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工業機器人產業鏈及發展趨勢

工業機器人市場機器人包括了工業機器人、服務機器人和特種機器人。2019年工業機器人市場規模189億美元，占機器人總體營收的54%。中國工業機器人銷售額為57億美元，約占全球市場的1/3。 2015-2019年，國內工業機器人行業銷售額平均增速高于全球水平。2015-2019年全球工業機器人市場的平均增速為12%，而中國市場的平均增速達到17%。主要原因是不同市場所處的發展階段不同，目前國內機器人行業密度遠低于主要發達國家，但是隨著中國人口紅利的逐漸消失，生產制造更加依賴技術進步，工業機器人密度提升成為必然趨勢。行業具有明顯的周期性，2019Q4-2020H1工業機器人產量增速企穩回升。2018年以來，全球實體經濟增長乏力，中國汽車行業、中小企業景氣度不高，削弱了汽車工業、通用工業企業的固定資產投資計劃，自動化資本支出下滑。我國工業企業產成品周期持續時間約為3-4年，每輪周期平均上行1-2年、下行2年。全球工業機器人市場集中度較高，四大家族借助汽車產業升級，奠定全球領先地位。全球機器人市場主要以工業機器人“四大家族”為代表的歐、日系企業占領，包括發那科（FANUC）、安川（Yaskawa）、ABB、庫卡（KUKA），市場份額合計達到50%以上。發那科成立于1956年，為日本企業，主營專業數控系統生產，其工業機器人精度高，工藝控制敏捷，小型化優勢明顯。安川電機成立于1915年，同樣為日本企業，以關鍵零部件伺服和運動控制器起家。ABB為瑞士企業，其生產的工業機器人廣泛運用于焊接、裝配、鑄造等很多領域。庫卡為德國企業，其工業機器人應用廣泛，涉及到汽車、自動化、金屬加工、食品和塑料等產業。汽車和3C市場仍然是工業機器人的主要市場，占總體規模60%以上。以工業機器人四大家族為代表的歐、日系工業機器人產品目前主要以汽車工業機器人為主。原因是汽車和電子制造行業標準化程度較高，屬于單件大批量制造，是比較適合機器人的應用場景。根據四大家族的產業鏈供給情況，除庫卡的伺服電機還需要外購外，其余均可以實現伺服電機、控制系統的自產，從而大幅降低整機成本，提升毛利率，最終創造公司的核心競爭力。工業機器人應用領域工業機器人在汽車、電子、金屬制品、塑料及化工產品等行業已經得到了廣泛的應用。汽車、3C領域以外的行業，由于產品非標準化程度高，自動化率普遍不高，國內外企業處于同一起跑線。目前在通用行業部分領域，工業機器人應用發展迅速，國內機器人制造企業具有相對優勢。由于客戶規模小，非標準化嚴重，相對于汽車、3C市場而言，巨頭暫未充分涉足，國內企業面臨的競爭壓力相對較小。2017年國內金屬加工機器人銷量同比增長99%，從國內的市場份額來看，內資企業占據優勢。2017年非金屬礦物、塑料和化學制品業、金屬加工業國產化率分別達到86%、74%、52%。工業機器人產業鏈整個工業機器人產業鏈包括上游核心零部件、中游整機制造以及下游系統集成。工業機器人核心零部件包括減速器、伺服電機與控制器，分別約占整機成本的30%、20%和20%。本體包括關節型機器人、并聯型機器人、直角坐標機器人和SCARA機器人。在工業機器人領域，從核心零部件、本體到系統集成，中國都具備一定的實力。控制器 2018年中國運動控制器市場規模超20億元，工業機器人控制器行業比較特殊，控制需要和工業機器人本體密切關聯，國際主流的工業機器人本體廠商一般自行開發控制器，從而保證機器人的穩定性和技術體系。因此，控制器市場與機器人本體市場高度關聯。控制器和伺服系統關聯緊密，運動控制一體化是未來應用趨勢，但需結合本體使用，本體企業在達到一定體量后，都會傾向于自主生產運動控制，單純做運動控制很難生存。減速器減速器是工業機器人最為關鍵的核心部件，全球市場高度集中，CR3高達85%。其中日本納博特斯克（RV減速器）市場占比60%，日本哈默納科（諧波減速器）市場占比15%。GGII數據顯示，國內機器人減速器70%以上的市場份額被外資減速器企業壟斷（Nab、HD、住友、新寶等），國產化率不足30%。減速器廠商經歷了2017年“供不應求”的黃金時代，2018年“供過于求”的白銀時代，2019年“求生存”的青銅時代。傳統中帶著“高精尖”的外衣光環，過去一直吸引著眾多企業和資本躍躍欲試。市場變化的速度遠遠超出想象，量價齊跌的當下，減速器行業作為重資產投資的典型代表，眾多已入局的企業面臨進退維谷的境地。新增的工業機器人需求必然能帶動減速器產業的快速發展。同時，減速器本身有額定的使用壽命，需要定期更換。工業機器人的工作壽命一般為8-10年，期間減速器作為傳動、承重部件，磨損不可避免，其使用壽命通常在兩年左右，因而，當前保有的工業機器人維修保養亦需要大量的減速器替換。GGII預計，2020-2023年，工業機器人用減速器需求量超360萬臺。從產品類型來看，國產諧波減速器進步相對明顯，目前已經涌現如綠的、來福、大族精密等廠商，從品牌度和市場份額上均有較大的提升；國產RV減速器發展相對緩慢，雖然具備量產能力的廠商不在少數，但是從市場占比和品牌度來看，稍顯弱勢，國產廠商中尚無綜合優勢較為突出的廠商代表，年產銷量在2萬臺左右的廠商屈指可數，尚難以對外資巨頭構成直接威脅。從另一方面來看，RV減速器市場格局的不確定性強于諧波減速器市場，RV減速器的高技術和高投資是主要的門檻，在一定程度上對入局者提出更高的要求。國內企業在減速器領域有所突破，上市公司中，中大力德、巨輪智能、秦川機床、昊志機電等都在研發。綠的諧波在諧波減速器領域有所技術突破，成功登陸科創版。南通振康目前也具備了年產3萬臺的產能，并已向國內工業機器人廠商埃夫特等供貨。整體來講，國產減速器有所突破，但知名度和市占率仍有待進一步提高。伺服器 2018年國內伺服系統市場規模60億元，我國工業機器人伺服電機主要被國外品牌壟斷，其中日系品牌約占50%、歐美品牌約30%、中國臺灣品牌約10%，大陸企業約10%。日系企業包括安川、三菱、三洋、歐姆龍、松下等公司，主要是小型功率和中型功率產品；歐美系品牌包括西門子、博世力士樂、施耐德等公司，在大型伺服具有優勢地位；國產品牌主要包括匯川、臺達、埃斯頓等公司，主要為中小型伺服。雖然工業基本盤的投資陸續回升，但短期內需求傳導依然面臨一定的障礙，不確定風險因素依然存在，尤其是汽車行業，處于產業變革的長周期內，GGII認為，未來幾年工業機器人整體大爆發的可能性微乎其微，細分領域高增長則是大概率事件。從細分產品看：在中國市場，目前國產工業機器人市場份額只有約32.8%，排名靠前的國內機器人公司包括廣州啟帆、埃夫特、新松、埃斯特、廣州數控、新時達等。多關節機器人多關節機器人因為與汽車行業的高關聯度，受汽車行業不景氣的影響較大。相比之下，輕小負載產品的市場增速高于中大負載產品。但同時，輕小負載產品（負載≤20kg）同質化嚴重，價格競爭愈演愈烈，系內外資工業機器人廠商較量的主戰場；中大負載產品（負載＞20kg）國產廠商開始著重布局，但與外資差距尚存差距，針對細分領域的定制化開發本體或有較大機會。 SCARA SCARA機器人是受3C行業帶動的市場。從新品和價格看競爭，GGII統計顯示，2019年國內外共計13家企業相繼推出了新功能或新型號的SCARA機器人產品。2019年年初，市場上出現了售價僅為15000元的SCARA機器人單品。可以看出SCARA本體企業之間的競爭日趨殘酷，在一定程度上加劇了行業內的“白熱化”。2020年受益于3C行業需求帶動，增長明顯，2020H1市場增速在30%以上，部分頭部廠商增速超過50%。新入局者的持續增加，尤其是六軸機器人玩家的入局，無疑增加了SCARA機器人領域的熱度，在成本日趨透明的當下，過去單純的產品銷售策略會漸漸失效，系統解決方案的能力將是各廠商都需要長期補足和提升的能力要素。并聯機器人 2019年，中國并聯機器人廠商數量超過60家，并聯機器人市場的發展速度堪比其工作運行速度。并聯機器人由于在航空、金屬加工、食品、醫療等行業的需求日趨穩定，一直呈現快速增長的態勢。曾經的“小眾”市場逐漸走向“潮流”，雖然各玩家彼此的差距尚小，但以勃肯特為代表的國產廠商已經在產品創新上取得較大進步，如針對芯片、珠寶、手表等精密部件的理料分揀，推出微米級直線驅動機器人，可以滿足更多高精度、高速度、高剛度的應用要求；此外還有協作并聯機器人，可以滿足多機協作的要求。在并聯機器人細分賽道，國產的市場張力進一步凸顯，市場份額穩步提升。藍皮書數據顯示，2017-2019年國產并聯機器人市場份額分別為55.00%、68.22%和75.32%。系統集成汽車和3C電子領域，仍然是外資為主的市場。而在需要非標定制化、充分理解和接觸下游行業客戶的市場（食品、飲料、物流等），已經出現國內廠商主導的局面。工業機器人系統集成商經過多年的發展，行業屬性與工藝屬性特征明顯，同時也在不斷的交叉滲透，因為這個群體呈較為明顯的“長尾”特性。在硬件日益趨同的當下，各廠商逐漸聚焦在軟件實力的比拼上。如果說硬件是集成商的基礎課程，那么軟件則是集成商的進階課程，其中最大的難點在于將各行業各類技術工藝機理模型的建立，并最終轉化為數字化的模型。發展趨勢工業機器人更小、更輕、更靈活當前，工業機器人的應用場景愈加廣泛，苛刻的生產環境對機器人的體積、重量、靈活度等提出了更高的要求。與此同時，隨著研發水平不斷提升、工藝設計不斷創新，以及新材料相繼投入使用，工業機器人正向著小型化、輕型化、柔性化的方向發展，類人精細化操作能力不斷增強。例如，日本SMC 致力于為機器人研制高品質的末端執行器，研發的新型汽缸體積縮小了40% 以上，質量最高減輕了69%，耗氣量最高減少了29%。日本愛普生首款新型折疊手臂六軸機器人N2，可在現有同級別機械臂60% 的工位空間內完成靈活操作；折疊手臂六軸機器人N6 采用內部走線設計，其折疊手臂可自然進入高層設備、機器、架子等狹窄空間；T3 緊湊型SCARA 機器人將控制器內置，避免了在設置和維護過程中進行復雜的布線，大大提高了成本效率并保持較低的總運行成本。德國費斯托（Festo）的新型全氣動驅動機械臂，將剛性的“抓取”轉變為柔性的“圍取”，能完成靈活抓取不同大小部件的任務。人機協作成為重要發展方向隨著機器人易用性、穩定性以及智能水平的不斷提升，機器人的應用領域逐漸由搬運、焊接、裝配等操作型任務向加工型任務拓展，人機協作正在成為工業機器人研發的重要方向。傳統工業機器人必須遠離人類，在保護圍欄或者其他屏障之后，以避免人類受到傷害，這極大的限制了工業機器人的應用效果。人機協作將人的認知能力與機器人的效率結合在一起，從而使人可以安全、簡便的進行使用。例如，瑞士ABB的雙臂人機協作機器人YuMi 可與工人一起協同工作，在感知到人的觸碰后，會立刻放慢速度，最終停止運動。德國庫卡（KUKA）的協作機器人LBR iiwa 可以以每秒10 毫米或50 毫米的速度抵近物體，并在遇到阻礙后立刻停止運動。優傲e-Series 協作式機器人可設定機械臂保護性停止的停止時間和停止距，并內置力傳感器提高精度和靈敏度，滿足更多應用場景的需求。工業機器人與工業互聯網的結合日趨緊密隨著新一代信息技術與制造業進一步加速融合，制造業愈加顯著地表現出網絡化、智能化的前沿發展趨勢，機器人龍頭企業紛紛落子工業互聯網，例如，庫卡機器人可與基于云技術的庫卡 Connect 相連，實現機器人與設備的聯網，實時查看和分析工業機器人的運行狀態，減少系統停機時間、進行預測性維護等，并通過大數據分析持續提高生產率、質量和靈活性。ABB 推出ABBAbility 工業云平臺，并與華為展開合作聯合研發機器人端到端的數字解決方案，實現機器人遠程監控、配置和大數據應用，進一步提升生產效率和節約成本。發那科（Fanuc）設立Fanuc Intelligent Edge Link andDrive（FIELD）平臺，能實現自動化系統中的機床、機器人、周邊設備及傳感器的連接并進行數據分析，提高生產過程中的生產質量、效率、靈活度以及設備的可靠性。硬件技術趨于成熟，難有顛覆創新。國內廠商迎來追趕良機結合巨頭發展經驗和產業現狀，掌握運動控制核心技術，提升本體附加值的頭部企業優勢會越來越大。下游用戶企業逐漸轉型自供機器人由于采購規模增長和企業轉型需求，產業鏈下游重點領域的龍頭企業開始加快并購和研發進程，進一步向上游延伸。例如，美的集團通過收購庫卡公司迅速布局機器人領域的中游總裝環節，積累下游應用經驗，建立起明顯的競爭優勢，并在收購德國庫卡公司后，與以色列運動控制系統解決方案提供商Servotronix 達成戰略合作，進一步增強在工業機器人領域的研發實力。碧桂園集團成立子公司博智林機器人，進軍機器人領域，開發研制應用于建筑業、餐飲、物業管理、醫療、農業等領域的機器人產品。娃哈哈新成立了一家人工智能機器人公司，加大智能機器人研發力度，已實現對集團內部子公司的自主供貨，并開展對外銷售。責任編輯人：CC

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