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全球工业机器人产业深度分析
来源:中国机械社区   发布时间:[2019/01/21 10:50:58]

全球工业机器人年销量由 2001 年的 7.8 万台增长至 2016 年的 29.4 万台,增幅 277%,近 6 年来(2010-2016),CAGR 达 16%,行业呈现出加速发展的趋势。预计 2020 年全球功能工业机器人销售量将接近 50.9 万台。

1、多因素助推中国工业机器人发展加速

1.1产业升级,国家政策扶持增加行业确定性

近年我国关于发展智能制造及工业机器人行业的主要政策:

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1.2 工业机器人和人工成本剪刀差扩大,“机器换人”拐点到来

从 2011 年开始,我国劳动年龄人口总数逐年下滑,人口老龄化比例上升。制造业领域工人工资水平不断上升,波士顿咨询的报告《全球制造业的经济大挪移》对 2004 和 2014 年间的数据进行分析,发现中国的制造成本已经与美国相差无几。全球出口量排名前25 位的经济体,以美国为基准(100), 中国的制造成本指数是 96,双方差距已经大幅缩小,中国人口红利逐渐丧失。

而随着工业机器人产业规模的逐渐加大和部分零部件趋于标准化,最近几年,工业机器人生产成本和售价呈下降趋势。根据罗兰贝格的报告,2015 年工业机器人单位时间平均成本约20 欧元,而单位时间人力成本约18 欧元,差距较小。再考虑到工业机器人更高的操作精度,越来越多的细分行业开始加大产线中工业机器人用量。

高工资水平上升,机器人价格下行,机器换人经济性凸显:

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1.3预计2020年中国机器人年销量将达21万台,超规划预期

中国工业机器人年销量由 2001 年的 700 台增长至 2016 年的8.7 万台,增长近123 倍,CAGR 达到 了 38%;中国工业机器人年销量占全球工业机器人年销量比例也由 2010 年的12%增长至2016 年的30%,市场份额逐年扩大,自2013 年起已经成为全球工业机器人销量最大的国家。预计2020 年中国年销量约达21 万,占比超40%,大超政府规划预期。根据产业规划,若自主机器人产量2020 年达到10 万台以上,全部销售的话,国产机器人销量占比就可以达到48%。

2、工业机器人产业链三大环节分析

工业机器人按照产业链上中下游可分为核心零部件,工业机器人本体,应用端集成三个环节。

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工业机器人的核心零部件包括减速器、伺服和控制器。

工业机器人本体可以理解为一个机械手臂。不同结构的机械手臂灵活程度和擅长动作不同。机器人本体也称为机器人裸机。

机器人集成是指在上述机器人本体上加装夹具及其他配套系统完成特定功能。可以将上述机器人本体理解为一只手臂,那么系统集成就是给这只手臂安装上手(夹具),复杂的系统集成还需要集成 视觉控制、力度控制等完成相应动作及功能。

从整个产业链来看,上游核心零部件是工业机器人成本中心,占比最高。系统集成成本较低,类似于轻资产行业。

从盈利能力来看,产业链上游核心零部件、中游本体和下游集成的毛利率水平基本符合“微笑曲线” 轨迹,上游、下游毛利较高,中游本体毛利最低。上游高毛利主要来源于技术壁垒,下游高毛利主 要来自于品牌溢价及客户资源壁垒。

2.1 机器人拥有三大核心零部件

机器人本体的核心零部件包括伺服、减速器和控制器。以六轴关节型机器人为例,每台机器人标配六台伺服,六台减速器和一个控制器。

电机(axis motor)与减速器(reduction gear)在机器人内部。控制器也就是控制柜,通过电缆与机器人本体相连。

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机器人本体企业的生产模式,从某种意义上说,是对零部件进行组装。

机器人的控制过程是由控制器发指令给伺服驱动,驱动伺服电机旋转,通过减速机执行动作。其中,技术门槛最高的是减速机,其次是伺服电机和驱动,再次是控制器。但这里说的门槛是指功能性的门槛,也就是做出来的门槛。

三大核心零部件的减速器、伺服和控制柜成本分别占机器人成本的 30%-50%,20%-30%,10%-20%。

三大核心零部件是机器人成本核心:

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2.1.1 减速器:成本占比最高,毛利最高,难度最大

减速器分类:谐波减速器和 RV 减速器。

减速器原理:把电机的转速降低,从而得到大的转矩。可以等同于汽车在上坡时需要减速的道理。

减速器成本:平均占机器人本体成本的 30%。由于减速器供应商较少,近乎垄断,故国内机器人 本体的减速机采购价格更高,减速机占本体比例可达 40%-50%。

谐波减速器,用于小型机器人或大型机器人的末端几个轴。特点是体积小、重量轻、承载能力大、运动精度高,单级传动比大。 谐波减速器的三个组件是:刚轮、柔轮、波发生器。

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其难点在于由于柔轮要承受较大频次的形变,因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理要求较高,工艺复杂。

而对于机器人用谐波减速器,Harmonic Drive 几乎垄断了整个工业机器人谐波减速器领域。目前全球市场占有率高达 80%。日本是于70 年代引进美国的谐波技术,1978 年,HarmonicDrive 在尝试将谐波减速器使用到工业机器人当中时,为了满足工业机器人对于寿命、精度的极高要求,公司通过改良,将谐波齿形设计出 IH 齿形,使谐波减速器能够适应工业机器人的要求。


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