作為資訊科技、控制技術和智慧製造技術整合創新的重大成果,國際上有輿論認為,機器人是“製造業CROWN頂端的明珠”,是智慧製造的重要載體。
今年世界機器人大會最新發布的資料顯示,2018年中國工業機器人的產量達到14.8萬臺套,佔全球產量的比重超過38%,位居全球第一。
工業機器人發展歷程工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置,可以代替人類完成自動化生產的需求。歷史上流水線生產方式的誕生使得批量生產成為現實,為了滿足大量的生產需求,各國開始研發能夠替代人類生產的自動化裝置。
世界上第一臺可程式設計機器人1956年誕生於美國,並於1961年首次運用於工業現場。使用數控機床生產汽車零部件的過程中。70年代,日本日立開發出具備動態視覺的機器人,隨後開始搭載微處理器,並廣泛應用於工業。
工業機器人產業鏈梳理工業機器人產業鏈主要包括下游系統整合、中游本體制造和上游核心零部件(主要是減速器、伺服系統、控制系統)。
上游核心零部件:長期看減速器有望打破日本壟斷
核心零部件主要包括伺服電機、減速器以及控制器。製造核心零部件的關鍵材料包括製造伺服電機的釹鐵硼永磁材料、鋁鎂合金;製作減速器的渦輪、蝸桿、壓鑄鋁合金、鑄鐵機身、齒輪等。由於技術壁壘較高,所以上游也是整個產業鏈的利潤中心。
核心零部件是中國產機器人進口替代的關鍵環節工業機器人的三大核心零部件分別是控制器、伺服系統、減速器,佔到製造成本的70%,是制約中國機器人產業發展的主要瓶頸。
控制器:中國產已實現較大突破,但單純做控制器機會較小控制器中國產已經實現突破。控制系統成本佔比12%,相當於機器人的大腦,包括硬體和軟體兩部分,硬體部分中國產品牌已經掌握,基本可以滿足需求;軟體部分,中國產品牌在穩定性、響應速度、易用性等還有一些差距。
伺服系統:市場格局穩定,競爭激烈,中國產向上突圍難度大伺服系統四大陣營競爭激烈。中國伺服市場分為日系、歐美系、臺灣系、中國產品牌四個陣營。日系品牌憑藉良好的產品效能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(裝置製造業)市場,以松下、安川、三菱為代表;西門子、施耐德、博世等歐美品牌佔據高階,下游以大型機械為主;臺灣品牌產品價格和技術水平定位於外資品牌和中國產品牌之間,以臺達及東元為代表;
中國產企業以匯川技術、埃斯頓、廣州數控為代表,產品功率範圍多在22KW以內,技術路線上與日系產品接近,整體競爭力不斷提高。2018年中國產佔比25%。2018年,歐美系份額從18.7%提高到19%,日臺份額從59%略降到56%,中國產廠商份額從22.3%增長到25 %。其中份額佔比最高日臺系廠商業績普遍下滑,和其優勢電子、機床等行業景氣度下滑有關;歐美系廠商份額略有增長,最具代表的是西門子和施耐德;以匯川、埃斯頓為代表的中國產伺服依然增長迅速,但主要集中在低端終端突破。
國內領先企業也把提升產能作為應對競爭、搶佔市場份額的重要手段。根據MIR DATABANK對2017年中國機器人銷量的監測,國內本體銷量第一梯隊的企業包括埃夫特、埃斯頓、眾為興、廣州啟帆、新時達、新鬆機器人、李群自動化、歡顏等,一方面不斷在擴產能,另一方面產能利用率不斷在爬坡。
中游本體:中國產份額持續上升,外資地位動搖
中游主要是工業機器人本體制造,從廣義的角度來說,工業自動化裝備包括高檔數控機床、工業機器人、智慧儀器儀表、自動化成套裝備、智慧物流與倉儲裝備等智慧裝備,集機械系統、運動系統、電氣控制系統、感測器等多種技術於一體。
機器人本體的硬體技術已經趨於成熟,主要在結構的優化和使用體驗的提升;外資巨頭的優勢逐漸向軟體轉移,給了中國產本體追趕的視窗期。掌握自主運控技術、提升附加值是不斷被驗證的中國產出路。
多關節、SCARA、直角座標、是應用最多的機器人本體三種應用最廣泛的工業機器人本體為多關節(6軸為主)、直角座標何SCARA。根據CRIA資料,2017年中國銷售13.8萬臺工業機器人,其中多關節9.1萬臺(佔比66%)、直角座標2.1萬臺(佔比15%)、SCARA2萬臺(佔比14%),三類合計佔比95%。
外資仍壟斷高階市場,中低端中國產化率提升。發那科、ABB、安川、庫卡是全球機器人四大家族,市場份額合計佔比超過50%。國內工業機器人市場來看,高階市場基本為四大家族壟斷,中國產份額在23.7%,主要是中低端市場滲透率提升。
下游系統整合:中國產實現逆襲,選好應用領域至關重要
下游是系統整合商,根據不同的應用場景和用途進行有針對性地系統整合和軟體二次開發,自動化裝置只有通過系統整合之後,才能投入到下游的汽車、電子、金屬加工等產業,為終端客戶所用。
在搬運碼垛等低端工藝應用領域,本土整合商佔據絕對主導;在裝配、揀選、焊接等中端工藝應用領域,本土整合商佔據優勢,在噴塗、視覺監測AOI等高階工藝應用領域,本土整合商也在不斷滲透。
系統整合領域國內企業佔據主導。根據MIR DATABANK統計的1092家整合商樣本資料,本土整合商佔比95%以上。中游本體制造中國產化率約有30%左右,而上游零部件中減速器和伺服系統中國產化率最低,約10%左右,控制系統中國產化率約為15%。
發那科、ABB、安川、庫卡並稱工業機器人“四大家族”。全球市佔率合計超50%,其中發那科是當之無愧的世界機器人龍頭。發那科與ABB分別佔有17.30%與15.70%的份額,安川電機與庫卡其次,分別佔有12.90%與12.10%的市場份額。
四大家族的機器人業務都起步於20 世紀70 年代,發展至今發那科發展最好,而KUKA的體量最小、發展最差(已被美的收購,2018年淨利潤下滑80%)。
國內企業控制器尚未形成市場競爭力,部分本體生產廠家的控制器需要通過外購。但在發展過程中仍然湧現出一批具有代表性的企業,比如匯川技術、埃斯頓、新時達、固高、新鬆、華中數控等企業較有優勢。
運動控制技術是工業機器人的基礎/核心技術工業機器人是“易用型的數控機床”。相比高精度數控機床,工業機器人在具有基本相同的運動結構前提下,技術壁壘較低,通用性更強,更易操作和維護。兩者不同點主要在於外部形態:生產線上數控機床一般作為工作母機,處於中心位置,工業機器人屬於輔助裝置,價格更低。
這些特點大大擴充套件了工業機器人的使用範圍,可以把它看做是“易用型的數控機床”。運動控制技術是機器人的核心。精度、速度、穩定性是數控機床和工業機器人效能關鍵指標,這些指標都建立在運動控制技術的基礎上。工業機器人的三大核心零部件(減速機、伺服系統、控制系統)都可以歸結到運動控制技術。對運動控制技術的掌握程度,決定了機器人所能達到的高度。
中國有望比肩發達國家,引領機器人產業發展中國工業機器人商業模式百花齊放。經過數年發展,國內公司參與工業機器人行業的模式多種多樣,包括純零部件、純本體、純整合、零部件+本體、本體+整合、零部件+本體+整合等。中國工業機器人銷售量/銷售額/保有量均全球第一。
IFR,2018年全球工業機器人銷量為38.4萬臺/yoy+0.7%。IFR預計,全球工業機器人2021年銷量將達到63萬臺,三年CAGR為17.94%,預計行業增長平穩。假設18-21年,全球工業機器人均價保持每年5%的降幅,由此推算,全球工業機器人銷售額將由2017年的162億美元增至2021年的218億美元,四年CAGR為7.7%,市場空間依然廣闊。
成為世界第三個具備機器人完整產業鏈的國家
十年前,中國是待開發的市場,外資巨頭佔據絕對優勢地位,國際二線品牌也有各自的優勢領域,中國產機器人基本沒有產業化,主要是給外資做代理或者系統整合,處於價值鏈的最低環節。十年後的現在,中國已經成為全球最重要的機器人市場,全球機器人產業鏈加速向大陸轉移。外資品牌地位動搖,二線品牌彼此整合或者被整合;國際四大家族變為三大家族,其中德國KUKA已經被中國企業美的收購。中國產機器人已經具備從產業鏈各個環節跟外資直接競爭的實力。
中國從上游核心零部件到中游本體再到下游系統整合,成為世界上第三個具備完整產業鏈的國家(另外兩個是日本、南韓,美國和德國均缺乏核心減速器企業)。
2017年年底,市場上出現了伯朗特28500元的六軸機器人裸機,廣州啟帆39000元協作機器人、天太機器人30000元以內的SCARA機器人、獵豹29999七軸機械手以及慧靈科技8000元以內的協作機械臂。其中伯朗特2018年出貨量5129臺,躍居中國產機器人銷量第一。
2018年聚友光機作為廣州啟帆下探中低端領域的銷售渠道之一,再次推出整機定價為19900元的SCARA;歡顏機器人在7月初推出出廠價為39800元的首款協作機器人,在預定期間“買十送五”;2014年以前,一臺普通的AGC可以賣16萬元左右,現在有些企業只賣不到4萬元。
過去國內AGV價格普遍為十幾萬到一百萬元不等,但現在也有企業推出了3萬以內的AGV。長久以來,價格也被視作中國產機器人的競爭優勢,中國產機器人低價頻現一定程度上有利於中國產機器人的普及。
2019年,是機器人產業經歷爆發後市場趨於冷靜的一年。年初開始,基於對上一年機器人產業發展景氣度延續的預期,多數機器人企業側重於提升產能、延伸產業鏈、釋出新產品等,整個行業市場熱度持續;隨後由於一些生產技術瓶頸尚未突破、下游製造業的固定資產投資收緊明顯、擴產加劇競爭、產業鏈資金壓力增加等因素影響,包括核心外資廠商在內的諸多廠商均出現業績下滑,下半年機器人市場行情急轉直下。在2019年度,整個機器人產業市場呈現出高開低走的態勢,機器人行業進入階段性調整期。