自动化设备零部件智能化高精度高可靠性带来产品高端需求

自动化设备零部件智能化高精度高可靠性带来产品高端需求

自动化设备零部件智能化高精度高可靠性带来产品高端需求随着信息技术与制造技术的发展，以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线等智能制造装备产业体系初步形成，自动化设备对其传动与制动系统的智能化、精度和可靠性提出了更高的要求。以谐波减速机为例，在智能制造的产业发展推动下，随着谐波传动技术对以刚性构件模式进行机械传动的突破，谐波减速机以其回差小、运动精度高、传动比大、体积小、重量轻等特点在机器人产业中得以成熟应用，已成为机器人等自动化设备核心零部件之一；以电磁制动器为例，在工业自动化快速发展的推动下，电磁制动器以其制动时间短、定位精准，结构紧凑，运转噪音低等特点，在以伺服技术为主的自动控制领域中，已成为数控机床、机器人等自动化设备的关键零部件之一。同时，电磁制动器在起升装备领域中的应用逐渐由电梯向起重机、塔吊、高空平台车、电动叉车、自动化立体停车库、舞台升降等多个行业拓展。随着设备向智能化、自动化的发展，下游应用需求的变化将为传动与制动系统关键零部件将带来更多的市场空间。自动化设备产业链自动化零部件供应商上游连接钢、铝等大宗商品，同时也采购部分自动化零部件进行加工及配套售卖，下游连接自动化设备厂商和终端设备使用厂商。一站式供应商既作为产业链上下游产品的采购方，也是生产所需零部件的供应方。与标准零部件相对应，非标自动化零件即指工程师在设计过程中根据图纸定向加工出来的零部件。工业零部件需求分散在多个行业和多种工艺之间，供需对接面临专业性、时效性、真实性、针对性等诸多挑战。市场规模随着工业化进程的发展，在众多零部件成型工艺中，铸造成型因具备生产性能特殊、需要一体成型的产品优势而成为机械设备零部件的重要工艺源头。数据显示，我国铸件产量由2016年的4720万吨增至2020年的5195万吨，年均复合增长率为2．4%，总体保持增长态势。相关研究机构预测，2022年我国铸件产量可达5287万吨。行业竞争格局目前，全球传动件生产企业主要分布在美国、德国、意大利、日本以及中国大陆。从行业竞争格局来看，国外优势企业凭借几十年的技术积累，拥有强大的研发能力，产品性能优异，品牌优势及营销网络优势明显，市场占有率较高。从市场化程度来看，中高端传动件产品市场由于技术水平要求高、资金密集度高、专用性强，具有较高的市场进入壁垒，市场上规模较大的企业有限，市场集中度通常较高。低端产品市场由于技术水平和市场准入门槛要求相对较低，市场需求较大，因此生产企业众多、竞争激烈，基本呈现充分竞争格局。我国传动件行业竞争较为激烈，地域分布相对较为集中，主要分布在华东、西南、闽南及华北地区。同时，我国传动件行业整体自主创新能力较为薄弱，中低端过剩，高端不足的现象明显，中低端产品占比较高。以弹簧加压直接制动电机型式的电磁制动器属于新型制动器，欧美等发达国家对电磁制动器的研发工作开展得非常深入，电磁制动器市场相对集中，前十名制造商的收入约占总收入的七成。弹簧加压式电磁制动器在我国的发展起步较晚，国内部分厂商企业借鉴国外弹簧加压式电磁制动器的商业成品技术，研发出了一系列适应中国市场的低成本制动器产品。但在电梯、风电等行业对制动器安全性或对寿命要求非常高的行业，主要还是依赖国外进口。随着国内电磁技术不断提升，对于电磁制动器在中高端领域的应用逐渐出现国内供应商的身影，意味着在中高端领域逐渐开始实现，未来成长空间较大。替代已经开始，国产化率将持续走高谐波传动技术的出现是对机械传动技术的重大突破，谐波减速机作为传动系统高端产品的代表在机器人产业中得到广泛的应用。但由于我国对谐波减速机的研究起步较晚，目前谐波减速机市场仍由国外主导。哈默纳科与纳博特斯克占据了全球工业机器人减速机市场70%左右的份额。近年来，机器人的核心零部件国产化率持续上升，以绿的谐波为代表的国内厂商已实现了谐波减速机的量产，市场占有率不断上升。工业自动化：国产化率有望进一步提升工业自动化，又称工业控制自动化（工控自动化），是指将自动化技术运用在机械工业制造环节中，实现自动加工和连续生产，提高机械生产效率和质量，释放生产力的作业手段。工业自动化的发展依赖于信息技术、计算机技术和通信技术的深度融合，自动化技术在很大程度上扭转了传统作业模式，加速了传统工业技术改造。工业自动化上游行业是电力电子元器件，下游行业主要包括OEM（代工）型市场和项目型市场。通过需求动力的不同来源，全球工业自动化发展历程可以分为以下三个阶段：第Ⅰ阶段（40年代-60年代初）：此阶段主要为单机自动化阶段，市场上各种单机自动化加工设备涌现，并不断扩大应用和向纵深方向发展，典型成果和产品包括硬件数控系统的数控机床。第Ⅱ阶段（60年代中-70年代初期）：此阶段主要以自动生产线为标志，在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现；同时，软件数控系统出现并用于机床，CAD、CAM等软件开始用于实际工程的设计和制造中。第Ⅲ阶段（70年代中期-至今）：20世纪70年代初期，美国学者首次提出CIM概念，CIM是一种实现集成的相应技术，即把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体，而作为实现集成的相应技术，并行工程自20世纪80年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技术的集成，该阶段的典型成果和产品包括CIMS工厂和柔性制造系统（FMS）等。政策扶持有望进一步推动内资企业克服技术壁垒，率有望进一步提升。要突破对海外进口的依赖，最关键的仍然是要鼓励民营企业加大研发投入，进军高精尖智能制造设备领域。2021年1月23日，财政部、工业和信息化部联合印发《关于支持专精特新中小企业高质量发展的通知》，启动财政支持专精特新中小企业高质量发展政策。除此之外，十四五智能制造规划和智能制造2025等政策中均有相关内容支持工业自动化发展。随着工业自动化政策扶持力度的进一步加大，工业自动化高精尖技术有望得到突破，受制约的细分行业国产化率有望进一步提升。工业自动化产业链零部件数量众多，各部分市场规模和增速差异较大。具体来看，低压变频器、伺服电机、减速器、传感器和过程仪表价值量较高；分环节来看，控制系统和执行系统规模较大。工业自动化市场规模总体保持上升趋势，中国2021年市场超过2000亿元，为排除疫情造成的影响，2021年和2019年的指标进行对比发现，国内工业自动化市场规模CAGR超过30%，整体市场规模增长较快。智能制造是工业自动化发展的方向，它将概念更新升级，并扩展到了柔性化、网络化、智能化和高度集成化的范围。智能制造（IntelligentManufacturing，IM）是一种由智能机器和人类与家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活劢，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人。智能制造在物理空间的主要载体是工业自动化，在信息空间的主要载体是工业互联网，而三者在工厂智能化的实践过程中又相互交织。工业自动化及其相关技术和设备构成了智能制造的基础，工业互联网通过存储、加工和处理生产过程中的各种数据和信息，构建了IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）的解决方案层级，并通过指令与控制系统和设备系统相交互，完成智能生产指令和反馈。产业链：核心零部件重要性凸显人形机器人产业链主要包括上游核心软硬件（硬件包括伺服电机、减速器、控制器、传感器等；软件包括机器视觉、人机交互、机器学习、系统控制等）；中游本体制造商和下游应用（包括迎宾接待、高校科研等）。其中核心零部件重要性十分突出，一方面高性能的零部件是实现机器人感知与运动的基础；另一方面核心零部件成本占比较高。以传统工业机器人为例，核心零部件占据了工业机器人整机70%以上的成本。（一）减速器主要包括谐波减速器和RV减速器，目前仍主要被日本企业所垄断，近年来在绿的谐波和双环传动等国产龙头的带领下国产化率逐步提升。考虑到人形机器人将为减速器市场需求带来较大增量，根据测算2025年全球谐波减速器市场空间有望达147．5亿元，2022-2025年CAGR=59．5%。（二）控制器主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，近年来机器人控制器市场需求稳步增长。竞争格局方面由于机器人控制器多为本体厂商自制，竞争格局与本体类似，国外企业占据主导地位，国内外差距主要体现在软件算法，近年汇川、埃斯顿等国产机器人龙头正逐步追赶。（三）伺服系统主要包括驱动器和伺服电机。相较于通用伺服、机器人用伺服对响应速度，负载能力，体积质量等要求更高，因此国内外差距也更大。近年来汇川、埃斯顿等国产品牌迅速发展，在中低端伺服领域已实现大规模量产，并不断投入研发向高端伺服系统迈进。自动化设备综述自动化设备面向整个制造业生产效率的提升，更符合当前高质量发展的时代特征，具体包含了通用、专用自动化两大类。其中，专用自动化面向下游的3C、光伏、锂电等行业，受到下游投资节奏的影响；而通用自动化的应用领域、客户结构更加复杂，具体包含了工业机器人、数控机床、激光器等产品。自动化设备关键零部件行业发展特点自动化设备传动与制动系统关键零部件，主要配套于各种类型，工业电机，最终应用于数控机床、机器人、电梯等多个自动化设备领域。自动化设备零部件行业的发展与下游行业的发展和景气状况有较强的联动性。作为重要的自动化设备零部件之一，传动与制动行业的发展与工业自动化应用领域的拓展密切相关。随着我国宏观经济的稳定以及国家相关产业政策的出台，下游行业进入快速发展阶段，下游行业市场容量持续扩大，对自动化设备零部件行业的发展产生强大的驱动作用。同时，下游行业对自动化设备零部件行业产品性能指标要求的提高进一步推动了自动化设备零部件行业技术研发和自主创新能力的提升。随着近年来全球制造业向中国转移，传动与制动领域的中国企业获取了先进技术和制造经验，整体行业发展较快，但由于我国核心技术和高端产品对外依存度依然较高，国内企业仍与发达国家的竞争对手存在较大的差距。国内企业主要集中在传统设备领域，如工程机械、重型装备、轨交装备、电动工具等，产品以中低端基础产品为主，而工业机器人、高端数控机床、半导体设备等自动化设备领域依然被国外企业占据较大的市场份额，轴承、高铁齿轮箱、机器人减速机等高端产品主要依赖进口。外资企业产品价格昂贵，售后维修保养费用高昂，服务响应不及时等都直接制约了我国装备制造业工业化、自动化进程。随着我国企业技术研发实力的不断增强，产品性能不断提升，越来越多的优质企业将有可能参与到高端产品市场竞争，进口替代潜力巨大。随着信息技术与制造技术的发展，以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线等智能制造装备产业体系初步形成，自动化设备对其传动与制动系统的智能化、精度和可靠性提出了更高的要求。以谐波减速机为例，在智能制造的产业发展推动下，随着谐波传动技术对以刚性构件模式进行机械传动的突破，谐波减速机以其回差小、运动精度高、传动比大、体积小、重量轻等特点在机器人产业中得以成熟应用，已成为机器人等自动化设备核心零部件之一；以电磁制动器为例，在工业自动化快速发展的推动下，电磁制动器以其制动时间短、定位精准，结构紧凑，运转噪音低等特点，在以伺服技术为主的自动控制领域中，已成为数控机床、机器人等自动化设备的关键零部件之一。同时，电磁制动器在起升装备领域中的应用逐渐由电梯向起重机、塔吊、高空平台车、电动叉车、自动化立体停车库、舞台升降等多个行业拓展。随着设备向智能化、自动化的发展，下游应用需求的变化将为传动与制动系统关键零部件将带来更多的市场空间。随着我国智能制造的不断推进，自动化设备在安全、精密、高效及性价比等性能要求不断提高，机电一体化、驱控一体化、模块化成为自动化设备制造行业的发展趋势，传动与制动系统获得新的发展契机。机电一体化是指产品集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，电磁制动器就是机电一体化的重要发展成果。驱控一体化是指对控制器、驱动器及其他控制模块的高度集成，产品因此具有本相对较低、应用相对简单、维护检修便捷、响应速度快等优势，机器人上的运用将成为未来发展趋势。模块化是指利用模块通过搭积木重构的方式重新组合自动化设备，以满足不同任务的需要，模块化的产品被广泛应用于注塑机械手、SCARA机器人、小六轴机器人、插件机、绕线机等领域。自动化设备行业竞争情况