工業自動化之工業機器人行業綜述
工業機器人的定義
根據國際機器人聯合會（IFR）的定義，工業機器人是一種固定或移動地應用在工業自動化中的可自動控制、可重複編程、多用途、三軸或更多軸機器。已成為柔性製造系統（FMS）、自動化工廠（FA）、計算機集成製造系統（CIMS）的自動化工具。
工業機器人的分類
按程序輸入方式
編程輸入型、示教輸入型等
按運動坐標形式
關節型機器人、圓柱坐標機器人、直角坐標機器人、並聯機器人、SCARA（平面關節型）機器人等
按驅動方式
液壓驅動、氣壓驅動、電氣驅動等
按應用領域
焊接、裝配、搬運碼垛、上下料、打磨噴塗、切割加工等
其中，關節型機器人，是目前應用最廣泛的機器人，自由度多在六軸或以上，具備高精度、高效率和高靈活性等優勢，應用於汽車製造、焊接等高端行業領域。
工業機器人的構成
一個完整的工業機器人由感測、控制、機械三部分組成，主要包括控制系統、驅動系統、機械結構系統、感受系統等。
控制系統，控制驅動系統，讓執行系統按照規定的要求工作，核心為控制演算法（如路徑計算和判斷）；
驅動系統，向執行系統提供動力，主要為電動式驅動，包括伺服電機和伺服驅動器；
機械結構系統，主要包括減速器、執行作業部分（如機械臂）等；
感受系統，用於感知外界環境的信號刺激，如溫度、聲覺、光覺、力覺等。
工業機器人的發展
40-50年代，1954年第一台可編程機器人誕生，具備機器人雛形；
60-70年代，工業機器人示教再現型開始應用，按程序重複作業；
80-90年代，工業機器人具備初步感知、反饋能力，逐步在工業生產中廣泛應用；
20世紀至今，工業機器人升級，具備邏輯思維、決策能力（製造業升級、工業自動化）。
工業機器人的市場
根據IFR數據，2016年全球工業機器人銷量29.4萬台，同比增長16%，保有量182.8萬台，同比增長12%。同時，預計未來幾年全球工業機器人年銷量按15%速度增長。
分地區看，2016年中國工業機器人銷量8.7萬台，佔比29.59%，位居首位，前五大地區（中國、韓國、日本、美國、德國）合計佔比74%。
分行業看，汽車行業機器人需求量最高，其次是電子行業，增速最快。
根據高工產業研究院（GGII）數據顯示，2016年中國工業機器人銷量8.5萬台（與IFR統計存在差異），增長23.91%，總產值135億，平均單價15.88萬，其中：國產機器人銷量1.6萬台，佔比19%。
關節型機器人方面，國內銷量4.5萬台，其中：國產關節型機器人約8000台。
2017年上半年，根據中國機器人產業聯盟（CRIA）數據，國產工業機器人銷售1.85萬台，同比增長19.1%，其中：多關節機器人銷售7423台，佔比40.1%，同比增長44.9%；坐標機器人銷售6083台，佔比32.8%，下降14.4%。
儘管目前國產工業機器人出貨量佔比達到20%左右的水平，但國產機器人主要集中在坐標型機器人等技術門檻相對低的機器人領域，在關節型機器人中，國產率仍不足10%，六軸及以上關節型機器人佔比更低。
國內工業機器人的規劃
根據《中國製造2025》的規劃，2020年、2025年和2030年國內工業機器人銷量的目標分別是15萬台、26萬台和40萬台。
根據《機器人產業發展規劃（2016-2020年）》的規劃，對於2020年的發展目標，提出自主品牌工業機器人年產量達到10萬台，六軸及以上工業機器人年產量達到5萬台以上。
工業機器人的產業鏈
工業機器人產業鏈相對較短，包括：上游--零部件供應商，主要提供伺服電機、減速器、控制器等零部件；中游--工業機器人本體製造商；下游--工業機器人應用系統集成。
從工業機器人成本構成來看，上游核心零部件（減速器、伺服電機及控制器）佔比達70-80%，其中：減速器佔比33-38%，驅動及伺服電機佔比20-25%，控制器佔10-15%，機器人本體佔比20%。
從工業機器人進口數據看，核心零部件進口依賴較大，其中：控制器進口率80%、伺服電機進口率80%、減速器進口率75%。核心零部件的進口依賴導致了國產機器人成本遠高於進口機器人成本，有消息顯示，一台165kg焊接機器人成本國內約為29.9萬元，國外大約為16.86萬元。
從毛利率水平看，上游零部件毛利率水平最高，其中：減速器毛利率高達40%、伺服電機35%、控制器25%，下游系統集成毛利率35%，中游本體製造毛利率最低，僅約15%。
工業機器人控制器
工業機器人控制器，主要任務是控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態和軌跡、操作順序及動作的時間等。
控制器占機器人成本的10-15%，主流控制器均在通用的多軸運動控制器平台基礎上研發。
通常，控制器、軟體和本體，由機器人廠家自主設計研發，各品牌的機器人均由自己的控制系統與之匹配。因此，控制器的市場份額基本和機器人保持一致。
近年來，國內運動控制(包括CNC)技術有了較快的發展。一些傳統生產數控設備的廠家也開始研製具有運動控制特徵的產品。
目前，市場控制器主要供應商包括國外幾大主機廠商和國內的眾為興、固高科技等企業，其中固高科技在PC-BASED控制器領域市佔率接近50%。
國產控制器主要廠商：
公司
項目內容
新松機器人
控制器已實現自製，SIASUN-GRC機器人控制器，為國內第一個可商品化的機器人控制器，屬於通用機器人控制器，完全可以應用於其他的場合。目前已作為RH6-A弧焊機器人的配套控制器，批量生產
固高科技
自主研發基於PC的開放式運動控制器、嵌入式運動控制器、網路式運動控制器、計算機可編程自動化控制器，涵蓋了從三軸到八軸各類型號機器人，其中技術難度最大的八軸機器人控制系統已實現批量生產。如：GUC系列
英威騰
繼承邁科訊的團隊、技術、產品，先後開發了MTC、IMP等標準型系列運動控制卡及IMC高性能運動控制器。如：MTC系列
卡普諾
在多種匯流排開發上實現全自主開發，優化機器人運動軌跡演算法，連續三年成為國內應用範圍最廣、銷售量最大的國產工業機器人控制系統生產商。如：CRP-S40/80
新時達
2014年收購運動控制器企業深圳眾為興，擴大在運動控制和伺服驅動的布局。如：ADT系列
廣州數控
在伺服控制技術上擁有20多年研發經驗，憑藉在數控系統等相關技術，快速切入工業機器人領域，推出機器人控制器。如：GSK-RC系列
埃斯頓
2017年收購TRIO100%股權，TRIO主要為工業自動化領域提供高精度和高可靠性運動控制技術，是全球運動控制行業領軍企業之一
華中數控
1999年開發出華中1型機器人控制系統，目前已掌握多項機器人控制和伺服電機的關鍵核心技術
匯川技術
涵蓋伺服、變頻器、PLC等產品，研發生產機器人專用控制器，向高端機器人產品發展
工業機器人減速器
減速器是機器人中技術壁壘最高的關鍵零部件，占機器人成本的33-38%。
根據結構不同，可分為RV減速器、諧波減速器、精密行星減速器等，其中，RV減速機和諧波減速器為核心減速器。
目前，全球絕大多數市場份額都被日本企業佔據，在工業用機器人關節上的精密減速機上，納博特斯克產品的全球市場佔有率達60%，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速器市場佔有率高達90%。哈默納科的諧波減速機約佔全球市場的15%。
包括ABB、FANUC和KUKA等國際主流機器人廠商的減速機均由納博特斯克和哈默納科這兩家公司提供。
此外，比較領先的減速器供應商還有日本住友重機械，市場佔有率約為5%。
目前，國產減速器也開始逐步發展，部分企業開始嘗試為主機廠配套提供減速器產品。
國產減速器主要廠商：
公司
項目內容
RV
減
速
機
南通振康
有減速器RV-E、RV-C、RD三個系列10種規格，具備年產3萬台能力。2015年在手訂單5000台。GGII調研顯示，2017年出貨量增長120%，已被埃夫特、歡顏等機器人廠商採用
秦川機床
GGII調研顯示，秦川機器人用減速器主要是BX-E、BX-C系列，月產能1000台左右
力克精密
2015年正式推出LKRV-E、LKRV-C、LKRV-N、LKRV-S共4大系列精密控制減速器產品，向埃斯頓和廣州啟帆供貨試用。GGII調研顯示，2017年RV減速器產量近萬台
恆豐泰
開發出CORT、HORT(RV)、KORT型號減速器20多種規格減速器，已被埃夫特、博實自動化部分採用。GGII調研顯示，產能1萬台，並於2017年下半年擴產，預計18年產能達2萬台。
諧
波
減
速
器
蘇州綠的
GGII調研顯示，蘇州綠的標準減速器產品有6大系列，共100多個型號。2015年出貨量達3萬台，價格比進口品牌便宜30-40%，用戶數量超過500家，2017年減速器出貨量同比增長近100%
浙江來福
GGII調研顯示，2017年營收預計超2000萬元，諧波減速器產品出貨量近1萬台
中技克美
GGII調研顯示，有近10個標準系列諧波減速器產品，包括XB1/2/3/6、XBF、XBFF、XBS、XBD、XBHS等，產能近2萬台。2016年企業營收2000萬元，預計2017年營收有望增長30%
工業機器人伺服電機
伺服電機是自動控制裝置中被用作執行元件的微特電機，其功能是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度。一般安裝在機器人的「關節」處，機器人的關節驅動離不開伺服系統，關節越多，機器人的柔性和精確度越高，所需的伺服電機就越多。
目前，在中國工業機器人市場，85%的伺服電機是外資品牌，其中：日本松下、安川、三菱等佔比約50%，歐美的倫茨、博世力士樂等佔比約為25%，而本土企業，大多數仍處於研製試驗階段，幾乎沒有工業化的工業機器人伺服電機。
國內較大的伺服品牌市場包括埃斯頓、匯川技術、華中數控、廣州數控、英威騰等。
其中，匯川技術提供的機器人解決方案中伺服電機和數控系統基本實現自給，埃斯頓部分型號機器人開始使用自行研製的控制器和伺服系統。
國產伺服電機主要廠商：
公司
項目內容
匯川技術
本土企業伺服系統市佔率最高，在智能裝備、工業機器人領域推出了變頻器、伺服系統、控制系統等產品，旗下幾款伺服電機都支持Ethercat乙太網通訊協議
華中數控
旗下車床伺服電機已達到國際中端水平，GK6、GK7和GM7系列實現批量生產
廣州數控
伺服系統主要用於機床、包裝機械等方面
英威騰
2011年收購伺服系統企業御能動力，伺服產品在紡織機械、包裝機械、數控車床等應用
埃斯頓
2012年完成863專項「工業機器人交流伺服系統驅動器和電機開發」，擁有自主品牌的機器人專用伺服系統，成功開發了「一拖六」交流伺服系統
工業機器人本體
機器人本體製造商負責工業機器人支柱、手臂、底座等部件與核心零部件（控制器、伺服電機、減速器）的生產、組裝及銷售，應用和集成可以本體企業自己實施，也可以由集成商完成。
國際上，工業機器人本體製造商包括庫卡、ABB、發那科、安川電機四大家，佔據全球約50%的市場份額，其中發那科佔比達到17.3%。
庫卡，主要客戶來自汽車製造領域，與德國汽車工業密不可分，產品定位偏中高端，主要應用於整車和汽配行業，收入佔比50%。
ABB，在機器人領域核心技術是運動控制系統，可輕易實現循徑精度、運動速度、周期時間、可程序設計等機器人的性能，大幅度提高生產的質量、效率以及可靠性。
發那科，作為全球最大的數控系統生產廠，從數控系統起家，涉足伺服電機製造，以此為基礎研發機器人。
安川電機，主要生產伺服和運動控制器，百年專業電氣生產商，成為日本最大的工業機器人公司。
國內大多數機器人本體企業以組裝和代加工為主，主要是三軸、四軸等中低端機器人，大部分集中在搬運、碼垛等低端應用。
根據GGII調研數據，2017年最具競爭力的國產工業機器人本體廠商包括：富士康、新松機器人、埃夫特、新時達、埃斯頓、格力、廣州數控、配天、華中數控、廣州啟帆。
其中：新松機器人、埃斯頓、新時達、華中數控為上市公司。
國產機器人非上市公司基本情況表：
公司
項目內容
埃夫特
已建成年產1萬台工業機器人裝配檢測線，完成收購專註噴塗領域的CMA和金屬高端加工及智能生產線的EVLOUT。
2016年關節型機器人出貨量1600台，增長25%，占國產關節型機器人銷量20%。（GGII數據）
廣州數控
產品負載覆蓋3-400KG，自由度包括3-6個關節。
2016年收入12億，其中機器人業務收入1.2億，工業機器人出貨900台，增長38%，已累計銷售2500台套。（GGII數據）
富士康
已開發生產FOXBOT機器人，應用於打磨拋光、噴塗、裝配、搬運等生產環節。
已部署4萬台FOXBOT機器人，具備年產1萬台FOXBOT機器人的生產能力。
格力
研發集中在本體製造及系統集成應用，2015年開始批量生產。
2016年機器人產量800餘台，2017年產量目標2000台。
配天集團
擁有11款6軸機器人，涵蓋5-180KG負載，年產能1000台。
2016年，包括自用，機器人出貨400台左右。
工業機器人系統集成
機器人系統集成，指在機器人本體上加裝夾具及其他配套系統完成特定功能，部分還包括安裝視覺控制、觸覺控制等功能。主要負責機器人應用二次開發和周邊自動化配套設備的集成。
系統集成企業工作模式是非標準化的，從訂單到方案設計，再到現場調試安裝，不同項目有其特殊性，難以複製。因此，系統集成商通常很難跨行業去發展，規模受限制，小公司居多。
從下游應用來看，汽車行業、金屬製品行業等規模佔比較大，特別是汽車行業是主要應用領域，也是系統集成商的主要競爭市場。
但對國產系統集成商而言，汽車領域國外品牌基本形成了壁壘，很難切入。隨著3C產業發展，以及其他行業需求增加，國產系統集成商有可能在其他細分行業建立優勢，並隨著細分行業發展壯大。
總結
從上述分析，我們發現國產工業機器人行業存在如下特點：
1、國產工業機器人企業處於產業鏈低端，據工信部初步統計，我國涉及生產機器人的企業超過800多家，其中超過200家是機器人本體製造企業，大部分以組裝和代加工為主，均處於產業鏈的低端，產業集中度很低，總體規模小。
2、國產工業機器人產品標準化程度低，主要應用於市場規模小的細分行業，而市場需求大、技術壁壘高的高端市場尚很難進入，如：應用於汽車製造、焊接等高端行業領域的六軸或以上高端工業機器人市場主要被日本和歐美企業佔據，佔到了85%的市場份額。
3、國產工業機器人產品成本不佔優勢，因控制器、伺服電機和減速器等零部件成本佔比較大，同時大部分核心零部件需要進口，國產機器人廠家進口成本遠高於國外廠家的採購成本，造成國產機器人成本要高於外資品牌機器人成本的30%以上。
4、國產工業機器人未來發展機會在於細分市場需求的增長，除傳統汽車行業外，其他各細分應用行業需求均出現快速增長，特別是3C領域，國產機器人有望在其他細分領域建立產品差異化優勢。也就是從下游系統集成入手，在細分領域建立產品差異化優勢。
5、國產工業機器人發展方向在於零部件的國產替代，從上游零部件入手，提升核心零部件的國產比例，降低零部件的成本價格，進而獲得成本優勢。
— END —
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