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必威体育官网下载行业热潮下的冷思考,机器人企业如何才能突破临界点上行?

时间:2022-07-20

来源:机器人生态圈

导语:必威体育官网下载工业机器人是智能制造落地层面不可或缺的组成部分,是提升制造工艺和串联生产工序的关键。恰逢国内传统制造业转型升级的大环境下,机器人产业将会不断丰富细分领域的应用场景。

  优化劳动力配置需求和智能制造的双重机遇下,机器人市场成为了近年来最为热门的赛道,中国也正在孕育着全球最大的机器人市场。 工业机器人是智能制造落地层面不可或缺的组成部分,是提升制造工艺和串联生产工序的关键。恰逢国内传统制造业转型升级的大环境下,机器人产业将会不断丰富细分领域的应用场景。

必威体育官网下载  《“十四五”机器人产业发展规划》提出,到2025年,中国将成为全球机器人技术创新策源地、高端制造集聚地和集成应用新高地,机器人产业营业收入年均增长超过20%,服务机器人行业的发展上升至国家战略部署高度。

  1、深耕十年,机器人行业的变迁

必威体育官网下载  在10年前,机器人并不火,也还是一个小众的行业。

  彼时中国机器人公司并不多,绝大部分是由产业出发,依据固有的工业产业背景进入机器人领域。伴随着优化劳动力配置需求的增加以及智能制造2025相关政策的提出,2014年-2015年机器人行业迎来第一次高潮。

  起初,大家认为机器人没有大规模使用是因为成本,于是开始尝试国产替代,通过集中团购等模式降低核心零部件采购成本,进而降低本体成本。但是很快,行业里又发现这样穿的模式行不通,一方面零部件无法快速跟上,另一方面国产成本虽然更低,但销量仍不够大。

  于是,行业开始关注应用场景落地。

必威体育官网下载  到了2017年,大量的创业公司进入机器人领域,投资人也开始活跃。

  但是,优化劳动力配置刚提出的时候,对于很多制造业的老板而言,机器人的需求并不刚需,大家也没想好机器人到底能够帮助做什么事情。

  2018年至2019年,机器人赛道进入低潮。

  一方面投资人的资金不足,另一方面机器人市场也不旺盛,整个行业衰退、收缩得比较厉害。

  但是疫情为机器人行业带来了第二个高潮。

必威体育官网下载  疫情之下,制造业的不确定性、中国人口红利的消失、作业人口的变少以及人工成本的增高,使得传统用工方式引发了不确定性和损耗。

  在经过五六年的发展,大家逐渐对轻量领域的国产机器人建立了信心。疫情激发了机器人消费需求,将机器人从增值性投资变成必须性消费。

必威体育官网下载  从2020年开始,中国国产机器人的黄金10年到来了。

  纵观人类的发展史,我们会发现,当社会经济、文明发展到一定程度后,人口的老龄化和就业人口逐渐转向服务业已成为必然趋势。

必威体育官网下载  伴随着产业链的不断完善并形成规模效应,机器人公司整体的制造成本在稳步降低,国产机器人在国际市场上价格优势逐渐凸显。成本和效率成为中国服务机器人产业的一大优势。

  2、我国机器人在全球发展情况如何

必威体育官网下载  一句话,“大市场,弱产品”。所谓“大市场”,是指中国连续多年成为全球最大的工业机器人消费国。根据国际机器人技术联合会IFR2021年底统计,世界各国和地区,每1万名工人使用126台机器人,比2015年提升了两倍。中国的情况要大大高过这数值。中国机器人密度,2020年为246台每万工人,几乎是2015年的49台每万名工人的5倍。

  IFR主席Milton Guerry表示,机器人密度是跟踪全球制造业自动化采用程度的晴雨表。从数据上来看,中国乃至亚洲制造业发展蓄势待发。

必威体育官网下载  然而,乐观背后却藏着隐忧。这里有一个值得注意的消息,据《近十年机器人行业融资分析报告》统计,我国机器人产业从2011年起至今,累计融资事件2661件,总融资金额超1385亿元。从2016年,融资达到最高峰519起后,热度逐渐减退,2020年下降至242起。并且分轮次来看,我国机器人行业融资目前仍主要聚集于A轮及其相关(Pre-A轮/A轮/A+轮)阶段。

  3、资本市场为何减少对国产机器人的关注

  资本市场对国产机器人关注减少的原因主要是产品实力较弱。“弱产品”造成了我国市场份额多被为日本企业占据,反映了核心零部件仍依赖进口的尴尬现实。

必威体育官网下载  打个比方,机器人产业链可分成上中下3个层次:上游是核心零部件,主要是减速机和控制系统,这相当于机器人的“大脑”;中游是机器人本体,即机器人的“身体”;下游则是系统集成商,依赖上游和中游的核心设备做集成品。

必威体育官网下载  虽然国产品牌占领了一定市场份额,但有一点无法否认,由于机器人产业属于高技术壁垒产业,行业门槛高,因此大部分国内企业不得不选择技术要求相对较低的中下游发展。

  反过来看,以发那科、ABB、安川电机为代表的日本品牌,占领了中国工业机器人产业56%以上的市场份额,并以提前入局的先发优势和领先的科研水平,占据着利润较高的高端市场,持续享受着我国“大市场”快速发展的行业红利。

  不仅如此,工业机器人产业全球重要专利申请人中也不见中国本土企业的身影。

  据了解,日本的安川电机公司和发那科公司分别以5823项4512项专利申请位居全球前两位,ABB有2231项、三星2016项、日立1907项。这也进一步验证了中国工业机器人目前技术积累薄弱,产能相对偏中低端。对中国工业机器人产业而言,还需在技术和产品上优化升级。若想要进军产业上游,那必须从本质上获得突破,需要付出更多的耐心和投入。

  另根据MIRDATA统计,国产工业机器人必威体育官网下载品牌在国内的出货量市占率从2020年29%提升至2021第一季度到第三季度的31%,已经达到国产替代的临界点。临界点产业生命周期线上的一个拐点,发展条件具备了可以超越上行,反之则原地徘徊。

  4、需要具备什么条件才能突破临界点上行

  发展工业机器人当务之急是翻越“三座大山”,这“三座大山”是工业机器人的核心零部件,分别是减速器,伺服电机和控制器。

  从机器人成本构成来看,这三部件成本占70%左右,即减速器占成本构成35%左右,伺服电机占23%左右,控制器占12%左右,而机械加工本体约占20%左右,其他10%则是应用。如前文提及,三大核心零部件被国外品牌所控制。国内工业机器人市占率已经达到了31%的临界点,但其中约85%的减速器、70%的伺服电机、超过80%的控制器,仍然需要依赖进口。

  第一,伺服电机竞争激烈,国外品牌掌握话语权。伺服电机在机器人中用作执行单元,是影响机器人工作性能的主要因素。伺服电机主要分为步进、交流和直流,机器人行业应用最多的是交流伺服,约占65%伺服电机与控制器关联紧密。目前国产伺服系统与国际先进水平在动力输出功率方面大体相同,没有明显差距,差距主要体现在响应速度、大小和稳定性等方面。

必威体育官网下载  目前国内伺服电机市场仍然是以国外品牌为主,主要是来自日本、德国和美国品牌,日本品牌在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势;欧美品牌在高端设备和生产线比较有竞争力。在运动控制性能方面,欧系产品优势更为明显,尤其在要求高速度和精度的领域。日系伺服产品的稳定性较好,可以满足大部分应用领域的需求,尤其是小功率电机,优势明显。

  我国伺服系统必威体育官网下载自主配套能力已现雏形,较大规模的伺服品牌有20余家。国产产品功率范围多在22kW以内,技术路线上与日系产品接近。相比之下,国产伺服品牌起步较晚,多是以原步进产品的供应商及数控产品提供商发展而来,以低端市场为主要竞争格局,近几年国产伺服产品销售业绩也是处在逐步上升的态势。

  第二,减速机市场垄断程度较高,国产减速机无法实现全面进口替代。减速机用来精确控制机器人动作,传输更大的力矩。分为两种,安装在机座、大臂、肩膀等重负载位置的RV减速机和安装在小臂、腕部或手部等轻负载位置的谐波减速机。

  减速机在三大核心部件中的制造难度最高,核心难点主要在于精密加工、齿面热处理、装配精度、大规模生产与检测等工艺环节上,这恰恰是我国制造业基础配套体系中最薄弱的部分,需要长期的经验积累。

必威体育官网下载  与国外产品相比,国产减速器尤其是大中型减速器,在使用寿命及稳定性上有较大差距,刚刚投入使用时各项性能接近国外产品,但随着一段时间的使用后磨损加剧,出现漏油,以及精度、刚度等指标有所下降,这种不稳定性使得国产减速器大多只能应用于中低端市场,很难进入国际一线工业机器人品牌的供应链。

  减速器作为纯粹的机械零件,核心技术与工业机器人并不相关,因此包括ABB、发那科、安川、库卡在内的工业机器人巨头均不自研减速器,全面依赖对外采购。目前市场常见的两大类RV减速器和谐波减速器市场,主要由日系厂商供货,其中纳博特斯克与哈默纳科两家日本公司分别在RV减速器领域和谐波减速器领域处于高度垄断地位。

  国产减速器厂商近年来有一定的进步,近年来逐步开始进入国际主流机器人厂商进行测试,有望在未来1-2年内实现快速放量。而在RV减速器领域,由于其复杂且精密的机械结构,加工难度较大,国产RV减速器厂商与日系品牌还有很大差距。

  第三,控制器国内外差距相对较小。控制器是机器人的大脑,负责控制整台机器人的运动,核心技术集中于软件算法。控制器最能体现各个厂商的调教水平与风格,一般由机器人厂家自主设计研发,是各个机器人厂商的“软实力”。

  对于硬件和软件两部分:硬件就是工业控制板卡,包括一些主控单元、信号处理部分等电路,国产品牌已经掌握;软件部分主要是控制算法、二次开发等,国产品牌在稳定性、响应速度、易用性等还有差距。

必威体育官网下载  控制器的问题在于,由于其“神经中枢”的地位和门槛相对较低,成熟机器人厂商一般自行开发控制器,以保证稳定性和维护技术体系。因此控制器的市场份额基本跟机器人本体一致。

  国内部分知名的机器人制造企业均已实现了控制器的自主生产。与国际先进水平相比,国产控制器还存在较大差距,主要体现在核心底层算法上,例如参数自整定,抑震算法,转矩波动补偿等,导致国产工业机器人精确性、稳定性、故障率和易用性等关键指标不如国外产品。

  当前工业机器人需要实现的动作愈加复杂,想要在高速的运动中实现精准的控制,其背后需要的是长期的多轴联动控制技术积累,控制器必须足够“聪明”,而先进核心算法的缺失使国产控制器要想从“能用”到“好用”还有很长的路要走。

  形象地讲,如果工业机器人是一片连绵的山脉,“三座大山”仅仅是其中几个山头,此外还有材料、工艺、软件、算法等诸多“险峰”。如果我们看得更长远些,还有核心部件的核心部件、关键制造设备、以及使用关键设备的工艺与技术等一系列难题均需攻克。

  主要来源:中国机器人峰会,中国战略新兴产业,36氪广东


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