被垄断80%市场份额,这个产业中国比日本更着急

“其实我们等待这一天已经很久了。”研发人员陈宇,参与了中国首批具有完全自主知识产权焊接机器人,曾如此表示。

近年来,我国工业机器人产量和销量出现双增,制造业市场从未像今天这般迫切需要工业机器人。据国家统计局数据,2021年中国工业机器人产量达36.6万台,同比增长54.4%;销量为25.6万台,同比增长48.8%。据《“十四五”机器人产业发展规划》,我国已经连续8年成为全球最大的工业机器人消费国。

然而,在国内工业机器人市场趋势向好的情况下,工业机器人厂商也面临许多问题,其中成本问题尤为紧要。

成本,成本,还是成本

对于企业而言,降低成本永远是真命题,工业机器人厂商也不例外。

如果将一台工业机器人分拆开来,其组件包罗上游核心零部件、中游机器人本体、下游系统集成三大部分。其中上游核心零部件技术难度最大,成本占比高达7成;中游机器人本体技术难度跟随上游核心零部件,成本占比约20%;下游系统集成技术难度较低,主要取决于落地场景。

值得注意的是,一台完整的工业机器人的零部件远不止上述三类。以协作机器报答例,除了减速器、控制器和伺服系统,协作机器人还使用直驱电机、模块化的编码器、关节力矩传感器和安全控制器等特殊的零部件。且若上游零部件成本价格居高不下,中游机器人本体和下游集成系统的成本和价格也将难以下降。

从成本占比最高的工业机器人上游核心零部件来看,上游核心零部件主要分为减速器、控制器和伺服系统。据亿欧智库《2022中国工业机器人市场研究报告》,该三大核心零部件的成本占工业机器人总体成本的60%,其中减速器成本占比最高,达30%,其次是伺服系统(20%)和控制器(10%)。

此外,就毛利率来看,上游核心零部件的毛利率也更高,其中成本占比最高的减速器的毛利率也最高,达40%,其次是伺服系统(35%)和控制器(25%)。

减速器于机器人,就像动力电池于智能汽车,其重要性和成本占比都最高。所以,这里我们重点关注工业机器人上游核心零部件中成本占比最高的减速器。

减速器作为伺服系统的搭档,相当于安装在伺服电机和执行机构之间的“刹车”。减速器的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。

目前,市面上加速器包罗RV减速器和谐波减速器两款主流减速器及Spinea特用减速器,三者占比别离为4:4:2。其中RV减速器与谐波减速器在应用上呈互补关系,前者主要应用于20KG以上的机器人关节,后者则在20KG以内的机器人关节。

不同类型的机器人以其结构的区别对减速器的需求也有所区别,相关调研数据显示,在目前投入应用的机器人中,通常来说,多关节机器人所需减速器最多,平均一台多关节机器人需要3.5台谐波减速机和4台RV减速机;坐标机器人平均需要1台谐波减速机和3台RV减速机;SCARA机器人和并联机器人则别离需要3台和1台谐波减速机。

据IFR统计,2020年以来,全球工业机器人销量总体呈现上升趋势,且受此带动,作为工业机器人的核心零部件,机器人减速器市场也迎来高速发展。

在减速器供给方面,据中国通用机械工业协会、中国机械工业联合会机经网数据,近年来中国减速器产量波动较大。2019年我国减速器产量增长较快,达到852万台,同比增长51.3%;2020年,中国减速器生产不变增长,产量为917万台,同比增长7.6%;2021年我国减速器产量有望突破1000万台。

减速器国产替代“进行时”

据Business Research Company数据,2015-2019年,全球减速器市场由2849亿元增长至4053亿元,年均复合增长率达到9.2%。

减速器市场是一块大蛋糕,不外遗憾的是,目前国内机器人公司在包罗“控制器”“伺服系统”“减速器”的工业机器人三大核心零部件话语权均不高。

总体来看,国内机器人企业主要集中在机器人中游本体制造和下游集成环节,在核心零部件领域同国外厂商仍有必然差距。其中,减速器具有较高的技术壁垒,该领域基本被日本企业垄断。

据2021年3月哈工大机器人(合肥)国际创新研究院发布的《中国机器人产业发展报告(2020~2021)》统计数据,截至2020年,日本机器人减速器企业占据了全球80%以上的市场份额。其中,日本纳博特斯克市场占有率达到60%,排名第一;日本哈默纳科(谐波传动系统有限公司)的市场占有率达到15%,排名第二。其他减速器市场参与者还包罗日本新宝、住友电工等。

实际上,减速器在我国的发展已有近40年的历史,广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域。数十年间,减速器产品已从最初单一的摆线减速机,发展到现在的多品类,即摆线减速机、无级变速器、齿轮减速机、蜗轮蜗杆减速器、电动滚筒等。

“十二五”期间,节能减排环保型减速器逐渐取代高能耗、高污染、低效率减速器,减速器行业进入大改革,慢慢摆脱对囯外技术的依赖,减速器厂商开始自主研发节能环保型产品。2015年以来,《中国制造2025》要求突破突破机器人减速器等高端产品的技术,国内减速机技术逐渐开始进入追赶期,随着国内RV减速器和谐波减速器的部分量产,国内精密减速器行业进入国产替代阶段。

以谐波减速器为例,该减速器技术壁垒高,向上突破难度大,但一旦实现大规模国产替代,厂商也能够享受更多技术红利。国内谐波减速器厂商绿的谐波曾测算,2020年国内工业机器人用谐波减速器国产化率约27%,假设2025年国产化率提升至40%,将对应19亿元市场空间。谐波减速器实现国产替代、自主可控是核心零部件发展的必经之路。

绿的谐波2021年报显示,该公司报告期内主营收入4.43亿元,同比上升104.77%;归母净利润1.89亿元,同比上升130.56%;扣非净利润1.47亿元,同比上升214.47%。其中2021年第四季度单季度主营收入1.24亿元,同比上升82.95%;单季度归母净利润4724.28万元,同比上升154.36%;单季度扣非净利润3775.94万元,同比上升203.97%;毛利率52.52%。

绿的谐波在财报中表示,该公司实现营收和净利的双增长,主要是下游机器人厂商采用国产减速器实现进口替代。

华福证券表示,借鉴日本工业机器人崛起之路,核心零部件的自主可控是中国工业机器人崛起的前提。

日本从欧美引进工业机器人技术,并逐步发展为全球机器人产业最强大的国家。究其原因,除了劳动力缺乏倒逼、政策支持、下游汽车和3C产业的培育之外,全产业链协同发展是主要驱动力。完整的产业链使日系机器人厂商具有成本低、周期短的零部件供应优势,更具行业竞争力。

核心零部件是工业机器人获胜的制高点。目前来看,谐波减速器已实现技术突破,可实现进口替代,但RV减速器由于传动精度、扭转刚度、不变性等性能问题,仍然依赖进口。这是掣肘国内机器人厂商发展的“症结”,同时也是国产RV减速器厂商的突破机会。

尾声

任何事物都是不竭向前发展的,减速器的技术变化也在时刻发生。

如今,将减速器、电机、电子设备等部件模块化集成于单一机电驱动系统的机电一体化产品,正在成为减速器企业品类发展新趋势。

机电一体化产品通过集成动力传动及控制功能,简化设计、节省空间,极大提高了电机和减速器的契合度、可靠性和自动化程度,提升机械设备的运行效率。

国外减速器厂商哈默纳科率先提出“整体运动控制”概念,将谐波减速器与电机、传感器等组合,提供高附加值模块化产品,该公司如今已形成谐波减速器、机电一体化两大业务。

无独有偶,国内减速器厂商也正在发力,力求迎头赶上新趋势。比如绿的谐波也已经形成以谐波减速器、机电一体化产品、精密零部件为主的产品布局,覆盖多个下游领域。

“亿欧网”(ID:i-yiou),作者:苑晶铭,编纂:陈俊一 常亮,经。

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