1、工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析
1.1 下游國產(chǎn)化程度高，中上游國產(chǎn)化率有待提升
工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游的核心零部件、中游的整機制造和下游的系統(tǒng)集成 三大核心環(huán)節(jié)。
圖表1：工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈三大環(huán)節(jié)
工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括三大核心零部件以及齒輪、渦輪、蝸桿等材料， 其中三大核心零部件指減速器、伺服系統(tǒng)和控制器。核心零部件對機器人本體的 性能、負(fù)荷能力、可靠性等指標(biāo)起著決定性作用，而且有著較高的技術(shù)壁壘，國 產(chǎn)化程度低。
產(chǎn)業(yè)鏈中游是工業(yè)機器人的本體制造。瑞士的ABB機器人、日本的發(fā)那科（FANUC）和安川機器人、德國的庫卡（KUKA）四大企業(yè)被稱為機器人“四大家族”，在全球的工 業(yè)機器人市場中占據(jù)領(lǐng)先地位。與技術(shù)壁壘非常高的零部件相比，本體制造的技 術(shù)難度相對較低，但高端市場的國產(chǎn)化率依然很低。
產(chǎn)業(yè)鏈下游主要面向終端客戶，為客戶提供整套解決方案，包括系統(tǒng)開發(fā)和集成 等。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，機器人本體是機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而下游系統(tǒng)集成 則是工業(yè)機器人工程化和大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。系統(tǒng)集成的行業(yè)壁壘相對較低，國 產(chǎn)化率最高。
圖表2：工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈代表性企業(yè)
1.2 核心零部件：產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，本土企業(yè)由低端向上突破
從結(jié)構(gòu)上來看，工業(yè)機器人由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)組成，分別對應(yīng)控 制器、伺服電機和減速器等核心零部件。根據(jù)中研普華統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，在多軸工業(yè) 機器人的成本構(gòu)成中，減速器、伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)這三大核心部件的占比分別 為36%、24%、12%，是工業(yè)機器人中價值量最大的部分。
圖表3：工業(yè)機器人構(gòu)成
圖表4：多軸工業(yè)機器人成本構(gòu)成
國內(nèi)企業(yè)在工業(yè)機器人核心零部件領(lǐng)域的起點較低，但技術(shù)水平不斷提升，產(chǎn)品 的性能可滿足中低端應(yīng)用領(lǐng)域的需求；此外，在滿足性能要求的前提下，國產(chǎn)零 部件具有更高的性價比，國產(chǎn)本體廠商在成本壓力下選擇國產(chǎn)零部件的傾向明顯。 國產(chǎn)核心零部件有望借助國產(chǎn)機器人本體的優(yōu)勢，在中低端應(yīng)用領(lǐng)域率先實現(xiàn)突 破，而后逐漸向高端應(yīng)用領(lǐng)域延伸，實現(xiàn)與國產(chǎn)工業(yè)機器人本體的協(xié)同發(fā)展。
1.2.1 減速器：價值量最大的核心零部件
減速器是連接動力源和執(zhí)行機構(gòu)的中間機構(gòu)，具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。 工業(yè)機器人領(lǐng)域廣泛使用的精密減速器有諧波減速器、RV減速器兩種。一般來說， RV減速器具有高負(fù)載能力和高剛度，但體積較大、價格較昂貴，一般多用于多關(guān) 節(jié)機器人中機座、大臂、肩部等重負(fù)載的位置；諧波減速器體積小、傳動比高、 精密度高、成本較低，主要應(yīng)用于機器人小臂、腕部或手部。二者在工業(yè)機器人 領(lǐng)域的應(yīng)用各有所側(cè)重、相輔相成，目前尚不能互相取代。GGII數(shù)據(jù)顯示，在工 業(yè)機器人銷量市場中，RV與諧波需求量的占比約1：1.23。
圖表5：工業(yè)機器人關(guān)節(jié)傳動單元
圖表6：RV減速器與諧波減速器對比
減速器作為工業(yè)機器人的傳動、承重部件，在使用過程中經(jīng)常受到磨損，一般來 說減速器的壽命在兩年左右，在工業(yè)機器人8-10年的工作壽命中，需要經(jīng)常對磨 損的減速器進行更換。因此除新增市場外，存量工業(yè)機器人的維修保養(yǎng)也是減速 器的一個重要市場。GGII預(yù)計2020-2023年，工業(yè)機器人用減速器需求量超360萬 臺，按兩種減速器的需求量占比及平均價格計算，2020-2023年工業(yè)機器人減速 器市場空間有望超過160億元。
工業(yè)機器人使用的精密減速器是純機械部件，在精度、速度等方面要求極高，需 要長期的加工工藝積累，以及大量的對精密加工設(shè)備的采購?fù)顿Y。國產(chǎn)廠商起步 晚，在設(shè)備、材料、工藝等方面與國際龍頭企業(yè)有著較大的差距，同時也面臨著 部分的專利壁壘。
目前中國的工業(yè)機器人減速器市場由外資主導(dǎo)，日本的納博（Nab）、哈默納科 （HD）分別是RV減速器、諧波減速器的全球龍頭，占據(jù)全球工業(yè)機器人減速器行 業(yè)75%左右的市場份額。國內(nèi)市場方面，目前Nab、HD、住友等國外減速器企業(yè)占 據(jù)國內(nèi)機器人減速器市場70%以上的份額，國產(chǎn)化率不足30%，但呈現(xiàn)上升趨勢。 分種類來看，諧波減速器的國產(chǎn)化進程較快，已經(jīng)形成了綠地諧波、來福諧波等 一批市場份額較高的企業(yè)；RV減速器的國產(chǎn)化率較低，但也形成了南通振康、雙 環(huán)傳動、秦川機床、中大力德等一批實現(xiàn)批量銷售的企業(yè)。
1.2.2 伺服系統(tǒng)：國產(chǎn)伺服電機、驅(qū)動等有所突破
伺服系統(tǒng)是指以位置、速度、轉(zhuǎn)矩為控制量，能夠動態(tài)跟蹤目標(biāo)變化從而實現(xiàn)自 動化控制的系統(tǒng)，是工業(yè)自動化控制設(shè)備主要的動力來源之一，一般由伺服電機、 伺服驅(qū)動器、反饋裝置（編碼器）三部分構(gòu)成。伺服系統(tǒng)主要應(yīng)用于機床工具、 電子機械、紡織機械、包裝、工業(yè)機器人、鋰電池等行業(yè)。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。
圖表9：常用的伺服控制電動機的控制方式
根據(jù)GGII的數(shù)據(jù)，2014-2018年，工業(yè)機器人交流伺服系統(tǒng)的市場規(guī)模從10.0億 元增至21.5億元，預(yù)計到2023年，機器人用伺服系統(tǒng)市場規(guī)模將達到41.0億元。
圖表10：工業(yè)機器人用伺服系統(tǒng)市場規(guī)模（左軸）及占比情況（右軸）預(yù)測
2018年工業(yè)機器人用伺服系統(tǒng)的國產(chǎn)化率為22.3%，大部分市場份額仍由松下、 安川、三菱等國外企業(yè)占據(jù)，但國產(chǎn)化率逐年提升。隨著未來國產(chǎn)伺服系統(tǒng)的下 游的認(rèn)可度逐漸提升，國產(chǎn)化率也將持續(xù)提升，GGII預(yù)計到2023年國產(chǎn)伺服系統(tǒng) 的份額將突破40%。
圖表11：2018年中國伺服系統(tǒng)市場份額
1.2.3 控制系統(tǒng)：本體企業(yè)自主開發(fā)為主，軟件方面與國外產(chǎn)品差距較大
控制系統(tǒng)通過各種硬件和軟件的結(jié)合來實現(xiàn)對機器人的運動位置、軌跡和姿態(tài)的 控制，并協(xié)調(diào)機器人與周邊設(shè)備的關(guān)系，是完成機器人控制功能的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。雖 然控制系統(tǒng)的成本占比在核心部件中相對較低，但卻對機器人的性能和功能起著 決定性作用，因此國內(nèi)外各大工業(yè)機器人廠商大多把控制系統(tǒng)作為重要的核心技 術(shù)。
控制系統(tǒng)包含硬件（控制板卡）和軟件（控制算法、二次開發(fā)等）兩部分，其中 軟件部分技術(shù)難度較高，是控制系統(tǒng)競爭力的體現(xiàn)。成熟的工業(yè)機器人廠商在控
制系統(tǒng)核心算法上有著深厚的積累，一般采用自主開發(fā)的控制器，因此工業(yè)機器 人的“四大家族”也在控制系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢。目前國產(chǎn)控制器硬件已經(jīng)可 以滿足要求，但軟件方面與國外產(chǎn)品還存在差距，憑借較高的性價比國產(chǎn)控制系 統(tǒng)在中低端領(lǐng)域占有優(yōu)勢。
圖表13：中國工業(yè)機器人控制系統(tǒng)競爭格局
1.3 工業(yè)機器人本體：國產(chǎn)化進程加速
工業(yè)機器人本體通常由機械臂、驅(qū)動裝置、傳動單元、傳感器等部分組成。本體 最后一個軸通常是連接法蘭，用于接裝夾緊爪、焊槍、吸盤等操作裝置。
圖表14：關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人本體的基本構(gòu)造
按照按機械結(jié)構(gòu)類型，可分為多關(guān)節(jié)機器人、平面多關(guān)節(jié)機器人、坐標(biāo)機器人、 圓柱坐標(biāo)機器人、并聯(lián)機器人、工廠用物流機器人（AGV）等 。按照應(yīng)用領(lǐng)域劃分工業(yè)機器人可分為搬運與上下料、焊接和釬焊、裝配及拆卸、涂層與膠封、加工、 潔凈室等。根據(jù)CRIA的數(shù)據(jù)，2018年多關(guān)節(jié)機器人、平面多關(guān)節(jié)機器人、坐標(biāo)機 器人在國內(nèi)市場的占有率分別為59.4%、21.4%、14.74%，是國內(nèi)市場應(yīng)用最廣的 機型；搬運與上下料、焊接和釬焊、裝配及拆卸在國內(nèi)市場的占有率分別為44.6%、 25.0%、22.8%，是國內(nèi)工業(yè)機器人的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
圖表15：工業(yè)機器人主要機型 圖片
圖表16：中國工業(yè)機器人市場機型占比
圖表17：中國工業(yè)機器人市場應(yīng)用領(lǐng)域占比
與核心零部件相比，工業(yè)機器人本體制造的技術(shù)難度相對較低，但高端應(yīng)用市場 依然幾乎被“四大家族”所壟斷。2018年國產(chǎn)機器人本體的市場份額為27.7%，主 要集中于中低端市場，市場占有率整體呈現(xiàn)提升的趨勢。
圖表18：2015-2018年中國工業(yè)機器人內(nèi)外資占比
圖表19：2018年中國工業(yè)機器人出貨量占比
1.4 系統(tǒng)集成：國產(chǎn)化率高，市場空間大，行業(yè)競爭激烈
工業(yè)機器人系統(tǒng)集成是以工業(yè)機器人為核心，對工業(yè)機器人進行二次應(yīng)用開發(fā)并 集成配套設(shè)備，為終端客戶提供滿足其特定生產(chǎn)需求的非標(biāo)準(zhǔn)化、個性化成套工 作站或生產(chǎn)線。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，機器人本體是機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而下 游系統(tǒng)集成則是工業(yè)機器人工程化和大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。根據(jù)國際經(jīng)驗來看，我 國工業(yè)機器人系統(tǒng)集成模式接近于美國模式，即工業(yè)機器人系統(tǒng)集成主要由專業(yè) 系統(tǒng)集成商完成。
圖表20：工業(yè)機器人系統(tǒng)集成（白車身焊接）
相較于機器人本體及零部件產(chǎn)業(yè)，系統(tǒng)集成的市場規(guī)模要遠(yuǎn)遠(yuǎn) 大于本體市場，而 且行業(yè)壁壘相對較低，因此行業(yè)的參與者眾多、競爭較為激烈、國產(chǎn)化率高。分 行業(yè)來看，汽車（整車+零部件+汽車電子）、電子和金屬加工行業(yè)占比分別為29.8%、 21.0%、10.9%，是占比最大的三個行業(yè)。在汽車整車、倉儲物流等中高端系統(tǒng)集 成領(lǐng)域，外資系統(tǒng)集成商占據(jù)優(yōu)勢地位，本土的系統(tǒng)集成商在中低端的金屬加工、 汽車電子、電子等領(lǐng)域占有優(yōu)勢。食品飲料、醫(yī)療用品等其他系統(tǒng)集成領(lǐng)域的定 制化要求高、價值量相對較低，基本被本土系統(tǒng)集成商所壟斷.
圖表21：各工業(yè)領(lǐng)域系統(tǒng)集成本土和外資競爭格局
圖表22：2019年工業(yè)機器人系統(tǒng)集成市場占比
根據(jù)MIR Databank的數(shù)據(jù)，2019年工業(yè)機器人系統(tǒng)集成的市場空間達到1857億元， 其中本土系統(tǒng)集成商的份額約80%。受疫情影響，2020年國內(nèi)工業(yè)機器人系統(tǒng)集 成市場規(guī)?；?qū)⒊霈F(xiàn)負(fù)增長。但自動化生產(chǎn)在新冠疫情嚴(yán)重時極大地保障了制造 業(yè)及物流業(yè)的正常運轉(zhuǎn)，新冠疫情最終有望加速我國工業(yè)自動化的進程。
長期來看，3C制造業(yè)投資在5G建設(shè)推動下有望保持上行；在標(biāo)準(zhǔn)化、綠色化、智 慧化的政策方向下，物流領(lǐng)域的系統(tǒng)集成需求也有望持續(xù)提升；環(huán)保政策趨嚴(yán)、 制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級等需求也將刺激傳統(tǒng)制造業(yè)的自動化改造。MIR預(yù)計，2022年工 業(yè)機器人系統(tǒng)集成市場規(guī)模有望接近2000億元。
圖表23：2016-2022年工業(yè)機器人系統(tǒng)集成市場規(guī)模及預(yù)測
報告來源：萬聯(lián)證券