工业机器人行业深度分析报告doc.docx
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工业机器人行业深度分析报告doc
2016年工业机器人行业深度分析报告
内容目录
1.谈智能制造，离不开工业机器人6
1.1.中国制造2025，缔造“制造强国”战略6
1.2.智能制造是中国制造2025的灵魂6
1.2.1.“智能制造”愿景描述6
1.2.2.智能制造是中国制造2025的核心6
1.3.智能制造，工业机器人领舞7
1.3.1.智能制造是从端到网的智能连接7
1.3.2.工业机器人是智能制造的重要基础8
2.中国是最具潜能的工业机器人发展国家9
2.1.工业机器人在发达国家已经获得快速发展9
2.2.工业机器人在中国还有很高发展潜能11
2.2.1.我国已成为工业机器人最大的消费市场，景气度仍在提升11
2.2.2.未来这种趋势会保持吗？
12
2.2.3.国产机器人迎来巨大替代空间13
3.工业机器人产业链分析13
3.1.工业机器人产业链13
3.2.核心零部件——市场需求广阔，亟需国产化突破16
3.2.1.减速器——机器人的关节，不能缺失之痛17
3.2.2.伺服电机：
工业机器人的必不可少的关键零部件20
3.2.3.控制器：
与国际差距最小的机器人零部件22
3.2.4.集成：
目前大多数国内机器人厂商业务集中于此，竞争激烈26
4.重点公司关注.......................................错误！
未定义书签。
4.1.标的全揽28
4.2.华恒股份：
机器人自动化装备专家，机器人减速器新三板唯一标的32
4.3.福德股份：
以价格和服务提供差异化优势的本体机器人企业40
4.4.伯朗特：
朝机械手臂龙头迈进42
4.5.江苏北人：
领先的焊接机器人系统集成解决方案提供商45
4.6.沃迪装备：
机器人自动化搬运包装领域以及智能食品装备领域的领先者47
图表目录
图1：
智能制造产业发展层次阶段8
图2：
智能制造细分产业链8
图3：
多关节机器人是运用最为广泛的机器人9
图4：
工业机器人的发展历程9
图5：
全球工业机器人处在景气期10
图6：
世界各国工业机器人发展程度示意图10
图7：
日本和欧洲是工业机器人的主要产地，四大家族占据了约50%的市场份额11
图8：
我国已成工业机器人最大市场11
图9：
中国工业机器人增速领先发达国家11
图10：
我国工业机器人密度显著低于世界发达国家及全球平均水平12
图11：
我国城镇制造业人员平均年工资12
图12：
机器人价格逐年下降12
图13：
机器人产业链14
图14：
工业机器人的组成14
图15：
工业机器人构成图14
图16：
机器人核心零部件15
图17：
机器人核心零部件成本占比超70%15
图18：
2015-2017国内工业机器人、减速机、伺服电机需求规模16
图19：
进口RV减速器成本是国产RV减速器成本的三倍16
图20：
六轴机器人的关节17
图21：
每个关节都要用到不同的减速机产品17
图22：
谐波齿轮减速器结构18
图23：
RV减速器结构18
图24：
HamonicaDrive半个多世纪的发展史18
图25：
Nabtesco的前世今生18
图26：
Nabtesco精密减速机产品发展过程19
图27：
伺服电机20
图28：
伺服驱动器20
图29：
我国伺服系统市场规模21
图30：
国内伺服市场份额21
图31：
我国伺服系统的发展阶段22
图32：
机器人控制器硬件部分23
图33：
机器人控制器软件结构23
图34：
2013年中国工业机器人控制器市场份额23
图35：
机器人本体按结构分类图24
图36：
2013年我国机器人安装数量按行业分布25
图37：
在非汽车领域，国产机器人具有一定竞争力25
图38：
系统集成制造成功案例：
点焊机器人系统26
图39：
系统集成制造成功案例：
点焊机器人系统26
图40：
机器人系统集成商占了中国机器人市场的大壁江山27
图41：
华恒股份产业结构32
图42：
华恒股份产品结构32
图43：
公司近两年营业收入下滑34
图44：
公司近两年归母净利下滑34
图45：
华恒股份近三年收入明细34
图46：
华恒股份近三年收入结构34
图47：
华恒股份各产品收入增速情况35
图48：
下游徐工机械近几两年收入下滑35
图49：
下游三一重工近几年收入下滑35
图50：
下游徐工机械近两年净利下滑35
图51：
下游三一重工近两年净利下滑35
图52：
智能物流控制系统36
图53：
AGV在调度36
图54：
北超伺服营收明细37
图55：
北超伺服营收结构37
图56：
北超伺服营业收入保持增长37
图57：
北超伺服归母净利情况37
图58：
北超伺服积极开拓新应用领域38
图59：
北超伺服研发费用保持36%的增长38
图60：
北超伺服研发费用率在10%-20%左右38
图61：
电主轴生产车间39
图62：
北超伺服服务网络39
图63：
公司主营业务收入增长迅速40
图64：
公司尚未进入稳定盈利阶段40
图65：
公司研发费用率在10%以上41
图66：
谐波减速器是福德股份的重点研发支出对象41
图67：
公司机械手产品42
图68：
公司机械手产品42
图69：
公司自动化生产线整体解决方案-横走式机械手42
图70：
公司自动化生产线整体解决方案-整厂42
图71：
伯朗特营业收入快速增长43
图72：
伯朗特归母净利快速增长43
图73：
收购标的产品-斜臂控制系统43
图74：
收购标的产品-冲床控制系统43
图75：
伯朗特收购标的近三年营收利润44
图76：
伯朗特收购标的2025-2017年的业绩承诺44
图77：
江苏北人产品应用于军工行业——航空发动机部件微束等离子焊接工作站45
图78：
江苏北人产品应用于汽车行业——前轮罩45
图79：
江苏北人近三年收入迅速增长46
图80：
江苏北人近三年收入构成46
图81：
江苏北人扭亏为盈，归母净利快速增长46
图82：
江苏北人毛利率及净资产收益率46
图83：
沃迪装备产品—拾捡机器人47
图84：
沃迪装备——番茄酱生产线的精辟加工方案47
图85：
沃迪装备营业收入保持增长48
图86：
沃迪装备归母净利情况48
图85：
沃迪装备收入构成49
图86：
沃迪装备毛利率和净资产收益率49
表1：
《中国制造2025》的9项战略任务和重点6
表2：
智能制造的提出并非一蹴而就6
表3：
我们经历过的工业发展阶段7
表4：
《中国制造2025》的十大重点领域中多与智能制造应用相关7
表5：
机器人成本下降、人工成本上升使得机器人成本回收期大幅缩短（以165KG的六轴机器人为例）13
表6：
一台165kg焊接机器人成本国内比国外高70%15
表7：
各个不同类型精密减速机特点17
表8：
国内精密减速器企业情况19
表9：
不同功率范围的伺服系统市场图表21
表10：
主要控制器生产企业及代表产品24
表11：
工业机器人四大家族在本体上游的核心技术25
表12：
我国工业机器人本体市场规模2018年预计达300亿元25
表13：
机器人的三种不同的发展模式26
表14：
机器人产业链新三板相关标的28
表15：
公司在机器人自动化装备制造领域深耕多年33
表16：
公司是国家级科技创新企业33
表17：
公司承担的省级以上重点科技开发项目33
表18：
福德股份主要产品40
1.谈智能制造，离不开工业机器人
1.1.中国制造2025，缔造“制造强国”战略
《中国制造2025》，是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。
为推进我国从制造大国向制造强国迈进，国务院组织编制并于2015年5月8日正式发布了《中国制造2025》，对我国制造业转型升级和跨越发展作了整体部署。
《中国制造2025》提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标：
第一步，到2025年迈入制造强国行列；第二步，到2035年我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，我制造业大国地位更加巩固，综合实力进入世界制造强国前列。
表1：
《中国制造2025》的9项战略任务和重点
1.2.智能制造是中国制造2025的灵魂
1.2.1.“智能制造”愿景描述
智能制造是指在生产过程中，将智能装备通过通信技术有机连接起来，实现生产过程自动化；并通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据，通过工业以太网等通信手段，上传至工业服务器，在工业软件系统的管理下进行数据处理分析，并与企业资源管理软件相结合，提供最优化的生产方案或者定制化生产，最终实现智能化生产。
智能制造不是空穴来风，它与德国提出的“工业4.0”方向趋同，是我国乃至世界制造业的发展方向。
智能制造的提出远早于《中国制造2025》，最早是以“改造和提升制造业”的形式提出。
表2：
智能制造的提出并非一蹴而就
1.2.2.智能制造是中国制造2025的核心
《中国制造2025》要推动的是智能化升级。
自动化是我们所处的工业3.0版本，《中国制造2025》更强调的是推动信息化升级，达到智能化。
在智能制造中，“端”——智能装备通过通信技术有机连接起来，实现生产过程自动化，通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据，通过“网”——工业以太网等通信手段，上传至“云”——工业服务器，在工业软件系统MES的管理下进行数据处理分析，并与企业资源管理软件ERP相结合，优化生产方案、实现定制化生产，形成“设计-开发-质量管理-服务”的闭环。
表3：
我们经历过的工业发展阶段
从《中国制造2025》重点突破领域可以看到智能制造的核心地位。
制造业覆盖很广，必须坚持整体推进、重点突破。
《中国制造2025》围绕经济社会发展和国家安全重大需求，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。
它们是：
新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。
我们对着十大领域的发展重点/应用示范工程，七大领域对智能制造有着明确相关要求。
表4：
《中国制造2025》的十大重点领域中多与智能制造应用相关
1.3.智能制造，工业机器人领舞
1.3.1.智能制造是从端到网的智能连接
根据我们对行业的实际访谈，得知：
智能制造发展不是一蹴而就的，而是“自动信息化”、“互联化”到“智能化”层层递进、演变发展的。
产业链涵盖智能装备、工业互联网、工业软件及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。
图1：
智能制造产业发展层次阶段
1.3.2.工业机器人是智能制造的重要基础
智能装备和产品是智能制造的实现端，工业机器人是智能装备的重要基础。
智能制造实际是信息技术与制造技术的融合发展，可以细分着力发展智能装备和智能产品、推进生产过程智能化和深化互联网在制造领域的应用三个方向。
三个方向中，智能装备和产品是智能制造的实现端，智能装备和产品中，最为重要的体现则是工业机器人。
机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。
围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等应用需求，工业机器人将为智能制造中智能装备的普及代表。
图2：
智能制造细分产业链
工业机器人简介：
工业机器人通过编程或示教方式实现自动化，同时具备拟人形态及功能，在企业生产加工过程中通过自动控制执行操作作业的机械装臵，能代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，例如在冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工和简单装配等工序上，以及在核工业等部门中，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作，或者完成某些靠手工无法达到精度或效率的工作。
根据用途不同，工业机器人大致可以分为焊接机器人、搬运机器人、喷漆机器人、涂胶机器人、装配机器人、码垛机器人、切割机器人、自动牵引车（AGV）机器人、净室机器人等。
按照结构来分，工业机器人可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人和多关节机器人，其中多关节机器人具备高效、精度高、灵活性强等优势，是运用最为广泛的机器人。
图3：
多关节机器人是运用最为广泛的机器人
2.中国是最具潜能的工业机器人发展国家
2.1.工业机器人在发达国家已经获得快速发展
机器代人热潮使工业机器产业得到快速发展。
工业机器人诞生于上世纪40年代的实验室里，20多年后才在日本开始产业化。
21世纪以来，随着劳动力成本的不断提高，技术的不断进步，各国陆续进行制造业的转型与升级，出现了机器人替代人的热潮，工业机器人自动化装备备得到了快速发展。
据国际机器人工业联合会统计，2014年全球工业机器人销量达到22.92万台，同比增长28.7%。
2008年至2014年，工业机器人期间复合增长率达到30.7%，正处在快速发展期。
工业机器人已广泛应用于汽车、电子电气、金属和机械等领域，在机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。
图4：
工业机器人的发展历程
图5：
全球工业机器人处在景气期
日本、德国的工业机器人水平全球领先，四大家族为全球主要的工业机器人供应商，这主要因为他们具备先发优势和技术沉淀。
日本在工业机器人关键零部件（减速机、伺服电机等）的研发方面具备较强的技术壁垒。
德国工业机器人在原材料、本体零部件和系统集成方面有一定优势。
从全球来看，日本和欧洲是工业机器人的主要产地，ABB、发那科（FANUC）、库卡（KUKA）和安川电机（YASKAWA）这四家企业是工业机器人的四大家族，成为全球主要的工业机器人供货商，2013年四大家族工业机器人收入合计约为50亿美元，占据全球约50%的市场份额。
图6：
世界各国工业机器人发展程度示意图
图7：
日本和欧洲是工业机器人的主要产地，四大家族占据了约50%的市场份额
2.2.工业机器人在中国还有很高发展潜能
2.2.1.我国已成为工业机器人最大的消费市场，景气度仍在提升
对比工业发达的日本、德国和美国，我国工业机器人需求增速的走向与他们大致相同，但增速一直较高。
在2013年以前，日本一直是全球最大的工业机器人市场，但自2011年以来日本工业机器人的增速较为平缓。
2013年，我国工业机器人销量一举成为全球最高，2014年我国工业机器人销量达到57096台，同比增长56.7%，销量第一的市场位置继续保持。
图8：
我国已成工业机器人最大市场
图9：
中国工业机器人增速领先发达国家
2.2.2.未来这种趋势会保持吗？
从机器人保有密度上看，会。
取每万人拥有的机器人数量为机器人保有密度指标，我国该指标2014年为36台/万人，日本为314台/万人，德国为292台/万人，韩国为478台/万人，中国台湾为138台/万人，全球平均为66台/万人。
我国的机器人保有密度不仅与先进工业国家有差距有十倍之多，与全球平均水平相比都有翻番空间，这种差距也显示了未来我国工业机器人的需求空间。
图10：
我国工业机器人密度显著低于世界发达国家及全球平均水平
从机器人的成本回收期看，会。
根据国家统计局的数据，我国制造业城镇单位就业人员的年平均工资从2010年都30916万元增长到2014年的51369万元，4年平均增速达到13%。
根据中国产业信息网的资料，工业机器人的成本逐年递减4%。
我们以165KG的六轴机器人为例，可以测算出，其回收周期将由2010年4.96年下降到2016年1.22年。
随着人力成本的上升、老龄化的加剧，我国劳动人口数量庞大、劳动力低成本的优势正在逐渐丧失，基础性工作招人越来越难。
随着工业机器人成本的下降，机器人的投资回收期还将进一步缩短，将有助于机器人逐步实现劳动力替代。
机器人换人的节奏仍然没有结束，随着人工成本进一步提升，机器人价格进一步下滑，机器人在下游应用的领域逐步拓宽，机器人需求仍然保持景气向上。
2.2.3.国产机器人迎来巨大替代空间
工业机器人的市场目前被日本四大家垄断，国产化的替代空间还很大。
我国工业机器人产业发展较晚，受零部件供应、相关技术和加工工艺等因素影响，中国市场上工业机器人基本被以ABB、库卡、发那科和安川四大巨头为主的国外机器人品牌占据着，国产机器人品牌仅占约8%的市场份额。
中国处于工业机器人生产的产业链下游，多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。
随着我国工业机器人市场需求的迅速扩大，国内企业的自主研发投入的不断加大，研发能力不断提升，未来几年将拉近与国际厂商的差距，国产机器人将填补巨大的替代空间。
3.工业机器人产业链分析
3.1.工业机器人产业链工业机器人具备在高危环境下生产、生产效率高、稳定性强、精度高等特点，它是通过编程或示教方式实现自动化，同时具备拟人形态及功能的装臵，主要由本体、伺服电机、减速机、控制器、传感器等核心零部件构成，操作系统包括伺服系统、控制系统、视觉系统等。
机器人自动化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，包括工业机器人本体、服务机器人本体。
下游是系统集成商，包括单项系统集成商、综合系统集成商。
图13：
机器人产业链
工业机器人优于传统的机械设备的原因主要在于上游的关键基础部件。
从结构上来看，工业机器人由控制系统、驱动系统和执行机构组成，分别对应控制器、伺服电机和减速器等核心零部件。
从成本上来看，核心零部件占工业机器人成本大头，约72%左右。
多轴工业机器人的成本构成中，机械本体约占22%；伺服系统约占24%；减速器系统约占36%；控制系统约占12%；其他外设约占6%。
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。
多数厂商承担系统二次开发、定制部件和售后服务等附加值低的工作。
关键基础部件中，减速器控制器在国内大部分知名机器人本体制造企业均已实现自主生产，但和国际水平仍有差距；而另两个关键基础部件——伺服电机和减速器，仍大量依赖进口。
全球减速器行业集中度很高，两家日本公司纳博特斯（Nabtesco）和哈默纳科（HarmonicDrive）控制的全球机器人减速器市场超过75%（工业机器人用减速器轴承的开发与应用，《机械工程师》2015年第5期），包括ABB、FANUC、KUKA、MOTOMAN在内的国际主流机器人厂商的减速器均由以上两家公司提供。
国内机器人市场主要采购以上两家企业的减速器，但采购成本往往较高，这成为了制约国产机器人发展的主要瓶颈之一。
国产机器人比进口机器人贵，原因在零部件上。
根据产业信息网发布的《2014-2019年中国钕铁硼永磁材料产业市场分析及投资前景预测报告》，目前一台165kg焊接机器人成本国内约为29.9万元，而国外大约为16.86万元。
零部件成本差异是造成国内外机器人成本差距的最大因素，其中减速器是成本差异最大部分，国内和国外和成本比达到4.4，控制器的国内外成本比,达2.6，伺服电机（驱动）的国内外成本比为1.68（1.95）。
国内的材料消耗也更大，如在永磁同步伺服电机中钕铁硼材料成本，国内单体用量比国外高接近1倍。
表6：
一台165kg焊接机器人成本国内比国外高70%
3.2.核心零部件——市场需求广阔，亟需国产化突破
国内减速器、伺服电机市场需求广阔。
一般而言，一套工业机器人的一个手臂需要配备一个减速器和伺服电机，那一套工业机器人需要配备4-6个减速器/伺服电机和1套控制系统。
根据世界机器人协会的预测，2015-2017年我国工业机器人销量将保持12%的年增长率，分别达到6.395万台、7.162万台和8.022万台。
假设平均一台工业机器人平均配备5个减速器/伺服电机，工业机器人精密减速器/伺服电机的2015-2017年的需求量将达到31.98万套、35.8万套和40.1万套。
图18：
2015-2017国内工业机器人、减速机、伺服电机需求规模
工业机器人零部件亟需国产化突破，并且是规模化量产的突破，否则没有意义。
减速器是国内机器人产业必须攻克的关卡，尽管研发过程漫长充满挑战，也有少数公司经过多年研发，生产出了减速器，但未大规模量产。
日本减速器掌握减速器市场的绝大份额，大规模量产，生产成本低，掌握了定价权。
根据我们的草根调研，国外进口RV减速器价格是国内企业减速器产品的3倍，他们还有很大的降价空间挤压中国品牌。
国内即使研发出合格的减速器，也得量产才有意义。
否则没有量，就算技术达到日本标准，日本四大家机器人公司同样不会买中国的。
图19：
进口RV减速器成本是国产RV减速器成本的三倍
3.2.1.减速器——机器人的关节，不能缺失之痛
减速器对机器人意味着什么？
精密减速器，是一种精密的动力传达机构，它利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装臵，从而降低转速，增加转矩。
精密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。
按结构不同，工业机器人用精密减速器可以分为五类，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。
精密减速器按照结构的不同，可以分为谐波齿轮减速器、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五类。
在精度、扭矩、刚度、传送效率等衡量减速器的各个性能指标上，它们各有不同。
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。
表7：
各个不同类型精密减速机特点
RV减速器和谐波减速器是工业机器人中使用最主要的减速器，RV减速器在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的趋势。
世界75%的精密减速器市场被日本的HarmonicaDrive和Nabtesco占领，其中Nabtesco生产RV减速器，约占60%的份额，HamonicaDrive生产谐波减速器，约占15%的份额。
RV减速机主要用于20公斤以上的机器人关节，谐波用在20公斤以下机器人关节。
RV减速器不像谐波减速器那样随着使用时间的增长，运动精度会显著降低，在先进机器人传动中有逐渐取代谐波减速器的趋势。
但由于RV减速机组成零件更复杂，承载强度更高，不光制造难度要比谐波减速机大，其生产线投资规模远大于谐波减速机。
回顾减速器两巨头的前世今生，他们的减速器业务都经过了数十年的发展。
如Nabtesco的RV减速器，前身正是帝人精机的主流产品。
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