工業(yè)機器人是制造業(yè)“無人化、自動化”的基礎(chǔ)
1.1. 機器人簡介
機器人（Robot）包括一切模擬人類行為或思想與模擬其他生物的機械（如機器狗，機器貓等）。隨著科技的發(fā)展，機器人所涵蓋的內(nèi)容越來越豐富，定義也不斷充實和創(chuàng)新。機器人包括工業(yè)機器人和服務(wù)機器人。
工業(yè)機器人：是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備，起源于1962年美國研制的世界上第一臺工業(yè)機器人。它既可以接受人類指揮，又可以運行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)以人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。它的任務(wù)是協(xié)助或取代人類工作的工作，例如生產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。
服務(wù)機器人：服務(wù)機器人是機器人家族中的一個年輕成員，根據(jù)Wind分類可以分為專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)機器人（國防應(yīng)用、場地、醫(yī)療、物流）和個人/家庭服務(wù)機器人。服務(wù)機器人的應(yīng)用范圍很廣，主要從事維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等工作，在智能制造時代也將有更大的用武之地。
自2014年以來，“機器換人”這一概念逐漸升溫，吸引了眾多飽受人工成本上升、招工困難企業(yè)的關(guān)注。2014年，全球工業(yè)機器人年銷量為22.5萬臺，中國銷量約占四分之一，是全球最大的工業(yè)機器人市場。
1.2. 工業(yè)機器人是實現(xiàn)工廠自動化的基礎(chǔ)
工業(yè)機器人已廣泛用于汽車、電子電氣等領(lǐng)域，是實現(xiàn)工廠“自動化、無人化”的基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，工業(yè)機器人已廣泛應(yīng)用于汽車、電子電氣、金屬和機械等領(lǐng)域，機器人替代人工生產(chǎn)是未來制造業(yè)重要的發(fā)展趨勢，是實現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)，也是未來實現(xiàn)工業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的保障。
2.我國工業(yè)機器人景氣度較高，發(fā)展前景仍廣闊
2.1. 中國已是工業(yè)機器人最大市場，但滲透率遠低于發(fā)達國家
我國已成為世界上最大的工業(yè)機器人銷售市場。2010年以來，受到科技和政策驅(qū)動，中國工業(yè)機器人銷量增長迅猛。2013年，我國工業(yè)機器人銷量一舉成為全球最高， 2014年我國工業(yè)機器人銷量達到57096臺，同比增長56.7%，銷量第一的市場位置繼續(xù)保持。從中國工業(yè)機器人銷量全球占比來看，中國工業(yè)機器人銷量全球占比呈逐年增長態(tài)勢，已經(jīng)連續(xù)三年銷量全球占比超過20%。2015年，全球工業(yè)機器人銷量達到了24.76萬臺，中國工業(yè)機器人銷量為6.6萬臺，占比達26.66%。
我國工業(yè)機器人的人均擁有量遠低于全球平均水平，有巨大提升空間。憑借先發(fā)優(yōu)勢、技術(shù)積淀和環(huán)境驅(qū)動，日本、德國、美國等發(fā)達國家工業(yè)機器人技術(shù)和滲透率優(yōu)勢明顯。2014年先進工業(yè)國家工業(yè)機器人的人均保有密度領(lǐng)先我國有十倍之多，這種差距也間接的顯示了未來工業(yè)機器人的需求空間。
2.2. 我國工業(yè)機器人發(fā)展的時代背景：人口紅利缺失，機器換人成趨勢
參照國際經(jīng)驗，人口紅利缺失、人力成本上升會帶來工業(yè)機器人需求的大幅提升。進入二十一世紀(jì)，中國的汽車、電子等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，與日本相似，隨著勞動力成本上升和產(chǎn)能需求的擴大，推動工業(yè)機器人等新興產(chǎn)業(yè)迅速崛起。截至2013年，中國工業(yè)機器人購買量已超過3萬臺，位居全球首位。
適齡勞動力減少，人工成本上漲速度超GDP增速，人口紅利拐點來臨，推動工業(yè)機器人發(fā)展。過去多年，由于國內(nèi)低廉勞動力的幾乎無限量供應(yīng)，使得國內(nèi)相關(guān)行業(yè)通過人口紅利取得了競爭領(lǐng)先地位。但隨著國內(nèi)勞動年齡人口連續(xù)下降，勞動力供應(yīng)短缺局面可能會長期存在。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)：1）勞動年齡人口占比持續(xù)降低：截至2014年底， 65歲以上人群占比為10.10%，已連續(xù)20年增長。我國已正式進入老齡化社會。2012-2014年，國內(nèi)勞動年齡人數(shù)占比分別為69.2%、67.6%、67%，勞動年齡人口連續(xù)三年下降；2）勞動力工資則出現(xiàn)了超越GDP增速的增長趨勢：2014年，國內(nèi)GDP增速7.4%，城鎮(zhèn)居民可支配收入增長9%，農(nóng)民居民收入更增長了11.2%。用工成本上漲加上適齡勞動力人口減少， 使東部沿海地區(qū)出現(xiàn)的“招工難” 等現(xiàn)象，近年來在中西部地區(qū)也頻繁出現(xiàn)，我國的人口紅利在逐漸消失，這些成為我國工業(yè)機器人行業(yè)快速發(fā)展的主要推手。
2.3. 政策助力，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)加速成長
攻關(guān)三十余載，見證工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)蓬勃興起。機器人是衡量現(xiàn)代科技和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志,也是搶占智能社會發(fā)展先機的戰(zhàn)略領(lǐng)域。我國工業(yè)機器人的研究開始于上個世紀(jì)70年代，直到80年代中期，政府開始注重對機器人的研究支持，1985 年政府將機器人列入科技攻關(guān)發(fā)展計劃。隨著信息化、工業(yè)化不斷融合,以機器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)也已蓬勃興起。
政策加碼推動“機器換人”，無人工廠普及進行時。2013年12月30日，工信部發(fā)布關(guān)于推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見，意見指出，工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的自動化裝備，代表著未來智能裝備的發(fā)展方向。無人工廠又稱自動化工廠，其主要的一線生產(chǎn)活動均由電子計算機控制的工業(yè)機器人來完成，隨著“機器換人”進程的推進，無人工廠也將在制造業(yè)越來越普及。
《中國制造2025》和“互聯(lián)網(wǎng)+”的頂層發(fā)展戰(zhàn)略，將有力促進機器人新興市場的成長。在我國人口紅利逐步消失的背景下，我國實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動“互聯(lián)網(wǎng)+”和《中國制造2025》，這將有力促進機器人新興市場的成長，創(chuàng)造世界上最大的機器人市場。
一系列政策描繪出我國機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖：到2020年，我國工業(yè)機器人年銷量將達到15萬臺，保有量達到80萬臺，將較“十二五”末新增40萬臺；到2025年，工業(yè)機器人年銷量將達到26萬臺，保有量達到180萬臺，較“十二五”末增加140萬臺。目前我國已成為全球最大的工業(yè)機器人消費市場，未來10年機器人產(chǎn)業(yè)將迎來萬億市場規(guī)模。
3.國際強者市場占有率高，國產(chǎn)化替代加速進行時一標(biāo)題
3.1. 四大家族占據(jù)全球50%工業(yè)機器人市場份額
各國機器人行業(yè)各有優(yōu)勢。美國機器人企業(yè)主要優(yōu)勢在系統(tǒng)集成領(lǐng)域，主導(dǎo)高端機器人，如勘探、防爆燈功能機器人、醫(yī)療機器人和國防軍工機器人；韓國非常重視服務(wù)類型（如教育、娛樂）機器人；瑞典的ABB代表歐洲的技術(shù)，工藝非常精湛，擁有最完整最好的產(chǎn)業(yè)鏈。日本在工業(yè)機器人、家用機器人方面優(yōu)勢明顯，且比ABB價格便宜。
全球工業(yè)機器人產(chǎn)地集中在歐洲和日本，四大家族占據(jù)全球50%市場份額。ABB、發(fā)那科（FANUC）、庫卡（KUKA）和安川電機（YASKAWA）四家企業(yè)是工業(yè)機器人的主要供貨商。 2013 年四大家族工業(yè)機器人收入合計約為50 億美元，占據(jù)著全球約50%的市場份額。
3.2. 日本機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展進程
日本機器人產(chǎn)業(yè)擁有一流的技術(shù)水準(zhǔn)并在全球市場占有舉足輕重的地位。根據(jù)國際機器人(IFR)聯(lián)合會2014年的一項調(diào)查，2013年日本產(chǎn)業(yè)機器人全球銷售額超過5000億日元，在全球市場份額占比最大。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省2007年曾預(yù)測到2025年，日本工業(yè)機器人總數(shù)將達到100萬臺。
日本機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程大致可以劃分為四個階段，即：幼稚期、成長期、普及期、平穩(wěn)期。結(jié)合日本機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，我們認(rèn)為目前中國的機器人產(chǎn)業(yè)正處于普及期伊始，未來工業(yè)機器人將在除汽車、電子、機械行業(yè)外得到廣泛應(yīng)用。
日本工業(yè)機器人行業(yè)的巨頭主要有安川電機、不二越、發(fā)那科等，這幾大公司堪稱日本機器人產(chǎn)業(yè)的基石。
3.2.1. 安川電機——機器人行業(yè)風(fēng)向標(biāo)
自1915年安川電機企業(yè)創(chuàng)立以來，以驅(qū)動控制、運動控制、機器人和系統(tǒng)工程四大事業(yè)為軸心，在多個領(lǐng)域首屈一指。
3.3. 中國工業(yè)機器人的市場目前被日本四大家壟斷，國產(chǎn)化的替代空間還很大
工業(yè)機器人工業(yè)機器人的市場集中度非常高的原因在于伺服電機、控制系統(tǒng)、減速機等核心零部件的技術(shù)壁壘較高。關(guān)鍵基礎(chǔ)部件中，減速器控制器在國內(nèi)大部分知名機器人本體制造企業(yè)均已實現(xiàn)自主生產(chǎn)，但和國際水平仍有差距；而伺服電機和減速器，仍大量依賴進口。全球減速器行業(yè)集中度很高，兩家日本公司納博特斯（Nabtesco）和哈默納科（Harmonic Drive）控制的全球機器人減速器市場超過75%。國內(nèi)機器人市場主要采購以上兩家企業(yè)的減速器，高昂的生產(chǎn)成本和技術(shù)專利壟斷是制約國內(nèi)機器人企業(yè)發(fā)展的重要因素。
核心零部件受限，國產(chǎn)機器人品牌市場份額較小，隨著核心零部件技術(shù)的突破，國產(chǎn)機器人將引來巨大國產(chǎn)替代空間。我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，中國市場上工業(yè)機器人基本被國外機器人品牌占據(jù)著，國產(chǎn)機器人品牌僅占約8%的市場份額。目前我國機器人企業(yè)仍在蓄勢階段，國內(nèi)大部分的機器人公司還處在產(chǎn)業(yè)鏈的低端，多數(shù)廠商承擔(dān)系統(tǒng)二次開發(fā)、定制部件和售后服務(wù)等附加值低的工作。隨著我國工業(yè)機器人市場需求的迅速擴大，國內(nèi)企業(yè)的自主研發(fā)投入的不斷加大，研發(fā)能力不斷提升，未來幾年將拉近與國際廠商的差距，國產(chǎn)機器人將填補巨大的替代空間。
4.機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析
一個完整的機器人產(chǎn)業(yè)鏈包括上游、中游和下游。上游是核心零部件，主要的是電機、控制器、伺服系統(tǒng)和減速器，這相當(dāng)于機器人的“大腦”，中游是機器人本體，就是機器人的“身體”，下游是系統(tǒng)集成商。其中，上游的核心零部件產(chǎn)業(yè)價值最高，最核心的部位就是控制系統(tǒng)，只有周密的設(shè)計經(jīng)過多次試驗后才能有嚴(yán)密的自動控制系統(tǒng)。
4.1. 機器人產(chǎn)業(yè)鏈上游——減速機為核心
4.1.1. 減速機
減速機為機器人上游產(chǎn)業(yè)的核心。電機高速運轉(zhuǎn)需要用減速器將速度減成機器人適用的速度，它是一種精密的動力傳達機構(gòu)，它利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。精密減速器是工業(yè)機器人最重要的零部件，工業(yè)機器人運動的核心部件“關(guān)節(jié)”就是由它構(gòu)成，每個關(guān)節(jié)都要用到不同的減速機產(chǎn)品。一般一臺機器人本體上一般有6個減速機。
我國精密減速器為起步晚，逆襲挑戰(zhàn)重重。相比日本巨頭幾十年的積淀，中國的工業(yè)機器人用精密減速器研究開始較晚，技術(shù)不成熟，形成了精密減速器不能自給自足的局面，嚴(yán)重依賴進口。RV減速器需要傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，保證預(yù)期的工作壽命，因而在設(shè)計上使用了過定位結(jié)構(gòu)，加工十分困難。看似簡單的RV減速器，實則是對我國工業(yè)基礎(chǔ)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。昂貴進口的通用機床不一定能生產(chǎn)出精密零部件，不是僅僅引進幾臺進口設(shè)備就可以生產(chǎn)制造出來的，沒有吃透相關(guān)材料、熱處理、工藝等是不可能生產(chǎn)出精密減速器的。國內(nèi)有部分公司在技術(shù)水平上取得了重大突破，目前也未形成較大的銷售規(guī)模。
4.1.2. 伺服電機
伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置，可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。除了可以進行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，伺服系統(tǒng)還可以進行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。
到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅(qū)動器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。
目前國內(nèi)高端市場主要被國外名企占據(jù)，主要來自日本和歐美，未來國產(chǎn)替代空間大。目前國外品牌占據(jù)了中國交流伺服市場近 80%的市場份額，日系產(chǎn)品以約 50%的市場份額居首。未來五年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響，將保持較快增長，國產(chǎn)替代空間還很大。
中國內(nèi)較大的伺服品牌市場包括上市公司埃斯頓、匯川技術(shù)、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、和利時、新時達，新三板公司北超伺服。
國產(chǎn)伺服產(chǎn)品將重現(xiàn)國產(chǎn)變頻器的光輝歷程，進口替代加速迚行。起步相對較早的國產(chǎn)變頻器已經(jīng)在 OEM 市場取得較好成績，而國產(chǎn)伺服產(chǎn)品技術(shù)正在不斷進步，我們認(rèn)為本土伺服產(chǎn)品未來有望復(fù)制國產(chǎn)變頻器的發(fā)展路線，在 OEM 進口替代市場取得較大突破。
4.1.3. 控制器
控制器(英文名稱:controller)是指按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動機的啟動、調(diào)速、制動和反向的主令裝置。由程序計數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時序產(chǎn)生器和操作控制器組成，它是發(fā)布命令的"決策機構(gòu)"，即完成協(xié)調(diào)和指揮整個計算機系統(tǒng)的操作。
控制器的市場份額基本和機器人保持一致，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成較大市場份額
在中國工業(yè)機器人領(lǐng)域，精密減速機、控制器、伺服系統(tǒng)以及高性能驅(qū)動器等機器人核心零部件大部分依賴進口，而這些零部件占到整體生產(chǎn)成本70%以上?，F(xiàn)階段國內(nèi)機器人廠商在高端領(lǐng)域不能直接與國外企業(yè)競爭，國內(nèi)機器人的成功之道在于打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)經(jīng)濟型機器人本體，尤其要突破減速機等關(guān)鍵零部件。
未來幾年中國國產(chǎn)機器人將得到快速發(fā)展，國產(chǎn)機器人控制器應(yīng)用市場面臨較好的發(fā)展契機，尤其是在運動控制領(lǐng)域深耕多年的企業(yè)。隨著中國工業(yè)機器人的快速發(fā)展，具有較強研發(fā)能力的公司會具備更強的競爭優(yōu)勢。
4.2. 機器人產(chǎn)業(yè)鏈中游——國產(chǎn)經(jīng)濟型本體企業(yè)突圍
工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈的中游是本體企業(yè)。本體企業(yè)設(shè)計本體、編寫軟件，采購?fù)ㄟ^代理商銷售給系統(tǒng)集成商，而系統(tǒng)集成商直接面向終端客戶。有的本體企業(yè)和代理商也會兼做系統(tǒng)集成商。機器人本體企業(yè)包括新松機器人、軟控股份、廣州數(shù)控、南京埃斯頓等。
工業(yè)機器人按本體結(jié)構(gòu)可分為四類，多關(guān)節(jié)機器人具備高效、精度高、靈活性強等優(yōu)勢，是運用最為廣泛的機器人。工業(yè)機器人按照結(jié)構(gòu)可分為四類：直角坐標(biāo)機器人、圓柱坐標(biāo)機器人、球坐標(biāo)機器人和多關(guān)節(jié)機器人。其中多關(guān)節(jié)機器人以自由度高的特點廣泛應(yīng)用于焊接、噴涂、汽車、電子、食品等行業(yè)。
2014年我國工業(yè)機器人本體市場規(guī)模84億，預(yù)計2018 年機器人本體市場規(guī)模為300 億，還有2.7倍的空間。
國內(nèi)本體市場份額以四大家族為主，經(jīng)濟型本體是國產(chǎn)機器人本體的發(fā)展方向。在汽車領(lǐng)域，國內(nèi)機器人企業(yè)短期不能和國外企業(yè)競爭。開發(fā)應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)以外一般制造業(yè)的經(jīng)濟型機器人是國產(chǎn)機器人本體現(xiàn)階段的發(fā)展方向。經(jīng)濟型本體包括低成本的六軸通用機器人和三、四軸專用機器人。
4.3. 機器人產(chǎn)業(yè)鏈下游——制造業(yè)為核心，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛
從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，機器人本體（單元）是機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而下游系統(tǒng)集成則是機器人商業(yè)化、大規(guī)模普及的關(guān)鍵。只有機器人裸機是不能完成任何工作的，需要通過系統(tǒng)集成之后才能為終端客戶所用。系統(tǒng)集成方案解決商處于機器人產(chǎn)業(yè)鏈的下游應(yīng)用端，為終端客戶提供應(yīng)用解決方案，其負責(zé)工業(yè)機器人軟件系統(tǒng)開發(fā)和集成，是工業(yè)機器人自動作業(yè)的重要構(gòu)成。在我國，系統(tǒng)集成商多是從國外購置機器人整機，根據(jù)不同行業(yè)或客戶的需求，制定符合生產(chǎn)需求的解決方案。
中國的機器人公司多集中在機器人系統(tǒng)集成領(lǐng)域，普遍規(guī)模較小，年產(chǎn)值不高，面臨強大的競爭壓力。 根據(jù)高工產(chǎn)研機器人研究院（GGII）的數(shù)據(jù)顯示，截至2014年9月，中國機器人相關(guān)企業(yè)428家，其中系統(tǒng)集成商就占88%，并且從相關(guān)市場數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)階段國內(nèi)集成商規(guī)模都不大，銷售收入1個億以下的企業(yè)占大部分，能做到5個億的就是行業(yè)的佼佼者，10個億以上的全國范圍屈指可數(shù)。由于硬件產(chǎn)品價格逐年下降、利潤也越來越薄，僅靠項目帶動硬件產(chǎn)品的銷售模式已經(jīng)成為過去時，同時進入系統(tǒng)集成這個領(lǐng)域的門檻越來越低，競爭就更為激烈。系統(tǒng)集成的壁壘相對較低，與上下游議價能力較弱，毛利水平不高，但其市場規(guī)模要遠遠大于本體市場。
機器人下游客戶眾多，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，目前我國機器人主要應(yīng)用在金屬機械、電子和汽車領(lǐng)域。
近年來國內(nèi)還是涌現(xiàn)一批工業(yè)機器人系統(tǒng)集成行業(yè)領(lǐng)軍者。國內(nèi)涉足下游集成應(yīng)用領(lǐng)域的上市公司包括新松機器人、博實股份、天奇股份、廣州數(shù)控、埃斯頓等，其中新松機器人為國內(nèi)最大的系統(tǒng)集成商，主要從事工業(yè)機器人及自動化成套裝備系統(tǒng)的研發(fā)、制造。新三板公司有伯朗特、林克曼、拓斯達等。
