星空体育:行业报告 | 中国工业机器人行业研究报告(上)
文章出处:本站 人气:发表时间:2024-03-10 16:36
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,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国家级的科技计划,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,工业机器人市场潜力。
驱动工业机器人再次起航的重要背景:
本报告界定的工业机器人指:应用在工业产线领域,可重复编程实现自动化控制的机械结构。
工业机器人是能自动化控制的、可重复编程的多功能机械执行机构,该机构具有三个及以上的关节轴、能够借助编制的程序处理各种工业自动化的应用——国际标准化组织(ISO)机器人是设计用来搬运物料、部件、工具或专门装置的可重复编程的多功能操作器,并可通过改变程序的方法来完成各种不同任务——美国T业机器人协会( RIA )
机器人是一种装备有记忆装置和未端执行器的,能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器——日本工业机器人协会(JRA)
具有多自由度的、能进行各种动作的自动机器,它的动作是可以顺序控制的、轴的关节角度或轨迹可以不靠机械调节,而由程序或传感器加以控制。工业机器人具有执行器、工具及制造用的辅助工具,可以完厅材料般运和制造等操作——德国标准(VDI)
减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件,常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。
伺服电机( servo motor ) 是指在同服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。
减速器、伺服电机、控制器,是工业机器人的核心组成零件。
美国首创,日本实现产业化,中国接棒成为最大市场。
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跃居世界第一。
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,成为全球最大市场。
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。政府通过设立行业标准、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。
中国工业机器人相关政策梳理如下:
关注特种机器人领域如水下无缆机器人、防爆与侦察机器人等,成立专家组,主要目的在于缩小我国与国外技术发展的差距——《高技术研究发展计划(863计划)》
人口红利减弱,制造业转型,促进工业机器人高端化,智能化发展;明确国产替代路线和目标
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,现阶段影响最大。
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、ARNR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。
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:一是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。二是售价逐年降低,虽在去年受供应链影响略有涨价,但成本降低是趋势。
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) 与发达国家相比,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%,位列全球第一,且国家已经提出要在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,在钾电、光伏等新方向具有先发优,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,国内新能源汽车在全球电动化的大势下,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始终保持高景气度,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。
2023年中国工业机器人保有量有望突破150万台
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进,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年因疫情全国大范围停摆,增速下滑。未来几年,受《“机器人+”应用行动实施方案》和全球经济去全球化的影响,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SCARA为主,其中多关节占60%左右,SCARA占40%左右。
需求量主导的市场,服务中,售前靠关系,决策靠产品
控制器是输出命令放;伺服系统、减速器相互配合,执行控制器的指令,共同保证工业机器人稳定、精准运行
伺服、控制不分家,参与者众,且逐步探索驱控一体化
精度和稳定性是控制器性能的直接指标,但底层算法是核心
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同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:
1)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;
2)硬件方面: 高性能的控制器的底层芯片、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。
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、适应频警加减速等特性。
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,要综合考虑同服电机的规格和机械未端的位置、速度、精度、动态性能等要求。
格局初定,中日对比存在发展时间差大、研发投入少等问题
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
深耕技术,提升产品性能、产品创新力是核心,业务与技术相契合是重点
工业机器人可从运动坐标、应用场景、输入信号方式、作业方式进行分类
四大家族优势显著,国内头部纷纷布局锂电、家电等新赛道
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