高端领域再接再厉,国产工业机器人未来可期

    机器人被誉为"制造业皇冠顶端的明珠",是智能制造的重要载体,是衡量一个国家创新能力和产业竞争力的重要标志。机器人也是推进我国从"制造大国"转向"制造强国"的强力支撑,随着国内生产制造智能化改造升级的需求日益凸显,工业机器人需求旺盛。

    工业机器人产业链包括上游核心零部件、中游机器人本体和下游集成应用三部分。

上游关键环节受制于人,制约产业的自主发展

    上游主要是控制器、伺服电机、减速器传感器等生产供应商,上游核心零部件是关键环节,占据了工业机器人整机大部分的成本和利润,也是技术上的核心和难点,是影响机器人性能最重要的部分。

    其中控制器、伺服电机和减速器是工业机器人三大核心零部件。三者成本占工业机器人总成本约70%,其中减速器占整机成本约35%,伺服占整机成本约20%,控制器占整机约15%,而本体和其他部分仅占整机分别为15%、15%。减速器的毛利率最高,可达40%。

控制器:工业机器人的控制中心

    控制器相当于工业机器人的大脑,主要控制机器人的运动范围、状态、工作程序和时间等。

    由于控制器的进入门槛低、可进入性较其他两者更高,市场鱼龙混杂,主流的机器人厂商均有自己的控制系统,与机器人本体绑定研发,以保证稳定性和维护技术体系。因此控制器市场份额基本跟机器人本体一致。国内工业机器人控制器市场多欧美日品牌占据。以发那科、安川、库卡、ABB为代表的四大家族普遍采用自产自用的生产模式。

    控制器硬件芯片国产化低,软件算法仍存在不足。尽管国内厂商的控制器硬件方案已经达到国际性水准,是三大核心零件中国内外差距最小的一个,但物料受到限制,底层芯片依赖进口,国内尚无研发基础。在软件上,国际工业机器人品牌起步较早,经验与数据非常丰富,软件算法不是短时间能够优化和超越的,所以国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有一些差距,仍需要不断地尝试和累积。

伺服:中高端市场为国外企业垄断

    伺服系统是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统,使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标的任意变化的自动控制系统。

    相比国际水平,国产伺服电机技术相对落后,产品主要在中低端领域。国内企业凭借低成本满足多数寻求性价比高的小规模企业,并实现伺服驱动器及电机产品批量化生产,主要代表有汇川技术、埃斯顿等。

    而国外企业掌握国内伺服电机高端领域的话语权,70%以上的高端产品依赖进口,主要来自日本和欧美等国家。其中日系产品以超过40%的市场份额雄踞首位,著名品牌包括安川、松下、三菱电机等。

减速机:技术壁垒最高,国产化率最低

    精密减速器是对工业机器人本体性能影响程度最高的核心零部件,是连接动力源和执行机构之间的中间装置。减速器的精度、负载和寿命等各种性能对工业机器人产生重大的影响,减速器的好与坏决定机器人的性能高低,减速器的技术壁垒是工业机器人核心零部件中最高的一个,也是核心零件中国内外差距最大的一个。它构成工业机器人运动的核心部件——关节,每个关节都要用到不同的减速器产品。工业机器人一般使用RV减速器和谐波减速器。

    受技术壁垒高的影响,全球工业机器人减速器市场寡头垄断格局突出,其中,日本纳博特斯克是生产RV减速器的世界巨头,约占60%的全球减速器市场份额。国内市场上,70%的市场份额被国际厂商占据,国产化率不足30%。国内企业切入减速器领域的时间较短,但行业涌现出较为积极且表现较优异的队伍,苏州绿的等多家企业能够实现减速器的批量生产,国产品牌的市场接受度逐年提升。但与日系产品在稳定性、可靠性、物理性能等方面依然存在一定的差距,国产厂商技术水平仍有待提高,是独立自主的信念支撑着国内厂商不断进步。

本体:硬件趋于成熟,国产替代空间大

    中游是本体生产商,负责工业机器人本体的组装和集成,即机座和执行机构,包括手臂、腕部等。

    机器人本体的硬件技术基本形成一套较为完整、稳定的方案,目前主要完善结构布局和提升用户体验。在各种类型工业机器人中,多关节型与SCARA 型用量最大,应用领域最为广泛,技术难度较高且国产化率最低,是当前国产品牌重点攻克的方向。发那科、ABB、安川、库卡是全球机器人四大家族,市场份额合计占比超过50%。

系统集成:国产替代加速

    下游是集成应用商,即根据不同的应用场景和用途对工业机器人进行有针对性地系统集成和软件二次开发,并配套周边设备,实现工业化应用。与上游核心零部件、中游本体相比,下游系统集成的技术壁垒最低。

    由于国内工业供应产业链较为完善,制造行业的覆盖范围非常广,众多应用场景需要被满足,集成应用商便针对具体的应用特点开发出一些专用装备等,在这一点上国产机器人更受益。同时,国产机器人在成本费用上更少,供货周期上更短,且在服务供应体系上占有优势。国产机器人凭借众多本土优势实现在搬运、上下料、装配等多个领域代替国外机器人,中低端国产化率正在提升。

    当前工业机器人产业链多个环节被卡脖子、国产技术难以匹敌,但现阶段国内企业的拼搏无疑是进阶高端领域的筹码、为国内机器人行业发展奠定夯实的基础。未来国内企业对技术的不断攻克、机器人投资回收期的缩短以及国内需求市场的逐渐释放,国产机器人未来可期。


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