机械一周解一惑系列：人口压力 产业升级机器人产业快速发展

本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告1➢本周关注：联赢激光、精测电子、苏试试验、三一重工➢本周关注：联赢激光、精测电子、苏试试验、三一重工➢本周核心观点：关注国家投资为主的经济复苏主题，如地产、煤矿等产业链相关设备，同时关注成长板块底部修复机会➢工业机器人：智能制造的关键环节。工业机器人现已被广泛应用于码垛、冲压、分拣、焊接、切割、喷涂、上下料等工业场景中，极大提高了生产效率、安全性以及智能化水平。参考《中国机器人产业发展报告(2021年)》，2021年我国机器人市场规模约839亿元，其中工业机器人市场规模约为445.7亿元，占53.1%；服务机器人市场规模约393.3亿元，占36.9%，特种机器人市场规模约为90.7亿元，占10.8%。据IFR统计，2021年，我国工业机器人销量中，多关节、SCARA、坐标机器人占比分别为67%、23%、6%。我国拥有工业机器人完整产业链，在这条产业链中，真正能够帮助本土工业机器人实现根本突破的是上游的控制器、减速机、伺服电机的进步，以及本体制造+针对高新技术行业 (汽车、电子、新能源、光伏等)的集成能力的提升。➢我国成长中的机器人行业。对标日本，我国工业机器人处在日本90s-00年阶段。劳动力短缺叠加劳动力成本增长，推动工业机器人产业发展。从制造业从业人员的绝对数来看，2013年开始我国制造业的从业人数开始减少，从峰值的5258万下降为3828万，减少1430万人。2021年，我国65岁以上人口比例达到14.2%(类比日本1994年)。根据IFR的统计，2021年我国工业机器人密度为百万人276台，大约相当于日本的90s-00年水平。我们预计23-25年我国工业机器人销量同比增速在20%-30%。➢我国工业机器人需求占全球50%，产业链国产替代进行时。自2013年起，中国成为全球最大的工业机器人应用市场，2021年，我国工业机器人销量达27.1万台，占全球销量的比例达52.4%。2013-2021年我国工业机器人年销量复合增速达30.1%，明显高于同期全球复合增速14.1%。工业机器人的核心零部件包括控制器、伺服系统、减速器，决定了工业机器人的精度、稳定性、负荷能力等重要性能指标。核心零部件是产业链中壁垒最高的环节，占机器人成本的70%。控制器是工业机器人的“大脑”，一般占总成本的15%左右；伺服系统是，一般占总成本的20%左右。减速器是工业机器人的“关节”，减速器一般占总成本的35%左右。其中，机器人控制器和本体绑定效应强，单纯做控制器难以突围，欧美厂商、日韩厂商等凭借着在机器人核心技术领域的深厚积淀，牢牢把控着中国工业机器人控制器市场的大部分份额。伺服系统是指可以精准输出运动状态的驱动系统，主要由驱动器、伺服电机和编码器组成，编码器通常内嵌于伺服电机之中，从目前国内竞争格局来看，我国伺服电机行业65%左右的份额都是由外资品牌所占据，日系技术全球领先，中国处于追赶状态。应用于机器人领域的减速器主要有两种：RV减速器和谐波减速器，全球超过85%的减速器市场份额被日本厂商占据，但国内也诞生了绿的谐波、双环传动、中大力德等优质的供应商。➢风险提示：1)行业竞争加剧的风险；2)产业政策及行业技术变化；3)原材料价格波动的风险。一惑系列：人口压力&产业升级，机器人产业快速发展2023年01月29日维持评级师师S110006mszqcomS110010zqcom相关研究1.一周解一惑系列：钙钛矿层薄膜制备中涂、蒸镀设备的对比选择-2023/01/15点将至-2023/01/08发展方向-2023/01/0212/28益产业链-2022/12/18行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告21工业机器人：智能制造的关键环节 31.1工业机器人：智能制造的关键环节 31.2我国拥有工业机器人完整产业链 52我国成长中的机器人行业 72.1他山之石：日本工业机器人出货量占全球一半 72.2对标日本，我国工业机器人处在日本90s-00年阶段 83我国需求占全球50%，产业链国产替代进行时 153.1上游核心零部件：长期看减速器有望打破日本垄断 163.2机器人本体：疫情加速国产替代，重塑国内竞争格局 214风险提示 24插图目录 25表格目录 25行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告31工业机器人：智能制造的关键环节工业机器人是自动化产线的重要环节之一。成套装备是指以机器人或数控机床为核心，以信息技术和网络技术为媒介，将所有设备高效连接而形成的大型自动化柔性生产线。其中，工业机器人是一种通过编程或示教实现自动运行，具有多关节或多自由度，并且具有一定感知功能，如视觉、力觉、位移检测等，从而实现对环境和工作对象自主判断和决策，能够代替人工完成各类繁重、乏味或有害环境下体力劳动的自动化机器。成套设备由工业机器人和完成工作任务所需的外围及周边辅助设备组成的一个独立自动化生产单元，最大限度地减少人工参与，提高生产表1：工业机器人产品优势提高劳动生产率件，减少人工用量，提高设备利用率较强的通用性器人具有广泛的通用性，比一般自动化设备具有更广的使用范围提高产品稳定性误操作带来的残次零件风险现柔性制造加快产品更新周期争力工业机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。工业机器人现已被广泛应用于码垛、冲压、分拣、焊接、切割、喷涂、上下料等工业场景中，极大提高了生产效率、安全性以及智能化水平。行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告4表2：工业机器人应用领域情况应用领域应用领域具体应用垛方面发挥及其重要的作用。接人、弧焊机器人、激光机器人等。配精度高、灵活性大、耐用程度高。测、核污染区域、高危未知区域进行探测。还有人类无法具体到达的地方如病树。根据中国电子学会发布的《中国机器人产业发展报告(2021年)》，2021年我国机器人市场规模约839亿元，其中工业机器人市场规模约为445.7亿元，占53.1%；服务机器人市场规模约393.3亿元，占36.1%，特种机器人市场规模约为90.7亿元，占总市场规模的10.8%。图1：2021年全球机器人市场品类结构图2：2021年中国机器人市场工业机器人占比最高%43.2%工业机器人服务机器人特种机器人53.1%标机器人及DELTA机器人。工业机器人被设计为不同的形态主要是为了适应不同垂直多关节机器人：通常为4~6轴，工作范围广且具有高灵活性，能够实现上下料、质检、装配、喷涂、点胶、包装、打磨、焊接等复杂功能。SCARA机器人：有3个轴线平行的旋转关节，在平面内进行定位和定向，另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动，具有结构紧凑、速行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告5度较快的优势，特别适合零部件的搬运、装配等工作。协作机器人：其结构以及功能场景与垂直多关节机器人相同，且可以在没有防护栏的情况下与人近距离协同工作。Delta机器人：典型的空间三自由度并联机构，重复定位精度高，尤其适合轻质产品的分拣、装配等应用。图3：工业机器人分类图4：2021年我国工业机器人销量占比人SCARA机器人院1.2我国拥有工业机器人完整产业链工业机器人产业链较长，下游应用广泛。整体上行业可以分为上游、中游、下游及终端(即为各大应用领域)，上游主要包括原材料及零部件供应，其中零部件又可以细分为减速机、伺服电机以及控制器等；中游包括本体制造商及系统集成制造商，前者包括4大机器人、新松机器人、埃斯顿、拓斯达、埃夫特、哈工智能等，又包括图灵、欢颜、伯朗特这样的新秀，系统集成商则将机器人本体与具体使用场景相结合，提供配套的软件开发、工作站等；下游应用包括汽车、电子、食品饮料、锂电池、光伏、家电等。我们认为在这条产业链中，真正能够帮助本土工业机器人实现根本突破的是上游的控制器、减速机、伺服电机的进步，以及本体制造+针对高新技术行业(汽车、电子、新能源、光伏等)的集成能力的提升。控制器、伺服电机以及减速器所占成本超70%，是构成工业机器人的三大核心零部件。三大核心零部件的性能、稳定性很大程度上决定了工业机器人的性能与稳定性。由于核心零部件的生产技术壁垒较高，大多关键技术被少数公司垄断，使得机器人生产商在采购时议价能力不足，采购价格较高。本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告6图5：工业机器人产业链涉及广行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告72我国成长中的机器人行业2.1他山之石：日本工业机器人出货量占全球一半日本工业机器人出货量占全球一半。工业机器人的概念是美国人在1954年提出的,并在1962年生产出世界第一台使用机器人。而如今机器人产业在日本得到了很好的发展,日本成为当今世界最大的工业机器人生产王国。从20世纪70年代以来，日本对于机器人的需求不断加大再加上人口老龄化以及劳动力成本的不断提高，进一步促进日本工业机器人的技术不断创新与提升，进而很早就形成完整的工业机器人产业链。在这样的时代背景和契机下，日本的工业机器人迎来黄金发展期。具体来看，日本工业机器人的发展大致可以分为五个阶段，分别是摇篮期 (1967-1970年)、实用期(1970-1980年)、普及提高期(1980-1990年)、平稳成长期(1990-2009年)和再发展期(2009-2021年)。从核心零部件(减速机、控制器、伺服)到整机以及系统集成，在全球范围处于领先地位。表3：日本工业机器人的发展历史发展历程因摇篮期短缺用期游驱动：30.8%，日本工业机器人外于爆发性增长的初级阶段.汽车产业带动及期的机器人保有量达到10万台。这一阶段为日本工业机器人的ZF在经济上采取积极的扶持政策、如理发展和应用机器人，另一方面也进一步激发了企业和保持了日本的经济增长速度和产品竞争力。政策与下游驱：国家政策汽车高景气增业,成为求地区。行业正常发展今发展期行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告8图6：日本工业机器人出货量占全球比例较高45.040.035.030.025.020.015.010.05.00.0日本工业机器人出货量(万台) 全球工业机器人装机量(万台)日本出货量占比(%，右轴)60%40%20%201520162017201820192020图7：日本工业机器人国内需求和出口量情况国内市场(万台)出口市场(万台)12.010.08.06.04.02.00.02003200420052006200720082009201020112012图8：日本:65岁及以上人口:占总人口比重(%)505050196019651970197519801985199019951960196519701975198019851990199520002005201020152020图9：日本人均工业机器人台数(台/万人)4003503002502000000197019751980198519902000200520102.2对标日本，我国工业机器人处在日本90s-00年阶段2.2.1劳动力短缺叠加劳动力成本增长，推动工业机器人产业发展在经济保持增长的同时，我国的制造业劳动力相对短缺的问题逐渐开始显露。从制造业从业人员的绝对数来看，2013年开始我国制造业的从业人数开始减少，从2013年峰值的5258万下降为2021年的3828万，减少1430万人。而不断攀登的老龄人口比例是未来劳动人口短缺的一个先行指标。2021年，我国老龄人口比例达到14.2%，且这一数据将随着时间推移继续上升。持续上涨的老龄化比例与长期较低的人口增长率意味着国内劳动力短缺的问题将会进一步行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告9图10：中国经济高增长同时劳动力逐渐短缺(单位：万人，%)0制造业就业人数GDP同比65岁人口占比制造业平均工资在不断的上升，工业机器人为目前最佳方案。工业机器人不但可以在恶劣环境下进行高精度、快速、重复的工作，另一方面随着科技的不断进步，起工作效率也在不断的提升，“机器换人”的效用逐渐显现，加上疫情期间对于无人自动运转的工业机器人是目前的首选。在国内劳动力供给出现短缺的情况下，制造业同时还面临着教育水平的提升，新生劳动力普遍认为制造业钱少事多且累，不愿意进入制造业。这导致制造业平均工资水平不断提升，制造业从业人数不见增长的原因。图11：制造业平均工资在不断提升(单位：元/年，%)00 工资增速2.2.2下游汽车与电子将作为重要推动力汽车(整车及零部件)、3C电子制造规模大/附加值高，自动化程度最高，是工行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告10业机器人最大的两个下游。按照国际机器人联合会统计的安装量来分析，2020年电气与电子安装量最高，63000台，其次是汽车板块27000台，从趋势而言，近些年来电子行业成为了工业机器人应用的“新贵”，汽车应用在不断变弱，预计后续新能源汽车持续放量，汽车领域对于工业机器人的需求将不断提升。图12：2020年下游行业工业机器人安装量占比情况(单位：%).6%..%汽车橡胶和塑料食物 (一)疫情影响逐步减弱，3C有望恢复电子行业为工业机器人最大下游行业。随着科技的不断进步与生活的智能化，人们对于手机、电脑、智能穿戴等电子设备的需求量也在不断的上升；另一方面我国作为世界电子产品的代工厂，全球大部分的电子产品均由中国生产与制造，虽然近期有部分企业向东南亚转移的趋势，但是短期无法影响该现状。据工信部披露，2021年我国电子制造业营收超14万亿元，占GDP总量的12%，由此可见该行业的市场空间巨大。智能手机整体出货量增速放缓，5G手机出货量和占比提升。智能手机经过多年快速发展，近几年出货量都趋于平稳、增速放缓，2015-2020年全球智能手机出货量CAGR为-2.10%，中国智能手机出货量CAGR为-6.53%。中国是世界最大的智能手机生产基地，虽然近年来手机产量的增速有所下滑，但绝对值还保持着较高水平，2021年全年我国智能手机产量达到了12.7亿台。我们预计未来全球每年维持10亿以上智能手机出货量，手机最底层需求总盘基本稳定。高劳动密集度促进智能手机制造“机器换人”。过去由于我国人力成本较低，各大厂商纷纷在中国设置代工厂，最为出名的为苹果代工厂富士康，劳务人数超百万。但是随着中国经济的不断发展，生产资料成本也在不断提升，公司为了缩减成本，“机器换人”成唯一出路。本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告11图13：中国手机产量与增速(单位：万台，%)070%60%40%30%20%10%0%-20%720192021图14：中国智能手机产量与增速(单位：万台，%)当月同比030%20%10%0%-20% (二)新能源汽车或将成为新的突破口整体汽车行业存量巨大，存量市场需求仍具韧性。接下日本汽车行业的接力棒，我国在经济快速发展以及国家政策驱动下，汽车产量从金融危机之后一直处于全球领先位置，从2005年的570万辆到2017年的2901万辆，之后汽车产量维持2600万辆左右高产量，2021年我国汽车产量达到世界总产量的32.5%，巨大的市场以及需求给工业机器人很大的空间，新能源汽车为汽车行业添加动力。据中国汽车工业协会，2013年我国新能源汽车销量仅为1.8万辆，到了2022年，我国新能源车销量高达688.7万辆，市场占有率提升至25.6%，高于上年12.1个百分点，全球销量占比超过60%。新能源汽车给国产工业机器人带来新机会。新能源汽车行业的发展有望打破国外工业机器人巨头对汽车制造行业的垄断。过去，传统汽车的制造厂商多为国外独资或者合资企业，他们更愿意和“四大家族”合作。而国内新能源汽车行业的崛起不仅会给国产车企带来弯道超车的机会，还可以为国产工业机器人的发展带来契机，如新松机器人的产品已经进入华晨宝马、上汽、长城等国内厂商的生产线。国产工业机器人有望与国产新能源汽车共同成长。本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告12图15：中国汽车产量与增速(单位：万辆，%)020052007200920112013201520172019202160%50%40%30%20%10%0%-20%2.2.3政策为行业指明方向图16：中国新能源汽车产量与增速(单位：万辆，%)0300%250%200%150%100%50%0%-50%政策推动中国到2025年基本实现工业化，迈入制造强国行列。在智能机器人技术发展领域，《“十四五”规划纲要》提出要突破先进控制器、高精度伺服驱动系统、高性能减速器等智能机器人关键技术。要加强关键核心技术攻关并加速智能制造装备和系统推广应用。《5G应用"扬帆"行动计划(2021-2023年)》指出要推进5G技术于机器人的融合，不断丰富5G应用。智能服务机器人环境感知、自然交互、自主学习、人机协作等关键技术将不断取得新的突破，科学技术水平的不断进步将带给着工业机器人行业更广阔的发展蓝图。各地政府对工业机器人进行积极扶持。浙江省在《浙江省“机器人+”行动计划》中提出“对企业购置的工业机器人按购置费的10%进行财政补贴，机器换人的公司都可以享受这一补贴政策。”；河南省在《河南省促进物流业转型发展若干措施》中提出“对购置配备送货无人机、智能物流车、分拣机器人等先进物流装备的物流企业，投资额超过300万元的，将按不高于投资额30%、最高不超过300万元予以补助。”；安徽省在《安徽省机器人产业发展规划(2018—2027年)》和《支持机器人产业发展若干政策》提出“获得国家智能制造试点示范项目企业奖补200万元；经省认定的智能工厂、数字化车间，奖补100万元、50万元；对通过国家信息化和工业化融合管理体系标准评定的企业奖补50万元；对年度购置10台及以上工业机器人企业，补贴20%(最高100万元)。”；深圳市在《深圳市关于实施技术改造倍增计划扩大工业有效投资的行动方案 (2017—2020年)》(深府办〔2017〕22号)中提出“技术改造投资补贴：支照技术改造投资总额的10%，最高1000万；技术装备及管理智能化提升项目：针对“关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能控制等”，企业上一年度智能化改造投入超过500万的即可申请；补贴额度：对于技术改造中智能化改造投入总额的20%，最高2000万。”等。行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告13表4：工业机器人相关政策汇总颁颁发部门相关内容策质《中国制造2015.05子、危险品制造国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人，以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求,积极研发新产品，促进支持类国务院机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。主要是针对近年来各地方发展机器人产业出现的产业低水平重复建设，高钱产业低主要是针对近年来各地方发展机器人产业出现的产业低水平重复建设，高钱产业低持《关于促进机化，重招引资、经自主创新，重主机组装生产、轻关键零部件制造,重眼前利益、轻长远2016.12器人产业健康规范类工信部发展等问题，引导我国机器人产业协调健康发展。着力提升机器人关键零部件的使用寿发展的通知》命和质量稳定性。《“智能机器人"重点专项明确围绕智能机器人基础前沿技术、新一代机器人、关键共性技术、工业机器人、服务2017.082017年度项目规范类科技部机器人、特种机器人6个方向，启动42个项目，拟安排经费总概算约6亿元。专项申报指南》《制造《制造业设计力提升专项行动计划-2022持类商务部突破系统开发平台和伺服机构设计，多功能工业机器人、服务机器人、特种机器人年)》《关于促进快递业与制造业工信部、2020.04支持类深度融合发展邮政局造企业联合快递企业研发智能物流机器人等技术装备，加快推进制造业物流技术《“十四五”《“十四五”2021.03规划纲要》持类研制分散式控制系统、可编程逻辑控制器、数据采集和视频监控系统等工业控制装、高性能减速器等智能机器人关键技术。《“十四五"智2021.12能制造发展规划》持类教育部《关于《关于开展2022年度智能工业和信2022.04制造标准应用支持类息化部试点工作的通知》先试点已发布、研制中的国家标准，配套应用相关行业标准、地方标准、团体标准和应用的“标准群”。《“机器人+”用行动实施方案》范类到2025年，制造业机器人密度较2020年实现翻番，服务机器人、特种机器人行业应工信部、用深度和广度显著提升，机器人促进经济社会高质量发展的能力明显增强。聚焦10大教育部、应用重点领域，突破100种以上机器人创新应用技术及解决方案，推广200个以上具有公安部等较高技术水平、创新应用模式和显著应用成效的机器人典型应用场景，打造一批“机器17部委人+”应用标杆企业，建设一批应用体验中心和试验验证中心。2.2.4对标日本，我国工业机器人处在日本90s-00年阶段行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告14从机器人的低密度角度，我国处在日本90s-00年阶段。根据IFR的统计，2021年我国工业机器人密度为百万人276台，超过了全球平均水平，但相较于日本、新加坡及韩国三大制造业强国仍存在较大差距。对比我国与日本的制造业工人占整体人口比例这一指标，大约相当于日本的90s-00年阶段，仍具备很大的上升空间。图17：中国工业机器人密度快速增长(单位：台/百万人)020112012201320142015201620172018201920202021图18：2020年全球机器人密度对比(单位：台/百万人)8000200400行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告153我国需求占全球50%，产业链国产替代进行时我国是全球最大的工业机器人应用市场。自2013年起，中国成为全球最大的比例达52.4%。2013-2021年我国工业机器人年销量复合增速达30.1%，明显高于同期全球复合增速14.1%的水平。全球各大知名机器人品牌如发那科、ABB也争相在我国建立生产基地。图19：中国工业机器人销量情况及全球占比情况(单位：万台，%，%)中国工业机器人销量(万台)5-10%00%我们预计23-25年我国工业机器人销量同比增速在20%-30%。假设及前提：1)工业机器人当年需求=替代需求+新增需求；2)工业机器人的折旧期约为5-6年，t年需面临(t-5)年约30%的机器人更新替换的需求；3)新增需求与机器人密度的提升值之间存在一定比例关系，经我们计算得到，每增加1台机器人销售，工业机器人密度上升0.0134%~0.0543%，2021年该系数走低，预计2023-2025年该系数为0.015%；4)核心假设：对于我国未来工业机器人密度的假设，即2011-2021年我国工业机器人密度从10台/百万人提升到了276台/百万人，参考《“机器人+”应用行动实施方案》规划，到2025年工业机器人密度提升到492台/百万人(为2020年的2倍)；基于上述假设，我们计算得到，2023-2025年工业机器人销量同比增速在20%-30%。行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告16表5：工业机器人市场空间预测份密度：工业机器人密度提升值销量：工业机器人(千台)销量YOY替代需求 (千台)新增需求 (千台)新增销量与密度提值的比例关系-----1---3------7.6%7762165000923.1上游核心零部件：长期看减速器有望打破日本垄断工业机器人的核心零部件包括控制器、伺服系统、减速器，决定了工业机器人的精度、稳定性、负荷能力等重要性能指标。核心零部件是产业链中壁垒最高的环节，占机器人成本的70%。控制器是工业机器人的“大脑”，一般占总成本减速器是工业机器人的“关节”，减速器一般占总成本的35%左右。图20：工业机器人成本构成(单位：%)减速机控制器行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告17控制器是机器人的大脑，主要负责发布和传递动作指令。其主要任务是对机器人的运动规划，以实现机器人的操作空间坐标和关节空间坐标的相互转换，完成高速伺服插补运算、伺服运动控制。典型的运动控制系统主要包括控制器、伺服系统和传感器三部分。运动控制器向伺服系统发送指令，进而带动工作机械(负载)实现特定运动。同时，电机和机械系统的多种传感器经过信号处理将实时信息反馈给控制器，控制器进行实时调整，保证整个系统的稳定运转。机器人控制器对机器人的性能起着决定性的影响在一定程度上影响着机器人的发展。目前，由于中国人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步，使得机器人的研究在高水平上进行，同时也对机器人控制器的性能提出更高图21：控制器工作原理图22：控制器展示机器人控制器和本体绑定效应强，单纯做控制器难以突围。控制器由于其“神经中枢”的地位和门槛相对较低，成熟机器人厂商一般自行开发，以保证稳定性和维护技术体系。因此控制器和本体绑定效应强，市场份额基本跟机器人本体一致。国际上有KEBA、倍福、贝加莱这样提供控制器底层平台的强势厂商，国产单纯做控制器的企业难以突围。2020年中国工业机器人控制器市场规模为19.02亿元，同比增长24.2%。欧美厂商、日韩厂商等凭借着在机器人核心技术领域的深厚积淀，牢牢把控着中国工业机器人控制器市场的大部分份额。2016年，日厂商发那科市场份额16%。国内企业控制器尚未形成市场竞争力，工业机器人控制器国产率不足20%，但在发展过程中仍然涌现出一批具有代表性的企业。本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告18图23：我国工业机器人控制器需求量(单位：万套，%)05050需求量(万套)增速201220132014201520162017201820192020200%150%100%方向图24：2016年控制器竞争格局(单位：%)ABB3%5%ABB3%5%OTC伺服系统是指可以精准输出运动状态的驱动系统，主要由驱动器、伺服电机和编码器组成。编码器通常内嵌于伺服电机之中。伺服电机是指在伺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，伺服电机是工业自动化系统中重要的零部件之一。由于我国发展起步较晚，在伺服电机领域内，我国一直处于追赶的位置。从目前国内竞争格局来看，我国伺服电机行业主要被外资品牌占据。图25：伺服系统结构示意图日系技术全球领先，中国处于追赶状态。具体看行业的竞争层次，我国伺服电机行业大致可以分为高端、中高端和中低端三个层次，高端伺服电机主要运用于精密工业仪器、机器人以及军工等领域，对设备的精密度要求高，在这一层级，基本主要是被德国日本等海外龙头企业所垄断，我国伺服电机行业龙头则主要出于第二层级，尽管近年来随着我国在该领域的不断投入，行业技术水平不断提升，但仍居海外龙头企业有一定的差距，出我国龙头企业以外，一些海外知名企业也均处于第二层次;第三层次则主要是生产中低端产品的企业，这部分企业主要是我国国产中小品牌。近年来，国内厂商通过引进、消化吸收国际先进技术，不断加强技术研本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告19发和生产能力，产品质量和技术水平不断提高，逐渐在国内占据了一定的市场份额，但在整体性能上和国际知名企业相比还是存在一定的差距。国内市场国产替代加速，汇川首次市占第一。2017-2021年，中国伺服系统市场从97亿元增长至224亿元，年均复合增长速度达到23.27%。从伺服电机市要有日本的松下、安川、三菱、三洋，以色列的ELMO,美国AMC、COPLEY等。汇川技术是国内伺服电机的领军企业。2021年汇川技术通用伺服系统在中国市场份额达到16.3%，首次超越外资品牌，获得市场份额第一名(前四名厂商及市占率分别是：汇川，16.3%；安川，10.5%；松下，9.6%；图26：伺服系统竞争格局情况图27：2021年我国伺服系统市占率情况(单位：%)60%汇川安川松下三菱60%3.1.3减速机：精度与性能核心，未来有望打破日本垄断减速器是工业机器人中最关键的功能部件一直有工业机器人的“关节”之称，是机器人产业链至关重更的应用环节。减速器是连接动力源和执行机构之间的中间装置，通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。减速器在三大关键零部件中技术开发难度最高，因为减速机是纯精密机械部件，因此除了回转精度要求特别高外，还需要刚度和疲劳强度高，对材料和工艺水平要求高。整体上产品要求高可靠性、高精度、大扭矩、大速比。工业机器人最主流的精密减速器主要有两种，分别为RV减速器和谐波减速器。目前应用于机器人领域的减速器主要有两种：RV减速器和谐波减速器。RV减速器：传动比范围大、精度较稳定、疲劳强度较高，且具有更高的刚性和扭矩承载力，一般用于机器人机座、大臂、肩部等重负载的位置。代表性厂商：日本纳博特斯克、国内双环传动。谐波减速器：单极传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作，使其应用在机器人小臂、腕部、手部等部位具有较大优势。代表性厂商：日本哈默纳科、国内绿的谐波。减速机分为谐波减速机与RV减速机，应用场景不同，互为补充。谐波减速器具有单级传动比大、体积小、质量小、运动精度高并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作的优点，因此在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高，并具有更高的刚性和扭矩承载能力，在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。目前两者适用领域不同，还不能互相取代。行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告20表6：RV减速机与谐波减速机性能对比目V谐波减速器技术特点通过多级减速实现传动，一般由行星也轮减。与RV及其他相密减速弱相比，诺波减速留使用的材料、体积及重量产品性能大体积、高负裁能力和高刚度体积小、传动比高、精密度高应用场景一般应用于多关节机器人中机座、大臂、肩终端领域终端领域汽车、运输、港口码头等行业中通常使用配VC注塑、模具、医疗等行业中通30kg负载以下的机器三大长期逻辑看好国产减速器：一：在下游需求和政策扶持的带动作用下，中国已经是并将继续保持全球第一大机器人市场的地位。国产机器人本体发展迅速，外资巨头深耕中国市场，加速本土化，全球来看新的产能规划大部分都在中国，带来供应链转移新机遇；二：从供给端看，由于高技术含量、重资产投入和较长的验证期，全球能够批量提供减速器的只有日本纳博特斯克、住友、捷克SPINEA、日本哈默纳科等寥寥可数的几家企业，而中国的技术突破，给了中国企业赶超的机遇；三：作为机器人最核心、成本占比最大、技术含量最高的零部件，减速器是纯机械部件，主要在于高精度数控机床等设备的投入和热处理、精密加工等工艺。国产减速器企业缺的是设备摊销和工艺打磨带来的成本降低和稳定性问题，经多年投入和工艺积累，已具备量产能力。减速器产能的扩张跟不上本体产能扩张，长期来看，除日本外，只能向中国企业购买减速器。全球超过85%的减速器市场份额被日本厂商占据：全球工业机器人减速器的市场高度集中，其中日本纳博特斯克在RV减速器领域处垄断地位。由于其极高的技术壁垒，工业机器人本体制造环节对减速器环节议价能力很弱。行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告21纳博特斯克纳博特斯克住友其他图28：全球机器人减速机需求量(单位：万台)2552502452402352302252202152102052017201820192020图30：我国工业减速机市场需求及同比(单位：万台，%)008004000需求量(万台)增速201520162017201820192020图29：2020年全球减速机市场集中度(单位：%)55%10%图31：我国工业机器人用RV减速机市占率(2021年)Nab住友十年前，中国是待开发的市场，外资巨头占据绝对优势地位，国际二线品牌也有各自的优势领域，国产机器人基本没有产业化，主要是给外资做代理或者系统集成，处于价值链的最低环节。十年后的现在，中国已经成为全球最重要的机器人市场，全球机器人产业链加速向大陆转移。外资品牌地位动摇，二线品牌彼此整合或者被整合；国际四大家族变为三大家族,其中德国KUKA已经被中国企业美的收购。国产机器人已经具备从产业链各个环节跟外资直接竞争的实力。“四大家族”全球市占率超50%，国内市占率超过40%，自主品牌埃斯顿及汇川技术各占2%。“四大家族”承袭原有机床、伺服系统、焊接设备技术优势，机器人领域继续占据鳌头。国内品牌埃斯顿、汇川技术快速成长，在2021年销量均突破1万台，进入中国工业机器人销量前十。前者以6关节机器人为主、后者以SCARA机器人为主，现均向多种负载、全产品系列方向迈进，有望成为真正替代“四大家族”的国产机器人品牌。本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告22图32：2020全球工业机器人格局(单位：%)%%.70%4.10%80%7.90%12.90%FANUCABBYASKAWAKUKAEpsonOTCPannsonicKAWASAKINachiYAMAHA工业机器人行业除了长期具备成长性，国产化空间巨大是又一看点。如我们上面提到，行业高增长期的红利更多地为外资机器人公司、尤其是四大机器人公司所获得，国内机器人公司的市场份额在行业增速最快的2017年不升反降，国产机器人在汽车、电子电气及金属加工等于的市占率均出现下降。然而，国内机器人从技术简单领域开始，开始逐步对外资机器人进行替代，例如，在搬运上下料以及金属加工两个领域，本土国产机器人的市占率已经逐步上升。我国机器人仍需要在焊接、装配与拆卸及喷涂等多个领域实现突破，这主要依赖于国内机器人在加工的效率、精度、耐疲劳度及稳定性方面不断取得进步。相似的成长路径，埃斯顿承袭控制器、汇川技术承袭伺服系统，快速响应能力助力国产替代。埃斯顿在机器人成长之路上与发那科相近，其拥有20年折弯机床数控系统开发经验，15年折弯机床伺服系统，后收购Trio和Cloos完善其控制系统及焊接相关技术。汇川技术具备变频器、伺服系统、编码器、PLC&HMI、视觉系统等产品矩阵，可全方位理解运动控制，并具有高度一致性和稳定性。在具备机器人核心零部件自主生产能力外，埃斯顿与汇川技术在配合客户阶段，可支持人员数量及反应速度上较外资品牌优势大。国产品牌正不断丰富自身技术及产品系列，从长尾的非标场景逐步往大批量的标准化场景应用，替代外资品牌。疫情加速行业洗牌，工业机器人份额向头部集中。2020年全球市场经历疫情大考，一方面，外资机器人品牌海外市场需求疲软，在中国市场持续采取定向降价策略，如雅马哈推出了经济型SCARA产品YK-XE系列，另一方面，疫情对供应链、企业管理等各方面的冲击也加剧了工业机器人行业的洗牌。据MIR统计，我国工业机器人Top40份额由2019年的90.5%提升至2020年的93.2%，其中Top20份额由77.2%提升至81.2%。在面临外部和内部双重考验的情况下，部分规模化水平低、同质化竞争严重、抗风险能力弱、竞争力不足的工业机器人企业加速退出，市场份额向头部集中。本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告23图33：2020中国工业机器人格局(单位：%)ABB雅马哈三菱械实际应用积累know-how是艰难的一关。机器人行业自身周期成长双属性，周期属性与通用自动化及中国自身信用周期相关，而成长性主要来自于制造业升级及劳动替代。后疫情时代，下游各细分行业龙头公司不会因为短期的经济周期波动而暂缓内部的产线升级，同样以宁德时代为首的锂电池厂商扩产方兴未艾。过去国产机器人品牌的应用场景具有单一化、长尾化的特点，缺乏长时间完整生产线自动化的know-how积累，在高端应用场景往往难以满足全方位的需求，因而只能以工作站的形式在特点工位进行人力替代。以锂电池行业为例，其既涉及焊接，又涉及小工件高速节拍搬运，也涉及大工件重负载搬运，需要全品类焊接机器人、堆垛机器人、SCARA机器人的配套。以电池盒焊接工序为例，铝合金焊接需使用搅拌摩擦焊，需要重型负载机器人搭载径轴搅拌器，施加强压力配合高温融化材料再进行摩擦焊，在自身圆周运动的同时保持整体路径的直线。但我们认为在诸多外部因素的影响下，国产机器人已经迎来国产替代黄金期。1)短期来看，疫情加速国产替代，此外全球供应链紧张导致外资品牌缺货严重，交货期拉长，而国内品牌在交货期方面相比外资有很大优势。同时锂电新能源等新兴领域需求旺盛，虽然四大家族仍然是诸多锂电厂商的首选，但交期较长，部分厂商会选择国产机器人进行替代。我们认为凭借国产厂商强大的学习能力，如果有机会进入高端领域，就有望在客户需求下不断去升级产品，逐步缩短与外资之间2)长期来看，新能源产业链的迅速发展有望改变原有格局。汽车产业链中冲压和焊接是机器人使用量最大，性能要求最高的场景，长期以来是四大家族的基本盘。但在新能源汽车和一体化压铸不断渗透的背景下，冲压焊接工艺逐步被取代。新能源车将有望替代汽车成为机器人第一大应用场景。行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告244风险提示1)行业竞争加剧的风险。机器人行业作为制造业的皇冠，吸引了大量的厂商入场。面对国外厂商更加先进的技术、丰富的产品线和崭新的产品理念，国内厂商在此情况下处于技术、创新、产品线、产品质量方面的劣势，可能出现追赶乏力的情况，从而在竞争中被淘汰。因此要谨慎面对市场竞争加剧的风险2)产业政策及行业技术变化。机器人企业成立初期需要进行大量的资金和技术投入，较为依赖政府的产业政策支持和技术援助。一旦政策风向发生改变和行业技术出现创新，则对初创企业打击较大。3)原材料价格波动的风险。机器人生产十分重视原材料和上游供应商的价格波动。目前国内主要的机器人原材料大多为进口，向上游供货商的议价能力较弱。一旦面临上游供货商原材料价格上涨的情况，则对国产的机器人生产厂家的产品价格区间波动造成较大影响，压力传导至下游可能导致下游消费者减少消费，造成市场萎缩。行业专题研究/机械本公司具备证券投资咨询业务资格，请务必阅读最后一页免责声明证券研究报告25插图目录类结构 4图2：2021年中国机器人市场工业机器人占比最高 4 量占比 5 图6：日本工业机器人出货量占全球比例较高 8图7：日本工业机器人国内需求和出口量情况 8图8：日本:65岁及以上人口:占总人口比重(%) 8图9：日本人均工业机器人台数(台/万人) 8图10：中国经济高增长同时劳动力逐渐短缺(单位：万人，%) 9图11：制造业平均工资在不断提升(单位：元/年，%) 9图12：2020年下游行业工业机器人安装量占比情况(单位：%) 10图13：中国手机产量与增速(单位：万台，%) 11与增速(单位：万台，%) 11图15：中国汽车产量与增速(单位：万辆，%) 12图