装备制造工业机器人产业研究

装备制造工业机器人产业研究珞珈投资发展（深圳）有限公司2以库卡的关节型机器人为例，工业机器人包括控制、驱动、执行、人机交互四大系统智能装备—工业机器人—产业研究4控制系统即控制器，以核心算法和路径规划控制驱动系统和执行系统按照规定要求和时序进行工作人机交互系统即指令控制台、信息显示板、示教器，通过该系统可直接向控制器和机器人下达任务指令驱动系统即伺服电机及减速机，电机负责控制机械元件运转，以及通过将电压型号转化为转矩和转速来控制速度、位置精度；减速机相反，在电机和执行机构之间起匹配转速和传递转矩作用，目的是降低转速执行系统本体机械装备，包括机身、机械臂、末端执行器伺服电机减速机资料来源：产城会3工业机器人运作机制智能装备—工业机器人—产业研究4任务解析路径规划任务程序机器人模型控制策略环境模型核心算法伺服电机减速机控制器驱动系统人机交互系统任务指令执行代码末端执行器关节结构传动机构传感器环境传感器执行系统机器人-环境交互系统资料来源：产城会4以生物体执行大脑命令为例智能装备—工业机器人—产业研究4大脑心脏肌肉、关节环境资料来源：产城会5工业机器人按结构可分四类，按功能可分为五类智能装备—工业机器人—产业研究4按结构分类直角坐标型机器人圆柱坐标型机器人并联机器人关节型机器人资料来源：产城会按功能分类焊接机器人喷涂机器人搬运机器人码垛机器人装配机器人6工业机器人产业链包括零部件、本体、系统集成及行业应用三大环节智能装备—工业机器人—产业研究4工业机器人产业链零部件•控制器•伺服系统•精密减速机•传感器本体•直角坐标机器人•圆型坐标机器人•并联机器人•关节型机器人系统集成及行业应用•针对下游应用行业的解决方案：机器人安装、底层软件改写、调试、维护或一站式“交钥匙工程”•下游应用行业：汽车制造、电子、金属制品、物流仓储……环节细分领域资料来源：产城会7控制器、伺服电机和减速机是三大技术密集型的核心零部件智能装备—工业机器人—产业研究4零部件特点技术要求图例控制器要求控制的稳定性，路径规划合理，响应速度快难度中等，主要是驱动软件和控制算法的开发伺服电机稳定性，精度，快速响应难度偏大，主要是要求精度高，响应快，运动平稳可靠减速机RV减速机刚度和回转精度高，疲劳强度高；置于负载重的机座、大臂等位置；重量大，价格贵难度最大，属精密机械，工艺和材料要求都很高谐波减速机传动效率高；置于腕部、手臂等位置；体积小，重量轻资料来源：产城会8控制器是国产替代最易突破领域，在三大核心零部件中技术难度相对最低智能装备—工业机器人—产业研究4控制器硬件部分软件部分工业控制板卡主控单元信号处理电路软件实现构建控制算法二次开发•国外垄断多轴高端市场•国内在中低端市场有价格优势、工程师红利（售后维护），且已基本满足功能需求，但在控制轴数、快速性和稳定性有较大差距国内外技术差异不大核心竞争力资料来源：产城会9工业机器人用高精度伺服电机市场中，日系、欧美系和台韩占主导，国内产品处于起步阶段，面向中低端市场智能装备—工业机器人—产业研究445%30%10%15%日系欧美台韩自主品牌工业机器人用高精度伺服电机市场结构及产品特点•欧美系电机特点是过载能力和动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但价格昂贵•日系品牌价格相对降低，但动态响应能力较差，开放性较差，只具备模拟量和脉冲控制方式•国内高精度伺服电机处于突破试用阶段，预计近两年会进入中低端应用领域资料来源：产城会10减速机目前被日本企业绝对垄断，国内企业绿的谐波和南通振康承担着减速机国产替代的希望智能装备—工业机器人—产业研究4减速机RV减速机谐波减速机日本企业国内企业纳博特斯克•垄断全球60%市场份额哈默纳科•垄断全球80%市场份额绿的谐波•机器人用谐波齿轮减速器国家标准主要起草方•处在市场推广阶段南通振康•小批量市场试用推广阶段资料来源：产城会11总体来看，国内零部件在机器人成本结构中的比例高于国外，特别是技术要求最高的减速机智能装备—工业机器人—产业研究412%15%14%28%30%减速机伺服电机驱动及控制器机械本体其他31%14%17%22%16%减速机伺服电机驱动及控制器机械本体其他国外工业机器人成本结构我国工业机器人成本结构资料来源：产城会12在本体制造方面，国内产品已接近国际先进水平，但由于零部件采购成本高企并无价格优势，局限于低端行业智能装备—工业机器人—产业研究4关节型机器人尚有一定差距•国内主要品牌在负载、工作范围、重复定位精度和相应速度方面尚有差距•新松已达ABB水平，广州数控已达到国际先进水平SCARA机器人已能满足需求•以众为兴为代表的在精度水平上与国外有差距，但产品性能已基本满足除高精密机械装配外的普通电子行业需求并联型机器人已无差距•国内外水平差距已不大，工作范围、重复定位精度和相应速度等指标已基本一致核心零部件技术尚未突破，国产机器人没有成本优势外资企业掀降价潮2013年库卡、ABB将出口至中国的机器人价格调低20%-30%本土龙头企业自制机器人富士康、比亚迪等大企业自行研发和生产机器人本土机器人只能进入对精度要求较低和对系统集成领域要求多样化的低端产能企业汽车等高端制造、精密制造行业仍然被外资机器人企业垄断资料来源：产城会13国内外机器人本体销售量对比智能装备—工业机器人—产业研究42015年全球工业机器人销量（万台）2015年中国工业机器人销量（万台）资料来源：中国机器人产业联盟中国,6.8其他国家,24.8中国其他国家国产机器人,2.2外资品牌机器人,4.6国产机器人外资品牌机器人14国外系统集成厂商有欧美日三种模式，国内具备工程师红利等相对优势，发展空间大，更偏向美国模式智能装备—工业机器人—产业研究4•渠道优势国内系统集成商更熟悉国内市场特点，更贴近客户需求•工程师红利机器人售后服务和项目管理需要工程师的跟踪，国内工程师数量多、成本低•价格优势国内系统集成商（特别是技术要求较低的行业）比国外低20%-50%•能够满足个性化定制需求国内企业更熟悉下游应用行业，特别是汽车以外的制造业，能够更多针对企业的工艺和生产设施，提出更加简化、简易的自动化方案，把自动化成本降下来；用机器人的思想，采用简单的自动化设备，实现自动化需求；国外的机器人企业很难有精力去解决国内很多制造业企业的个性化案例，给了国内系统集成商比较大的机会国内系统集成商优势国外机器人产业发展模式特征•日本模式：产业链分工发展机器人制造厂以开发新型机器人的批量生产优质产品为主要目标，并由其子公司或社会上的集成工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统•欧洲模式：交钥匙工程机器人的生产和用户所需要的系统设计制造，全部由机器人制造厂商自己完成•美国模式：集成应用，采购与成套设计相结合采购与成套设计相结合，美国国内基本上不生产普通的工业机器人，企业需要机器人通常由工程公司进口，再自行设计，制造配套的外围设备资料来源：产城会15国外机器人在汽车焊接等规模化高端领域有绝对优势，国内机器人则在低端领域全面开花、更接“地气”智能装备—工业机器人—产业研究40%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%焊接搬运装配清洁配送处理其他国外国内不同应用领域国内外机器人市场份额占比资料来源：产城会16目前国内机器人在实体行业中的三种应用模式（不完全归纳）智能装备—工业机器人—产业研究4黑灯工厂模式以点带面模式机器人中心模式机器人能干，就让它干•代表企业：美的•黑灯工厂：顺德工厂建成全自动遥控器生产线；空调工厂的注塑车间；南沙工厂、武汉工厂也已开始试点•机器替人：机器人和自动化设备大量进驻，美的用工数字大幅减少；顺德基地从最高峰的2800人减至800人；邯郸基地从3.8万人减至2.6万，预计2018年降至2万；相应地，美的2015年计划新增机器人600个中国式人机协作•代表企业：富士康•解决产能：不强求百分之百自动化，不追求人和机器分工合作，而是为了解决产能问题和劳动力短缺问题，将一部分工作交给机器人•以点带面：2011年底郭台铭表示富士康三年内实现“百万机器人”计划，其实目前纯粹机器人装机量仅1万多台，另有几十万套专用机器等自动化设备；更多的是在生产线中的一个个工序自动化逐步自下而上推动以机器人为核心改造生产线•代表企业：国内部分系统集成商•说明：不管是美的的黑灯工厂模式还是富士康的人机混搭模式，在自动化的过程中多是对既有生产线的工序进行“机器替人”计划，而国内众多中小系统集成商凭借对应用行业的熟悉，可通过改造中小企业的整体生产线实现自动化•此种模式适用于中小生产线，因生产线改造资金投入不大资料来源：产城会17工业机器人的行业应用以汽车制造业为主，功能应用以焊接、喷涂、搬运等功能为主智能装备—工业机器人—产业研究42014年全球机器人应用行业分布2015年上半年中国机器人应用领域分布43%21%10%7%3%1%15%汽车行业电子电气金属制品橡胶塑料食品加工玻璃水泥其他53%19%10%7%4%4%3%搬运与上下料焊接和钎焊装配及拆卸涂层与封胶加工洁净室其他资料来源：《中国机器人产业发展白皮书（2016版）》18中国的工业机器人使用密度和在制造业中的应用比例偏低智能装备—工业机器人—产业研究42855636798122129131135145157159261339347中国世界平均澳大利亚瑞士加拿大法国台湾西班牙美国丹麦瑞典意大利德国日本韩国部分国家工业机器人使用密度（台/万人）制造业工业机器人应用比例（%）33%16%14%6%日本美国德国中国资料来源：产城会192015年全球工业机器人销量突破24万台，其中中国占1/4以上，国际机器人协会预估今后将以10%以上速度成长智能装备—工业机器人—产业研究47.86.98.29.712.011.111.411.36.012.016.615.917.822.524.805101520252001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152001-2015年世界工业机器人销量（万台）•2015年中国市场工业机器人销量6.8万台，占全球销售量比重高达四分之一以上•国际机器人协会（IFR）预估，今后工业机器人销售量年增幅仍将呈现10%以上成长，且预估2018年全球启用工业机器人数量将达约230万台资料来源：国际机器人协会20目前全球工业机器人的产能分布集中在日本和欧洲，中国在销售市场后来居上智能装备—工业机器人—产业研究4日本60%欧洲30%其他10%全球工业机器人产能分布（%）8464541200281005401亚洲欧洲美洲其他53%26%18%3%全球工业机器人出货量分布（台，%）2009-2013年工业机器人主要销售市场（台）010000200003000040000德国韩国美国日本中国20132012201120102009资料来源：产城会21国内工业机器人的未来市场潜力预测智能装备—工业机器人—产业研究4应用密度产业规模零部件研发技术水平到2020年机器人密度达150台/万人自主品牌工业机器人年产量达到10万台在六轴及以上工业机器人中，国产关键零部件市场占有率达50%以上平均无故障时间（MTBF）达到8万小时26133035541647610451318142016621903020040060080010001200140016001800200020162017201820192020本体本体+系统集成国内工业机器人市场规模预测（亿元）十三五时期机器人产业发展目标资料来源：《机器人产业发展规划（2016-2020）》，产城会