工业机器人

　　自2013年开始，中国成为全球工业机器人第一大市场，制造业“机器换人”需求旺盛，预计未来一段时间内仍将保持快速增长。CRIA和IFR的数据显示，国产工业机器人在一般制造业的销量占比未显著落后于外资，且在个别领域处于绝对优势地位。未来几年内中国将成为工业机器人市场增长的主要驱动力。预计2017~2020年，中国工业机器人年均销量预计为15万台，年均复合增长率为17%。中国工业机器人销量占全球比例预计从2015年的27%提升至2019年的39%。

2009年-2020年中国工业机器人销量及增速

　　根据数据，2014年全球平均的工业机器人使用密度（每万工人拥有工业机器人数量）为66台，其中欧洲85台、美洲75台、亚洲54台。分国家来看，韩国近年来大量安装并使用机器人，2014年工业机器人使用密度为478台；日本使用密度为314台；德国使用密度为292台；美国的使用密度164台。与这些国家相比，我国2014年工业机器人使用密度仅为36台，2015年中国的工业机器人使用密度为49台。《机器人产业发展规划（2016-2020年）》指出，到2020年，我国工业机器人使用密度将超过150台/万人。

　　从市场规模方面来看，根据数据，2016年中国工业机器人销售额达到34亿美元，增长率达到31.3%，随着工业机器人市场的旺盛，预计2017年中国工业机器人市场规模将超40亿美元，达到42.2亿美元。

　　工业机器人行业按产业链分为上游、中游和下游。上游生产核心零部件：包括减速器、伺服系统、控制器；中游是本体生产商；下游是系统集成商，包括单项系统集成商、综合系统集成商。我国工业机器人主要集中在本体和集成端，原因在于核心零部件缺失严重抬高国内工业机器人成本，制约行业发展。

　　从毛利率上来看，工业机器人零部件的毛利率高于本体和系统集成，尤其是减速器的毛利率高达40%。因此我国工业机器人行业的整体的发展未来主要依靠核心零部件地位的提升，也唯有核心零部件的生产能力的真正提升才能使中国在工业机器人行业跻身世界一流地位。

　　根据国家统计局公布的数据，中国劳动年龄人口比例自2002年开始逐年上升，直至2016年65岁人口比例已经高达10.80%。与此同时，14岁以下儿童的占比却日益下滑。因此说中国人口结构老龄化将成为一个一个不可逆转的趋势。伴随着人口老龄化的加剧，劳动力供给的持续减少将日益严重。

　　此外，伴随着80后、90后逐渐成长为社会主要劳动力，劳动力整体受教育程度提高，劳动力的享乐意识逐渐增强而从事体力劳动的意愿有所下降。他们更追逐自我，对于工作环境、工作场景、待遇等等的要求更加多元，而且稳定性更差。相比于一些较为艰苦、单调、高风险的工作，年轻人更青睐于较为轻松的脑力劳动。高温、高风险和曝露于有毒环境之下的工作岗位来说，想要找到足够多的劳动力将是一件越来越困难的事情。41岁以上农民工占比已经从2008年的30%上升至2015年的45%，农民工群体不断高龄化，实际劳动力供给形势严峻。因此，这些危险、艰苦、单调的岗位将需要由机器人和自动化系统所取代。

　　2006年-2016年十年间，中国制造业就业人员年平均翻了三倍有余。中国制造业劳动力平均工资已经超过越南、马来西亚等国家。而与此同时，伴随着技术的提高，工业机器人的成本正在逐渐下降，机器换人的成本优势开始得到体现，这为未来工业机器人的普及奠定了基础。

　　以长三角、珠三角地区城市为首，全国已有36个城市将机器人作为当地产业发展重点，财政补助额度大幅增长。广东、浙江、上海、湖北、黑龙江等地区均已出台支持工业机器人应用的相关财税补贴政策。其中，广东省在省“工业与信息化发展专项资金”中安排机器人发展专题资金，2016年安排金额3.6亿元，给予一定比例的采购价格补贴。浙江省省级财政已累计安排近6亿资金支持“机器换人”技术改造，出台工业机器人购置奖励补贴政策，省与地方1：2配套，购置工业机器人按价格10%补贴。

　　工业机器人本体结构是指机体结构和机械传动系统，也是机器人的支承基础和执行机构。根据预测，2020年我国工业机器人本体的市场规模将达到380亿元，较2016年增长33.33%。

　　根据数据，三大核心零部件减速器、伺服系统和控制器成本分别占机器人成本的30-50%、20-30%和10-20%，它们共同决定了产品的性能、质量以及价格。按照每台工业机器人20万元的价格进行估算，2020年工业机器人销量将达到19万台，因此减速器、零部件和控制器的市场规模将分别在2020年达到171亿元、85亿元和57亿元，合计312亿元，占2020年工业机器人本体的总市场规模的82%。

　　减速器是工业机器人最重要的零部件，工业机器人运动的核心部件“关节”就是由它构成，每个关节都要用到不同的减速机产品。作为技术壁垒最高的工业机器人关键零部件——减速器按结构不同可以分为五类：谐波齿轮减速器、摆线针轮行星减速器、RV减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器。其中，RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。RV减速器一般被放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器一般被放置在小臂、腕部或手部。RV减速器产品较谐波减速器具有更高的疲劳度、刚度和寿命，而且回差精度稳定，而谐波减速器随着使用时间的增长运动精度就会显著降低。因此，高精度机器人传动多采用RV减速器。RV减速器在先进机器人传动中已经有逐渐取代谐波减速器的趋势。

　　减速器市场规模方面，当前每台工业机器人20万元，按照减速器成本占比约30-50%进行估算（我们按45%进行计算），可测算出每台工业机器人对应9万元的减速器市场需求，可以估算出2020年工业机器人减速器的市场规模将有望达到171亿元。

　　目前，世界上75%的精密减速器市场被日本的Nabtesco和HarmonicDrive占领，其Nabtesco生产RV减速器，约占60%的份HarmonicDrive生产谐波减速器，约占15%的份额。

　　尽管减速器市场被日本品牌垄断，本土国产精密减速器企业仍顽强发展，目前部分企业已经取得不错的成绩，在即将到来的国产减速器时期有望抢得先机。尤为振奋人心的是，2017年3月，由哈工大机器人集团研发的国内首款完全自主知识产权的精密摆线针轮减速器已投产，该产品自主研发的成功将有助于解决国内机器人行业核心零部件依赖进口的最大痛点，突破工业机器人发展瓶颈，大幅降低我国工业机器人的整机成本。本精密摆线针轮减速器具有传动速比大、高精度、高刚度、功率密度高等优势，可广泛应用于医疗设备、跟踪导航、弯管设备、机械臂本体、旋转工作台、自动化设备等领域。

　　“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机。在工业机器人中，伺服电机是工业机器人的动力系统，一般安装在机器人的“关节”处，是机器人运动的“心脏”，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

　　机器人的关节驱动离不开伺服系统，关节越多，机器人的柔性和精准度越高，所要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服系统的要求较高，必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽，要适应机器人的形体做到体积小、重量轻、加减速运行等条件，且需要高可靠性和稳定性。伺服电机主要可分为交流伺服系统和直流伺服两大类。交流伺服电动机驱动器因其具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点，在工业机器人中得到广泛应用。

　　工业机器人的快速增长已经在一定程度上刺激了伺服电机市场的发展。当前每台工业机器人20万元，按照伺服系统成本占比约20%—30%进行估算（我们按25%进行计算），可测算出每台工业机器人对应5万元的伺服系统市场需求。90%的工业机器人使用伺服电机。可以估算出2020年工业机器人伺服系统的市场规模将有望达到85.5亿元。

　　市场格局方面，尽管近年来中国企业在吸取国外先进技术经验的前提下，开始自主研发伺服系统，中国的伺服系统的市场份额有所提高。但是目前，我国依然仅有中低端伺服系统能够实现大规模量产，高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力，国内对精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。从市场占有率来看，目前国外伺服企业在我国的市场占有率达75%。其中，日本品牌占比为50%，欧美品牌占比达25%，而国产品牌只占据了20%左右的市场份额。根据中国产业信息网的预计，未来三年国产伺服产品的市场占有率将分别达到25%、30%和35%。

　　工业机器人控制器是机器人控制系统的核心大脑，更是决定机器人功能和性能的主要因素，其主要任务是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。控制器主要包括硬件和软件两部分：硬件部分是工业控制板卡，包括主控单元和部分信号处理电路；软件部分主要是控制算法、二次扩展开发等。一般来讲，每台多轴机器人由一套控制系统控制，也意味着控制器性能要求越高。

　　控制器也是我国工业机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件。随着技术和应用经验的积累，国产机器人控制器产品已经较为成熟，国内大部分知名机器人本体制造公司均已实现控制器的自主生产，所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距，差距主要体现在控制算法和二次开发平台的易用性方面。

　　随着国产机器人的快速发展，未来几年机器人控制器将迎来良好的发展契机，尤其是在运动控制领域积累多年研究经验的企业。当前每台工业机器人20万元，按照控制器成本占比约15%，可测算出每台工业机器人对应3元的控制器市场需求。因此可以估算出2020年工业机器人控制器的市场规模将有望达到57亿元。

　　只有机器人裸机是不能完成任何工作的，机器人裸机需要通过系统集成之后才能为终端客户所用。机器人集成是指在机器人本体上加装夹具及其他配套系统完成特定功能。系统集成方案解决商处于机器人产业链的下游应用端，为终端客户提供应用解决方案，其负责工业机器人软件系统开发和集成。相较于机器人本体供应商，机器人系统集成供应商还要具有产品设计能力、对终端客户应用需求的工艺理解、相关项目经验等，提供可适应各种不同应用领域的标准化、个性化成套装备。如果说机器人本体是机器人产业发展的基础，那么下游系统集成就是机器人商业化、大规模普及的关键。应用集成系统的研发也是机器人产业链上利润最高也是技术门槛最高的环节，近年来，随着工业机器人产业的火速升温，机器人系统集成行业也逐年升温，备受追捧。

　　从国内系统集成商的竞争市场来看，目前我国工业机器人企业多为系统集成商，低端应用的竞争尤其激烈。大部分系统集成商的净利润在10%左右，甚至不足10%，竞相降价造成的恶性竞争日益激烈。相比于机器人本体，系统集成的壁垒相对较低，与上下游议价能力较弱，毛利水平不高，但其市场规模要远远大于本体市场。一般来讲，系统集成市场规模一般可达机器人本体市场规模的两到三倍。根据预计，2020年中国工业机器人市场销量有望超越19万台，按均价20万测算，2020年机器人本体市场规模可达380亿左右，则系统集成市场规模则有望达到1000亿元左右，市场空间巨大。

[时间：2018-01-11  来源：产业网]