正”的国产机器人概念股。自成立以来,埃斯顿一直专注于高端智能机械装备及其核心控制和功能部件研发、生产和销售,主要产品包括应用于金属成形机床的数控系统、电液伺服系统、广泛适用于各种机械装备的交流伺服系统,以及工业机器人及成套设备等。

埃斯顿2010年便开始研发工业机器人,2011年成立了专门研发和生产工业机器人的控股子公司埃斯顿机器人公司,并开始进行机器人本体以及零部件的研发制造。目前,埃斯顿的机器人产品包括六轴通用机器人、四轴码垛机器人、scara机器人、DELTA机器人以及伺服机械手和智能成套设备。

埃斯顿是国内领先的智能工业装备核心零部件和工业机器人提供商,公司技术实力强大,主要产品金属成型机床的数控系统和电液伺服系统市占率分别超过80%和30%,位居国内第一,交流通用伺服产品销售额仅次于汇川技术,目前重点发展的工业机器人产品仅用三年时间跻身本土品牌前五。公司工业机器人和伺服系统业绩快速增长,定增加码业绩有望继续腾飞,未来在工业4.0、智能制造领域拥有巨大空间癿工业机器人和通用伺服产品有望放量成为公司业绩主要增长点。

6、华昌达

华昌达的原有业务主要是生产销售汽车总装生产线,2013年公司投入研发费用1500多万元进行了包括AGV系统和机器人集成应用等在内的项目研发。2014年,华昌达以6.3亿拟溢价10倍购买上海德梅柯100%的股权;2015年,华昌达又以交易对价为5350万美元现金出海收购DMW。

上海德梅柯是工业机器人集成系统供应商,一直专注于工业机器人成套装备及生产线的设计、研发、生产和销售;而DMW是美国专注于提供汽车生产线的物料管理系统提供商,主要面向北美汽车行业与工业市场制造商,是美国本土最具规模的汽车智能装备系统集成商之一。

同时,华昌达相关人士透露,在今年公司的海外收购中,应该会有项目落地。不难预测,随着华昌达在资本运作层面的进一步加深,若华昌达能实现最大化的整合上海德梅柯、DMW以及后续并购标的的优势资源,其有望成为国内机器人系统集成领域巨头之一。

7、上海机电

公司代理的纳博特斯克减速器业务占比较小,电梯是公司最核心的业务,公司还是日本纳博特斯克的代理商,随着纳博特斯克常州减速器工厂的设立,将为公司拓展新的利润增长点。

2015年2月,上海机电发布公告称,公司全资子公司上海电气液压气动有限公司将与日本纳博特斯克株式会社合资设立纳博特斯克精密机器有限公司,从事生产机器人精密减速机。纳博精机将根据机器人精密减速机的生产所需,对原江苏纳博的建筑物和生产装备进行改建和重新布局,计划形成年产20万台精密减速机的产能,机器人精密减速机目前基本由纳博特斯克垄断,也是本土机器人发展的关键掣肘,上海机电在机器人领域的布局不可小觑。

8、博实股份

2005年公司自由研发机器人本体、自主研发机器人控制器,实现工程应用。博实股份在搬运机器人设备、经济型物流搬运机器人等领域部分完成中试,有的在推广应用阶段,有的已实现规模销售,高温机器人、智能货运转移设备等是博实的战略新产品。博实股份是中国石化重大装备国产化研制单位,其客户包括中国石化、中国石油、中化集团、中国海油、中国大唐等全国大型企业集团。

此外,2015年,博实股份出资一亿元注册资金设立全资子公司博实高端医疗装备有限公司,同时与哈尔滨思哲睿智能医疗设备有限公司、苏州康多机器人有限公司、杜志江等9名自然人共同签订《微创外科手术机器人及智能器械项目投资协议书》。投资项目主体致力于微创外科手术机器人、康复机器人、系列化机器人手术器械等高端外科手术设备和智能医疗器械的研发。

根据相关研究机构预测,全球医疗用机器人市场规模将由2011年的不到7.9亿美元,到2016年增长至13亿美元。博实股份如能积极发力医疗机器人市场,率先突破产业化,降低成本,或有望实现弯道超车,抢占国内医疗机器人市场战略高地。

9、蓝英装备

蓝英装备发布的2016年一季度业绩预告中显示,公司盈利550万元,比上年同期下降39.96%。2015年1月,蓝英装备与机器人系统集成商骏腾发自动焊接装备有限公司签署《投资框架协议书》,公司拟以现金方式向目标公司增资,增资后持有其51%股权。骏腾发于2010年进入机器人自动化集成领域,公司营业收入在近几年得到较快增长。未来发展中,蓝英装备有望携手骏腾发将工业机器人系统集成业务做强做大。

10、三丰智能

公司主要从事智能输送成套设备的研发设计、制造、安装调试与技术服务,以技术为依托为客户提供智能输送整体解决方案,是国内最早从事该业务领域的企业之一。

近几年,三丰智能在智能装备领域的并购整合动作一直在不断加快。2014年1月下旬,三丰智能宣布收购合肥天海小松自动化仓储设备有限公司;8月底,公司又宣布相继收购湖北众达智能停车设备有限公司70%股权与湖北三扬石化有限公司70%股权。

2014年11月,三丰智能出售子公司三丰驰众49%股权,并购长沙驰众。2014年公司子公司湖北三丰驰众机器人有限公司实现营收162

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