工业机器人国产化发展研究报告1126090646.docx

1、工业机器人国产化发展研究报告1126090646工业机器人国产化发展研究报告新兴领域拓展与高性价比将加速工业机器人控制器国产替代智能制造时代来临，控制器是自动化的核心，工业机器人将成为控制器下 游利润重要增长点 控制系统作为工业自动化的大脑，在智能制造的大潮下得以迅速发展，全球 运动控制器市场规模到 2022 年预计将达到 228.4 亿美元。工业机器人是控制器 新 兴下游，2016年在专用控制器、 PC-based 控制器市场占比已达 13.93%、10.50%。控 制器作为工业机器人核心零部件，在总成本中占比 12%。未来工业机器人市场持续扩张将使控制器需求进一步扩大，据估算 2020 年

2、我国工业机器人控制器 市场规模可达 63 亿元。工业机器人控制器领域国产化不及控制器整体市场，国产替代空间较大 在工业机器人控制器细分市场中，由于国外厂商在机器人领域具有绝对的 先发优势，且核心零部件自产自用为机器人行业领先企业普遍的生产模式。四 大家族工业机器人控制器市场占比达 53% ，与机器人本体市场占比基本一致，而国产品牌不及 16%。在核心零部件中，控制器是机器人产品中与国外产品差 距最小的关键零部件， 有望逐步实现国产替代。高性价比的本土产品可在中低端市场、新兴领域寻求突破口 对比国内外厂商的控制器产品，国产控制器可控制的机器人类型齐全，不 输国外厂商，主要差距在于操作精度和稳定性

3、等。国产机器人与控制器性价比 高，可抢占对机器人精度要求不高的中低端行业市场需求。未来国产机器人企 业对新兴下游应用领域的拓展将给控制器供应商带来重要发展机遇。产品开放式、标准化趋势将削弱国外龙头品牌优势，新技术加成将改变工 业机器人控制器行业格局工业机器人控制器发展趋势是开发具有开放式结构的模块化、标准化产品， 且使用通用语言正在成为工业机器人控制软件的主流，届时控制器不必与本体捆 绑销售，产销将更加市场化，生产专门化也有望实现，性价比相对高的国产控制 器前景广阔。此外，中国在人工智能等前沿技术领域与国外处于同一起跑线，政 策与资金加成，工业机器人控制器行业格局将被逐步改变。投资建议：建议关

4、注在工业机器人领域有良好布局的运动控制器龙头， 与具备技术、客户及成本优势的机器人控制器企业以工业机器人为主要发展方向的运动控制器龙头可依托规模和技术优势， 顺应未来机器人零部件生产专门化趋势拓展工业机器人下游领域。长期深耕机 器人控制器领域、深度绑定主流国产机器人本体厂商，产品性价比高的机器人 控制器企业也有望突出重围，随国产机器人一同提升市占率。重点关注标的：固高科技、埃斯顿( 002747.SZ )、华成工控、卡诺普 风险提示：技术瓶颈无法突破风险；机器人行业政策性风险；同业竞争风险。图表目录 31智能制造时代来临，工业机器人将为控制器厂商发展带来机遇 41.1控制器是自动化的核心 41

5、.2工业机器人是控制器的重要下游领域 81.3机器人市场扩张带动控制器需求上涨 92工业机器人控制器国产化程度不及运动控制器整体市场 112.1运动控制器整体市场国产化程度较高 112.2工业机器人本体制造商自产控制器，国外品牌占据大部分控制器市场 123工业机器人控制器国产化趋势有迹可循 133.1 控制器主要差距在于软件，国产机器人在中低端、新兴领域可有所突破 133.2两种发展路径 144技术更迭将改变工业机器人控制器行业格局 155关注：具有技术优势和规模化控制器生产潜力的机器人企业、涉足工业机器人的运动控制器龙头 166风险提示 17图表目录图表 1 工控发展历程 4图表 2 计算机

6、集中控制系统可分为集散控制系统和现场总线控制系统 4图表 3 工业控制系统产业链 5图表 5 PC-BASED 控制器和专用控制器分类比较 7图表 6 PC-BASED 控制器用于运动控制的比例将显著提升 8图表 7 工业机器人工作场景及其构成 8图表 8 不同工业机器人使用不同控制模式 . 9图表 9 中国工业机器人市场规模实现巨大飞跃 . 10图表 10 我国工业机器人密度首超世界水平（台 /万人） . 10图表 11 零部件约占机器人成本的 72%. 10图表 12 2020 年我国工业机器人控制器市场规模可达 63 亿元（亿元） . 10图表 13 国内运动控制器整体市场分布 . 11

7、图表14国内PCBASED专用运动控制器国产化水平较高 11图表 15 国外品牌占据大部分工业机器人控制器市场，四大家族占比可达 53% 1 2图表 16 当前市场上国内国外的主要工业机器人控制器厂商与产品 13图表 17 除电子和化工其他行业自动化程度不及全球水平，在非汽车领域，国产机器人有一定优势 1 415图表 18 机器人控制系统按智能程度分类1智能制造时代来临，工业机器人将为控制器厂商发展带来机遇1.1控制器是自动化的核心工业过程大致分为连续过程工业、离散过程工业、间隙过程工业三大类，随着工业自动化技术的发展, 类工业过程衍生出过程控制、离散控制和间隙控制。 1930年以来，工控技术

8、经历了三个主要阶段。图表1工控发展历程时间工控技术1930年到1940 年以基地式仪表为代表的机械控制技术十八世纪中期至二十世纪初电气控制技术为主的继电器控制技术和调节器为代表的模拟控制 技术二十世纪七十年代使用单一计算机控制整个工业控制系统，被称为直接数字控制(Direct Digital Control),计算机集中控制系统。目前所称的控制系 统是第三代控制系统，主要技术代表是用于流程工业的集散控制系 统(Distri buted Contorl System)，用于离散工业的可编程控制器(Programmable Logic Controller)和现场总线控制系统(FieldBus C

9、ontorl Syestem)资料来源：公开资料整理、广证恒生目前工业控制属于直接数字控制(DDC),即由计算机集中控制系统。通常使用的控制系统包括集散控制系统(DCS)、现场总线控制系统(FCS),二者主要区别在于 DCS 一对多，FCS 对一。图表2计算机集中控制系统可分为集散控制系统和现场总线控制系统 DCS 二 卜 CS理场总毁捽制采址T性统冲制乐统的炳构H比资料来源：公开资料、广证恒生工业控制系统一般包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机，以及联系的网络系统。可编程逻辑控制器（PLC）等同于工业控制系统中的现场控制器。 PLC负责协调生产线上所有工业机器人、工装夹具、传送带、

10、焊接变位机、移动导轨等设备的运作。无论是工业控制系统或是系统下的工业机器人， 都拥有本身的控制系统。图表3工业控制系统产业链电阻电容资料来源：伺服与运动控制、广证恒生控制系统上游包括各类电子元器件，如 PCB面板、IC芯片、晶体管、电阻电容等，中游核心部件包含运动控制器、伺服驱动器、伺服电机等，下游运用于工业机器人、半导体、机床等各行各业。目前控制器有三 种主要的控制方式：PLC控制、专用控制、PC-Based控制，三种方式在控制系统市场上平分秋色， 各占比30% 38% 32%图表4工业控制主要方式分类特点下游纺织机械、包装机械、EMS纺织包装14.50% EMS系统简单，可靠性高、体积小、

11、环半导体PLC境适应性强，但不支持先进复杂的47.60%12.80%纸巾机械算法，不满足多轴联动等复杂的运F印刷动轨迹物流n 1工作机械4.70%f 工业机器人2.20% V /3.80%匚其他2.60% 丿3.50%5.10%3.20%资料来源：伺服与运动控制、广证恒生工业机器人、机床、包装机械图表4工业控制主要方式分类 特点资料来源：伺服与运动控制、广证恒生从三种工业控制器下游分布可看出，专用控制主要运用于机械、工业机器人等， PC-based控制器主要运用于半导体、包装和工业机器人， PLC主要运用于纺织机械、包装机械、 EMS等行业。PC-based相较PLC在功能占优，可实现更为复杂

12、的运动控制，下游厂商可利用 PC-based厂商提供的底 层函数库进行灵活的二次开发和编程，除了传统的 PLC语言，开发者更可以 C+、Base等语言进行编程，通用性强。专用控制器早期主要用于机床领域，即计算机数字控制系统( CNC, Computerized Numerical Control)，随后在机械、工业机器人等行业大范围使用，是面向特定行业提供专用的控制产品。专用控制器集成现有的 所有控制器技术，包括 PLC PC-based，核心不在硬件，而在于行业应用软件功能块，这种类型的控制 器只能满足特定行业使用，性能稳定，定价高。图表5 PC-based控制器和专用控制器分类比较大类小类

13、特征代表PC-based运动控制 器IPC+运动控制卡运动控制卡不能独立使用，需 要搭配工控机（IPC）。运动控 制卡延展性良好，成本较低， 但组合式使用使得系统稳定性 欠缺研华、研祥、控创、华北工匚控、固冋、雷赛等嵌入式控制 器集成运动控制器和工业计算 机，体积小，可接伺服独立使 用，价格高于运动控制卡研华、研祥、控创、 Beckhoff、TIRO等1软PLC运动控制功能以纯软件的方式 运行在计算机系统上，通过总 线协议控制伺服，一般以软硬 件打包“运动控制软件+工业计 算机方式出售，价格昂贵。西门子的WinAC、罗克韦福的 TwinCAT- 1hr目尔的 SoftLogix 、倍-S1 $

14、 17专用控制 器行业专用控 制器针对特定行业，具备特定功能 的专用控制器，融合了 PLC的 可靠性和IPC的开放性、高性 能CPU等优点风电：Mit&Teknik、木格（MOOG）；纺织机 械：经纬纺织（自主研发以及西门子开发的专 用产品）；机器人：Inovance、KEBA Beckhoff可编程自动 控制器（PAC）控制功能集成在一个芯片上的 单芯片微型计算机，属于低端 控制器本土厂商资料来源：伺服与运动控制、广证恒生控制领域包括运动控制、过程控制、开关量逻辑控制等，其中运动控制占比最高。 三类控制器中，运动控制在专业控制器的占比最高，预计到 2020年，运动控制功能在PC-Based控

15、制器、专用控制器、PLC控 制领域的比重将分别达到 59%、92% 27%其中专业控制器和 PC-Based控制器控制领域中运动控制的比 例将显著提升。在一些运动控制运用领域中，专用控制器或者 PC-Based将替代PLC PLC的市场占比在减少。比如专用控制器在传统切削机床、高端工业机器人中发展较快； PC-Based在雕刻机、半导体、物流、激光加工机等运用领域增长较快。汽车、半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴 行业对工业机器人的使用刺激了 PC-Based运动控制器在机器人领域的快速发展。另外由于直角坐标机器人和国产品牌的多关节机器人功能简单、价格便宜，越来越多的厂

16、商会选择性价比较高的 PC-Based运动控制器。100%图表6 PC-Based控制器用于运动控制的比例将显著提升92%83%资料来源：伺服与运动控制、广证恒生1.2工业机器人是控制器的重要下游领域在自动化生产中，工业机器人整体，包括自有控制器，属于 PLC控制下的一个部分，而且自有的控制器通常属于专业控制器或 PC-based控制器，两种控制器技术共用，主要差别在于对应用领域是否专业化。控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，是工业机器人的大脑，对机器人的性能起着决定性的影响。工业机器人控制器主要控制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 。 对于不同类型的机器

17、人，如有腿的步行机器人与关节型工业机器人，控制系统的综合方法有较大差别， 控制器 的设计方案也不一样。例如直角坐标机器人售价低，运动控制相对简单，多采用运动控制卡 +工控机；在多 关节机器人和SCARA机器人售价高，结构紧凑，运动控制较为复杂，多采用嵌入式控制器。图表8不同工业机器人使用不同控制模式资料来源：MIR、广证恒生目前使用较为广泛的为运动控制卡 +工控机和嵌入式运动控制器，控制器的研发可分为硬件和软件两部分，在工业机器人控制硬件研制方面，已经开发出了比较有代表性的双、多 CPU及分级控制系统。其中，基于 DSP技术的工业机器人控制器的设计较为典型。软件部分是工业机器人的“心脏”，也是

18、目前国 内外控制器差距最大的地方。1.3机器人市场扩张带动控制器需求上涨工业机器人密度实现了跨越式的发展，千亿市场蓄势待发。 随着人口红利消退和产业升级需求扩张，中国制造业对工业机器人的需求旺盛。自2013年起，我国发展成为全球工业机器人的第一大市场。 2018年我国工业机器人市场规模达到 62.3亿美元，占全球市场的37.04%。根据国家级专项规划机器 人产业发展规划（2016-2020年，2020年我国工业机器人使用密度达到150 台/万人。假设到2020年 目标能够实现，预计2018-2020年我国工业机器人使用密度分别为 109、129和150 台/万人，同时假设 我国工人数量保持稳定

19、，每年存量工业机器人更新率为 12.5%。考虑工业机器人售价降低的情况，我们预计2020年我国工业机器人本体市场规模可达到 459亿元，201 &2020年我国工业机器人本体市场规模总计可达千亿元以上。敬请参阅最后一页重要声明证券研究报告控制器属于工业机器人上游生产核心零部件，其他核心零部件包括减速器和伺服系统。核心零部件占 工业机器人成本的72%，其中控制系统占比 12%。图表11零部件约占机器人成本的 72%资料来源：OFweek、广证恒生可以预见，未来几年中国工业机器人市场将持续扩张，伴随而来的是对控制器日益增长的需求。据 IFR数据显示，假设每台工业机器人对应 3万元的控制器市场需求，

20、可以大致估算出我国近年来的工业机器人控制 器市场规模，2020年我国工业机器人控制器市场可达 63亿元，现有空间有限，但前景广阔。图表12 2020年我国工业机器人控制器市场规模可达 63亿元（亿元）数据来源： Wind、广证恒生2工业机器人控制器国产化程度不及运动控制器整体市场2.1运动控制器整体市场国产化程度较高在运动控制器市场中，德国西门子、台湾的新代、宝元、研华等厂商表现突出。图表13国内运动控制器整体市场分布德国西门子11%10%台湾新代台湾元宝40%台湾研华北京凯恩帝9%三菱罗克韦尔5%香港固高5%5%4%欧姆龙4%施耐德3%4%其他资料来源：伺服与运动控制、广证恒生按控制器分类，

21、PLC控制器市场龙头是西门子，PC-based控制器市场竞争较激烈，台湾研华、香港固高 分别占据16%、13%，专用控制器领域生产厂商集中，新代、宝元、北京凯恩帝、北京航空航天数控共占 69.6%。汽车、半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴行业对工业机器人的使用，刺激了 PCBased 运动控制器在机器人领域的快速发展。另外直角坐标机器人和国产品牌的多关节机器人功能简单、价格 便宜，越来越多的厂商会选择性价比较高的 PC-Based运动控制器。PC-based图表14国内PC based、专用运动控制器国产化水平较高专用控制器资料来源：伺服与运动控制、广证恒生2.2工业机

22、器人本体制造商自产控制器，国外品牌占据大部分市场在工业机器人领域，控制器与本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发，四大家族自产自销，国内部分企业控制器仍通过外购。 目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发，各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配。四大家族在中国控制器市场的占比与其在本体市 场的占比基本保持一致，国内自主品牌本体市场市占率达 32.8%，而在控制器市场仅占不到 16%，国内企业控制器尚未形成市场竞争力，部分本体生产厂家的控制器需要通过外购。但在发展过程中仍然涌现出一批 具有代表性的企业，比如汇川技术、埃斯顿、新时达、固高、新松、华中数控等企业

23、较有优势。图表15国外品牌占据大部分工业机器人控制器市场，四大家族占比可达 53%中国工业机器人控制器市场资料来源：中国报告网、广证恒生工业机器人产业链上中游国产化率较低，本土品牌在工业机器人控制器市场表现不如整体控制器市场，国产替代将带来生机。 目前国内的上游核心零部件厂商以及中游的本体制造商国产化率都较低，市面上 80%的市场份额都被外资占据。虽然目前国内部分厂商已经在技术上实现了突破，核心零部件以及本体都实现了大规模的量产，但是由于国内机器人发展起步较慢，规模不及海外巨头。除了控制器外，在工业机器人领域本土品牌的减速器市场份额不及 10%，在伺服电机市场仅占22%。而核心零部件占机器人成

24、本的72%，其中控制系统占比12%，国产厂商技术不断进步的情况下，核心零部件国产替代将为本土品牌带来生机。3工业机器人控制器国产化趋势有迹可循3.1主要差距在于软件，国产机器人在中低端、新兴领域可有所突破国内机器人控制器与国外产品存在的差距主要在软件部分，即控制算法和二次开发平台的易用性方面。 控制系统的开发涉及较多核心技术，包括硬件设计，底层软件技术，上层功能应用软件等，随着技术和应用经 验的积累，国内机器人控制器所采用的硬件平台与国外差距不大。但是由于缺乏平台基础，国产厂家制造的控 制器多为封闭结构，存在开放性差、软件独立性差、容错性差、扩展性差、缺乏网络功能等缺点， 难以适应智能化和柔性

25、化要求。另一方面，由于硬件大多外购，工业机器人供应商几乎都能买到相同的硬件，软件就成为了 竞争核心，而在机器人软件开发环境方面，一般工业机器人公司都有自己独立的开发环境和独立的机器人编程 语言：如 ABB的RAPID 编程语言，库卡的 KRL,安川的INFORM和川崎的 AS, 发那科的 Karel 。由 于不同生产厂商所使用软件不同，且国产控制器软件技术优势不明显，再加上国外企业领先的机器人整体 技术及市场中普遍自产自用的模式，国产工业机器人控制器目前未能得到广泛应用。图表16当前市场上国内国外的主要工业机器人控制器厂商与产品公司产品控制类型机器人应用领域优势发那科R-J3IC/R-J36轴

26、机器人点焊、涂胶、搬运等集成视觉功能，自身软件 平台研发KUKAKRC46轴机器人物料搬运、加工、堆垛、 点焊和弧焊，金属加 工、食品和塑料等行业数据基础、设施标准统一ABBIRC56轴工业机器人装配、切割/去毛刺、 研磨/抛光、上下料、 物料搬运、喷雾、点焊模块化，可容纳各种定制 设备和接口安川DX、MA、MP6轴工业机器人搬运、码垛、组装/分 装、喷涂、电弧焊开放式结构、网络功能， 配备AI，部分设定工作自 动化汇川技术IMC100小型六轴、小型SCARA并联机器人等食品包装、电机、TP、 锂电、3C、通信行业网络化，可连接工业视觉 终端，可控制多台机器人固咼科技GUC系列从三轴到八轴各类

27、型 号机器人PCB板加工、包装、半导体封装、检测测 量、印刷、冶金加工、 电子加工等嵌入式计算机与运动控制 器无缝连接，提高用户控 制系统的可靠性和稳定性央威腾英威腾工业机器人控制系统6轴本体轴加2轴辅助 轴或4轴本体轴加2 轴辅助轴装配、点胶、焊接、喷 涂、码垛、切割、抛光 打磨、搬运等优化控制算法保证咼速咼 精度及运动平稳；模块化、 开放式结构方便功能扩展华成工控-6轴机器人塑料机械等行业注塑机专用机械手的控制 方面居于国内垄断地位卡诺普CRP-S840/80总线、8轴、4轴机器 人在搬运、焊接、喷涂、 码垛、切割、抛光打磨模块化、开放式软硬件平台新松SIASUN-GRC直角坐标、6轴机器

28、人电子、教育培训行业等可小批量生产华中数控CCR6轴机器人物流行业-资料来源：各公司官网、广证恒生对比各大机器人生产厂商的控制器产品，国产控制器可控制的机器人类型齐全，其中不乏六轴、八轴机 器人，不输国外厂商，主要差距在于操作精度和稳定性等。 国内工业机器人生产厂家的控制器主要具有价格优势。随着微电子技术的快速发展，处理器的性能越来越高，成本越来越低廉，高性价比的微处理器使 得开发低成本、高性能的工业机器人控制器成为可能。 KUKA、ABB控制器价格分别为5.8、6.8万元，而固高只需6千元。国产控制器性价比高，可抢占对机器人精度要求不高的、通用型机器人的市场需求 。同时，从控制器应用领域来看

29、，国产机器人应用也十分广泛，其中一些新兴领域将带来发展机遇。 除了传统的电子、汽车领域，国产机器人厂商一直致力于拓展下游领域，如食品饮料、医疗、物流等行业。 这些新兴行业机器人需求多样化，在工业机器人未普及的情况下强调定制，精度要求不高，且由于价值量较 低、订单规模不大，外资品牌难以全面顾及，国产品牌占据主导优势。图表17除电子和化工其他行业自动化程度不及全球水平，在非汽车领域，国产机器人有一定优势资料来源：伺服与运动控制、广证恒生3.2两种发展路径目前国内工业机器人控制器领先企业可以分为两种发展路径：一是以数控设备起家，涉足工业机器人领 域的企业：广州数控、新时达、埃斯顿、汇川技术、华中数控

30、；二是运动控制技术的推广和高水平应用下成 长起来的专业运动控制企业，代表企业为固高、卡诺普，他们已经开始向市场提供机器人专用控制器。还有开发 自己控制系统的机器人企业，包括新松机器人。短期而言，与第三方合作、并购可能是中国机器人企业提升控制器质量的有效途径。目前中国工业机器人企业尚未完全掌握最先进的控制器，未来可能有两种趋势：1采用第三方供应商的控制器。工业机器人本体企业通过引进第三方的控制器，实现机器人控制技术提升，比如很多国产机器人企业采用固高科技的控制器，固高的产品适配从三轴到八轴各种型号的机器人， 为国内基于pc运动控制器市场的龙头企业。2通过投资并购逐步引入国外的控制器技术。 2010年，专注电气传动及运动控制的新时达切入工业机器人领域，后从2013年开始，新时达收购众为