钢结构智能焊接行业市场分析

钢结构智能焊接行业市场分析钢结构：政策驱动需求扩容，非标属性致分散竞争主要应用于工业、公共建筑，占比大致六四开钢结构由于其性能特点，主要应用于工业建筑和公共建筑。钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一，主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。相比于传统钢筋混凝土建筑，其优势在于强度高、自重较轻、承载力高、施工简单，劣势在于直接造价相对较高，住建部测算，随着装配率由低到高，装配式建筑较传统建筑综合增量成本在10%-25%之间。钢结构这些特性使得其广泛应用于以工业厂房、高层及超高层建筑等为代表的大跨度、工期紧、对造价成本敏感性略低的工业和公共建筑，而在对成本较为敏感的住宅领域应用较少。具体来看，我们通过对鸿路钢构近年重大合同的梳理，总结出钢结构在工业建筑、公共建筑领域应用占比大致六四开。我们整理了钢结构行业龙头鸿路钢构2019~2023Q3期间公布的季度重大订单情况，即合同金额达到１亿元以上或钢结构加工量10000吨以上的订单，期间累计占公司材料订单比重约20%。金额拆分来看，工业建筑：公共建筑≈60%：40%，从重大订单加工量拆分来看，工业建筑：公共建筑≈61%：39%，即钢结构下游需求约六成来自于制造业投资领域（主要是工业厂房项目），约四成来自于基建投资领域（主要是机场、高铁站、医院会展中心、产业园等项目）。政策推动渗透率持续提升，行业需求持续向上我们测算2021年钢结构在非住宅领域渗透率接近20%，住宅领域不到1%。钢结构当前应用较为广泛的在轻钢结构、高层钢结构、空间钢结构、大跨度钢结构建筑方面，对应建筑类型为工业厂房、高层及超高层建筑等，我们测算2021年钢结构建筑在非住宅领域渗透率已达到19.1%。但总体而言，钢结构由于造价成本相对更高、隔音及防火性能相对欠缺，现阶段在国内住宅领域应用较少，我们测算2021年钢结构建筑在住宅领域渗透率仅0.8%。钢结构是装配式建筑的主要模式之一，有望持续受益于装配式建筑推广。政策端，住建部《“十四五”建筑业发展规划》提出到2025年全国装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上，住建部联合发改委印发的《城乡建设领域碳达峰实施方案的通知》提出到2030年装配式建筑占当年城镇新建建筑的比例达到40%，考虑到2022年该比例仅26.2%，未来渗透率仍具备持续提升空间。钢结构作为装配式建筑的主要形式之一，在2021年新开工装配式建筑面积中占比接近3成（另外7成左右为装配式混凝土建筑，2022年数据暂未披露），有望持续受益于政策对装配式建筑的推广。政策倾斜有望助力钢结构在非住宅及住宅领域渗透率不断提升，我们预测到2035年行业需求CAGR达到5.4%。在装配式建筑具体模式的选择上，近年全国及地方出台的相关政策亦逐步向钢结构模式倾斜，如推广钢结构在学校、医院等公共建筑领域应用，在住宅领域“重点推动钢结构装配式住宅建设”。考虑到钢结构在非住宅及住宅领域目前渗透率仅19.1%、0.8%，未来在政策推动下仍具备较大提升空间。从具体空间上看，根据中国钢铁工业协会数据，2022年全国钢结构产量为1.01亿吨，而据中国钢结构协会发布的《钢结构行业“十四五”规划及2035年远景目标》，到2025年底，全国钢结构用量达到1.4吨左右；到2035年，我国钢结构用量达到每年2亿吨以上。据此我们预测，到2035年，钢结构行业需求CAGR达到5.4%。高度非标致行业集中度低，管理、劳动力制约企业做大做强一方面，由于下游需求节奏的不确定性，钢结构要实现大规模生产首先对企业管理水平提出更高考验。钢结构加工企业下游直接对接建筑施工企业，由于不同项目工期及要求不同，且单个项目施工节奏也有差异（通常受到天气因素、业主资金情况等多重因素干扰），在钢结构企业规模扩张的同时，对各项目需求的及时响应显得尤为重要，这也使得工厂生产节奏具有高度不确定性，更加依赖“柔性”生产，因此大规模钢结构加工制造首先对企业管理水平提出更高考验。另一方面，由于产品本身的非标属性，钢结构产业难以实现工业化批量生产，主要依赖焊工等人工实现，因此面临焊工等劳动力短缺的第二重制约。不同于零部件、钢铁等标准化产品加工，由于建筑型态不同，不同工程企业设计部件也不同，导致钢结构生产具有结构形式不定、多品种、小批量的特点，故现阶段国内钢结构制造厂商加工多采依赖经验丰富的工人生产。但随着人口红利褪去，年轻一代更加青睐企业以及其他非建筑类行业，建筑行业工人逐步老龄化，企业面临焊工等劳动力短缺的第二重瓶颈。行业集中度高度分散，排名第一的龙头企业市占率不到5%。由于钢结构企业具有需求节奏、产品本身多重非标属性，并且产品质量取决于生产人员技术水平，使得加工企业规模扩大几乎依赖等比例的生产人员扩张以及精细化管理水平，而人员规模的扩张将进一步考验企业的管理能力，使得长期以来行业呈现高度分散的竞争格局。根据我们测算，龙头企业鸿路钢构市占率仅3.35%左右，其他企业市占率仅1%及以下。焊接机器人：智能焊接契合非标、小批量需求，国产厂商纷纷入局焊工紧缺催生对焊接机器人的迫切需求焊接是一种十分重要的机械制造加工工艺。焊接不仅可以进行各种钢材的连接，还可以进行铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而广泛地应用于机械制造、造船、海洋开发汽车制造、机车车辆、石油化工、航空航天、原子能、电力、电子技术、建筑及家用电器等部门。焊接包括熔焊、压焊和钎焊三大类。焊接是指通过加热或加压等适当的方式使两种分离的金属物体（同种或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的工艺过程。按照工艺过程的特点，焊接可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。熔焊在连接部位需加热至熔化状态，一般不加压；压焊必须施加压力，加热是为了加速实现焊接；钎焊时，母材不熔化，只熔化起连接作用的填充材料（钎料），熔化的钎料凝固后成为连接母材的钎缝。常用的焊接工艺包括点焊、缝焊、埋弧焊、气体保护焊、激光焊等。焊工数量减少叠加焊接需求提升，催生对焊接机器人的迫切需求。由于焊接工作环境恶劣、工作强度大、对工作熟练程度要求高且对操作人员会产生潜在危害，同时受我国社会老龄化影响，一线焊接工人数量呈现减少趋势。另一方面，我国钢结构用量呈快速上升趋势。如前文所述，2022年我国钢结构加工量达到1.01亿吨，且中国钢结构协会在《钢结构行业“十四五”规划及2035年远景目标》中提出：到2025年底，全国钢结构用量达到1.4亿吨左右，到2035年，我国钢结构用量达到每年2.0亿吨以上。假设钢结构行业不使用焊接机器人，则根据一名成熟焊工每年平均加工400吨钢材我们测算，2022、2025和2035年我国钢结构行业所需焊工分别为25、35和50万名，这意味着2025和2035年将分别存在至少10万和25万名焊工的巨大需求缺口。焊接已成为工业机器人的第二大应用场景，GGII统计2021年30%以上的焊接机器人应用于汽车整车行业。根据《中国机器人工业年鉴2022》统计，2020-2021年我国焊接机器人销量均居工业机器人市场的第二位，仅次于搬运和上下料机器人，焊接已成为工业机器人的重要应用场景。从焊接机器人的具体应用分布来看，GGII的数据显示，汽车整车行业仍是焊接机器人最大的应用市场，2021年占比为34.7%。GGII预计2026年我国焊接机器人销量有望突破10万台。焊接机器人能够逐步代替手工焊焊工或半自动焊焊工进行实际焊接作业，有望有效解决焊工紧缺的问题。同时使用焊接机器人可以提高焊接生产效率，改善工作人员的劳动条件，稳定和保证产品质量，易于实现产品的差异化生产，并能够推动相关产业自动化升级改造。高工产业研究院（GGII）的统计信息显示，2021年中国市场焊接机器人销量4.16万台，同比增加21.99%，且预计我国焊接机器人销量将持续增加，2026年有望突破10万台。焊接机器人按照焊接工艺可为点焊、弧焊、激光焊和搅拌摩擦焊机器人等。随着近几年新能源汽车行业的高速发展以及汽车轻量化需求的驱动，相关产业对焊接技术提出了更高要求，推动了各种焊接技术的快速发展。在传统焊接类型中，点焊主要应用于汽车产业链，而弧焊的应用领域较为广泛，覆盖汽摩制造、3C电子制造、金属制品制造、建筑、桥梁、船舶、航空航天等众多领域。在新型焊接类型中，激光焊接已成为新能源汽车及电池制造中常用的焊接技术，搅拌摩擦焊主要应用于铝、镁等低熔点合金的焊接。中国是全球最大的焊接机器人市场，弧焊机器人和点焊机器人为主流产品。根据中国机器人产业联盟《中国机器人工业年鉴2021》统计，2020年全球焊接机器人销量约为6.6万台，其中在中国市场的销量约为3.5万台，占比超过50%。根据同一机构编写的《中国机器人工业年鉴2022》统计，2021年我国弧焊机器人销量为3万余台，是销量最大的细分品类；另外，点焊机器人销量为1.63万台，激光焊机器人销量为1761台。焊接机器人智能化成为重要发展趋势从技术层次角度，焊接机器人可分为示教再现型焊接机器人、离线编程焊接机器人、以及智能焊接机器人：（1）第一代为示教再现型焊接机器人。使用者按照实际任务逐步引导机器人执行整个任务过程，焊接机器人在被引导的过程中记忆示教过程中的每个动作指令（位置、姿态、运动参数、焊接参数等），并生成一个连续执行全部任务的程序。完成示教后给焊接机器人一个启动命令，机器人将按照示教动作精确地完成每一步操作。（2）第二代为基于传感技术的离线编程焊接机器人。此类机器人借助视觉、电弧、力矩等相关传感器获取焊接环境的相关信息，并根据传感器获取的相关信息进行自身运行轨迹的优化，以改善示教再现型机器人对焊接环境的适应能力。（3）第三代为智能焊接机器人。智能焊接机器人是基于机器人焊接任务智能化规划技术、机器人焊接传感与动态过程智能化控制技术、焊接机器人系统用电源配套设备技术、焊接机器人运动轨迹控制技术、机器人焊接复杂系统的智能控制与优化管理技术、机器人遥控焊接技术等众多先进技术的具有自主决策和灵活运动的类人思维与动作的高级焊接机器人。智能焊接技术是一种基于信息反馈和智能控制的焊接技术。它可以根据焊接环境和条件，自动调整焊接参数和路径，实时监测和控制焊缝形成和质量，提高焊接质量、效率和可靠性，降低劳动强度和成本。智能焊接技术主要包括信息获取、知识表达、推理与决策、执行与控制等。3D视觉助力焊接机器人智能化升级。随着3D视觉技术的发展，通过自主识别焊缝及免试教可以直接根据视觉系统的图像处理结果来控制机器人的运动和焊接过程，不仅能够大幅提高焊接效率，还能保证焊接的质量和稳定性，搭载3D视觉的焊接机器人在工业场景的渗透率不断提高。GGII统计，2022年搭载3D视觉的工业机器人数量超过1万套，其中在焊接机器人领域的数量约1350套，渗透率接近13%，且预计到2027年搭载3D视觉的工业机器人有望超过6万套，其中在焊接机器人领域的数量将超过8000套。智能焊接契合非标、小批量需求，在钢结构和船舶行业具有巨大的应用前景。钢结构行业的焊接需求显著区别于汽车行业，钢结构行业多以非标设计和小批量生产为主，并且需要焊接的对象大部分为厚板，这对焊接机器人的灵活性、厚板焊接能力以及智能识别焊缝的能力要求较高。而船舶行业对焊接设备及焊接工艺都有很高的要求，且考虑到焊接成本占船体建造总成本超过30%，未来智能焊接机器人具有较大的应用空间。GGII预测，未来钢结构和船舶行业对焊接机器人的需求至少为24万台和3.5万台。我们假设每台焊接机器人的平均价格为30万元，可以大致预测未来钢结构和船舶两个行业将创造至少825亿元的智能焊接需求。国产厂商份额持续提升，多家推出智能焊接方案我国市场中的焊接机器人主要包括日系、欧系和国产品牌。日系品牌主要有发那科、安川、松下、OTC、那智不二越、川崎等，大多是从上游伺服电机、运动控制系统、焊机等核心部件领域起家，再慢慢向焊接机器人整机拓展，具有全产业链的特点。欧系品牌主要有ABB、KUKA、COMAU、Cloos、IGM等，从发展路径来看，欧系焊接机器人品牌多是从通用机器人或集成业务向焊接机器人发展，具有终端应用经验丰富、产品完善等特点，但其价格相对而言较为昂贵。过去几年，在技术、政府扶持力度、本土优势等多个因素的共同作用下，国产焊接机器人通过钻研技术、切入细分行业、兼并购、合资设立公司等方式发展迅速。目前国产焊接机器人企业主要有埃斯顿、卡诺普、藦卡、柴孚、钱江、图灵、华数、埃夫特、配天、新时达、尔比地、九众九、倍可、凯尔达等。国产厂商份额持续上升，弧焊机器人领域竞争加剧。2023年上半年，国内外厂商在中国弧焊机器人市场的表现明显分化，GGII的统计信息显示，埃斯顿、埃夫特、新时达、配天、藦卡和尔必地等国产厂商实现了较高的销量增速，而安川、发那科、松下、OTC、川崎、那智等海外厂商销量下降。GGII统计，2022年中国市场国产品牌弧焊机器人销量占比为45.03%，且预计2023年将上升至48.54%，更多的国产品牌弧焊机器人有望跻身年销量千台以上的厂商行列。柏楚电子自研智能焊接免示教编程解决方案。柏楚电子通过全自主开发核心算法，针对钢结构、船舶等行业零件非标特点，自主开发整套解决方案，推出FSWELD智能焊接控制系统，该系统由机器人控制系统、离线编程软件和视觉引导模块三部分组成。基于数字孪生技术实现免示教离线编程，节省人工调试时间；通过3D相机与激光跟踪技术，实现对焊缝加工的精细定位；前馈与反馈结合的焊缝跟踪系统，保证焊接效率的同时又能对焊接路径及时修正，对比人工的焊接效率和质量均有大幅提升。中集飞秒开发钢结构全栈智能焊接工作站。中集飞秒为中集集团旗下智能机器人品牌。中集飞秒智能焊接工作站包含软件和硬件两方面，软件品牌名为“飞秒智控”，包括高柔性机器人智能引导系统、钢结构制造ERP信息化系统等；而硬件品牌则称为“飞秒灵眸”，包括3D/面阵视觉传感器系列产品。目前中集飞秒已经攻克组合3D圆弧曲线焊缝识别、多层多道全熔透焊接技术、全自动包角封边工艺等技术难题。根据中集集团官微信息，2023年9月12日，中集飞秒第一批智能焊接机器人已按时交付至鸿路钢构集团安徽涡阳基地。工布智造自主研发钢结构智能焊接系统。安徽工布智造工业科技有限公司成立于2017年7月，已成功研发钢结构智能喷涂系统SmartSpray和焊接机器人应用系统SmartWeld。公司自主研发工业机器人智能操作系统，利用工业设计软件及视觉传感器获取构件三维数字模型，运用自主开发图形平台的数字孪生和人工智能技术生成操作程序，驱动机器人本体、外部轴以及生产设备联动，完成对金属结构切割、装配、焊接、打磨、检测、喷涂等生产全过程柔性制造。工布智造的智能焊接机器人在技术应用方面包括1）智能焊接系统直接从Xsteel等各类设计软件中提取钢结构产品的各项参数并生成焊缝轨迹；2）自动生成机器人运动轨迹和匹配焊接工艺参数，一键启动运行；3）使用相机识别和激光定位技术，解决钢结构在拼装过程中的偏差以及钢板不平整等问题，满足精准定位焊接的要求。加工企业：信息化+智能化助力突破成长瓶颈，实现降本增效信息化：突破管理瓶颈，实现初步突破以行业龙头鸿路钢构为例，公司近年借助信息化管理手段持续突破规模瓶颈。鸿路项目信息管理平台反映合同、收付款、采购计划及到料状况、成品收发存、发货计划、生产计划及生产进度等信息，为项目履约提供保障。公司充分发挥信息化、NC银企直连、互联网+和计算机软件的作用，对资金、结算、商务报价、详图深化、生产订单下达、生产入库、工价管控等流程进行管控，提高运行效率，为业务和产能复制提供保证。另外公司以自主研发的“项目管理平台”为核心，与OA系统、采购管理系统、人力资源系统、生产管理考评系统、NC系统、报工质检管理系统等互联互通，推出实时工时工价体系、项目预排产系统等，进一步提高对一线工人及项目进度的把控能力。通过信息化管理实现“柔性”制造，公司近年产能产量持续突破，销售、管理人员数量几乎不再增长，管理、销售费用率持续下降。智能化：突破人力瓶颈，实现规模突破及降本增效焊接为钢结构制造中的主要环节，智能化焊接将大大减少人工焊接所带来的多重不确定因素，可理解为钢结构加工行业的“工业化”，鸿路钢构近期已加快在该领域布局。智能化焊接过程受人为因素的影响小，具有焊缝成形美观，焊接过程稳定，焊接效率高等优势。因此，在厚壁、长焊缝、多位置焊接的建筑钢结构工程建设中，机器人自动焊具有很大的应用空间。仍以鸿路钢构为例，2023年8月1日，鸿路钢构官方微信公众号“鸿路采购物流中心”公开招标1000台弧焊机器人，另同时招标1000套机器人焊接电源、1000套机器人焊接视觉、1000套机器人地轨、500套角焊缝免示教机器人焊接工作站，推行机器人智能化在产线中的应用。从效率上而言，智能化焊接或带来企业生产能力大幅提升。由于机器人执行WPS（焊接工艺规程）的工艺纪律，整体操作流程、速率与成熟焊工无异，因此从焊接速度而言，一台焊接机器人与1名熟练焊工差异并不明显，不过考虑到每天可工作时长因素，理论上焊接机器人可24小时不间断焊接作业，可实现“两班倒”甚至“三班倒”，因此在企业厂房面积、其他配套设施不变的情况下，其生产能力或实现翻倍及以上增长。从经济效益角度考虑，我们从直接成本变化和投资回收期两个角度对智能化焊接进行测算：从直接成本对比来看我们假设焊接机器人工作时长与焊工相当，首先从薪资对比上，我们以钢结构招聘网上鸿路钢构子公司六安金寨鸿路钢结构有限公司招聘焊工薪资标准来看，焊工薪资标准在10000-20000元/月，而在“鸿路工匠微信公众号”发布的招聘信息来看，公司招聘的焊接机器人相关操作员等薪资普遍在5000-11000元/月，相较于普通焊工平均低7000元/月，并且学历要求普遍不高，这里我们取中值（即焊工薪资15000元/月，操作工薪资8000元/月）。从鸿路钢构招聘人员来看：每5个焊接机器人操作技术员，需配备1名激光自动焊接机器操作技术员，以负责自动焊工艺参数的设定和优化、对焊缝形态质量评估焊接过程中的监控和控制、设备的日常维护等。由于遵循WPS工艺纪律，焊接机器人焊接速率应与普通焊工无异，单个焊接工作站可操作两套机器人焊接系统，若以一人操作两个焊接工作站，共计可操控四套机器人焊接系统。以一条万吨钢结构产线为例，据工业机器人微信公众号，人均钢材加工能力在400吨/年，故单条产线需要配备25名焊工，若实现智能化替代，则人员对应约7名焊接机器人操作技术员+1名激光自动焊接机器操作技术员；设备对应25套焊接机器人，25套机器人焊接电源、25套机器人焊接视觉、25套机器人地轨，约13个焊接工作站。机器造价上，根据安徽工布制造微信公众号，两套焊接机器人+两套焊接电源+两套视觉系统+10米行走轴为52万元，平均单套焊接机器人及附属设备投资为26万元。而根据虎嗅智库微信公众号，一套焊接机器人工作站价格约10万元，若机器以五年期进行折旧，不考虑残值，我们测算1万吨钢结构产线实行智能焊接机器人替代每年可节省213.6万元焊接成本开支