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      全方位解析|中國工業機器人發展到了什么水平?

      时间:2021-12-21     作者:量子智能

      工業機器人行業發展現狀

      1、定義

      工業機器人是在工業生產中使用的機器人的總稱,是一種多關節機械手或多自由度的機器裝置,通過編程或示教等方式,可以擁有一定的自動性,依靠自身的動力能源和控制能力,實現各種加工制造功能,替代人類完成繁重、重復、有害等各方面的工作。

      目前工業機器人一般可分為多關節機器人、協作機器人、Delta機器人和SCARA機器人四大類。從國內工業機器人市場銷量來看,占比最高的是多關節機器人,在63%左右,其次分別為SCARA機器人、協作機器人和Delta機器人,分別約占30%、4%和3%。

      2、我國工業機器人發展歷程

      我國工業機器人研究開始于20世紀70年代,直至2000年之前,行業主要以技術研究、市場探索為主,為后續的發展進行技術、人才等多方面的儲備。

      2000年到2010年,在汽車等主要應用領域較為低迷的情況下,國內工業機器人年均銷量僅為數千臺,這一階段主要是外資在加速布局國內市場,而國內供應商主要做集成和代理。

      2010年到2013年,隨著下游汽車、3C等行業需求的高速增長,推動了國內工業機器人快速發展,銷量開始超過萬臺,一些內資集成企業發展到了一定程度,開始謀求向中上游拓展。

      2013年到2017年,國家對機器人的支持補貼政策密集出臺,汽車、3C電子行業景氣度高,長尾市場也逐漸打開,終端用戶使用機器人的意愿大幅增長,5年來的年均增速達到了43%,我國工業機器人產銷量呈爆發式增長。

      2018年到2019年,由于國家補貼的減少以及貿易摩擦的影響,國內汽車、3C電子等機器人下游應用行業發展受限,機器人需求增速放緩。

      2020年疫情爆發,整體經濟受到打擊,不過隨著疫情得到控制,需求開始反彈,同時伴隨著新能源等行業的大力發展,國內工業機器人增速再次抬頭,2020年國內工業機器人產量達到了237068臺,同比增長19.1%。

      2021年國內工業機器人需求持續高速增長,據國家統計局數據,今年1-9月總產量達到26.87萬套,同比增長57.8%,預計未來三到五年,國內工業機器人仍將保持超過35%的高速增長。

      主要邏輯有:一是人口紅利褪去,用工成本持續增加;二是智能制造產業升級的需求;三是工業機器人規模效應凸顯,性價比提高;四是工業機器人技術更加成熟,應用領域增加;五是國產替代的加速。

      3、工業機器人市場情況

      全球對機器人行業的未來發展持樂觀態度,此前央視財經曾報道,2020年全球機器人市場規模為250億美元,約合人民幣1600億元,預計到2030年,該數字將擴大十倍,達到2600 億美元,約合人民幣1.7萬億元。

      在今年世界機器人大會上發布的《2021中國機器人產業發展報告》顯示,2021年,我國機器人市場規模預計為839億元,其中工業機器人445.7億元,預計到2023年,將突破589億元;另外德邦證券研報顯示,到2023年,我國工業機器人市場規模將突破100億美元(約638億人民幣)。

      從供需上看,國內工業機器人穩定增長,2015-2020年,產量由3.3萬臺提升至23.7萬臺,年均增長率達48.3%;銷量從6.9萬臺提升至17萬臺,年均增長率為19.8%;出口方面,2015-2020年,國內工業機器人出口量由1.2萬臺提升至8.1萬臺,年均增長率為46.5%,出口量在全球占比由4.6%提升至20.4%,增長約16個百分點。

      從安裝量上看,據國際機器人聯盟(IFR)發布的數據顯示,目前在中國工廠運行的工業機器人數量達到創紀錄的943000臺,增長了21%,并且還在持續高速增長,在2020年,全球新設工業機器人38.35萬臺,疫情之下也同比增加0.5%,主要得益于中國需求的大幅增加,有超過40%的新型機器人,約16.84萬臺被設置在中國工廠。

      從營收規模上看,據工信部數據,2020年,全國規模以上工業機器人制造企業營業收入531.7億元,同比增長6.0%,實現利潤總額17.7億元,同比下降26.9%,總體利潤率較低,此外,從今年以來的數據上看,國內工業機器人企業凈利潤依舊在持續降低,市場增大、利潤不足的情況短時間難以緩解。

      從應用分類上看,近年來工業機器人應用領域在持續拓展,非汽車領域應用占比逐步增加。數據顯示,汽車行業占比降到了29%,3C電子行業為23%,金屬制造領域超過了12%,鋰電、食品領域應用分別超過了5%。

      未來工業機器人應用將繼續拓展到更多行業領域,《全球工業互聯網應用案例分析報告》數據顯示,目前工業互聯網應用企業主要集中在機械行業,占比36%,其次為能源行業,占比22%,再次是輕工業,占比11%,除此之外,其余行業的工業互聯網滲透率普遍偏低,而工業互聯網的前提是工業機器人等自動化設備和智能控制系統,因此從這一角度上看,未來中長期工業機器人的市場需求同樣強烈,足以保持相對穩定的市場增量。

      如今,在中國的內外資工業機器人企業都在努力擴產,據統計,目前四大家族在國內實現的年產能約為15萬臺,最晚到2025年,產能將超過50萬臺;而國內工業機器人主要供應商目前實現年產能約4萬臺,預計到2025年產能將達到25萬臺。

      今年以來,工業機器人獲得了資本的青睞,據不完全統計,今年前三季度,工業機器人領域就發生了70起融資事件,總融資額超過了125億人民幣,已經追上了去年一整年的融資金額,創下又一個融資巔峰記錄。

      工業機器人產業鏈發展概況

      工業機器人產業鏈主要分為上游核心零部件、中游本體制造以及下游系統集成三個環節。

      上游核心零部件:包括減速器、伺服系統、控制器,直接決定了工業機器人的性能、可靠性、負載能力等主要技術指標,占工業機器人總體成本的66%。

      中游本體制造:涉及工業機器人整機結構設計和加工工藝,對工業機器人的穩定、精度等也有重要影響,成本占比在25%左右。

      下游系統集成:面向終端用戶,根據需求實現焊接、裝配、檢測、搬運、噴涂等工藝或功能,成本占工業機器人整體不到10%。

      1、上游核心零部件

      上游核心零部件是工業機器人最為關鍵的技術,也是國內外差距最大的領域,工業機器人大型企業往往通過掌握關鍵零部件技術打造核心競爭力。

      減速器方面:目前全球大部分市場被日本的哈默納科(諧波減速器)、納博特斯克(RV 減速器)所占據,比例都在7成以上,國產化率不足30%,從分類上看,諧波減速器的國產化率相對較高,而RV減速器的技術門檻較高,國產化率相對較低。

      數據顯示,2020年,全球機器人減速器需求量為223萬臺,其中諧波減速器需求量為110萬臺,RV減速機需求量為113萬臺,如果分別按均價3000元、6500元的價格測算,則2020年全球諧波減速器市場規模為33億元,RV減速機市場規模73.45億元,合計為106.45億元。

      伺服系統方面:伺服系統是工業機器人主要的動力來源,也是控制設備實現精確運動與定位的必要系統,一般由伺服電機、伺服驅動器、編碼器三部分組成。在工業機器人伺服系統中,電機主要采用永磁同步交流伺服電機,伺服驅動主要以總線通訊形式實現對位置、速度和轉矩單元的控制,編碼器主要采用多圈絕對值編碼器。

      在伺服系統里面,伺服電機最難掌握,目前超過90%需要依賴進口,典型生產廠家有安川、西門子、三菱、松下、倫茨、路斯特等,國產的電機在技術標準、設計選料、制造工藝等多方面與國外先進水平都有較大差距,這些導致國產電機在穩定性、持久性、噪音、功率等方面都有所不足,只能用于一些低端產品。

      控制器方面:控制器是根據反饋信號控制機器人的執行機構,相當于工業機器人的“大腦”。在三大部件中,控制器的技術難度相對較低,且成本占比不高,但對機器人的工作能力、操作精度、穩定性等關鍵指標同樣有著決定性的作用。

      控制器分為硬件和軟件兩部分,在硬件上國內外差距并不大,但在軟件算法和二次開發上依然有較大差距,并且軟件算法最重要的是和機器人本體相匹配,而國內大多數企業并沒有完整的產業鏈,這就導致了國內控制器企業難以形成競爭優勢,所以國產控制器的差距主要是算法和兼容性方面。

      2、中游本體制造

      中游本體制造負責工業機器人本體的組裝和集成,即機座和執行機構,包括手臂、腕部等,部分還包括行走結構。

      目前中游工業機器人本體制造商依然以國外“四大家族”為代表的龍頭企業占據領先地位,國內相關企業體量相對較小,此前國際機械設備統計機構數據顯示,全球工業機器人前十大生產商中,我國僅有埃斯頓一家入圍,排名第八位,占據3.26%的市場份額。

      不過在趨勢上,中游環節已呈現國產替代加速的大勢,MIR數據顯示,國內工業機器人企業占國內市場的份額已從2018年的18%提升至2020年的29%。并且從內外資品牌出貨量增長率上也可以看出這點,2021年上半年,內資同比增長109.5%,外資同比增長71%。

      主要因素包括:一是本土企業價格更為靈活,性價比高且更懂國內企業需求;二是下游行業細分領域眾多,市場分散、需求多樣,外資企業優勢并不明顯;三是國內用戶對國產工業機器人接受程度提高,在用工成本上升推動的“機器換人”進程中,擁有強烈的降本增效需求。

      3、下游系統集成

      機器人系統集成是連接機器人本體企業和應用端的“橋梁”,為終端客戶提供應用解決方案,負責工業機器人應用的二次開發,以及周邊自動化配套設備的集成,是工業機器人自動化應用的重要組成部分。

      得益于我國擁有全球最完善的制造業產業類別,系統集成是機器人行業最大的市場,并隨著機器人應用領域的拓展而不斷增大,數據統計顯示,我國機器人系統集成商已經超過了3500家,市場規模也超過了600億元。

      不過值得注意的是,機器人系統集成的技術門檻較低,競爭十分激烈,導致議價能力較弱,且在不同行業之間橫向拓展困難,企業發展存在一定的瓶頸,目前國內集成商企業規模偏小,營收過億的僅有百家左右,想要突破十分困難。

      綜合來看,我國的工業機器人產業鏈在中低端已經有一定的優勢,并借此提高國產化率,同時在發展的過程中,突破工業機器人關鍵技術的研發應用,實現從低端向高端的滲透替代。

      此外,從應用領域上看,在汽車、3C等傳統行業,工業機器人的應用已經過了大規模發展的階段,自動化程度相對較高,規模雖大需求量卻較小,且大部分被國外龍頭企業壟斷,難以進入。反而是一般工業領域,由于企業普遍體量較小,對工業機器人的需求呈現訂單分散、價格敏感、標準化低的特點,這種“長尾客戶”并不是國外龍頭企業的客戶,反而國內工業機器人企業擁有性價比高、服務及時等本土優勢,更能解決這些客戶的需求,是一個相對較好的切入點。

      工業機器人行業痛點分析與發展趨勢

      1、工業機器人行業痛點

      一是人才極度缺乏。經過多年的努力發展,如今我國制造業已經跨過了第一階段的勞動密集型產業、第二階段的資本密集型產業,來到了第三階段的智力密集型產業,也就是高端制造,在這一階段,行業對人才的定位已經改變了,也就是說現今的大多數人才,與接下來行業的需求并不匹配,導致出現人才極度缺乏的狀況。

      從最基本的操作和編程,到整個機器人系統的復雜調試、維護,我們在研究人才、工程人才、操作人才等全方位存在稀缺痛點,然而相應的人才教育培訓體系卻沒有建立起來,導致人才問題將成為未來工業機器人發展的最大阻礙。

      《制造業人才發展規劃指南》指出,到2025年,高檔數控機床和機器人有關領域人才缺口將達450萬人,同時還指出,2020年制造業十大重點領域人才短缺將超過1900萬,在2025年這個數字將近3000萬。

      二是核心技術太過弱勢。我國是最大的工業機器人市場,但國內企業卻相當弱勢,這主要是缺乏核心技術的積累,同時配套能力也不夠強,如高端芯片、操作系統、控制器、減速機、電機、精密加工技術等等都需要依賴進口,這些導致產品成本過高,利潤不足,于是大量工業機器人企業舉步艱難,發展緩慢。工信部數據顯示,2020年全國規模以上工業機器人制造企業營業收入531.7億元,利潤總額17.7億元,利潤率僅3.3%。

      三是產業投資太少。包括機器人企業和投資機構,各方面對工業機器人產業的投資都太少,導致產業發展緩慢,對比當年千億萬億的資金進入互聯網和移動增值行業的風潮,目前進入機器人行業的資金太少了,也就是在去年和今年才堪堪超過了百億級別,沒有資金,導致人才稀少,然后研發緩慢,由此進入惡性循環,資金缺少是工業機器人發展緩慢的一個關鍵點。

      2、工業機器人發展趨勢

      一是提高工業機器人的智能化技術。工業機器人是先進制造業的代表,提高智能化程度可以提高工業機器人的工作能力和使用性能,推動制造業向著真正無人化、自動化的目標前進,智能化將是機器人發展的大趨勢,事實上目前行業內一直在推進這方面的研究,比如將人工智能與機器人結合,還有云化機器人及工業機器人云平臺等方式。

      二是協作機器人成為工業機器人的重要創新方向。制造業網絡化、智能化發展趨勢顯著,在更加復雜的離散型場景中,安全的人機協作需求不斷增長,以完成更精確、更靈活的工作。傳統的工業機器人需要在隔離環境中作業,極大地限制了工業機器人的應用效果和應用場景,隨著技術的成熟,工業機器人的生產力和可靠性大幅提升,將會推動更加適應智能制造應用場景的協作機器人產業發展。

      結語

      我國是制造業大國,制造業增加值已連續11年位居世界第一,并且是全球唯一一個擁有聯合國產業分類中所列全部工業門類41個工業大類、207個中類、666個小類的國家,具有世界上最為健全的工業體系。

      正是得益于此,我國工業機器人才發展迅速,占據了全球市場的四成份額,在此前制定的“中國制造2025”中,2025年工業機器人的目標產量是26萬臺,而今年的前三季度工業機器人產量就已達到了268694臺,提前四年就超額完成了數量指標,可見發展速度之快,遠超預期。

      但另一方面,我國制造業也好,工業機器人也罷,都是大而不強,面臨諸多挑戰,如核心技術難以突破,被供應鏈卡脖子,企業盈利能力不足,研發資金、人才短缺問題,另外還有人口紅利不再、用工成本增加、原材料價格上漲、客戶需求多樣化、產品周期縮短等等客觀問題,都在阻礙著機器人產業的進一步發展。

      綜上所述,對于工業機器人發展的預期,在市場規模上,我國工業機器人發展的速度會比預期快,未來幾年依然會繼續保持高速增長;在技術積累上,門檻較低、淺層次的技術,發展也會比預期的快,深層次的、需要產學研合作攻克的核心技術,發展則會比預期的慢。

      在這種情況下,想要工業機器人產業長久健康發展,必須加大研發投入,突破技術壁壘,提高盈利能力,緩和產業鏈發展不平衡的矛盾,堅定走“技工貿”的路線,開發新技術、新產品,以獲得高利潤,從而帶動整個工業機器人產業的正向循環發展。

      本文來源:騰訊網

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