工业机器人行业技术现状与产业机会分析-2018
中国市场是未来全球最大的机器人市场,近年来增长迅猛。国际机器人巨头纷纷抢滩中国市场,以ABB、库卡、安川电机、发那科四大家族为代表的国外机器人企业占据中国机器人市场90%以上的市场份额。在巨大的市场驱动下,近年来国内机器人技术发展迫在眉睫,研发技术积累,市场的拓展都开始进入快速发展的轨道。
推动国内机器人需求的三大因素
1.劳动力成本上升
因素一:劳动力成本上升,人口红利逐渐消失。劳动力成本的上升激发企业机器人替代人工的诉求。
2.劳动力供给下降
因素二:劳动力供给下降。90年代中期,我国制造业从业人数大幅下降。98-99年经历了国企下岗危机,纺织等传统制造业首当其冲。2001年加入世贸组织以后,我国制造业从业人数又开始缓慢回升。但是,进入新世纪的第二个年头,80后、90后劳动人口成为主流,他们不再愿意大量从事单调重复环境差的工作。长三角、珠三角等地低端产业用工荒明显。
3.政策支持
因素三:制造业产业升级,国家政策支持。普及机器人不只是单纯的替代人工,更是提升制造业效率与柔性的重要手段
工业机器人的构成
一般来说,工业机器人由3大部分6个子系统组成。3大部分是机械部分、传感部分和控制部分。6个子系统可分为机械结构系统、驱动系统、感知系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统和控制系统。
工业机器人技术现状
通过估算国内制造业产能自动化改造的进程,预计我国2020年自动化集成市场容量将达到1763亿元。
根据产业调研的情况,一般3-4个亿营收规模的制造企业,通常需要1000万-2000万的自动化改造费用。因此我们按4%(3.5亿:1500万)的比率,估算我国制造业自动化改造费用。
考虑到有些行业的自动化改造不能做到完全的机器人替代,而且实施自动化改造需要时间,我们预计到2020年国内制造业产能自动化改造率达到60%。
2012年国内主要制造业总的营收规模大概20万亿,假设不同的行业未来年增速8%-15%不等,预计到2020年国内主要制造业总的营收规模达到46万亿。
根据以上条件,我们可以估算出,2017年我国制造业自动化改造费用为1153亿元,2020年将达到1763亿元。
截至2018年6月12日,工业机器人技术专利申请总量达到23054项。其中,发明专利数最多,达到9946项,占比为43.14%;实用新型专利数其次,为8331项,占比为36.14%;外观、发明授权专利数占比分别为8.90%、11.82%。
从申请专利数量来看,2007-2017年,我国工业机器人专利申请数量总体上呈上升的趋势。2014-2016三年间,专利申请数量大幅增多;到2017年,工业机器人专利申请数量达到5608项。
从公开专利数量来看,2007-2017年,我国工业机器人专利公开数量总体上呈趋势。2017年,我国工业机器人专利公开数量为6012项,达到近年来最大值;截至2018年6月,专利公开数量为3631项。
(注:2018年数据截至6月)
截至2018年6月,从我国工业机器人专利技术构成来看,B25J(机械手;装有操纵装置的容器)专利申请数量排名第一,为7074项,占比达到26.63%;B23K(钎焊或脱焊;焊接;用钎焊或焊接方法包覆或镀敷;局部加热切割,如火焰切割;用激光束加工)专利申请数排名第二,专利数量为1594项,占比为6.00%;其余技术占比均在5%以下。
工业机器人技术趋势
目前,工业机器人技术正朝着模糊控制、智能化、通用化、标准化、模块化、高精化、网络化及自我完善和修复能力等方向进行研发。
首先,模糊控制是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。对于复杂的系统,由于变量太多,用传统控制模型难以正确描述系统的动态,此时便可以用模糊数学来处理这些控制问题。未来机器人的特点在于其具有更高的智能。随着计算机技术、模糊控制技术、专家系统技术、人工神经网络技术和智能工程技术等高新技术的不断发展,工业机器人的工作能力将会突破性的提高及发展。
其次,工业机器人的组件及构件实现通用化、标准化、模块化是降低成本的重要途径之一。
第三,随着制造业对机器人要求的提高,开发高精度工业机器人是必然的发展结果。
第四,目前应用的机器人大多仅实现了简单的网络通讯和控制,如何使机器人由独立的系统向群体系统发展,使远距离操作监控、维护及遥控是目前机器人研究中的热点之一。
最后,机器人应该具有自我修复的能力,才能更好地避免因为突发状况导致的生产停顿。当出现错误指令时应该自己进行报警或调试;当元器件损坏时可以自我进行修复。
国内机器人行业近期突破方向与未来发展阶段
我国机器人产业近期需要在关键零部件、机器人本体和系统集成等三个方面都要有突破。
在关键零部件突破中,有两种思路,包括自制和与外部企业深度合作,减速机国产化是重中之重;在本体方面,我们长期看好能够突破关键零部件的本体企业,国产本体短期突破方向在于低端产能的自动化替代,长期来看还是要往高端发展。国内系统集成商相对国外具有比较优势,发展方向包括两个:一是在体量比较大的应用领域做深做专,伴随下游企业成长而成长;二是有跨领域作业的能力,通过跨领域拿单上规模。
未来3-5年可能的突破点及主要方向
关键零部件:关节零部件有望实现重大突破,特别是RV减速机和谐波减速机,预计RV减速机需要3-5年时间,但是谐波减速机可能更快。伺服电机可能通过海外并购的方式实现突破。
低成本六轴通用机器人:目前看谐波减速机国产化应该时间不会太长,小型六轴通用机器人可能很快研制出低成本本体。而且从全球机器人应用从汽车向其它行业扩散的趋势来看,小型机器人市场潜力巨大。近期国内机器人企业在小型机器人领域进展较快。大型机器人需要等RV减速机先突破。估计未来5年内会出现营收规模5-10亿的六轴通用机器人企业。
四轴以下专用机器人:随着国内“低端产能”自动化需求增加,桁架机器人、SCARA机器人、DELTA并联机器人和桌面机器人的市场需求将迅速增加。能够研制出上述四轴以上专用机器人的机器人企业有望在未来5年内实现5-10亿的营收规模。
可自由编程的自动化设备:类似于AGV的其它可自由编程的自动化设备,适用于国内“低端产能”。
医疗机器人:国内服务机器人将是未来几年国内机器人行业主要发展方向之一,特别是医疗机器人方面已经取得较大进展,例如哈工大的腹腔镜微创手术机器人将在两年内实现临床,其它如康复机器人也有望很快实现产业化。
10亿以上规模的系统集成商:随着系统集成标准化程度逐步提高,以及出现更多具有跨领域系统集成能力的企业,将出现多家集成业务规模超过10亿的集成商,而且可能存在使用国产经济型本体的大规模系统集成商。
其它机器人前沿技术:目前国内机器人行业处于创新活跃期,创业型机器人企业可能在机器人智能、机器人视觉技术、人机交互等方面取得创新性的突破,取得世界领先的成果