編者按：工業(yè)機器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，對其研發(fā)、制造、應(yīng)用的能力，是衡量一個國家科技創(chuàng)新與高端制造水平的重要標志，也是未來我們邁向制造強國的必由途徑，了解我國目前工業(yè)機器人處于一個什么樣的水平，與國外差距如何，又存在何等難以解決的痛點，未來的發(fā)展趨勢是怎樣的等等問題，才能做出更加準確的決策，讓有限的資源產(chǎn)出最大的價值，以提高整個行業(yè)在全球的競爭力。
工業(yè)機器人行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1、定義
工業(yè)機器人是在工業(yè)生產(chǎn)中使用的機器人的總稱，是一種多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置，通過編程或示教等方式，可以擁有一定的自動性，依靠自身的動力能源和控制能力，實現(xiàn)各種加工制造功能，替代人類完成繁重、重復(fù)、有害等各方面的工作。
目前工業(yè)機器人一般可分為多關(guān)節(jié)機器人、協(xié)作機器人、Delta機器人和SCARA機器人四大類。從國內(nèi)工業(yè)機器人市場銷量來看，占比最高的是多關(guān)節(jié)機器人，在63%左右，其次分別為SCARA機器人、協(xié)作機器人和Delta機器人，分別約占30%、4%和3%。
2、我國工業(yè)機器人發(fā)展歷程
我國工業(yè)機器人研究開始于20世紀70年代，直至2000年之前，行業(yè)主要以技術(shù)研究、市場探索為主，為后續(xù)的發(fā)展進行技術(shù)、人才等多方面的儲備。
2000年到2010年，在汽車等主要應(yīng)用領(lǐng)域較為低迷的情況下，國內(nèi)工業(yè)機器人年均銷量僅為數(shù)千臺，這一階段主要是外資在加速布局國內(nèi)市場，而國內(nèi)供應(yīng)商主要做集成和代理。
2010年到2013年，隨著下游汽車、3C等行業(yè)需求的高速增長，推動了國內(nèi)工業(yè)機器人快速發(fā)展，銷量開始超過萬臺，一些內(nèi)資集成企業(yè)發(fā)展到了一定程度，開始謀求向中上游拓展。
2013年到2017年，國家對機器人的支持補貼政策密集出臺，汽車、3C電子行業(yè)景氣度高，長尾市場也逐漸打開，終端用戶使用機器人的意愿大幅增長，5年來的年均增速達到了43%，我國工業(yè)機器人產(chǎn)銷量呈爆發(fā)式增長。
2018年到2019年，由于國家補貼的減少以及貿(mào)易摩擦的影響，國內(nèi)汽車、3C電子等機器人下游應(yīng)用行業(yè)發(fā)展受限，機器人需求增速放緩。
2020年疫情爆發(fā)，整體經(jīng)濟受到打擊，不過隨著疫情得到控制，需求開始反彈，同時伴隨著新能源等行業(yè)的大力發(fā)展，國內(nèi)工業(yè)機器人增速再次抬頭，2020年國內(nèi)工業(yè)機器人產(chǎn)量達到了237068臺，同比增長19.1%。
2021年國內(nèi)工業(yè)機器人需求持續(xù)高速增長，據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，今年1-9月總產(chǎn)量達到26.87萬套，同比增長57.8%，預(yù)計未來三到五年，國內(nèi)工業(yè)機器人仍將保持超過35%的高速增長。
主要邏輯有：一是人口紅利褪去，用工成本持續(xù)增加；二是智能制造產(chǎn)業(yè)升級的需求；三是工業(yè)機器人規(guī)模效應(yīng)凸顯，性價比提高；四是工業(yè)機器人技術(shù)更加成熟，應(yīng)用領(lǐng)域增加；五是國產(chǎn)替代的加速。
3、工業(yè)機器人市場情況
全球?qū)C器人行業(yè)的未來發(fā)展持樂觀態(tài)度，此前央視財經(jīng)曾報道，2020年全球機器人市場規(guī)模為250億美元，約合人民幣1600億元，預(yù)計到2030年，該數(shù)字將擴大十倍，達到2600 億美元，約合人民幣1.7萬億元。
在今年世界機器人大會上發(fā)布的《2021中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》顯示，2021年，我國機器人市場規(guī)模預(yù)計為839億元，其中工業(yè)機器人445.7億元，預(yù)計到2023年，將突破589億元；另外德邦證券研報顯示，到2023年，我國工業(yè)機器人市場規(guī)模將突破100億美元（約638億人民幣）。
從供需上看，國內(nèi)工業(yè)機器人穩(wěn)定增長，2015-2020年，產(chǎn)量由3.3萬臺提升至23.7萬臺，年均增長率達48.3%；銷量從6.9萬臺提升至17萬臺，年均增長率為19.8%；出口方面，2015-2020年，國內(nèi)工業(yè)機器人出口量由1.2萬臺提升至8.1萬臺，年均增長率為46.5%，出口量在全球占比由4.6%提升至20.4%，增長約16個百分點。
從安裝量上看，據(jù)國際機器人聯(lián)盟（IFR）發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，目前在中國工廠運行的工業(yè)機器人數(shù)量達到創(chuàng)紀錄的943000臺，增長了21%，并且還在持續(xù)高速增長，在2020年，全球新設(shè)工業(yè)機器人38.35萬臺，疫情之下也同比增加0.5%，主要得益于中國需求的大幅增加，有超過40%的新型機器人，約16.84萬臺被設(shè)置在中國工廠。
從營收規(guī)模上看，據(jù)工信部數(shù)據(jù)，2020年，全國規(guī)模以上工業(yè)機器人制造企業(yè)營業(yè)收入531.7億元，同比增長6.0%，實現(xiàn)利潤總額17.7億元，同比下降26.9%，總體利潤較低，此外，從今年以來的數(shù)據(jù)上看，國內(nèi)工業(yè)機器人企業(yè)凈利潤依舊在持續(xù)降低，市場增大、利潤不足的情況短時間難以緩解。
從應(yīng)用分類上看，近年來工業(yè)機器人應(yīng)用領(lǐng)域在持續(xù)拓展，非汽車領(lǐng)域應(yīng)用占比逐步增加。數(shù)據(jù)顯示，汽車行業(yè)占比降到了29%，3C電子行業(yè)為23%，金屬制造領(lǐng)域超過了12%，鋰電、食品領(lǐng)域應(yīng)用分別超過了5%。
未來工業(yè)機器人應(yīng)用將繼續(xù)拓展到更多行業(yè)領(lǐng)域，《全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例分析報告》數(shù)據(jù)顯示，目前工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用企業(yè)主要集中在機械行業(yè)，占比36%，其次為能源行業(yè)，占比22%，再次是輕工業(yè)，占比11%，除此之外，其余行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)滲透率普遍偏低，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的前提是工業(yè)機器人等自動化設(shè)備和智能控制系統(tǒng)，因此從這一角度上看，未來中長期工業(yè)機器人的市場需求同樣強烈，足以保持相對穩(wěn)定的市場增量。
如今，在中國的內(nèi)外資工業(yè)機器人企業(yè)都在努力擴產(chǎn)，據(jù)統(tǒng)計，目前四大家族在國內(nèi)實現(xiàn)的年產(chǎn)能約為15萬臺，最晚到2025年，產(chǎn)能將超過50萬臺；而國內(nèi)工業(yè)機器人主要供應(yīng)商目前實現(xiàn)年產(chǎn)能約4萬臺，預(yù)計到2025年產(chǎn)能將達到25萬臺。
今年以來，工業(yè)機器人獲得了資本的青睞，據(jù)不完全統(tǒng)計，今年前三季度，工業(yè)機器人領(lǐng)域就發(fā)生了70起融資事件，總?cè)谫Y額超過了125億人民幣，已經(jīng)追上了去年一整年的融資金額，創(chuàng)下又一個融資巔峰記錄。
工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展概況
工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游核心零部件、中游本體制造以及下游系統(tǒng)集成三個環(huán)節(jié)。
上游核心零部件：包括減速器、伺服系統(tǒng)、控制器，直接決定了工業(yè)機器人的性能、可靠性、負載能力等主要技術(shù)指標，占工業(yè)機器人總體成本的66%。
中游本體制造：涉及工業(yè)機器人整機結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝，對工業(yè)機器人的穩(wěn)定、精度等也有重要影響，成本占比在25%左右。
下游系統(tǒng)集成：面向終端用戶，根據(jù)需求實現(xiàn)焊接、裝配、檢測、搬運、噴涂等工藝或功能，成本占工業(yè)機器人整體不到10%。
1、上游核心零部件
上游核心零部件是工業(yè)機器人最為關(guān)鍵的技術(shù)，也是國內(nèi)外差距最大的領(lǐng)域，工業(yè)機器人大型企業(yè)往往通過掌握關(guān)鍵零部件技術(shù)打造核心競爭力。
減速器方面：目前全球大部分市場被日本的哈默納科（諧波減速器）、納博特斯克（RV 減速器）所占據(jù)，比例都在7成以上，國產(chǎn)化率不足30%，從分類上看，諧波減速器的國產(chǎn)化率相對較高，而RV減速器的技術(shù)門檻較高，國產(chǎn)化率相對較低。
數(shù)據(jù)顯示，2020年，全球機器人減速器需求量為223萬臺，其中諧波減速器需求量為110萬臺，RV減速機需求量為113萬臺，如果分別按均價3000元、6500元的價格測算，則2020年全球諧波減速器市場規(guī)模為33億元，RV減速機市場規(guī)模73.45億元，合計為106.45億元。
伺服系統(tǒng)方面：伺服系統(tǒng)是工業(yè)機器人主要的動力來源，也是控制設(shè)備實現(xiàn)精確運動與定位的必要系統(tǒng)，一般由伺服電機、伺服驅(qū)動器、編碼器三部分組成。在工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)中，電機主要采用永磁同步交流伺服電機，伺服驅(qū)動主要以總線通訊形式實現(xiàn)對位置、速度和轉(zhuǎn)矩單元的控制，編碼器主要采用多圈絕對值編碼器。
在伺服系統(tǒng)里面，伺服電機最難掌握，目前超過90%需要依賴進口，典型生產(chǎn)廠家有安川、西門子、三菱、松下、倫茨、路斯特等，國產(chǎn)的電機在技術(shù)標準、設(shè)計選料、制造工藝等多方面與國外先進水平都有較大差距，這些導致國產(chǎn)電機在穩(wěn)定性、持久性、噪音、功率等方面都有所不足，只能用于一些低端產(chǎn)品。
控制器方面：控制器是根據(jù)反饋信號控制機器人的執(zhí)行機構(gòu)，相當于工業(yè)機器人的“大腦”。在三大部件中，控制器的技術(shù)難度相對較低，且成本占比不高，但對機器人的工作能力、操作精度、穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標同樣有著決定性的作用。
控制器分為硬件和軟件兩部分，在硬件上國內(nèi)外差距并不大，但在軟件算法和二次開發(fā)上依然有較大差距，并且軟件算法最重要的是和機器人本體相匹配，而國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)并沒有完整的產(chǎn)業(yè)鏈，這就導致了國內(nèi)控制器企業(yè)難以形成競爭優(yōu)勢，所以國產(chǎn)控制器的差距主要是算法和兼容性方面。
2、中游本體制造
中游本體制造負責工業(yè)機器人本體的組裝和集成，即機座和執(zhí)行機構(gòu)，包括手臂、腕部等，部分還包括行走結(jié)構(gòu)。
目前中游工業(yè)機器人本體制造商依然以國外“四大家族”為代表的龍頭企業(yè)占據(jù)領(lǐng)先地位，國內(nèi)相關(guān)企業(yè)體量相對較小，此前國際機械設(shè)備統(tǒng)計機構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，全球工業(yè)機器人前十大生產(chǎn)商中，我國僅有埃斯頓一家入圍，排名第八位，占據(jù)3.26%的市場份額。
不過在趨勢上，中游環(huán)節(jié)已呈現(xiàn)國產(chǎn)替代加速的大勢，MIR數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)工業(yè)機器人企業(yè)占國內(nèi)市場的份額已從2018年的18%提升至2020年的29%。并且從內(nèi)外資品牌出貨量增長率上也可以看出這點，2021年上半年，內(nèi)資同比增長109.5%，外資同比增長71%。
主要因素包括：一是本土企業(yè)價格更為靈活，性價比高且更懂國內(nèi)企業(yè)需求；二是下游行業(yè)細分領(lǐng)域眾多，市場分散、需求多樣，外資企業(yè)優(yōu)勢并不明顯；三是國內(nèi)用戶對國產(chǎn)工業(yè)機器人接受程度提高，在用工成本上升推動的“機器換人”進程中，擁有強烈的降本增效需求。
3、下游系統(tǒng)集成
機器人系統(tǒng)集成是連接機器人本體企業(yè)和應(yīng)用端的“橋梁”，為終端客戶提供應(yīng)用解決方案，負責工業(yè)機器人應(yīng)用的二次開發(fā)，以及周邊自動化配套設(shè)備的集成，是工業(yè)機器人自動化應(yīng)用的重要組成部分。
得益于我國擁有全球最完善的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)類別，系統(tǒng)集成是機器人行業(yè)最大的市場，并隨著機器人應(yīng)用領(lǐng)域的拓展而不斷增大，數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，我國機器人系統(tǒng)集成商已經(jīng)超過了3500家，市場規(guī)模也超過了600億元。
不過值得注意的是，機器人系統(tǒng)集成的技術(shù)門檻較低，競爭十分激烈，導致議價能力較弱，且在不同行業(yè)之間橫向拓展困難，企業(yè)發(fā)展存在一定的瓶頸，目前國內(nèi)集成商企業(yè)規(guī)模偏小，營收過億的僅有百家左右，想要突破十分困難。
綜合來看，我國的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈在中低端已經(jīng)有一定的優(yōu)勢，并借此提高國產(chǎn)化率，同時在發(fā)展的過程中，突破工業(yè)機器人關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，實現(xiàn)從低端向高端的滲透替代。
此外，從應(yīng)用領(lǐng)域上看，在汽車、3C等傳統(tǒng)行業(yè)，工業(yè)機器人的應(yīng)用已經(jīng)過了大規(guī)模發(fā)展的階段，自動化程度相對較高，規(guī)模雖大需求量卻較小，且大部分被國外龍頭企業(yè)壟斷，難以進入。反而是一般工業(yè)領(lǐng)域，由于企業(yè)普遍體量較小，對工業(yè)機器人的需求呈現(xiàn)訂單分散、價格敏感、標準化低的特點，這種“長尾客戶”并不是國外龍頭企業(yè)的客戶，反而國內(nèi)工業(yè)機器人企業(yè)擁有性價比高、服務(wù)及時等本土優(yōu)勢，更能解決這些客戶的需求，是一個相對較好的切入點。
工業(yè)機器人行業(yè)痛點分析與發(fā)展趨勢
1、工業(yè)機器人行業(yè)痛點
一是人才極度缺乏。經(jīng)過多年的努力發(fā)展，如今我國制造業(yè)已經(jīng)跨過了第一階段的勞動密集型產(chǎn)業(yè)、第二階段的資本密集型產(chǎn)業(yè)，來到了第三階段的智力密集型產(chǎn)業(yè)，也就是高端制造，在這一階段，行業(yè)對人才的定位已經(jīng)改變了，也就是說現(xiàn)今的大多數(shù)人才，與接下來行業(yè)的需求并不匹配，導致出現(xiàn)人才極度缺乏的狀況。
從最基本的操作和編程，到整個機器人系統(tǒng)的復(fù)雜調(diào)試、維護，我們在研究人才、工程人才、操作人才等全方位存在稀缺痛點，然而相應(yīng)的人才教育培訓體系卻沒有建立起來，導致人才問題將成為未來工業(yè)機器人發(fā)展的最大阻礙。
《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》指出，到2025年，高檔數(shù)控機床和機器人有關(guān)領(lǐng)域人才缺口將達450萬人，同時還指出，2020年制造業(yè)十大重點領(lǐng)域人才短缺將超過1900萬，在2025年這個數(shù)字將近3000萬。
二是核心技術(shù)太過弱勢。我國是最大的工業(yè)機器人市場，但國內(nèi)企業(yè)卻相當弱勢，這主要是缺乏核心技術(shù)的積累，同時配套能力也不夠強，如高端芯片、操作系統(tǒng)、控制器、減速機、電機、精密加工技術(shù)等等都需要依賴進口，這些導致產(chǎn)品成本過高，利潤不足，于是大量工業(yè)機器人企業(yè)舉步艱難，發(fā)展緩慢。工信部數(shù)據(jù)顯示，2020年全國規(guī)模以上工業(yè)機器人制造企業(yè)營業(yè)收入531.7億元，利潤總額17.7億元，利潤率僅3.3%。
三是產(chǎn)業(yè)投資太少。包括機器人企業(yè)和投資機構(gòu)，各方面對工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的投資都太少，導致產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，對比當年千億萬億的資金進入互聯(lián)網(wǎng)和移動增值行業(yè)的風潮，目前進入機器人行業(yè)的資金太少了，也就是在去年和今年才堪堪超過了百億級別，沒有資金，導致人才稀少，然后研發(fā)緩慢，由此進入惡性循環(huán)，資金缺少是工業(yè)機器人發(fā)展緩慢的一個關(guān)鍵點。
2、工業(yè)機器人發(fā)展趨勢
一是提高工業(yè)機器人的智能化技術(shù)。工業(yè)機器人是先進制造業(yè)的代表，提高智能化程度可以提高工業(yè)機器人的工作能力和使用性能，推動制造業(yè)向著真正無人化、自動化的目標前進，智能化將是機器人發(fā)展的大趨勢，事實上目前行業(yè)內(nèi)一直在推進這方面的研究，比如將人工智能與機器人結(jié)合，還有云化機器人及工業(yè)機器人云平臺等方式。
二是協(xié)作機器人成為工業(yè)機器人的重要創(chuàng)新方向。制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展趨勢顯著，在更加復(fù)雜的離散型場景中，安全的人機協(xié)作需求不斷增長，以完成更精確、更靈活的工作。傳統(tǒng)的工業(yè)機器人需要在隔離環(huán)境中作業(yè)，極大地限制了工業(yè)機器人的應(yīng)用效果和應(yīng)用場景，隨著技術(shù)的成熟，工業(yè)機器人的生產(chǎn)力和可靠性大幅提升，將會推動更加適應(yīng)智能制造應(yīng)用場景的協(xié)作機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
結(jié)語
我國是制造業(yè)大國，制造業(yè)增加值已連續(xù)11年位居世界第一，并且是全球唯一一個擁有聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中所列全部工業(yè)門類41個工業(yè)大類、207個中類、666個小類的國家，具有世界上最為健全的工業(yè)體系。
正是得益于此，我國工業(yè)機器人才發(fā)展迅速，占據(jù)了全球市場的四成份額，在此前制定的“中國制造2025”中，2025年工業(yè)機器人的目標產(chǎn)量是26萬臺，而今年的前三季度工業(yè)機器人產(chǎn)量就已達到了268694臺，提前四年就超額完成了數(shù)量指標，可見發(fā)展速度之快，遠超預(yù)期。
但另一方面，我國制造業(yè)也好，工業(yè)機器人也罷，都是大而不強，面臨諸多挑戰(zhàn)，如核心技術(shù)難以突破，被供應(yīng)鏈卡脖子，企業(yè)盈利能力不足，研發(fā)資金、人才短缺問題，另外還有人口紅利不再、用工成本增加、原材料價格上漲、客戶需求多樣化、產(chǎn)品周期縮短等等客觀問題，都在阻礙著機器人產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。
綜上所述，對于工業(yè)機器人發(fā)展的預(yù)期，在市場規(guī)模上，我國工業(yè)機器人發(fā)展的速度會比預(yù)期快，未來幾年依然會繼續(xù)保持高速增長；在技術(shù)積累上，門檻較低、淺層次的技術(shù)，發(fā)展也會比預(yù)期的快，深層次的、需要產(chǎn)學研合作攻克的核心技術(shù)，發(fā)展則會比預(yù)期的慢。
在這種情況下，想要工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)長久健康發(fā)展，必須加大研發(fā)投入，突破技術(shù)壁壘，提高盈利能力，緩和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不平衡的矛盾，堅定走“技工貿(mào)”的路線，開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品，以獲得高利潤，從而帶動整個工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的正向循環(huán)發(fā)展。
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