机器人零部件行业分析报告

机器人零部件行业分析报告目录TOC\o"1-4"\h\z\u一、机器人需求巨大，外资垄断国内市场 41、机器人需求空间巨大，外资垄断国内市场 42、外资垄断国内市场的主要因素 6（1）外资品牌降价已成趋势，强势扩大市占率 6（2）品牌说服力差距过大，内资尚缺乏长期验证期 7（3）关健零部件专业性要求强，但必须依赖进口 8二、核心零部件国产化迫在眉睫 91、对国内机器人产业化意义重大 92、对中低端/经济型机器人未来爆发意义重大 103、国家政策鼓励支持，东风已现 11三、国内核心零部件现状及发展趋势 111、核心零部件现状 11（1）机器人关健零部件的市场情况 121)精密减速机的市场情况 132)机器人专用高精度交流伺服电机的市场情况 143)控制器的市场情况 14（2）核心零部件国内外发展趋势 151)精密减速机的发展趋势 152)机器人专用化的伺服电机和驱动器的发展趋势 163)控制器的发展趋势 162、核心零部件难以国产化的原因 18四、机器人核心零部件：精密减速机市场 191、先得精密减速机市场者得天下 192、上海机电拔得最优技术，国产化进程插上翅膀 23（1）日本纳博特斯克及精密减速机简介 23（2）握手纳博，机器人减速机国产化迎来春天 27一、机器人需求巨大，外资垄断国内市场1、机器人需求空间巨大，外资垄断国内市场我国制造业面临低端劳动力短缺、产业结构需优化升级、提高生产率、节约人力成本等多种因素挑战，对机器人的需求量正在快速增长。机器人可以代替大量人力，实现高效生产，同时又能适应不同生产环境，比如铸造行业的高温工作环境及电子、医药等行业的超净工作环境。“十二五”期间工业机器人将成为我国制造业升级的助推器。我国工业机器人市场规模不断增长。2011年机器人新装量排名全球第4位，首次超过2万台。我国工业机器人销量从2008年7690台增加到2012年25870台，年均复合增长率达35.4%。国际机器人联合会(IFR)预测，到2014-2015年中国将成为全球最大的工业机器人市场。我国目前工业机器人使用密度仍然远远低于全球平均水平，离日本、韩国、德国等发达国家更是有很大差距。韩国是全球工业机器人使用密度最高的国家，每一万名工人中拥有机器人数量347台;日本次之，339台;德国位居第三，251台;中国仅为21台，不及国际平均水平55台的一半。目前工业机器人的应用在我国比例为6%，日本33%，美国16%，德国14%。我国未来工业机器人市场发展潜力巨大。但按竟争格局来看，国内企业与外资企业的差距仍很大。中国工业机器人行业目前仍是外国品牌占主导地位，据中国机器人网统计，2012年本土品牌机器人销量仅1112台，而独资及合资品牌销量高达25790台，市占率分别为4%和96%。全球4大工业机器人巨头FANUC,Yaskawa,KUKA和ABB2012年稍量总计14470台，占53.8%。国内企业中，拥有百台以上制造能力的企业也仅有东莞启帆(台资)、安徽埃夫特、上海沃迪、广州数控、沈阳新松等几家，与外资企业上万台的销售规模差距明显。2、外资垄断国内市场的主要因素（1）外资品牌降价已成趋势，强势扩大市占率外资品牌在国内营销策略是通过降价普及产品，然后在后续服务、配件等环节赚钱。以一台有效载荷为Skg、带6轴操纵装置、控制器和软件的6轴机器人为例，价格从10年前7-8万美元降到2-3万美元。内资企业正面临很大竟争压力。近年国际工业机器人价格水平不断下降已成趋势。且国际工业机器人巨头(ABB,KUKA、安川电机、川崎重工)纷纷在华建设组装线，进一步降低机器人本体价格，使得价格逐渐可被客户接受并采购。ABB于2009年在上海浦东新区的多业务生产基地正式落成，产能较过去扩大了3倍。FANUC在上海生产基地有2万平方米。继ABB后，安川和KUKA也开始在中国建设组装线，安川在江苏常州建设2家机器人组装工厂，2013年计划年产6000台，2015年实现满负荷生产时达到1.2万台。KUKA在上海松江新厂建设面积近2万平方米，在中国产能从2010年1000台增加到了2012年5000台。（2）品牌说服力差距过大，内资尚缺乏长期验证期当前国内机器人需求中近一半来自于对设备品质要求最高的汽车行业(整车+零部件)，缺乏项目经验的本土品牌需要更长时间的验证期，下游企业已习惯使用外国品牌。而过去十年外资机器人公司通过在中国市场的飞速发展已经建立起了遍布全国的庞大营销网络以及本土化的生产基地。以ABB、安川为代表的全球工业机器人四巨头在汽车行业等高端应用领域的优势地位非常显著，且均在中国市场积极扩产、计划至201年产能翻倍。（3）关健零部件专业性要求强，但必须依赖进口机器人产品对零部件的专业性要求强，由于我国在基础工业的落后，使得在关健零部件上在精度、成本等方面与国外存在一定的差距，为了生产符合标准的机器人，必须进口相应的关健零部件，关健零部件的价格制约了国产机器人的量产化。内资企业规模普遍较小，采购模式为小批量、多品种，导致企业与供应商合作处于被动局面。而ABB,FANUC等国际巨头很早开始与日本纳博特斯克(帝人机械)等企业合作，加上采购量每月可达上千套形成规模化优势，其采购价格远低于内资企业。据行业层面了角旱，一台精密减速器四大国际巨头采购价为3-5万元人民币，卖给国内关系好的客户约7万元人民币，关系一般的普通客户约12万元人民币，内资企业采购精密减速机的成本就比国际巨头贵约一倍。此外，进口的关税也很高，势必造成国产工业机器人价格较高，多数内资企业单体机器人成本与外资品牌差距不大（售价约低10%）。国产工业机器人无法实现批量化生产的情况下，可靠性问题难以突破，直接造成国内机器人整机生产企业在产品性能和价格上都具有明显劣势，形成目前虽然国内需求旺盛，但是只能进口国外机器人的局面。二、核心零部件国产化迫在眉睫1、对国内机器人产业化意义重大2011年中国工业机器人装机量保守约9500台，保有量突破4万台，工业机器人产业化开始提上日程。假设2011年工业机器人均价为30w，则2011年保守销售额约29亿。而中国工业机器人产业规模必须达50-100亿才能形成产业，还很难达到产业化规模的低限值。人力成本逐步上升的同时，机器人的成本却在逐年下降。由于技术进步及规模化生产，近年来机器人成本下降幅度年均约4%。一旦减速机、伺服电机和控制器等关键零部件全部实现国产化，假设平均降低30%的成本，则机器人单机制造成本可至少降低20%，内资品牌即可和外资品牌在定价上拉开差距。一旦机器人成本下降，机器人的成本回收周期也将大幅缩短，回收周期的缩短将有助于机器人逐步实现劳动力替代。以汽车行业常用的165kg焊接机器人为例，回收周期将由2010年4.7年下降到2015年1.8年。注：假设工资增速每年8%，一台机器人可代替人工数量4，机器人价格降幅每年为4%，折旧年限为4年，维保费用占机器人价格比重为10%。2、对中低端/经济型机器人未来爆发意义重大国际标准化组织对工业机器人有严格的定义。业内一般认为3轴以下的机器人为机械臂（也叫经济型机器人），5轴、6轴的为工业机器人。3轴以下的机器人成本比6轴便宜，在很多企业不需要太复杂的设备时会采用，从市场空间来看，3轴以下机器人(经济型机器人)的市场空间肯定要比6轴机器人(工业机器人)大。工业化程度加深必将伴随着人力成本上升，将倒逼低附加值的制造业开始使用机器人，同时对机器人的要求也由高端/复杂型向中低端/经济型倾料。比较全球机器人下游和使用类型，发现机器人需求阶段越深入的国家的下游应用结构越分散、经济型机器人占比越高。未来十年中国机器人需求的主要驱动力将逐渐向“替代人工”切换，中低端/经济型机器人有望成为最大增长点。随着工业化程度的加深，我国工业机器人的行业需求可能呈现以下三大趋势:(1)行业应用将不再局限于传统的汽车产业，而更多的被应用在食品饮料、电子、化工、医疗等领域;(2)面向汽车产业的焊接高端型机器人需求减少，更多的需求装配、码珠、搬运等中低端型机器人;(3)多关节型的机器人可能不再为需求主力，而低轴关节型(2-4抽)、SCARA型、并联型(Delta型)等低端型机器人可能更被需求。相对于高端/复杂型机器人，中低端/经济型机器人技术壁垒相对较低、产品验证期较短，且客户对价格敏感性更强、对载重、控制精度、故障率等问题容忍度更高。解决零部件国产化问题，对未来中低端/经济型机器人需求大爆发的意义重大，也为内资品牌抢占中低端/经济型机器人市场提供良好契机。3、国家政策鼓励支持，东风已现《智能制造科技发展“十二五”专项规划》，工业机器人的发展目标是:攻克工业机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等核心部件的共性技术，自主研发工业机器人工程化产品，实现工业机器人及其核心部件的技术突破和产业化。三、国内核心零部件现状及发展趋势1、核心零部件现状从目前国内机器人生产模式来看，其单价如果不降低，产业化形成将面临挑战。机器人共4大组成部分，本体成本占22%>伺服系统占24%，减速器占36%>控制器占12%。三大关健零部件决定了产品的性能、质量及价格，因此是机器人产业发展必不可少的一个环节。但3大关健部件进口比例较高，特别是减速器基本被日本2家公司垄断。因此现在国内制造工业机器人成本较高。企业年产量100台规模难以形成价格优势，只有年产量上500-1000台，才有一定的规模效应。因此，中国如果想要形成机器人产业化，必须要核，心零部件国产化加速提上日程。（1）机器人关健零部件的市场情况工业机器人关健零部件指构成机器人传动系统、控制系统和人机交互系统，对机器人性能起到关健影响作用，并具有通用性和模块化的部件单元。主要包括精密减速机、高性能交直流伺服电机和驱动器及高性能控制器等。其中，国内外技术差距最大的是速机和伺服电机。1)精密减速机的市场情况精密减速机主要有RV减速机、谐波减速机、摆线针轮减速机等类型，75%的精密减速机市场由两家日本厂商垄断(日本Nabtesco的RV减速机和HarmonicDrive的谐波减速机)，国际上主流机器人厂家均选用这两家产品。减速机国内工业机器人厂家多用日本帝人等品牌。RV减速机国内尚未有成熟产品，新松正与天津天星百利合作开发RV减速机，并已经完成了实验平台的搭建。谐波减速机国内虽然有苏州绿的、中技克美等厂家生产，但在输入转速、传动精度等方面仍与进口产品有较大差距。新松的谐波减速器有部分采购自绿的等内资品牌。2)机器人专用高精度交流伺服电机的市场情况机器人专用高精度交流伺服电机国外品牌占85%市场份额，目前欧系机器人的驱动部分主要由伦茨，Lust，博世力士乐等公司提供，欧系电机及驱动部件过载能力，动态响应好，驱动器开放性强，且具有总线接口，但价格昂贵。而日系品牌工业机器人关健部件主要由安川、松下、三菱等公司提供，其价格相对降低，但动态响应能力较差，开放性较差，且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。2012年，安川、ABB等日本品牌占45%份额，欧美品牌占30%份额，台湾和韩国占10%份额。国内近年来也开展了大功率交流永磁同步电机及驱动部分基础研究和产业化，且具备了一点的生产能力，但其动态性能、开放性和可靠性还需要更多的实际机器人项目应用进行验证。国产品牌包括华中数控、兰州电机、和时利电机、广州数控、南京苏强电机、深圳雷赛电机等。汇川技术、埃斯顿等国内运动控制厂商尚处于小批量试用阶段。3)控制器的市场情况控制器、软件与本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发。控制器最为重要的是其运行的软件模块，通过动力学算法控制机器人的动作和响应各种信号，进行人机交互，实现高精度的运动和定位。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发。目前通用的多轴控制器平台主要分为以嵌入式处理器(DSP,POWERPC)为核心的运动控制卡和以工控机加实时系统为核心的软PLC系统，其代表分别是DeltaTau的PMAC卡和Beckhoff的TwinCAT系统。国内的在运动控制卡方面，固高公司已开发出相应成熟产品，但在机器人上的应用还相对较少。（2）核心零部件国内外发展趋势1)精密减速机的发展趋势谐波减速机，在其齿轮传动中采用双圆弧齿廓，可有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量，提高承载能力、扭转刚度和柔轮疲劳寿命，并可降低最小传动比。日本的IH齿形是基于余弦凸轮波发生器开发的双圆弧齿形，由于采用近似方法设计，应用初期出现了齿廓干涉等问题，但到1990年代初期已基本完善。目前日本谐波传动系统有限公司的谐波产品有十几个类型、二十多个系列，最小传动比为30，型号中带有字母“S"的，其齿形为双圆弧齿形，产品垄断了主要国际市场。其中超短杯型号CSD和SHD，其柔轮长度仅有常规谐波传动柔轮的1/3，既增加传动刚度，又大幅度减轻了谐波减速器重量。此外，在谐波传动轻量化技术方面，采用铝等轻合金材料制造波发生器与减速器壳体等方式，减薄刚轮外缘以及改进连接结构等形式，使整机重量大幅度减轻。RV减速机相比于谐波减速机具有更高的高度和回转精度，目前发展方向是如何通过对内部轴承的配置，材料和热处理工艺的改进，增加减速机的扭转刚度，最大杭弯弯矩，及提高在频繁加减速等恶劣工况下的使用寿命。2)机器人专用化的伺服电机和驱动器的发展趋势机器人专用化的伺服电机和驱动器将成为发展趋势，即在普通通用伺服电机和驱动器的基础上，根据机器人的高速，重载，高精度等应用要求，增加驱动器和电机的瞬时过载能力，增加驱动器的动态响应能力，驱动增加相应的自定义算法接口单元，且采用通用的高速通讯总线作为通讯接口，摒弃原先的模拟量和脉冲方式，进一步提高控制品质(如安川，松下，伦茨等主流伺服厂商以将EtherCAt总线作为下一代产品的总线标准)。同时，对于通用型的伺服驱动器删除冗余的通讯接口和功能模块，简化系统，提高系统可靠性，并进一步降低成本。3)控制器的发展趋势机器人控制器和控制结构发展趋势方面，不仅要具有快速的响应特性，较高的跟踪精度，而且应该有良好的通用性和扩展性。采用传统控制结构固有的缺点逐渐暴露出来，例如由于配线过多，对系统进行调试及维修比较困难;采用基于模拟信号的数据传输方式，系统的杭噪声能力很差;由于控制器的模块繁多，模块之间的连接复杂，而且相互制约，难以实现十几个轴以上的同步协调运动控制;机器人所采用的专用的封闭式体系结构阻碍了机器人控制器的发展，满足不了现代工业柔性化发展的要求。同时目前的机器人控制智能型，交互性较差，操作安全性还有待提高。因此机器人控制器的发展趋势便现在三个方面:开放性的体系结构:最早关于开放式控制器的研究源于美国。早在1981年，美国国防部为了减少军备制造对日本控制系统的依赖性，开始了名为“下一代控制器(NGC>NextGenerationController)"的计划，并成立了美国国家制造科学中心(NCMS>NationalCenterofManufacturingSciences)，其主要目的是拟订并推进开放式体系结构的标准规范SOSAS(SpecificationforanOpenSystemArchitectureStandard)。其后有许多相关的研究计划在世界各国相继启动，其中比较重要，影响较大的三项研究工作分另，J是美国的OMAC(OpenModularArchitectureController)，欧洲的OSACA(OpenSystemArchitectureforControlswithinAutomationSystem)，以及日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentController)。这些工程的目标是开发可以控制各种基于标准的自动化硬件平台和操作环境的机器人和工业自动化系统。开发适用于机器人控制的通用软件包，其应用范围从最底层的实时伺服控制、到智能传感器处理，到高层人机交互，涉及机器人控制的各个方面。总线控制方式:在现场总线分布式结构中，各种开关量、模拟量就近转变成数字信号，所有总线设备间均采用数字信号进行通信，减小了传输误差，提高了测量和控制精度。现场总线的应用使导线和连接附件大量减少，安装、调试及维护的开销大幅度下降，并且使系统具有优异的远程监控功能和故障诊断功能，提高了系统的可靠性。现场总线还使系统硬件扩展更加方便，当控制轴数和IO点数增加时，对系统的硬件结构没有影响，便于系统的扩充和裁减。由于现场总线的协议是公开的，不同厂商的设备只要符合相应的标准，就可以实现互联、互换。目前国际上有60多种现场总线形式，常用的有Profibus,DeviceNet,CAN,CANOpen,SyqNet,SERCOS和EtherCAT等。这点同时也是进行多机器人网络化控制的基础。智能化和网络化控制器的智能化和网络化同样是发展趋势，未来的工业机器人应该具有视觉，触觉，具有很强的人机交互能力和学习能力，因此需要控制器具有多传感器信息融合能力。同时，机器人之间可以任意组成网络，完成多机器人协调控制，进一步提高自动化和智能化程度。2、核心零部件难以国产化的原因我国机器人研究仍以科研院所为主，科技成果产业化是工业机器人的瓶颈。我国机器人产业落后的关健问题是关健技术仍有较大差距。核心零部件的制造非短期能研制出。在核心算法、软件控制系统等软的方面，国产工业机器人总体问题不是很大，但在减速机和伺服电机等硬的方面却差距明显，落后的局面短期内难以改变。国内虽有伺服电机的技术，但产业化能力不行，而减速机几乎就没有产业化。机器人的发展依赖于国家装备制造业的提高，这是一个系统性的问题。即便是该领域的巨头，也是在一个技术共享平台上才能持续推进。减速机中的永磁体所需稀土大多来自中国。减速机和伺服电机对轴承、齿轮的精度要求非常高，国内材料也无法满足机器人的要求，而齿轮的加工精度取决于高端数控机床的能力，与数控机床等设备的精度密切相关，在数控机床领域，中国尚处于技术追赶阶段。加工工艺的差距涵盖了基础材料和制造工艺水平两方面差距。此外，我国工业机器人的可靠性还比较低，且由于机器人应用工程起步比较晚，应用领域相对比较狭窄，生产线系统技术方面与国外差距也比较大。在科技成果产业化方面，我国机器人目前还处于产业化初期阶段。当前的工业机器人生产都是应用户要求，主要面对单一客户设计，批量较小、品种规格较多，零部件通用化程度较低，供货周期长，成本也较高。四、机器人核心零部件：精密减速机市场1、先得精密减速机市场者得天下工业机器人常见的关节形式有移动关节和转动关节。回转关节由驱动器、回转轴和轴承组成。多数电机能直接产生旋转运动，但常需各种齿轮、链、皮带传动或其他减速装置，以获取较大的转矩。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机(马达)的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。精密减速机主要有RV减速机、谐波减速机、摆线针轮减速机三大类型。全球75%的精密减速机市场由两家日本厂商垄断(日本Nabtesco的RV减速机和HarmonicDrive的谐波减速机)，国际上主流机器人厂家均选用这两家产品。减速机国内工业机器人厂家多用日本帝人等品牌。与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是，国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系，提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号。国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚，仅在部分院校，研究所有过相关研究。目前尚无成熟产品应用于工业机器人。近年来国内部分厂商和院校开始致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究，如新松、南通振康、浙江恒丰泰，重庆大学机械传动国家重点实验室、天津减速机厂、秦川机床厂、大连铁道学院等。其中，新松正与天津天星百利合作开发RV减速机，并已完成了实验平台的搭建。近期南通振康在2013年机器人产业推进大会上展出的RV减速机，目前还未能取得市场回报。还要用1年的时间来实验，要在各种性能以及使用寿命等方面都达到国际先进水平了才能投放市场。在谐波减速机方面，市占率最高之HarmonicDrive专利有效年限已于2008年到期成为了公开性技术，国内外厂商也陆续投入减速机之产品开发。目前国内已有可替代产品，如北京中技克美、北京谐波传动所、苏州绿的，但是相应产品在输入转速，扭转高度，传动精度和效率方面与日本产品还存在不小的差距，在工业机器人上的成熟应用还刚刚起步。新松的谐波减速器有部分采购自绿的等内资品牌。2、上海机电拔得最优技术，国产化进程插上翅膀（1）日本纳博特斯克及精密减速机简介日本纳博特斯克主要从事静液压驱动装置、液压装置、减速装置及其部件的研发、制造。日本纳博作为一家尖端的核心部件跨国企业，在全球已拥有42家子公司，在中国已进驻上海、北京等地发展船用机器、油压机器、自动门等业务。2012年3月31日日本纳博财务年度合并销售额为140亿人民币，合并净利润10.32亿人民币。日本纳博的精密减速机产品是一种专为工业机器人定制的本体核心部件(简称机器人关节，包括机械手臂腕部以及底座)。自1985年发明至今，日本纳博的精密减速机累计已全球销售400万台，2012年销售额达30亿人民币，营业利润达6亿人民币。日本纳博精密减速机成为全球汽车工业机器人制造商的独家选择。全球市占率稳居60%，持续保持世界第一。精密设备(PrecisionEquipment)是日本纳博4大主营业务之一，其中精密减速机是精密设备业务的主要产品。2012财年(注:2012财年指2012.4.1-2013.3.31)公司精密设备业务占比为23.2%。营业利润率10%多。金融危机之后，公司精密设备业务出现了两年的高速增长(2010,2011财年)，但2012财年随着全球经济