工业机器人行业分析报告.docx
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工业机器人行业分析报告.docx
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工业机器人行业分析报告
2015年工业机器人行业分析报告
2015年11月
工业机器人来源于数控机床,有机床技术背景的企业容易成功。
工业机器人起源于数控机床,比数控机床更具易用性和通用性,机床数控企业进入机器人领域有先天性的优势。
运动控制是基础,机器人的三大核心零部件都属于运动控制技术,对运动控制技术掌握的深度决定了机器人企业的体量。
从国际机器人四大家族的发展历程来看,唯有FANUC掌握了最底层的数控技术,获得1+1>2的协同作用,收入和净利润远超行业通常水平。
以运动控制为核心,结合自身优势做出差异化是在机器人领域取得成功的关键。
核心零部件的国产化有利于降低系统成本,促进行业发展,但企业难以获得太大收益。
目前中国国产机器人三大核心零部件都依赖进口,国产机器人成本远高于外资品牌,难以大规模生产和推广。
核心零部件技术含量高,外资品牌占据主导地位,尤其是减速机市场高度垄断。
零部件国产化的意义在于拉低外资品牌价格,从而降低整个系统成本,有利于行业的发展。
但由于外资品牌产品价格有很大的下降空间,国内核心零部件企业即使技术突破,也可能难以获得太大收益。
机器人本体行业规模小、利润低、竞争压力大;国产本体短期内机会不大。
机器人本体不是大行业,也难有太高的利润,即使是四大家族除FANUC外,其他的利润率也都是个位数。
本体的销售额在产业链条中只占30%。
本体市场竞争激烈,价格下降趋势明显,外资品牌优势大,国产本体靠模仿和组装难以形成竞争力。
机器人是B2B的行业,稳定可靠性是首选,需要经过长期的验证才能逐步获得市场认可。
未来2-3年内国产本体成长性有限。
汽车产业集成国内企业难以进入,3C行业系统集成是机会。
约80%的国内机器人企业集中在系统集成。
汽车产业格局稳定,面临商务关系、技术和资金三重壁垒,国内企业难以进入。
但在其他行业,尤其是3C行业,国内系统集成企业具有优势:
中国是全球最大的3C制造基地,自动化升级需求强劲,有望超过汽车行业成为第一大机器人市场;3C行业机器人应用多样,外资品牌难以复制在汽车产业的经验,国内企业已实现部分反超,是拉近差距的最好机会。
协作机器人和服务机器人有望成为下一个风口。
协作机器人弥补传统机器人不足,技术门槛低,简单易用,适合在3C行业和中小企业推广。
外资品牌已开始推广,国内企业少有涉及。
服务机器人直接在生活中为人类服务。
我国庞大的人口基数、步入老龄化带来的养老、家庭服务、医疗、军工和特种应用都潜藏着巨大的需求,未来可能超过工业机器人形成万亿级的市场。
目前扫地机器人和无人机已经实现产业化,但受限于人工智能和交互技术能力不足,短期内没有形成爆发点的条件。
一、工业机器人起源于数控机床,运动控制技术是基础
1、工业机器人起源于数控机床
工业机器人来源于数控机床。
为解决人在恶劣的工作环境中操作机器的问题,1956年美国的乔治迪沃将数控机床的伺服轴和遥控操纵器的连杆机构联接在一起,编程输入预先设定的动作,系统就可以离开人的辅助独立运行,也可以通过人手工的示教完成简单的动作任务。
这就是世界上第一台工业机器人“Unimate”的原型。
工业机器人的运动结构和数控机床高度一致。
工业机器人和数控机床来源一脉相承,运动原理和结构也高度一致,都由输入装置、控制系统、伺服系统和运动执行机构组成,通过四个步骤完成预先设定的工作:
1)通过界面(输入装置)输入预定动作的编程数据;
2)控制系统接收编程数据,将其转换为要求动作的信号并发出;
3)伺服系统接收并解析信号,驱动执行机构(即机器人的手臂或机床的轴)进行动作;
4)执行机构实现自主运动,并通过多个轴的联动,完成复杂精密的动作。
工业机器人是“易用型的数控机床”。
相比高精度数控机床,工业机器人在具有基本相同的运动结构前提下,技术壁垒较低,具有更强的通用性,易操作和维护。
两者的不同点主要表现在外部形态。
在生产线上数控机床一般作为工作母机,处于中心位置,工业机器人属于辅助设备,价格也更低。
这些特点大大扩展了工业机器人的使用范围,可以把它看做是“易用型的数控机床”。
运动控制技术是核心。
精度、速度、稳定性是体现数控机床和工业机器人性能关键指标,这些指标都建立在运动控制技术的基础上。
工业机器人的三大核心零部件都可以归结到运动控制技术。
对运动控制技术的掌握程度,决定了机器人所能达到的高度。
机床数控背景的企业进入工业机器人领域,具有先天性的优势。
2、掌握运控控制技术是研发机器人的基础
运控控制技术是研发机器人的先决条件。
工业机器人四大家族中ABB、FANUC、安川电机都是先研究运动控制技术,再从不同的侧重点进入机器人业务。
其中ABB、安川电机从制造伺服电机开始,FANUC则是做数控系统。
只有KUKA一开始从事焊接设备,属于本体相关的技术,缺乏运动控制的积累。
四大家族的机器人业务都起步于20世纪70年代,发展至今整个体量KUKA最小。
FANUC机器人始于机床数控技术。
日本发那科1956年开始研发机床数控系统,1971年成为世界最大的数控系统制造商,市场份额最高达到70%。
在此基础上1974年研发工业机器人,2008年全球销量首次突破20万台,至2014年底机器人销量超过36万台,居世界第一位。
发那科机器人继承了其数控系统稳定易用、性价比高、覆盖面广的特点,型号共有240多种,可以满足目前机器人所有的主流应用。
以数控系统为中心的三大产品线协同,是FANUC独有的竞争优势。
FANUC的毛利率长期保持在40%左右,远超行业通常水平。
其数控系统可以用在机器人和机床上;机器人和机床的伺服电机、控制器、驱动、软件等很多零部件都可以共享;得益于运动控制技术的深厚积累,除减速机外其他关键零部件发那科都可以自己制造;三大产品线下游用户群体具有强关联性。
这种协同效应,降低了研发和推广成本,增强了抵御市场风险的能力。
运动控制技术是ABB机器人的基础。
ABB是全球电力和自动化技术的领导企业,机器人原属于其离散自动化和运动控制部门,将电力和运动控制技术结合是其特色。
ABB最早研究伺服电机,1974年开发出世界首台微机控制电动机器人,1986年推出全球首台交流电机驱动机器人,1994年推出新一代自动优化型运动控制技术并进入中国。
2004年全球销量首次突破10万台。
ABB可以提供全面的自动化解决方案,覆盖汽车产业到一般产业的各个领域。
ABB的竞争优势在于运动控制和自动化的整合。
运动控制是ABB的核心技术。
通过对运动控制技术的运用,ABB机器人从单项指标来看不一定是最好的,但在柔性化和整体性方面表现突出,容易跟周边设施和现有生产线的集成在一起。
这也形成了ABB在系统集成领域长期的领先优势,并通过系统集成来带动本体业务的发展。
安川电机是专业的运动控制产品制造商。
安川电机下属驱动控制,运动控制,系统控制与机器人四个事业部,AC伺服和变频器市场份额位居全球第一。
安川电机的运动控制产品在机器人和高精密机床应用广泛,为开发机器人提供基础。
1977年开发出日本首台全电气式工业机器人“MOTOMAN”,相继开发点焊和弧焊机器人、油漆处理机器人、LCD玻璃板和半导体晶片传输机器人等。
2013年安川电机机器人全球销量28万台。
采用自身的运动控制产品,其机器人灵活性强、性价比高。
KUKA机器人的优势在于对本体的创新。
KUKA是焊接设备起家的机器人及自动化解决方案供应商。
KUKA的优势主要在汽车领域的系统集成,通过在汽车工业积累的经验延伸到其他领域。
相比其他三家,KUKA是最纯粹的工业机器人公司,没有运动控制技术的积累,而是对本体结构和操作平台进行了一系列创新。
四大家族在全球市场份额约50%,在中国的份额超过75%。
从四大家族的业务模式上看,以运动控制技术为核心,做出差异化是在机器人领域取得成功的关键。
这种运动控制技术从数控机床延伸来,有不同的侧重点,越底层优势就越明显。
运动控制技术深度决定体量。
结合财务数据来看,我们认为对运动控制掌握的深度决定机器人企业的体量。
四大家族中惟有发那科研发和制造数控系统,这是比电机、伺服等更底层的运动控制技术,可以说FANUC是最具有运动控制基因的企业,ABB和安川电机相当,处于中等,KUKA没有。
截止2013年末FANUC市值300亿美元,营业收入60亿美元,净利润15亿美元,毛利率和净利率分别达到48%和25%,除市值低于ABB外,其他各项指标都遥遥领先。
考虑到ABB是大型的工业集团,机器人和自动化业务占比低,可以认为机器人四大家族中FANUC体量最大。
ABB和安川电机的运动控制技术都比较单一,只有FANUC通过数控系统,将其连接在一起,产生了1+1远大于2的协同作用。
同为日企,FANUC和安川电机在工业机器人收入基本一致的情况下,市值、净利率相差10倍以上,净利润相差约20倍;作为欧洲企业的ABB和KUKA机器人收入相同,市值和净利润相差约30倍。
机器人本体不是高利润的行业,纯粹的工业机器人企业很难有大体量和高估值。
机器人的价值在于作为系统集成的中心,与其他业务结合提供整体解决方案所产生的协同作用。
而与机床数控相结合无疑是最合适的。
FANUC无疑是一个成功的典范。
寻找国内最具FANUC基因的企业-埃斯顿。
FNAUC模式给国内机器人企业提供了一个很好的借鉴,以运动控制技术为核心,具有机床数控背景延伸到本体产生协同,再向下打通产业链。
我们认为埃斯顿是国内最有望成功复制FANUC模式的企业。
南京埃斯顿1993年开始研究金属成型机床数控系统,然后进入到电液伺服系统和交流伺服系统,目前在国内金属成形机床数控系统、电液伺服系统的市场占有率分别超过80%、30%;在运动控制技术积累的基础上进入工业机器人领域。
截止2014年12月底其主营业务收入5.12亿,数控系统、伺服系统(电液、交流)、工业机器人占比分别为50%、38%和8%。
二、核心零部件突破是国产机器人放量增长的关键
1、缺乏核心技术是制约国产机器人发展的瓶颈
工业机器人的核心零部件包括高精度减速机、高性能伺服系统和控制器。
国内企业基本没有掌握相关技术,三大核心零部件都依赖进口,使国产机器人成本远高于外资品牌,难以大规模生产和推广。
随着中国成为全球最大的工业机器人市场,关键零部件国产化势在必行。
但三大核心零部件国产化进度有差异,据行业专家统计,国产机器人80%~90%使用国外减速机,60%~70%使用国外电机、40%~50%使用国外控制器。
2、控制器有望率先突破
控制系统约占机器人本体10%成本,控制系统主要就是控制器,相当于机器人的大脑,根据指令以及传感信息控制机器人来完成一定的动作,它的性能直接决定了机器人的性能。
控制器包括硬件和软件两部分:
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,国产品牌已经掌握硬件,基本可以满足需求;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。
国际机器人厂商一般开发专用控制系统适配自己的机器人,以保证稳定性和维护自己的技术标准。
因此控制器的市场份额基本跟机器人本体一致。
国内企业多数基于通用的多轴运动控制平台自主研发,在硬件方面跟国际品牌没有太大的差别。
国内研发控制器的企业有两类:
一类是以埃斯顿为代表的传统机床数控企业,在以往的运动控制技术基础上开发机器人控制器并借此进入到工业机器人本体;另一类是固高科技、众为兴等专门的控制器生产企业,向国产本体和系统集成商提供控制系统平台。
受益于国内机器人产业的快速发展,控制器已经成为与国际差距最小的关键零部件。
但国产机器人市场份额太小,由于控制器的特殊性,本体企业外购国产控制器的意愿也不会太强烈。
未来随着国产经济型本体放量和工业机器人标准化体系的推进,机器人由标准化
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