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工业机器人答疑支招篇:工业机器人行业未来有哪些趋势?

作者:点击:367 发布时间:2023-04-25

工业机器人行业未来有哪些趋势?工业机器人未来发展从以下几点来说明。

工业机器人发展的宏观环境

政策上

政策力度加强,方向上从“引进+专项突破”转为“国产化、智能化”;目标上提出到2025年,制造业机器人密度较2020年实现翻番。

技术上

机器视觉、传感器等相关技术的发展及与工业机器人深度结合,促进工业机器人的可用性和易用性。

需求上

1、潜在劳动力不足,“机器替人”成大势所趋;

2、目前国内工业机器人主要依赖进口,其密度与发达相比有提升空间,国内工业机器人空间潜力大。同时,新能源等行业在国产化的浪潮下,为国内工业机器人企业的发展与渗透提供一定先发优势。

工业机器人的产业链情况

上游-零部件情况

1.减速器:市场集中度很高,高端市场为国外品牌垄断,故厂商议价能力强,约占机器人成本的 25%-30%。整体供货周期长,国内一般4-6个月;

2.伺服:高端市场依赖进口,中低端市场可自主覆盖。国内厂商中,伺服占机器人成本比重约25%-30%;

3.控制器:本体厂商纷纷自主研发,但大部分还是需要购买第三方产品。控制器占机器人成本比重约20%-25%。

中游-本体情况

1.保有量:2022年中国工业机器人保有量135.7万台,主要为多关节机器人和S CARA机器人,其占比 分别为60%,40%左右;

2.竞争格局:市场格局较为集中,整体国外品牌占比高,约七成左右;

3.国内厂商主要打法:通过零部件自研来控制成本结构、发展协作机器人增加产品应用场景、拓展家具等新行业、积极布局出海等。

主要厂商评价

从市场上看

1.本体、其他(视觉定位、追踪、检测、激光雷达等业务企业)、全产业链是主要投资方向;

2.零部件中伺服+控制较热,本体中协作机器人较热。

从本体和系统集成商的评价看

李桉华老师写本文主要考虑了厂商的需求前瞻力(即市场空间)和产品执行力(即需求满足能力)。

1.针对本体,主要看产品及品牌:“四大家族”占据行业领导地位;新松、埃斯顿凭借高零部件自主率、高行业景气度跻身 行业之列,协作机器人厂商则通过拓展行业和场景的广度来提高竞争力;

2.针对系统集成商,虽然主要看行业服 务经验,但就竞争而言,需求前瞻和产品执行需双向发力,其中产品执行力是需求前瞻力的基础。

下游-系统集成商情况

1.市场格局较为分散(企业数量多、规模小),其中国内系统集成商占比90%以上;

2.机器视觉、3D相机等新兴的集成生态伙伴助力工业机器人“眼/脑”发展,解锁更多、更精应用场景;

3.传统系统集成商向综合解决方案厂商迈进,即向上拓展本体能力,向下拓展机器视觉、柔性夹爪等周边技术。

工业机器人未来发展趋势

从发展方向上看:未来工业机器人的发展以提升应用广度和深度为方向,其中运动控制技术、控制系统技术促进产品性能提升,AI相关技术促进智能化提升,未来工业机器人向着智能化、精细化、柔性化、平台化等方向发展。

从行业发展潜力看:汽车制造、电子和半导体制造仍然是主要应用行业;锂电/光伏制造是新增市场的主要行业。除此之外,航空航天、家电制造业等制造业应用潜力也比较大。

工业机器人是智能制造中的重要一环,且当前处于市场空间大、应用场景可拓展可精进的阶段,具有研究价值观察中国工业机器人的市场特征、挖掘新的发展路径,既受当前环境驱动,也是未来市场所需,深圳市三人行管理咨询有限公司品牌营销专家、首席咨询李桉华老师认为其原因主要有二:

1.工业机器人发展历史悠久,但我国仍有研究价值和探索空间。自20世纪60年代 工业机器人问世以来,在50年内经历了巨大进步,已经广泛应用于航空航天、汽车、军事等领域。

而在我国,从“七五”科技攻关开始,工业机器人正式被列入的科技计划,也已经有了20余年的发展历史。但我国工业机器人面临着技术基础薄弱、自主品牌市占率低等问题;

2.智能制造、新技术为工业机器人赋能推动工业机器人行业进一步深化。目前,国内智能制造正进行得如火如荼,尤其是疫情后,我国首先打破障碍,复苏制造业生产。

工业机器人作为重要一环,需求进一步扩大。同时AI、云计算等技术与工业机器人的深度结合,将为工业机器人带来新的应用场景及方向及工业机器人市场潜力。

工业机器人的发展历程

美国,日本实现产业化,中国接棒成为市场1962年首台工业机器人由美国公司Unimate制成,并在通用汽车初步实践。1967年日本企业引进美国技术,1980年因劳动力短缺、多项技术(如交流电驱、微处理器等)突破,日本工业机器人产销量在首位;

20世纪90年代,德韩两国制造业的强劲表现带动工业机器人发展。2010年后,中国作为“世界工厂”,工业机器人在政策推动、工厂需求等因素推动下,成为市场。

不断加码,促发展

政策力度加强,“引进+专项突破”转为“国产化、智能化”改革开放后,制造业虽进入上升期,但受限于物质和科研条件,早期工业机器人研究由少数科研所负责,政策支持力度小。入世后,我国技术明显落后,外资加速在华布局,这时期我国政策主要有两个特点:

1.支持企业引进海外先进技术和设备;

2.扶持国内龙头企业,对核心技术和工段定点突破。2016年前后,我国步入产业升级阶段,工业机器人属于智能装备重点领域,这时期的政策综合性明显增强。通过设立行业标准、优化营商环境、建立创新中心等多项措施来推进产业国产化、智能化。

提升可用性和易用性

技术的成熟与融合推动工业机器人的应用深度,其中与机器视觉相关的AI助力工业机器人更加智能化,现阶段影响不同技术对工业机器人的推动作用不同,AI主导智能、云计算主导“外脑”发展与共享、AR/VR主导交互。

目的是让工业机器人更智能、更好用。近年来,国内底层技术,尤其是AI、云计算,发展强劲,使得传统机器人有机会向着“机器人+”方向迈进,工业机器人将实现更高的智能化、网络化和交互性。

机器替人

潜在劳动力不足,人口成本走高与机器人价格下行形成对比,“机器替人”成大势所趋“机器替人”主要由两点促成:

1.人力方面

其一,制造业潜在劳动力市场的适龄人口持续减少的现象或将维持10年以上;

其二,制造业从业者成本不断走高。

2.工业机器人方面。与人对比之下,工业机器人具有两大优势:

一,能在高危环境中生产,且具有规模效应。值得注意的是,伴随着技术升级,工业机器人将更稳、更精、更智能,可应用的场景也越多,未来可应用潜力大。

二,售价逐年降低,虽在去年受供应链影响略有涨价,但成本降低是趋势。

市场空间大

国内工业机器人市场空间巨大,国内厂商经过20余年的积累,在国产化的浪潮下具备一定先发优势国内工业机器人市场空间巨大,具体表现为:

1.与发达相比,国内工业机器人应用密度虽然低但近年来增势较猛,CAGR达到37.9%,位列首位,且已经提出要在2025年实现制造业机器人较2020年翻番的目标;

2.虽然目前仍然依赖于进口国外品牌,但经过20余年的发展,国内工业机器人厂商在国产化的背景下,在锂电、光伏等新方向具有先发优势,且未来将会逐步走向国产替代。

新能源汽车工业与光伏产业。成为工业机器人增长主引擎。2022年,3C电子与食品饮料行业受消费不振影响,增速放缓,取而代之的是汽车、光伏、储能等新能源相关产业的稳定增长。从数据上看,国内新能源汽车在电动化的大势下,即便受原材料价格上涨和补贴退坡影响。

在2021、2022年产销量仍保持高速增长。光伏装机量在宏观政策的推动下一直保持高景气度,同时,海外市场受缺电、电价高企影响,光伏产品需求攀升,成为近年来我国光伏产品出口的重要支撑因素。上述两个行业的高景气度,成为国内工业机器人需求增长的主引擎。

未来3年稳定增长

2023年中国工业机器人保有量有望突破150万台。由于工业机器人的实际价格与客户购买的量有极大的关系,业内一般用台数来反应市场发展情况,采用保有量。从工业机器人的保有量来讲,2023年我国工业机器人保有量将突破150万台,预计未来三年将保持稳定增长。

从工业机器人的主要增长驱动来讲,2020-2021年的增长驱动主要得益于新能源汽车需求爆发,工业机器人保有量增速较高。2022年因疫情大范围停摆,增速下滑。

未来几年,受《“机器人+”应用行动实施方案》和经济去化的影响,中国工业机器人市场可能以相对稳定的增速平稳增长。从工业机器人的类型来讲,2022年仍以多关节和S CARA为主,其中多关节占60%左右,S CARA占40%左右。

控制器-关键指标及难点

控制器直接决定本体的轨迹、位置、位姿、速度、加速度、操作顺序及动作的时间等。控制器控制的本质是,根据运动要求和传感器件的信号进行必要的逻辑、数学 运算后,将正确的控制信号传递给伺服系统或其他动力装置,执行单元执行运动要求。国内外控制器的性能差距主要由两方面决定:

软件方面

其一,成熟厂商的控制器是“黑匣子”,国内算法模型参数设定可借鉴性弱;

其二,研发与实际应用是两回事,实际应用晚且量小,与运动控制、路径规划等相关的底层算法,无法依靠大量的工业机器人的生产实践所积累的数据进行训练优化;

硬件方面

控制器的底层芯片、配套设备(如伺服电机、编码器、减速器)等都需要进口,与本体的磨合度不够。

伺服系统-关键指标及难点

转速、扭矩和惯量直接指标,但驱动器、编码器性能尤为重要工业机器人的伺服系统主要由驱动器、电机、编码器所组成,其目的主要是驱动执行机构完成控制器的指令,这要求伺服系统具有响应速度快、精度高、稳定性强、适应频繁加减速等特性。目前国内伺服系统的高端市场被国外垄断,其主要差距源于以下两点:

1.与驱动器相关的高精度芯片为国外所垄断,如DSP芯片;

2.编码器的核心技术掌握在外企手中。同时,传感器作为编码器的核心元器件,高精度传感器也依赖于进口。值得注意的是,伺服系统作为一个整体,转矩、扭矩、 惯量是其主要性能指标,但在配置时,要综合考虑伺服电机的规格和机械末端的位置、速度、精度、动态性能等要求。

减速器-关键指标及难点

器件寿命及稳定性相关指标是核心;目前在产品设计、生产 工艺、装配等方面都存在难点,其中工艺/装配条件、工艺/ 装配流程是重中之重。

中国工业机器人本体企业参与方多样,具有基因杂、布局广的特点,从时间维度上主要以2008年为节点。2008年,随着“十一五”期间重启机器人计划的项目落地,我国才逐步迈入工业机器人市场化时代,开始技术积累。因此,2008年以前成立的公司主要有两类:

1.其他业务转型机器人和下游公司单独出的机器人企业,即“行业基因”公司;

2.从高校孵化出的“技术基因”公司。2008年以后,国内机器人技术较为成熟,才真正诞生出“纯正”的机器人公司。此后随着下游一些成熟行业的发展, 如汽车,利用底层技术的可复用性也开始布局机器人市场,但尚未实现量产。

如何提升服务“边界”呢?深圳市三人行管理咨询有限公司品牌营销专家、首席咨询李桉华老师认为:

工业机器人受行业要求所限,其产品一致性非常高,故在价格、渠道竞争白热化的同时,跨界布局是企业主要差异点,机器人在工业领域和消费级领域的发展逻辑非常不同。消费级机器人强调产品的交互、个性化服务,并且要求快速占领市 场,故其发展逻辑更加关注产品的功能迭代与推陈出新,是典型的C端市场打法。

而在工业领域,强调“稳”,确保稳健生产是重点,产品发展逻辑需要兼顾性能稳定性与应用场景的适配性,故当前整个工业机器人市场呈现出非常高的产品一致性。因此,本土企业在历经价格战、优势行业渠道争夺等激烈竞争后,企图通过研发新产品、增加产品覆盖广度等方式拓展新业务,比如布局医疗、教育机器人等消费级领域。

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