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從工業(yè)機器人角度看中國智能制造機遇

2016-08-08 09:42閱讀數(shù):2724

 智能制造中國制造2025的核心,工業(yè)機器人智能制造騰飛的重要基礎(chǔ)。制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體,是科技創(chuàng)新的主戰(zhàn)場,是立國之本和強國之基。在全球產(chǎn)業(yè)競爭格局發(fā)生重大調(diào)整,我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)的背景下,我國頒布了制造強國戰(zhàn)略第一個十年綱領(lǐng)《中國制造2025》。智能制造中國制造2025的核心,從《中國制造2025》重點突破領(lǐng)域可以看到智能制造的核心地位。智能制造是從端到網(wǎng)的層層遞進發(fā)展,可以細分著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品、推進生產(chǎn)過程智能化和深化互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應用三個方向。智能裝備和產(chǎn)品是智能制造的端,工業(yè)機器人則是智能制造的重要基礎(chǔ)。

■中國是最具發(fā)展?jié)摿Φ?span id="nrefzau" class="showtag" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">工業(yè)機器人國家,但競爭也更激烈。工業(yè)機器人在發(fā)達國家已經(jīng)取得了較快的發(fā)展,日本和德國憑借先發(fā)優(yōu)勢和技術(shù)積淀在工業(yè)機器人領(lǐng)域具備領(lǐng)先優(yōu)勢,四大家族占據(jù)了工業(yè)機器人約50%的市場份額。我國工業(yè)機器人的需求增速近5年一直處在較高水平,2014年一舉成為全球最大工業(yè)機器人消費市場。我們認為我國人力成本上升、工業(yè)機器人成本回收期的縮短、工業(yè)機器人密度的差距都將維持我國工業(yè)機器人的景氣度,中國還是最有發(fā)展?jié)摿Φ?span id="nrefzau" class="showtag" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">工業(yè)機器人國家。預計未來幾年中國機器人產(chǎn)能將成倍上升,但競爭將進一步加劇。

工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈中,上游核心零部件的受限于進口嚴重限制了我國工業(yè)機器人的發(fā)展,突破核心零部件生產(chǎn)的本土企業(yè)具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ),在競爭中具備優(yōu)勢。工業(yè)機器人的產(chǎn)業(yè)鏈上中下游分別為零部件、本體和集成,我國企業(yè)大多集中在集成端,承擔系統(tǒng)二次開發(fā)、定制部件和售后服務(wù)等附加值低的工作。這是由于核心零部件尤其是RV減速器的進口抬高了我國工業(yè)機器人的成本,嚴重制約了我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。工業(yè)機器人零部件亟需國產(chǎn)化突破,并且是規(guī)模化量產(chǎn)的突破,否則沒有意義。國內(nèi)具有機器人零部件研制、本體制造和系統(tǒng)集成能力的機器人企業(yè)才具備大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ),能在接下來的競爭中占據(jù)優(yōu)勢。

■風險提示:機器人下游應用領(lǐng)域需求不景氣的風險,核心零部件不能得到量產(chǎn)的風險

報告內(nèi)容

1.談智能制造,離不開工業(yè)機器人

1.1. 中國制造2025,締造“制造強國”戰(zhàn)略

《中國制造 2025》,是我國實施制造強國戰(zhàn)略第一個十年的行動綱領(lǐng)。為推進我國從制造大國向制造強國邁進,國務(wù)院組織編制并于2015年5月8日正式發(fā)布了《中國制造2025》,對我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和跨越發(fā)展作了整體部署。《中國制造2025》提出通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標:第一步,到 2025 年邁入制造強國行列;第二步,到 2035 年我國制造業(yè)整體達到世界制造強國陣營中等水平;第三步,到新中國成立一百年時,我制造業(yè)大國地位更加鞏固,綜合實力進入世界制造強國前列。

1.2. 智能制造中國制造2025的靈魂

1.2.1. “智能制造”愿景描述

智能制造是指在生產(chǎn)過程中,將智能裝備通過通信技術(shù)有機連接起來,實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化;并通過各類感知技術(shù)收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù),通過工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段,上傳至工業(yè)服務(wù)器,在工業(yè)軟件系統(tǒng)的管理下進行數(shù)據(jù)處理分析,并與企業(yè)資源管理軟件相結(jié)合,提供最優(yōu)化的生產(chǎn)方案或者定制化生產(chǎn),最終實現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

智能制造不是空穴來風,它與德國提出的“工業(yè) 4.0”方向趨同,是我國乃至世界制造業(yè)的發(fā)展方向。智能制造的提出遠早于《中國制造2025》,最早是以“改造和提升制造業(yè)”的形式提出。

1.2.2. 智能制造中國制造2025的核心

中國制造2025》要推動的是智能化升級。自動化是我們所處的工業(yè)3.0版本,《中國制造2025》更強調(diào)的是推動信息化升級,達到智能化。在智能制造中,“端”——智能裝備通過通信技術(shù)有機連接起來,實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化,通過各類感知技術(shù)收集生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù),通過“網(wǎng)”——工業(yè)以太網(wǎng)等通信手段,上傳至“云”——工業(yè)服務(wù)器,在工業(yè)軟件系統(tǒng)MES的管理下進行數(shù)據(jù)處理分析,并與企業(yè)資源管理軟件ERP相結(jié)合,優(yōu)化生產(chǎn)方案、實現(xiàn)定制化生產(chǎn),形成“設(shè)計-開發(fā)-質(zhì)量管理-服務(wù)”的閉環(huán)。

從《中國制造2025》重點突破領(lǐng)域可以看到智能制造的核心地位。制造業(yè)覆蓋很廣,必須堅持整體推進、重點突破?!?span id="nrefzau" class="showtag" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">中國制造2025》圍繞經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全重大需求,選擇 10 大優(yōu)勢和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)作為突破點,力爭到 2025 年達到國際領(lǐng)先地位或國際先進水平。它們是:新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)業(yè)裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械。我們對著十大領(lǐng)域的發(fā)展重點/應用示范工程,七大領(lǐng)域?qū)?span id="nrefzau" class="showtag" style="margin: 0px; padding: 0px; border: 0px;">智能制造有著明確相關(guān)要求。

1.3. 智能制造,工業(yè)機器人領(lǐng)舞

1.3.1. 智能制造是從端到網(wǎng)的智能連接

根據(jù)我們對行業(yè)的實際訪談,得知:智能制造發(fā)展不是一蹴而就的,而是“自動信息化”、“互聯(lián)化”到“智能化”層層遞進、演變發(fā)展的。產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋智能裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)軟件及將上述環(huán)節(jié)有機結(jié)合的自動化系統(tǒng)集成及生產(chǎn)線集成等。

1.3.2. 工業(yè)機器人智能制造的重要基礎(chǔ)

智能裝備和產(chǎn)品是智能制造的實現(xiàn)端,工業(yè)機器人是智能裝備的重要基礎(chǔ)。智能制造實際是信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合發(fā)展,可以細分著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品、推進生產(chǎn)過程智能化和深化互聯(lián)網(wǎng)在制造領(lǐng)域的應用三個方向。三個方向中,智能裝備和產(chǎn)品是智能制造的實現(xiàn)端,智能裝備和產(chǎn)品中,最為重要的體現(xiàn)則是工業(yè)機器人。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。圍繞汽車、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等應用需求,工業(yè)機器人將為智能制造中智能裝備的普及代表。

2.中國是最具潛能的工業(yè)機器人發(fā)展國家

2.1. 工業(yè)機器人在發(fā)達國家已經(jīng)獲得快速發(fā)展

機器代人熱潮使工業(yè)機器產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展。工業(yè)機器人誕生于上世紀40年代的實驗室里,20多年后才在日本開始產(chǎn)業(yè)化。 21 世紀以來,隨著勞動力成本的不斷提高,技術(shù)的不斷進步,各國陸續(xù)進行制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與升級,出現(xiàn)了機器人替代人的熱潮,工業(yè)機器人自動化裝備備得到了快速發(fā)展。據(jù)國際機器人工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計, 2014年全球工業(yè)機器人銷量達到22.92萬臺,同比增長28.7%。2008年至2014 年,工業(yè)機器人期間復合增長率達到30.7%,正處在快速發(fā)展期。工業(yè)機器人已廣泛應用于汽車、電子電氣、金屬和機械等領(lǐng)域,在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),是未來實現(xiàn)工業(yè)自動化、數(shù)字化、智能化的保障。

日本、德國的工業(yè)機器人水平全球領(lǐng)先,四大家族為全球主要的工業(yè)機器人供應商,這主要因為他們具備先發(fā)優(yōu)勢和技術(shù)沉淀。日本在工業(yè)機器人關(guān)鍵零部件(減速機、伺服電機等)的研發(fā)方面具備較強的技術(shù)壁壘。德國工業(yè)機器人在原材料、本體零部件和系統(tǒng)集成方面有一定優(yōu)勢。從全球來看,日本和歐洲是工業(yè)機器人的主要產(chǎn)地,ABB、發(fā)那科(FANUC)、庫卡(KUKA)和安川電機(YASKAWA)這四家企業(yè)是工業(yè)機器人的四大家族,成為全球主要的工業(yè)機器人供貨商,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)全球約50%的市場份額。

2.2. 工業(yè)機器人在中國還有很高發(fā)展?jié)撃?/p>

2.2.1. 我國已成為工業(yè)機器人最大的消費市場,景氣度仍在提升

對比工業(yè)發(fā)達的日本、德國和美國,我國工業(yè)機器人需求增速的走向與他們大致相同,但增速一直較高。在2013年以前,日本一直是全球最大的工業(yè)機器人市場,但自2011年以來日本工業(yè)機器人的增速較為平緩。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。

2.2.2. 未來這種趨勢會保持嗎?

從機器人保有密度上看,會。取每萬人擁有的機器人數(shù)量為機器人保有密度指標,我國2014年為36臺/萬人,日本為314臺/萬人,德國為292臺/萬人,韓國為478臺/萬人,中國臺灣為138臺/萬人,全球平均為66臺/萬人。我國的機器人保有密度不僅與先進工業(yè)國家有差距有十倍之多,與全球平均水平相比都有翻番空間,這種差距也間接的顯示了未來工業(yè)機器人的需求空間。

從機器人的成本回收期看,會。根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù),我國制造業(yè)城鎮(zhèn)單位就業(yè)人員的年平均工資從2010年都 30943萬元增長到2014年的51369萬元,年均增速達到13%。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)的資料,工業(yè)機器人的成本逐年遞減4%。以435KG 的六軸機器人為例,其回收周期將由2010年4.96年下降到2043年1.22年。隨著人力成本的上升、老齡化的加劇,我國數(shù)量龐大、低成本勞動力優(yōu)勢在逐漸喪失,基礎(chǔ)性工作招人越來越難。工業(yè)機器人成本的下降,機器人的投資回收期還將進一步縮短,將有助于機器人逐步實現(xiàn)勞動力替代。

機器人換人的節(jié)奏仍然沒有結(jié)束,隨著人工成本進一步提升,機器人價格進一步下滑,機器人在下游應用的領(lǐng)域逐步拓寬,機器人需求仍然保持景氣向上。

2.2.3. 國產(chǎn)機器人迎來巨大替代空間

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。我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚,受零部件供應、相關(guān)技術(shù)和加工工藝等因素影響,中國市場上工業(yè)機器人基本被以ABB、庫卡、發(fā)那科和安川四大巨頭為主的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。中國處于工業(yè)機器人生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈下游,多數(shù)廠商承擔系統(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。

3.工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析

3.1. 工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈

工業(yè)機器人具備在高危環(huán)境下生產(chǎn)、生產(chǎn)效率高、穩(wěn)定性強、精度高等特點,它是通過編程或示教方式實現(xiàn)自動化,同時具備擬人形態(tài)及功能的裝置,主要由本體、伺服電機、減速機、控制器、傳感器等核心零部件構(gòu)成,操作系統(tǒng)包括伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)等。

機器人自動化行業(yè)按產(chǎn)業(yè)鏈分為上游、中游和下游。上游生產(chǎn)核心零部件:包括減速器、伺服系統(tǒng)、控制器;中游是本體生產(chǎn)商,包括工業(yè)機器人本體、服務(wù)機器人本體。下游是系統(tǒng)集成商,包括單項系統(tǒng)集成商、綜合系統(tǒng)集成商。

工業(yè)機器人優(yōu)于傳統(tǒng)的機械設(shè)備的原因主要在于上游的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件。從結(jié)構(gòu)上來看,工業(yè)機器人由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)組成,分別對應控制器、伺服電機和減速器等核心零部件。從成本上來看,核心零部件占工業(yè)機器人成本大頭,約72%左右。多軸工業(yè)機器人的成本構(gòu)成中,機械本體約占22%;伺服系統(tǒng)約占24%;減速器系統(tǒng)約占36%;控制系統(tǒng)約占12%;其他外設(shè)約占6%。

我國工業(yè)機器人主要集中在本體和集成端,原因在于核心零部件缺失嚴重抬高國內(nèi)工業(yè)機器人成本,制約行業(yè)發(fā)展。多數(shù)廠商承擔系統(tǒng)二次開發(fā)、定制部件和售后服務(wù)等附加值低的工作。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;而另兩個關(guān)鍵基礎(chǔ)部件——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%(工業(yè)機器人用減速器軸承的開發(fā)與應用,《機械工程師》2015年第5期),包括ABB、FANUC、KUKA、MOTOMAN在內(nèi)的國際主流機器人廠商的減速器均由以上兩家公司提供。國內(nèi)機器人市場主要采購以上兩家企業(yè)的減速器,但采購成本往往較高,這成為了制約國產(chǎn)機器人發(fā)展的主要瓶頸之一。

國產(chǎn)機器人比進口機器人貴,原因在零部件上。根據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2014-2019年中國釹鐵硼永磁材料產(chǎn)業(yè)市場分析及投資前景預測報告》,目前一臺435kg焊接機器人成本國內(nèi)約為29.9萬元,而國外大約為43.86萬元。零部件成本差異是造成國內(nèi)外機器人成本差距的最大因素,其中減速器是成本差異最大部分,國內(nèi)和國外和成本比達到4.4,控制器的國內(nèi)外成本比,達2.6,伺服電機(驅(qū)動)的國內(nèi)外成本比為1.68(1.95)。國內(nèi)的材料消耗也更大,如在永磁同步伺服電機中釹鐵硼材料成本,國內(nèi)單體用量比國外高接近1倍。

3.2. 核心零部件——市場需求廣闊,亟需國產(chǎn)化突破

國內(nèi)減速器、伺服電機市場需求廣闊。一般而言,一套工業(yè)機器人的一個手臂需要配備一個減速器和伺服電機,那一套工業(yè)機器人需要配備4-6個減速器/伺服電機和1套控制系統(tǒng)。根據(jù)世界機器人協(xié)會的預測, 2015-2017年我國工業(yè)機器人銷量將保持12%的年增長率,分別達到6.395萬臺、7.432萬臺和8.022萬臺。假設(shè)平均一臺工業(yè)機器人平均配備5個減速器/伺服電機,工業(yè)機器人精密減速器/伺服電機的2015-2017年的需求量將達到31.98萬套、35.8萬套和40.1萬套。

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