工业机器人的产业链情况,主要可以分为3个环节,分别是上游核心零部件、中游本体制造、下游系统集成。目前存在上游难度高,下游空间大的问题。
上游核心零部件:包括减速器、伺服系统、控制器,直接决定了工业机器人的性能、可靠性、负载能力等主要技术指标,占工业机器人总体成本的66%。
中游本体制造:涉及工业机器人整机结构设计和加工工艺,对工业机器人的稳定、精度等也有重要影响,成本占比在25%左右。
下游系统集成:面向终端用户,根据需求实现焊接、装配、检测、搬运、喷涂等工艺或功能,成本占工业机器人整体不到10%。
1、上游核心零部件
上游核心零部件是工业机器人最为关键的技术,也是国内外差距最大的领域,工业机器人大型企业往往通过掌握关键零部件技术打造核心竞争力。
减速器方面:目前全球大部分市场被日本的哈默纳科(谐波减速器)、纳博特斯克(RV 减速器)所占据,比例都在7成以上,国产化率不足30%,从分类上看,谐波减速器的国产化率相对较高,而RV减速器的技术门槛较高,国产化率相对较低。
数据显示,2020年,全球机器人减速器需求量为223万台,其中谐波减速器需求量为110万台,RV减速机需求量为113万台,如果分别按均价3000元、6500元的价格测算,则2020年全球谐波减速器市场规模为33亿元,RV减速机市场规模73.45亿元,合计为106.45亿元。
伺服系统方面:伺服系统是工业机器人主要的动力来源,也是控制设备实现精确运动与定位的必要系统,一般由伺服电机、伺服驱动器、编码器三部分组成。在工业机器人伺服系统中,电机主要采用永磁同步交流伺服电机,伺服驱动主要以总线通讯形式实现对位置、速度和转矩单元的控制,编码器主要采用多圈绝对值编码器。
在伺服系统里面,伺服电机最难掌握,目前超过90%需要依赖进口,典型生产厂家有安川、西门子、三菱、松下、伦茨、路斯特等,国产的电机在技术标准、设计选料、制造工艺等多方面与国外先进水平都有较大差距,这些导致国产电机在稳定性、持久性、噪音、功率等方面都有所不足,只能用于一些低端产品。
控制器方面:控制器是根据反馈信号控制机器人的执行机构,相当于工业机器人的“大脑”。在三大部件中,控制器的技术难度相对较低,且成本占比不高,但对机器人的工作能力、操作精度、稳定性等关键指标同样有着决定性的作用。
控制器分为硬件和软件两部分,在硬件上国内外差距并不大,但在软件算法和二次开发上依然有较大差距,并且软件算法最重要的是和机器人本体相匹配,而国内大多数企业并没有完整的产业链,这就导致了国内控制器企业难以形成竞争优势,所以国产控制器的差距主要是算法和兼容性方面。
2、中游本体制造
中游本体制造负责工业机器人本体的组装和集成,即机座和执行机构,包括手臂、腕部等,部分还包括行走结构。
目前中游工业机器人本体制造商依然以国外“四大家族”为代表的龙头企业占据领先地位,国内相关企业体量相对较小,此前国际机械设备统计机构数据显示,全球工业机器人前十大生产商中,我国仅有埃斯顿一家入围,排名第八位,占据3.26%的市场份额。
不过在趋势上,中游环节已呈现国产替代加速的大势,MIR数据显示,国内工业机器人企业占国内市场的份额已从2018年的18%提升至2020年的29%。并且从内外资品牌出货量增长率上也可以看出这点,2021年上半年,内资同比增长109.5%,外资同比增长71%。
主要因素包括:一是本土企业价格更为灵活,性价比高且更懂国内企业需求;二是下游行业细分领域众多,市场分散、需求多样,外资企业优势并不明显;三是国内用户对国产工业机器人接受程度提高,在用工成本上升推动的“机器换人”进程中,拥有强烈的降本增效需求。
3、下游系统集成
机器人系统集成是连接机器人本体企业和应用端的“桥梁”,为终端客户提供应用解决方案,负责工业机器人应用的二次开发,以及周边自动化配套设备的集成,是工业机器人自动化应用的重要组成部分。
得益于我国拥有全球最完善的制造业产业类别,系统集成是机器人行业最大的市场,并随着机器人应用领域的拓展而不断增大,数据统计显示,我国机器人系统集成商已经超过了3500家,市场规模也超过了600亿元。
不过值得注意的是,机器人系统集成的技术门槛较低,竞争十分激烈,导致议价能力较弱,且在不同行业之间横向拓展困难,企业发展存在一定的瓶颈,目前国内集成商企业规模偏小,营收过亿的仅有百家左右,想要突破十分困难。
综合来看,我国的工业机器人产业链在中低端已经有一定的优势,并借此提高国产化率,同时在发展的过程中,突破工业机器人关键技术的研发应用,实现从低端向高端的渗透替代。
此外,从应用领域上看,在汽车、3C等传统行业,工业机器人的应用已经过了大规模发展的阶段,自动化程度相对较高,规模虽大需求量却较小,且大部分被国外龙头企业垄断,难以进入。反而是一般工业领域,由于企业普遍体量较小,对工业机器人的需求呈现订单分散、价格敏感、标准化低的特点,这种“长尾客户”并不是国外龙头企业的客户,反而国内工业机器人企业拥有性价比高、服务及时等本土优势,更能解决这些客户的需求,是一个相对较好的切入点。