工业机器人:国产替代正当时

国际金属加工网 2019年11月04日

据中国机器人产业联盟(CRIA)在《全球机器人2019(WorldRobotics2019)》发布会上发布的2018年中国工业机器人市场统计数据显示,2018年中国工业机器人市场累计销售工业机器人15.6万台,年销量连续第六年位居世界首位成为全球最大市场。

国务院在《中国制造2025》中,明确将高档数控机床和机器人列为重点突破领域,提出突破机器人本体、关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈的目标;三部委联合下发的《机器人产业发展规划(2016-2020年)》提出自主品牌工业机器人年产量达到10万台,六轴及以上工业机器人年产量达到5万台以上,服务机器人年销售收入超过300亿元等目标。

在2019国际服务机器人及特种机器人峰会上,中国机械工业联合会执行副会长、中国机器人产业联盟执行理事长宋晓刚表示,中国正在研究制定面向2035年的机器人产业发展规划,近期,在工信部支持下,相关部门已在西南、东北、珠三角、长三角进行了将近两个月的密集调研。

全球智能化大潮势不可挡。目前全球机器人平均密度只有0.85%,中国现在是0.97%。业内预计,未来5到10年,机器人的替代率要到30%以上,机器人密度提升的潜力巨大。机器人真正的市场爆发正在酝酿。

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工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行。一般来说,工业机器人由三大部分、六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个 子系统包括机械结构系统、驱动系统 、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装控制器、伺服电机以及减速器是构成工业机器人的三大核心零部件。三大 核心零部件的性能、稳定性很大程度上决定了工业机器人的性能与稳定性。由于核心零部件的生产技术壁垒较高,大多关键技术被少数公司垄断,使得机器人生产商在采购时议价能力不足,采购价格较高。

控制器是工业机器人的“大脑”,伺服系统是工业机器人的“动力源”,减速器是工业机器人的“关节”。

一般来说 ,三大核心零部件占到工业机器人生产成本的66%左右。,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行。一般来说,工业机器人由三大部分、六个子系统组成。三大部分是机械部分、传感部分和控制部分。六个 子系统包括机械结构系统、驱动系统 、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。

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工业机器人市场需求有望长期保持增长

在全球范围内,机器换人的趋势不断推进,自动化设备销售额逐年提高。美国IHS预计至2019年,全球的工业自动化行业收入有望达到2182亿美元。在地区结构中,亚太地区有望引领全球市场需求的增长。

根据国际机器人联合会的数据,全球工业机器人的销量在2010年实现高速增长,2010年全球工业机器人销量增速101%,销售额增速50%,2013-2018年间全球工业机器人销量和销售额增速处于10%-30%之间。

在我国劳动力成本优势逐渐减弱、制造业处于转型升级的大背景下,工业机器人需求旺盛,叠加国内自主化突破加速,进口替代空间打开,我国自2013年至今连续七年成为全球最大的工业机器人市场,工业机器人销售量/销售额/保有量均全球第一。

根据中国电子学会预测,2019年我国工业机器人市场空间57.3亿美元,2013-2019年CAGR为20.2%,领先全球整体11.2pcts。2020年,国内市场规模将进一步扩大,预计将超过60亿美元。

在全球人口老龄化、劳动力成本提高及制造业转型升级的背景下,工业机器人市场需求有望长期保持增长。

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行业形成了完整产业链

从2005年到2015年,中国工业机器人用10年时间完成了日本20年的发展历程,从上游核心零部件到中游本体再到下游吸引集成,从无到有,形成了完整产业链。

上游为减速器、伺服系统、控制系统等核心零部件生产,主要是减速器、控制系统和伺服系统,由于其技术壁垒较高,所以也是整个产业链的利润中心。

中游为工业机器人本体生产;从广义的角度来说,工业自动化装备包括高档数控机床、工业机器人、智能仪器仪表、自动化成套装备、智能物流与仓储装备等智能装备,集机械系统、运动系统、电气控制系统、传感器等多种技术于一体。

下游是基于终端行业特定需求的工业机器人系统集成,根据不同的应用场景和用途进行有针对性地系统集成和软件二次开发,自动化设备只有通过系统集成之后,才能投入到下游的汽车、电子、金属加工等产业,为终端客户所用。

从市场规模来看,下游系统集成和中游本体的市场规模相对较大,而上游零部件只有百亿级别;从国产化替代进程来看,下游和中游的国产替代水平相对较高。下游系统集成商中本土系统集成商占比约有90%以上,中游本体制造国产化率约有30%左右,而上游零部件中减速器和伺服系统国产化率最低,约10%左右,控制系统国产化率约为15%。

根据IFR数据,中国、日本、韩国、美国、德国五个国家消费了全球73%的机器人,同时也是全球重要的机器人制造大国。中国后来居上,成为世界上第三个具备完整产业链的国家(另外两个是日本、韩国,美国和德国均缺乏核心减速器企业,不具备完整产业链)。

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机器人市场格局

工业机器人对于零部件的要求非常高,目前高端市场被机器人“四大家族”:瑞士的ABB、日本的发那科(FANUC)和安川电机、德国的库卡(KUKA)所垄断。“四大家族”极具核心竞争力,在机器人核心零部件、本体制造与集成解决方案上有着显著优势,形成全产业链竞争力,占有全球工业机器人50%左右的市场。

发那科与ABB分别占有17.30%与15.70%的份额,安川电机与库卡其次,分别占有12.90%与12.10%的市场份额。剩余份额由松下、爱普生等厂家占有。

四大家族”在机器人产业链上各有侧重。ABB以电力电机与运动控制系统为核心技术;KUKA在机器人本体和解决方案上全球领先;FANUC的数控系统世界第一,占据了全球70%的市场份额;安川电机在伺服电机、控制器上有着核心竞争力。发那科、ABB和安川电机除减速器需要外购之外,在核心零部件上皆可以实现自产,而库卡的伺服和减速器均需外购。在核心零部件的技术优势上,四大家族各自发展,机器人本体与集成方案,拥有全产业链优势。

2018年“四大家族”在中国的市场份额超过50%。中国国产品牌市场份额为23.7%,主要集中于中低端市场。工业机器人下游应用丰富,国产品牌更接近中国市场,在下游需求的把握上具有一定的优势,近几年国产工业机器人销售规模总体呈上升趋势。

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机器人技术及应用发展可分为三个阶段四大层次,中国目前和日本、韩国等领先国家一样,处于机器智能向人工智能过渡阶段。在人工智能技术积累方面中国也处于世界前列。

工业机器人作为自动化生产的执行端,在单一、重复的流水线生产与危险、 恶劣的工作环境中相较人力优势明显,使用工业机器人进行生产将大幅降低厂商生产成本的支出。根据BCG预测,到2025年,由于工业机器人的普及,世界平均人力成本支出将降低16%,其中中国的人力成本支出将降低18%,高于世界平均水平。

除工业机器人外,我国服务机器人市场也同样巨大,根据IFR、中国电子学会的数据,预计2019年服务机器人将占我国机器人市场份额的25%。而且我国服务机器人的市场规模在快速增长,近5年人市场规模增速均超过30%。预计2019年我国服务机器人市场规模将达到22亿美元,同比增长33.1%,高于全球服务机器人市场增速。预计到2020年,我国服务机器人市场规模有望突破40亿美元。

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长远视角来看,中国工业机器人产业具有两方面的驱动因素:1)适龄劳动力供给持续收缩,工业机器人可用于替代繁重作业;2)机器人价格稳中有降,使用机器人的经济性和效率提升。横向比较,中国工业机器人的渗透率大幅低于发达工业国家,仍有较大提升空间,据IFR,2018年中国工业机器人密度为140台/万人制造业从业人数,而美国和日本这一数据分别为217、327台/万人制造业从业人数,密度最高的新加坡和韩国达到831和774台/万人制造业从业人数。

从全球龙头的发展路径来看,技术壁垒是核心竞争力,差异化附加值提供高盈利能力,对全球价值链的参与度和增加值的提升是获得主导地位的基础。中国制造业升级的根本目标在于提升制造业的价值创造能力,增强在全球产业价值链中的地位。中国制造业发展的主要制约是产品结构失调与创新能力不足,低水平产能过剩和高附加值产品短缺并存。自动化和人工智能技术有望加快劳动密集型制造转变为资本密集型制造的趋势。


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