工业机器人行业深度分析报告.docx

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工业机器人行业深度分析报告

2018年工业机器人行业深度分析报告

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图目录

表目录

一、工业机器人助力我国制造业转型升级

（一）浅析工业机器人发展历史

工业机器人指在工业生产加工过程中通过自动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复的长时间作业的面向工业领域的多关节机械手或多自由度工业机器人。

世界第一台工业机器人在美国诞生。

1956年，美国发明家乔治·德沃尔（George·Devol）和物理学家约瑟·英格柏格（Joe·Engelberger）成立了一家名为Unimation的公司，公司名字来自于两个单词“Universal”和“Animation”的缩写。

图1：

第一台工业机器人发明人Devol与Engelberger

图2：

世界上第一台工业机器人应用在美国通用公司

1959年，Unimation公司推出了世界上第一台工业机器人，命名为Unimate，意思是“万能自动”。

Unimate重达两吨，通过磁鼓上的一个程序来控制，采用液压执行机构驱动，精确率达1/10000英寸。

1961年，Unimation公司生产的世界上第一台工业机器人在美国新泽西州特伦顿的通用汽车公司安装运行。

这台工业机器人用于生产汽车的门、车窗把柄、换档旋钮、灯具固定架，以及汽车内部的其他硬件等。

当时Unimate工业机器人成本高达65000美元，而unimation公司售价仅为18000美元。

1969年，通用汽车公司在其洛兹敦（Lordstown）装配厂安装了首台Unimation点焊工业机器人。

Unimation工业机器人大幅提高了生产率，90％以上的车身焊接作业可通过工业机器人来自动完成。

只有20%－40%的传统生产厂的焊接工作由人工完成。

1、美国工业机器人推广失败原因：

成本过高+政府支持不足

工业机器人由美国人发明，但是并没有在美国得到快速发展。

主要原因有三个方面：

第一，以Unimate为代表的第一代工业机器人在技术方面有很多缺陷。

第一代工业机器人稳定性较差，无法长时间正常完成作业，同时工业机器人可以完成的工作较为初级，只能完成生产车门、车窗把手灯简单工作。

直到1969年，Unimation公司才推出可以完成复杂工序的点焊工业机器人。

第二，由于工业机器人的成本高居不下，且远高于当时的人工成本，制造业企业进行工厂自动化升级需求并不旺盛。

根据美国劳工部提供的数据显示，1960年-1975年美国从事制造业的一线人员时薪从2美元/小时提升到5美元/小时。

我们对当时的工业机器人成本进行了简单估算，假设按照当时Unimate工业机器人单体购置成本为65000美元，安装调试费用为工业机器人本体价格的5%可以使用3年时间，每年有30%时间用于检测维修和升级改造，每年检测维修和升级改造费用为工业机器人本体价格的15%。

通过计算，20世纪60年代时候工业机器人成本大约为5.61美元/小时，远高于当时的人工成本。

所以，制造业企业从自身成本考量，雇佣工人比改造生产线安装工业机器人更划算。

表1：

工业机器人成本估算

图3：

美国制造业人工成本与工业机器人成本对比

第三，美国当时劳动力充足，失业率维持高位，政府对工业机器人支持力度不大。

第二次世界大战之后，美国出现了生育高峰。

上世纪60-70年代美国劳动力充足，根据美国劳工部统计，制造业就业人数处于历史高位，在1500-1800万人之间。

从上世纪60年代末美国的失业率开始攀升，从4%上升至10%左右。

对于美国政府而言，当时主要任务是提供更多的工作岗位降低失业率，而非发展工业机器人致使更多人失业。

因此，美国政府并未把工业机器人列为重点发展，

既未给予财政支持也未组织科研力量加大力度研发工业机器人。

图4：

美国制造业就业人数

图5：

美国失业率

在国内需求不旺盛，政府支持支持力度较小的的情况下，美国本土的工业机器人制造商面临着较大困境。

1983年，美国国际贸易委员会发布了一份报告《COMPETITIVEPOSITIONOFU.S.PRODUCERSOFROBOTICSINDOMESTICANDWORLDMARKETS》，分析了过去五年（1979-1982）美国工业机器人产业发展情况。

从1961年第一台工业机器人问世，直到1979年美国国内的工业机器人产量仅有614台，而产能利用率只有50%左右。

美国工业机器人制造商出现大面积亏损。

1983年美国共有50家工业机器人制造商，企业盈利的中位数在1979年为亏损23%，1983年更是达到了亏损49%。

面对这种形势，美国企业选择进行技术输出，开拓海外市场。

美国也因此错过了工业机器人的快速发展期。

图6：

美国工业机器人产量与产能利用率

图7：

美国工业机器人制造商盈利中位数

2、德国与日本工业机器人崛起原因:

劳动力短缺+下游需求+政府支持

由于工业机器人在美国推广不力，所以美国的工业机器人制造商希望拓展海外市场。

德国与日本成了最大受益者。

1969年，美国Unimation公司与日本川崎重工（KawasakiHeavyIndustries）签订许可协议，生产Unimate工业机器人专供亚洲市场销售。

同年川崎重工公司成功开发了Kawasaki-Unimate2000工业机器人，这是日本生产的第一台工业机器人。

1973年，德国库卡（KUKA）将其使用的Unimate工业机器人研发改造成其第一台产业工业机器人，命名为Famulus，这是世界上第一台机电驱动的6轴工业机器人。

日本与德国在获得美国工业机器人技术后，本国的工业机器人产业迅速发展壮大的原因有三个方面。

第一，劳动力不足使得两国迫切需要利用工业机器人填补短缺的劳动力。

德国与日本存在共同的特点就是都是第二次世界大战的战败国，战争期间两国损失了大量的劳动力。

虽然经过十几年的和平发展，但是劳动力短期问题依然严峻。

从1960年开始，德国人口虽然持续增长，但是15-64岁的劳动力人口比例却在下降，1972年达到历史低点仅有62%。

日本从1960年开

始，人口增速放缓，并于1970年开始15-64岁的劳动力人口比例开始下降。

图8：

德国人口与15-64岁人数比例

图9：

日本人口与15-64岁人数比例

从失业率的角度分析，20世纪60-70年代，德国失业率均低于4%，日本失业率不到2%，均属于充分就业状态。

当产业规模继续发展壮大，在效率不变的情况下，现有劳动力将出现不足。

图10：

德国人失业率

图11：

日本失业率

第二，德国与日本作为汽车工业的强国，汽车工业迅速崛起使得工业机器人需求量激增。

汽车工业是应用工业机器人最广，最成功的下游应用领域。

主要原因有几个方面：

1.汽车作为消费级的高技术装备，结构复杂、产量大、标准化程度高。

因此，引入工业机器人作为固定资产投入，可以使得产品有明显规模效应，即产品产量越大，成本越低。

同时，汽车工艺复杂，特别是在锻造、焊接、喷漆等方面，工业机器人具有更高的一致性和可靠性；2.1913年美国福特汽车开发出了世界上第一条流水线生产旗下T型汽车，汽车工业是近现代最先应用流水线作业的行业。

流水线把一个重复的过程分为若干个子过程，每个子过程可以和其他子过程并行运作。

它使产品的生产工序被分割成一个个环节，工人间的分工更为细致，产品的质量和产量大幅度提高,极大促进了生产工艺过程和产品的标准化。

而标准化的工序为工业机器人应用提供了极佳应用环境；3.随着人口增加以及城镇化率提升，汽车的需求量迅速增加。

工业机器人的应用规模和技术水平

在这一阶段得到显著提升。

可以说，汽车工业与工业机器人是相辅相成发展起来的。

图12：

德国汽车产量

图13：

日本汽车产量

德国在1956年汽车产量约43万辆，1962年突破200万辆，1969年突破300万辆，1985年突破400万辆，到上世纪90年代产量达到500万辆；日本在1950年时汽车产量不过3万辆，1960年代汽车产量突破100万辆，1970年突破500万辆，1980年突破1000万辆，到1990年达到最高峰值1350万辆，40年间增长426倍；德日两国在本国劳动力短缺的情况下汽车产量飞速增长，离不开工业机器人对汽车工业的支持。

图14：

日本汽车产量增长率与工业机器人出货指数增长率动态相关系数

我们通过分析日本汽车产量与日本工业机器人出货量发现，日本汽车产量增长率与工业机器人出货指数增长率相关性非常高。

1984-2017年动态相关系数平均达到0.41，2010年最高达到0.9。

2010年之后，两者相关性下降，主要因为工业机器人在非汽车工业应用场景增加。

第三，德国与日本政府的大力支持发展工业机器人产业。

二十世纪七十年代，德国政府为推广工业机器人推出了“改善劳动条件计划”：

对于有毒、有害、有危险的工作岗位必须使用工业机器人替代普通工人。

1985年,德国政府提出了要向高级的、有感知力的智能工业机器人领域进军的计划。

其后,工业机器人开始进入德国的各个产业。

除了应用于汽车、电子等技术密集型产业外,工业机器人还广泛装备于传统产业。

在德国传统产业转型升级的过程中,工业机器人有效地

提升了生产效率,并显著提高了产品质量。

日本政府在1970s初期就出台了一系列针对工业机器人的鼓励扶持政策，为普及工业机器人产业发展创造了良好政策环境。

同时，日本政府还针对中小企业提供了一揽子经济优惠政策，激发了中小企业开拓工业机器人产业的热情。

日本的鼓励政策主要分为两类，一类是普及促进政策，重点集中在产业应用环境中制度结构及规范等。

在20世纪70年代，日本政府针对工业机器人产业制定了相关的行业应用标准和类别。

20世纪80年代，日本政府出台了“财政投融资租赁制度”，由日本财政省、日本开发银行牵头的24家工业机器人制造商及多家保险公司共同出资，成立了“日本工业机器人租赁公司”。

随着融资租赁这一金融模式的有效开展，日本地方政府出资成立合作基金，开始面向各类中小企

业提供工业机器人设备的租赁贷款，极大地推动了面向下游用户的产业化应用。

另一类是针对企业研发，税收补助、项目设立等形式进行工业机器人产业的政策支持。

比较著名的就是针对高技术的税费制度。

该制度规定，扣除企业研究开发所得税7％的税额，以用于补贴高性能工业机器人领域的技术研究。

除了税收制度的支持之外，日本通产省设立针对复杂工况、狭小空间内作业的高度自治型工业机器人开发项目以推动工业机器人产业的蓬勃发展。

表2：

日本扶持工业机器人发展政策

通过对美国、德国、日本工业机器人发展的分析可以看出，工业机器人发展离不开三个要素。

1.劳动力短缺是工业机器人产业发展的核心推动力；2.发展强劲的下游应用领域是工业机器人发展的加速剂；3.政府政策引导与支持是工业机器人发展的强力后盾。

（二）我国制造业面临的困境

1、劳动力供给持续下降而成本持续上升

过去三十年来我国的人口结构发生了较大变化。

由于我国第一次生育高峰（1960-1970年）使得从20世纪90年代开始劳动力（15岁-64岁）数量迅速增加。

对于当时的我国产业而言劳动力供给充足，且人力成本廉价，属于典型劳动力买方市场；而我国2001年正式加入WTO，使得劳动密集型产业得到迅速发展。

图15：

我国人口结构

与此同时，我国的人口老龄化开始加剧，65岁及以上人口每年增加约500万左右，占总人口比例从1990年6%上升至2016年的10.85%。

而15-64岁人口数从2013年开始越下降100万，占总人口比例从2011年峰值74.5%下降至2016年的72.5%。

从抚养比来看，少儿抚养比已经从1990年41.5%下降至2016年22.9%，老年抚养比从8%上升至15%。

这意味着2016年每100名劳动力需要抚养23名少儿，15名老人。

图16：

我国少儿与老年抚养比例

我国制造业劳动力数量同样进入下降通道。

我国在加入WTO后，2002年起我国制造业迅速发展，就业人