工业机器人行业分析报告Word格式.docx

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1、端的作用：

工业互联网的基础

目前我国处于机械化、电气化、自动化、数字化并存阶段，加快制造业升级，抛弃低端生产方式是必然趋势。

但是这并不意味着一步登天，技术发展和升级是一个循序渐进的过程，同时也是一个积累的过程。

《中国制造2025》中着重发展的三大领域包括智能制造装备和产品、制造过程智能化和深化物联网应用，这三者在政策层面上虽是并驾齐驱，但本质上存在前后发展的关系。

智能制造装备是三者的基础，也是三者的实现终端，智能制造装备产业包括高档数控机床、工业机器人、自动化成套生产线、精密仪器仪表、智能传感器、汽车自动化焊接线、柔性自动化生产线、智能农机、3D打印机等领域。

而智能制造装备中工业机器人是关键。

工业互联网是通过端上的数据传输，经过大数据分析和云计算处理，再进行智能化决策的一整个过程，其中端的数据传输是基础。

工业互联网的端包括机器人、传感器等一切线下连接端口。

因此发展工业机器人是实现工业互联网的基础，也是第一步。

2、三大优势：

提高产品品质、提高产出、适用范围广

机器人在生产上的优势可以分为提高产品品质、提高产出以及适用范围广三个方面。

（1）提高产品品质

工业机器人的标准化、精细化生产可以提高产品品质。

通过设定相同的程序，机器人可实现重复操作，保证了产品的标准化；

在精细化生产方面，工业机器人可实现低于0.1毫米的运动精度，可以完成精细的雕刻工作。

（2）提高产出

由于机器人可以代替工人完成单调、繁琐的重复性操作，因此既可以避免由于工作本身的单调性给工人带来的工作效率下降，又可以因为机器的不间断操作提高单纯性输出。

也正是因为机器人可胜任重复性工作，也避免了工人的职业病，同时也因为设定好的程序，机器人的产出很稳定。

此外，工业机器人的使用是实现自动化生产的关键一步。

麦肯锡预计自动化可以使全球生产力年化增长率达0.8%至1.4%。

相对而言，1850-1910年间的蒸汽机革命带来的不过是0.3%的年化生产力提升。

因此，发展工业机器人推动国内自动化水平，提高产出是目前的不二之选。

（3）适用范围广

机器人相对于工人的优势还体现在应用范围广。

机器人可以运用在危险、恶劣的环境下作业。

如点焊机器人、切割机器人可以完成危险的电焊、切割工作；

搬运机器人搬运有害物料。

近年来制造业工人工资不断攀升，而由于高危行业除了高企的工人工资还有福利保障等支出，对企业造成较大的成本负担。

机器人在高危行业的使用可以减轻企业负担。

二、工业机器人供求双侧开花

1、供给端：

关键技术突破

长期以来，工业机器人的关键零部件包括减速机、伺服电机和控制器等。

就全球机器人市场而言，目前工业机器人市场主要被瑞典ABB，日本发那科、日本安川，德国库卡垄断，在我国的市占率高达70%。

2015年，我国精密减速机约有75%从日本进口，另外伺服电机和驱动的进口率高达80%，据机器人工控网数据显示减速机是成本差异最大部分，国内和国外成本比达到4.4，控制器的国内外成本比为2.6，伺服电机（驱动）的国内外成本比为1.68（1.95）。

对于我国的机器人技术，市场普遍认为国内机器人企业在关键技术领域的落后，因此竞争能力不强。

但是近年来随着我国技术对机器人制造业的重视，部分企业已经在减速机、伺服系统以及控制器等关键领域取得阶段性突破。

（1）减速机

就减速机领域而言，涉足RV精密减速机的上市企业包括秦川机床、上海机电、巨轮智能，新三板公司为恒华股份，非上市公司包括南通振康、恒丰泰、武汉精华、上海精华、山东帅克等，目前涉足谐波减速机的非上市公司为苏州绿的谐波传动科技有限公司、北京中技美克谐波传动有限公司等。

国内的减速机在可以运用在冲料上下床、搬运等领域。

南通振康的减速机除了寿命以外的其他核心指标均达到甚至超过进口水平：

凭借高性价比目前已经得到市场认可。

国内沈阳新松、安徽埃夫特等知名机器人企业均批量使用振康RV减速机产品。

此前，上海欢颜向南通振康采购1.5万台减速机。

苏州绿的在减速机的寿命和技术上也已达到世界领先水平，其已经通过2万小时的精度寿命测试，远高于国际精度寿命6000小时。

此外，绿的谐波减速机研发出全新的建立在接触摩擦学基础上的基于曲线（曲面）几何映射理论齿形设计理论，设计出非共轭的谐波啮合齿形，可以在大幅提高谐波减速器使用寿命的前提下，提高其扭矩承受能力。

不仅如此，今年3月份，据央视新闻联播报道，由哈尔滨工业大学自主研发的精密减速机投产，可使我国工业机器人的整机成本下降约1/3。

（2）伺服系统&

控制器

伺服系统和控制器领域，目前国内也有多家企业涉足。

其中伺服电机的准入门槛相对较低，因此我国与国外的差距也较小。

目前国内的多家企业开始布局伺服系统，并将产线延伸到机器人本体的一体化生产中，如埃斯顿、汇川技术等。

在控制器领域，埃斯顿和拓斯达积极研发控制器。

政府的研发补助成为企业技术创新的推动力，在国家对机器人产业发展政策的推动下，各省市也出台相应的研发补助政策。

如福建泉州在今年3月出台《人民政府关于推动机器人产业快速发展的实施意见》，重点支持研发机器人高性能伺服、电机及驱动器、高精度减速机、智能控制系统、视觉识别系统、传感器等重点领域技术开发及系统集成，经评定，并对实施单位给予最高200万元资金补助；

对在原理、结构、性能等方面有重大创新的机器人及其伺服电机、减速机、控制器等关键零部件或总集成项目，经认定为首台（套）重大装备和关键部件的，按其研发投入的30%给予补助，最高不超过100万元。

2、供给端：

人才供应增加

市场通常关注一线工人供应不足对工业机器人需求的刺激作用。

我们认为，比起需求的不断提升，供给端瓶颈的突破更加值得重视。

除了上文提到的关键技术突破之外，目前的正在突破的一大瓶颈在于技术人员的供给。

机器人的生产涉及到的有机器人厂商的高级工程师，机器人运行中的维护人员，以及之后的售后保障人员，三者的费用在机器人替代过程中占据较高的费用。

之前由于三方面人才的缺失，导致机器人的研发和运营成本高企不下、中小企业“不敢用”机器人的情况经常出现。

近年来我国工科毕业生数量呈现持续上升趋势，为机械工程师行业输送大量优质人才。

在我国工程师薪酬远低于国外的基础上，叠加高水平工程师数量增加的优势，为我国工业机器人研发提供了高素质人才和低成本的双重优势。

近年来，高校开设的机器人专业数量增加，同时相关领域领域的研究性人才也在不断向企业输出：

1.机器人专业方面：

教育部公布的《2016年度普通高等学校本科专业备案和审批结果》发现，有超过20家高校新增了“机器人工程”专业；

2.以硕博士毕业论文为例，从2001年到2015年硕博士论文题目和关键词中带有“机器人”字样的博士生论文有2352篇，硕士生论文有18580篇。

此外，在今年的6月28日，全国工业机器人职业岗位工程师培养项目正式启动，也意味着我国工业机器人领域的专业人才会进一步增加。

3、供给端：

政策支持+行业标准形成

国家为了促进机器人行业的发展，采取萝卜+大棒的方式。

通过政策优惠支持机器人发展，其次通过行业规范限制质量不达标企业进入，营造良好的机器人发展行业环境。

（1）政府的支持力度越来越大

国家政策主要从关键技术突破和国产化率两部分来支持机器人的发展。

2012年以来国家科技部、国务院、工信部等从顶层设计角度为我国机器人的发展制定相应政策要求，这一方面有利于督促地方政府加快扶持发展地方机器人产业，另一方面，有利于激发机器人企业的创新动力。

（2）行业标准正在形成

随着智能制造的进一步推广，国家补贴的持续注入，机器人行业规模也随之增大。

但与此同时面临的便是由机器人零部件型号各异导致的通用性差，不匹配问题。

为了规范机器人行业的发展，国家发改委、工信部等自2015年以来连续出台多份标准化规范文件。

2015年工信部和国家标准化管理委员会发布的《国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）》中明确给出了机器人的数据格式、通信协议、编程和操作图形用户接口、机器人与生产线协同作业等标准。

4、需求端：

下游应用爆发

我国已经成为机器人最大的市场，我国工业机器人从2012年开始就保持迅猛的需求势头，连续四年蝉联销售量世界第一。

中国机器人产业联盟数据显示2016年国产工业机器人销量29144台，同比增长16.8%，其中多关节机器人销量11756台。

国产机器人服务的行业达到34个国民经济行业大类，91个行业中类，服务行业继续扩大。

IFR统计数据显示中国工业机器人销量9万台，同比增长31%。

今年以来国产机器人需求迎来爆发式的增长，需求量一直保持着持续增长的势头。

今年7月份国内工业机器人产量高达12458万台，同比增长113%。

今年上半年国内工业机器人产量达到59097台（套），同比增长52.3%，快速上涨趋势明显。

根据机器人规划，到2020年，中国自主研发工业机器人年产量达到10万台，密度达到150以上，根据2015年工业机器人密度为49，可得工业机器人在未来将以25%的复合增长率增加。

同时在国产化率提高的基础上，我国国产机器人的复合增长率将达到80%。

叠加随着工艺和技术成熟带来的生产成本降低，预计到2020年我国国产机器人利润复合增长率将超过80%。

下游应用爆发是刺激工业机器人增长的主要因素之一。

下游应用包括汽车、3C电子、家电等多个领域。

其中汽车和3C电子是主要运用领域。

（1）汽车领域

机器人在汽车领域的应用已经比较成熟。

日本是汽车领域引入工业机器人技术的尝鲜者。

目前日本汽车行业的机器人密度是中国的3.26倍，也是日本整体工业机器人密度的4.18倍。

中金产业信息网的数据显示2016年汽车领域使用的工业机器人占总体机器人的39%。

由于汽车领域具备标准化和流水线生产的特点，机器人的使用有利于提高产品的标准化。

不仅如此，汽车制造业对精度和速度的要求也需要借助工业机器人完成。

以焊接机器人为例，汽车制造业对焊接精度和速度等细分指标的要求越来越高，为了满足多车型的市场需求，提高车身车间生产能力的柔性和弹性，焊接机器人广泛运用于汽车行业。

中汽协预测2017年的汽车产销量将达到2940万辆，相对于2016年的2803万辆，增长4.9%。

在汽车行业需求日益旺盛的背景下，机器人行业也将迎来长足的发展。

（2）3C领域

3C领域对机器人的需求主要体现在两个方面：

第一是由于3C市场体量急剧扩大带来的总量需求；

第二则是由于3C产品精细化、轻薄化趋势对工艺设备的要求越来越高。

首先是总量需求的增加：

3C市场领域的市场空间在消费升级背景将进一步打开。

以手机市场为例，IDC预测2017年到2021年仍将保持4%的年复合增长率。

此外，渠道推进、产品创新等因素也将成为刺激3C产品需求增加的关键。

GFK数据预测2017年整个中国消费电子市场销售金额将达到2万亿的规模，预计增长7.1%，远超全球3%的增长速度。

3C领域作为机器人第二大应用市场，其产销量的增加会进一步打开机器人的市场。

其次是产品精细化、轻薄化的需求增加。

近年来3C产品的轻薄化趋势愈加明显。

以笔记本为例，电脑从原本的厚重型逐渐演变为目前的轻薄型，2015年苹果率先推出当时世界上最轻薄的笔记本Macbook，最厚处仅1.3厘米，最薄处2毫米，此后各品牌竞相推出轻薄型产品，背后折射出产品的先进、高端和品质化程度越来越高。

3C产品的精细化做工需求提高也意味着对加工设备，即机器人的需求也在增加。

随着大数据、云计算等技术的成熟，柔性化生产将被运用到生产中，届时机器人将更多被运用到飞机制造业等其他行业。

5、需求端：

机器人成本降低

在制造业企业用工成本增加的同时，机器人的成本在逐渐降低。

在机器人工艺逐步成熟的同时伴随着机器人成本的逐步降低，机器人的性价比逐步提升。

工业机器人的成本降低得益于三个方面：

第一是我国核心零部件技术的逐步突破，可以替代部分国外产品；

第二则是机器人行业标准化提高了产品的通用性；

第三是整个机器人行业的技术成熟带来的成本下降。

（1）首先是国产核心零部件替代

我国工业机器人比国外贵的原因在于核心零部件技术的缺失，因此必须通过进口引入核心零部件。

但是随着国产技术的崛起，部分机器人本体制造商开始采用国内的减速机，这极大降低生产成本。

（2）其次是产品标准化带来的通用性提高

工信部等国家部位以及机器人产业联盟等行业组织对机器人零部件的产品标准规范有利于提高产业的标准化。

标准化包括零部件的标准化，本体的标准化以及下游集成的标准化。

产业的标准化可以提高单机与产线的匹配度。

标准化可以提高工作效率，同时受益于规模效应带来的经济利润。

按照标准规范的操作可以降低试错成本，同时通过一定时间的训练可以提高工作效率，增加产出。

此外，标准化生产通过减少生产类别，专注生产特定产品，扩大产量，强化规模经济效益。

（3）最后是行业技术的成熟

机器人技术的成熟体现在现有技术的运用成本降低以及高端技术的突破。

对于现有工艺的熟练把握降低了机器人制造成本。

在用工成本不断增加，机器人工艺成熟降低成本的的情况下，机器人的实用性将渐趋升高。

我们对工业机器人对人工的替代性进行了测算（见表6）。

根据中国工控网假设，一台大型焊接机器人，初始购臵成本200万，三班倒计算可代替7个工人。

根据日经中文网的调研数据显示工业机器人的平均使用期限是10年，我们假定每年的维护和折旧费用均为总费用的十分之一。

根据Ofweek的数据显示，目前机器人的价格以每年的5%的速度下降。

国家统计局统计的近几年制造业城镇单位就业人员工资情况表明工资增速放缓，2014年和2015年的增速分别为10.6%和7.7%，后续会进一步放缓。

我们以边际递减速度放缓来估计之后几年的工资增长情况。

从2017年开始，机器人使用成本既可以低于人工成本。

三、工业机器人介绍

1、分类

串联机器人：

一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点，比如六关节机器人。

并联机器人：

一个轴运动不影响另一个轴的坐标原点，比如蜘蛛机器人。

编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

示教输入型机器人示教方法有两种，一种是由操作者用手动控制器（示教操纵盒），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演。

另一种是由操作者直接带领执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。

直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；

圆柱坐标型的臂部可以完成升降、回转和伸缩动作，具有一个旋转轴和两个平移轴；

球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩，具有两个旋转轴和一个平移轴；

关节型的臂部有多个转动关节，其中又可以细分为平面关节和多关节机器人，通常由大小两臂和立柱等机构组成，大小臂之间用铰链连接形成肘关节。

工业机器人的应用领域也在不断增加。

工业机器人主要分为焊接、装配、喷涂、处理和搬运五大类。

焊接机器人进一步分弧焊和点焊；

装配机器人主要用于零部件装配；

喷涂机器人则主要分为涂装、点胶和喷漆；

处理机器人主要运用于打磨抛光领域；

搬运机器人分为上下料、搬运和码垛。

我国目前工业机器人主要集中在中低端，以运用于搬运类的上下料的三轴和四轴机器人为主，运用于汽车制造、焊接等较高端的六轴以上机器人占比低。

中国机器人联盟统计2016年国产机器人的主要应用领域：

搬运与上下料全年销售1.65万台，同比增长22%；

焊接机器人销量为5100台左右，同比增长36.3%；

装配与拆卸机器人销量达3700台，涂层与胶封机器人同比增长32.9%，其中喷漆上釉机器人销量增长138%。

机器人下游的应用场景包括汽车、3C电子、食品加工、物流、橡胶塑料等。

不同领域对机器人的功能需求不同，汽车、3C领域以焊接、搬运等为主，物流领域需要机器人完成分拣工作，食品加工领域还需要机器人具备清洁功能。

2、产业链

核心零部件是减速机、伺服系统、控制系统三部分，分别对应执行系统、驱动系统、控制系统，分别占成本的35%、25%和15%左右。

（1）核心零部件

工业机器人的核心零部件包括减速机、伺服电机和控制器等。

①减速机

减速机将电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。

根据结构可以将减速机分为谐波减速机、摆线针轮行星减速机、RV减速机、精密行星减速机和滤波齿轮减速机五种，目前RV减速机和谐波减速机是精密减速机中重要的两种减速机。

RV减速机具有体积小、传动比大、零背隙、高传动/体积比等优势。

相比于谐波减速机，RV减速机具有更高的刚度和回转精度。

因此在关节型机器人中，一般将RV减速机放臵在机座、大臂、肩部等重负载的位臵；

而将谐波减速机放臵在小臂、腕部或手部。

机器人第一关节到第四关节全部使用RV减速机，轻载机器人第五关节和第六关节有可能使用谐波减速机。

重载机器人所有关节都需要使用RV减速机。

平均而言，每台机器人使用4.5台RV减速机。

国产RV减速机在额定扭矩和传动效率等方面与国外产品差距较小，但在扭转刚度、传动精度等稳定性和精度指标方面差距还比较明显，由于材料和工艺水平差距，耐疲劳强度方面差距也比较明显。

谐波减速机结构相对简单，仅有三个基本零部件，此外，哈默纳科的专利已到期，叠加国内政策支持因素，目前国产谐波减速机与国外的差距正在缩小。

②伺服电机

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

作为一种补助马达间接变速装臵，伺服电机可使控制速度，位臵精度准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

伺服电机需要受到控制器的控制，在控制信号发出之前，转子静止不动；

当控制信号发出时，转子立即转动；

当控制信号消失时，转子能及时停转。

伺服电机相当于机器人的心脏。

伺服系统由伺服电机和控制器构成。

传统伺服系统分为液压、电气和气动，主要运用于机器人的电气伺服系统分为直流、交流和步进系统以及包括直线伺服在内的其他伺服系统。

直流电机电刷容易磨损形成火花。

步进电机由于功率不大，一般用于低精度小功率机器人。

交流伺服电机驱动器具有转矩惯量比高、无电刷等优势。

所以目前工业机器人的动力源通常使用交流伺服电机。

目前我国企业在中低端伺服系统领域已经可以实现大规模量产，但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力，精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。

目前国内伺服电机领域的领先企业包括汇川技术、广州数控、华中数控、埃斯顿等。

③控制器

控制器是机器人的大脑，主要负责发布和传递动作指令。

控制器的主要任务是对机器人的正向运动学、逆向运动学求解，以实现机器人的操作空间坐标和关节空间坐标的相互转换，完成机器人的轨迹规划任务，实现高速伺服插补运算、伺服运动控制。

控制器主要分为硬件和软件两部分：

硬件是指工业控制板卡，包括主控单元、信号处理部分等电路，国产品牌已经掌握；

软件部分主要是控制算法、二次开发等。

国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有差距。

国内机器人厂商如广州数控、广泰数控、埃斯顿等均研发了控制器与控制系统。

（2）本体

机器人本体制造商负责工业机器人执行机构和感知系统与核心部件的生产加工组装后，交由下游厂商生产。

本体企业在整个产业链中起到了整合上下游的作用。

本体生产包括手臂、腕部、臂部、腰部、基座等部件生产组装，还包括位臵传感器、力传感器和机器视觉等感觉系统。

也正是因为机器人的多个传感器功能，保证了机器人在工业互联网构建中的“端”位臵。

其中机器视觉从字面上理解就是使得机器具备人眼功能进行测量和判断。

机器视觉系统主要由光源、镜头、相机、图像采集卡以及核心软件五个部分构成。

软件中算法是核心,硬件中半导体器件是关键。

机器视觉是现有的机器人从自动化设备转变为智能设备的关键因素之一。

随着工业互联网的搭建，机器视觉将成为重要的感知工具。

国际上的工业机器人本体制造商包括库卡、ABB、发那科、安川等。

国内包括新松机器人、广州数控、锐奇股份、埃斯顿、埃夫特等。

机器视觉技术领域，国外企业如康耐视、基恩士等技术领先，国内大部分机器视觉公司都是国外机器视觉品牌的代理商，劲拓股份目前正在积极布局机器视觉领域。

（3）下游系统集成

工业机器人是柔性自动化生产及系统集成的基础，而柔性自动化生产及系统集成则是工业机器人商业化应用的关键。

系统集成方案解决商负责工业机器人软件系统开发和集成，为终端客户提供应用解决方案。

系统集成商并非是标准化程序，而是定制化生产，因此系统集成商的竞争优势主要体现在定制化服务上，其中对客户需求的准确把握是关键。

下游的应用包括焊接、装配、喷涂、处理和搬运等，系统集成商通过设定程序，将已经成型的机器人赋予相应的功能。

目前国内机器人厂商主要集中在系统集成商领域，高工研究院（GGII）的数据显示，截至2014年9月，中国机器人相关企业428家，其中系统集成商就占