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“智”造中国,从全球视角看“机器换人”大有可为

来源:最有料 发表时间:2018-04-11 122
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工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,可以代替人类完成自动化生产的需求。历史上流水线生产方式的诞生使得批量生产成为现实,为了满足大量的生产需求,各国开始研发能够替代人类生产的自动化设备。

世界上第一台可编程机器人诞生于美国,并于1961年首次运用于工业现场,但当时的机器人只是用于简单搬运和重复劳动。70年代,日本日立开发出具备动态视觉的机器人,随后开始搭载微处理器,并广泛应用于工业中。经过几十年的发展,现代机器人已经具备决策和运算能力,机器人发展开始进入智能时代。

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工业机器人发展历程

工业机器人产业链可以分为上中下游,上游是关键零部件生产厂商,主要是减速器、控制系统和伺服系统。控制器由硬件设计、底层软件技术和上层功能应用软件组成,通过输入程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制,相当于机器人的“大脑”。

中游是机器人本体,即机座和执行机构,包括手臂、腕部等,部分机器人本体还包括行走结构,是机器人的机械传统和支撑基础。按照结构形式,本体可以划分为直角坐标、球坐标、圆柱坐标、关节坐标等类型。

下游是系统集成商,根据不同的应用场景和用途进行有针对性地系统集成和软件二次开发,国内企业都集中在这个环节上。生产出来的机器人只有通过系统继承之后,才能投入到下游的汽车、电子、金属加工等产业,为终端客户所用。

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机器人产业链梳理


汽车产业是最主要的应用领域

在传统的国内市场中,工业机器人的最初应用是在汽车和工程机械行业。根据国际机器人产业联盟IFR的数据,2016年机器人应用于汽车行业的需求增长6%,占2016年总销量的35%。

2010年以来,主要汽车生产国对新兴市场的新产能投资导致机器人装机数量的增加。尽管近几年现有产能出现剩余,但应用新材料、开发高效率驱动系统以及汽车行业的激烈竞争,都推动了机器人产业的投资。汽车工业的发展是一直是工业机器人增长的原动力之一。

工业机器人下游应用方式

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需求结构出现变化。随着人工成本逐渐上升,自动化水平不断提高,工业机器人的运用领域逐步扩大,由汽车向电子、金属化工、食品饮料等领域扩散。自2013年以来,电子行业的机器人销售额显著上升。

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2014-2016年工业机器人下游销售量占比

根据IFR的数据,2016年电子行业的销量增长41%达到91300套,占2016年总销量的31%,2011年至2016的年均增长率为19%。机器人产业对电子产品的需求日益增长,包括对电池、芯片和显示器的需求,都是促进行业占比提高的驱动因素。

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2016年工业机器人下游应用占比

考虑未来行业应用的可能,中高端工业机器人将在汽车产业、通信电子、金属制品、化工塑料、家电行业等有较为广泛及深入的应用。而中国内地广泛存在的其他行业则有望采用中低端工业机器人,这些行业包括仓储物流、五金卫浴、石油化工、食品饮料等,众多下游领域的需求还在形成与增长中。


全球形成以四大家族为主导的竞争格局

工业机器人诞生于美国,在随后的产业化过程中,核心生产技术一直牢牢掌握在欧美国家手中,以瑞士ABB、日本发那科、德国库卡和日本安川这四大家族为主导的国际企业占据了全球工业机器人市场的主要份额。2008年全球金融危机之后,机器人市场规模持续扩大,行业增速稳定。

世界工业机器人在产业化的过程中,形成了三种不同的发展模式:日本模式、欧洲模式和美国模式。日本注重产业链的分工,总部负责以生产新型机器人为目标,并将任务拆解,由子公司分工完成。以安川为例,旗下子公司分别负责研发、生产、组装和销售等一系列流程,这种全产业链布局将市场交易转化为企业集团内部生产,使生产更加稳定;而在欧洲,制造商主要负责设计和技术研发,实行外部采购零部件并最终组装的模式;由于美国本土不生产机器人,通常由公司进口,再自行设计外围设备。

目前中国工业机器人产业化的模式与美国接近,众多企业集中于机器人系统集成,核心零部件的技术掌握在几家国际巨头手中,核心零部件技术的缺失严重抬高国内工业机器人成本。

全球工业机器人发展模式

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2016年中国、韩国、日本、美国的工业机器人销量分别为8.7、4.1、3.9和3.1万台,中国的市场份额已经达到了30%,接近欧洲和美洲的总和(9.7万台),是全球第一大消费国。这四个国家占到全球销量的67.5%,他们对工业自动化的需求支撑了工业机器人市场,也使全球工业机器人使用密度大幅提升。

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工业机器人销量

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2016年工业机器人各地区销量占比

 

国际四大家族收入及市场份额测算。从国际竞争格局来看,目前工业机器人市场基本被瑞士的ABB、德国的库卡、日本的发那科和安川电机占据。日本的机器人市场发展较为成熟,在工业机器人关键零部件(减速机、伺服电机等)的研发方面具备较强的技术优势,使得其制造商国际竞争力较强;而德国的工业机器人在人际交互、机器视觉和系统集成方面有一定优势。

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四大家族市场份额测算

瑞士ABB

ABB于1988年由瑞典的ASEA公司和瑞士的BBC Brown Boveri公司合并而成,总部坐落于瑞士苏黎世。

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ABB的业务涵盖电力产品、离散自动化、运动控制、过程自动化、低压产品五大领域,以电力和自动化技术最为著名。

ABB拥有当今最多种类的机器人产品、技术和服务,是全球装机量最大的工业机器人供货商。

ABB在机器人领域核心技术是运动控制系统,这使得ABB可以轻易实现循径精度、运动速度、周期时间、可程序设计等机器人的性能,大幅度提高生产的质量、效率以及可靠性。

中国是ABB机器人全球最大的生产基地,也是销量最大的市场。ABB注重与中国客户的合作,华为、长虹、拓斯达分别是3C和家电行业重要的应用企业和集成商。

ABB对3C行业高度重视,我们判断公司看到过去工业机器人的核心领域是在汽车整车方向,而新兴产业的增长点来源于3C、食品饮料、包装、医药等细分领域,在这些细分领域中,3C行业的人员最为密集,产值规模巨大,要求精密程度不断提高,也成为新兴应用行业中增长最快的细分领域。

德国卡库(KUKA)

德国库卡由Johann Joseph Keller 和Jakob Knappich 于1898 年在奥格斯堡创立。最初主要专注于室内及城市照明。

→ 1936年,KUKA在德国制造了第一把电动电焊枪。

→ 1971 年,KUKA 为戴姆勒奔驰公司建造了欧洲第一条带机器人的焊接流水线。

→ 1973年研发了名为FAMULUS的第一台工业机器人。

库卡公司主要客户来自汽车制造领域,这显然与德国领先全球的汽车工业有着密不可分的关系。机器人早期大量使用在汽车领域,为汽车包括焊装、总装等一系列重要工艺环节提供了效率和一致性提升的保证,同时由于汽车生产线所对应的产值巨大,也能够支撑早期机器人高成本的问题。

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库卡机器人定位偏中高端,主要应用于契合整车和汽配行业,收入占到50%

涉足领域:物料搬运、加工、点焊和弧焊,涉及到自动化、金属加工、食品和塑料等产业。

使用库卡机器人的重要客户包括:通用汽车、克赖斯勒、福特、保时捷、BMW、奥迪、奔驰、福斯、法拉利、哈雷、波音、西门子、宜家、施华洛世奇、沃尔玛、百威啤酒、BSNMedical、可口可乐等著名企业。

库卡书写了作为机器人先锋的历史。

1973年,KUKA开创了作为机器人先驱的辉煌历史,研发出FAMULUS-世界上首台拥有六个机电驱动轴的工业机器人。1996 年,KUKA 作为首家机器人制造商着手研发开放式、以计算机为基础的控制系统。

2007 年,KR titan被推出市场:它具有1000公斤的承载能力及3200毫米的作用范围,是世界上最大、力量最强的6轴工业机器人。

2013 年,KUKA迎来了新一代的机器人:KUKA通过LBR iiwa推出了世界上首台适用于工业领域的轻型机器人(感知型机器人),且各轴均带有内置的传感系统。应该说,KUKA是真正意义上工业机器人的重要开拓者,这与德国汽车工业紧密相连的基因是密不可分的,而汽车工业也是对一致性、重复性、耐久性要求最高的一个应用领域,自上而下的技术路线,为其发展奠定了良好的基础。

库卡于2000年在上海设立了全资子公司,2004年设立了库卡柔性系统制造公司,负责库卡在中国的系统集成业务。近年来,KUKA加快布局中国市场本土化服务,KUKA也积极与华为合作,积极推动产业变革,促进3C电子行业进行自动化变革,为在该领域的智能制造孕育出了更多突破性技术。

美的收购库卡:有望改变中国工业机器人市场竞争格局。

2017年1月6日,美的集团发布公告称,公司完成要约收购库卡集团股份的交割工作,并已全部支付完毕本次要约收购涉及的款项。据公告显示,本次要约收购交割完成后,美的将合计持有库卡94.55%的股份。

美的收库卡会造成两方面的影响,一方面将加速库卡在中国的业务拓展,也帮助库卡将工业机器人应用领域拓展到其他行业;另一方面也有望助推美的实施智能制造战略,快速提升自身机器人研发与应用水平.

在此之前,库卡收入主要集中于北美和欧洲,在下游应用领域以汽车行业为主,中国作为全球制造中心,中国市场无论在绝对空间还是成长性上,都无人可及,由此我们判断,库卡在中国市场将有极大的拓展空间,美的收购库卡将有望改变中国工业机器人市场的竞争格局。

日本那科(FANUC)

掌握数控系统核心技术,构成竞争壁垒。

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FANUC公司创建于1956年,是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业之一,也是最早进入中国市场推广机器人技术的跨国公司。1971年发那科数控系统世界第一,占据了全球70%的市场份额。

在此之后,FANUC的产品日新月异,成为当今世界上数控系统、设计、制造、销售实力最强的企业之一,掌握数控机床核心技术的发那科,也促进了全球数控机床技术水平的提升。

发那科从数控系统起家,涉足伺服电机制造,以此为基础,研发机器人。作为全球最大的数控系统生产厂,FANUC工业机器人与其他企业相比独特之处在于:①采用独有的铝合金外壳,机器人重量轻,日常保养方便;②同类型机器人底座尺寸更小;③独有的手臂设计。

日本安川电机(YASKAWA)

安川电机(Kabushiki-gaisha Yaskawa Denki)创立于1915年,是日本最大的工业机器人公司。1977年,安川电机运用自己的运动控制技术开发生产出了日本第一台全电气化的工业用机器人,此后相继开发了焊接、装配、喷漆、搬运等各种各样的自动化作用机器人,并一直引领着全球产业用机器人市场。

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安川电机主要生产的伺服和运动控制器都是制造机器人的关键零件。安川电机之所以可以掌握核心科技与其有着近百年专业电气的历史密不可分,这让安川电机在开发机器人方面有着独特优势。其核心的工业机器人产品包括:点焊和弧焊机器人、油漆和处理机器人、LCD 玻璃板传输机器人和半导体芯片传输机器人等,除了将工业机器人应用在汽车行业外,安川电机也是将工业机器人应用到半导体生产领域最早的厂商之一。

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