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        2021 IAS展
        工業機器人

        2020 工業機器人行業研究報告

          2021年02月01日  

          核心觀點:

          短期看下游需求復蘇。受下游諸如汽車、3C 等行業影響,自 18 年 9 月起我國工 業機器人產量進入負增長,行業持續低迷,但從 19 年 10 月開始,增速首次轉正 并保持上漲趨勢至今,今年年初雖受到新冠疫情影響但并沒有改變這種趨勢。最新 數據顯示,11 月份中國工業機器人產量為 23635 套,創下歷史單月產量新高。1- 11 月份,國內工業機器人產量累計 20.68 萬套,同比增長 22.2%,行業已經基本 擺脫低谷,進入新一輪的景氣周期。

          長期看機器換人加速。根據 IFR 數據統計,2019 年我國每萬名產業工人所擁有的 工業機器人數量僅為 187 臺,遠低于日本、德國等傳統制造業強國的水平。近年 來,一方面人口紅利的逐漸消失使我國人工成本的快速上升,另一方面工業機器人 產業鏈上國產化率的不斷提升又降低了企業進行自動化改造的資金門檻,二者將共 同推動機器換人的進程,帶動工業機器人行業的發展。

          人機協作是行業的發展趨勢。當前,工業機器人的應用場景愈加廣泛,苛刻的生產 環境對機器人的體積、重量、靈活度等提出了更高的要求,工業機器人正向著小型 化、輕型化、柔性化的方向發展,類人精細化操作能力不斷增強。隨著機器人易用 性、穩定性以及智能水平的不斷提升,機器人的應用領域逐漸由搬運、焊接、裝配 等操作型任務向加工型任務拓展,人機協作成為工業機器人研發的重要方向。

        1. 工業機器人行業持續復蘇,機器換人與國產替代雙重驅動

          1.1. 工業機器人行業拐點已到,疫情不改復蘇趨勢

          根據國家統計局數據顯示,我國工業機器人產量增速從 2017 年年底開始逐 漸放緩,自 2018 年 9 月起我國工業機器人產量進入負增長,行業持續低迷,這主 要是因為工業機器人作為典型的通用設備,具有一定的周期性,受下游諸如汽車、 3C 等行業景氣度的影響較大。但從 2019 年 10 月開始,我國工業機器人產量增 速首次轉正,并保持上漲趨勢至今,增幅屢創新高,2020 年年初雖然受到新冠疫 情影響但并沒有改變行業上行的趨勢。

          最新數據顯示,11 月份中國工業機器人產量為 23635 套,創下歷史單月產量 新高,同比增長 31.7%,雖然相比上月 38.5%的增速有所放緩,但仍是今年第三 高增速。今年 1-11 月份,國內工業機器人產量累計 20.68 萬套,同比增長 22.2%, 長期來看,整個工業機器人行業已經擺脫了前兩年的低谷,進入新一輪的景氣周期。

          從短期看,我們認為本次工業機器人行業的爆發主要是受益于兩點:一是國內疫情結束后下游制造業的快速復蘇,二是疫情后各生產企業自動化升級需求的進一步增強。

          首先,在其他各國因疫情影響停工停產時,中國作為目前疫情控制最為得當 的國家,大量承接了來自世界各地的生產制造需求,這部分因為國外疫情而承接 的訂單促使國內制造業形成了一個小高峰,間接帶動了工業機器人行業的增長。憑借著對新冠疫情采取的有效應對手段,國內整體經濟得以快速恢復,使得中國 成為目前世界主要經濟體中唯一保持 GDP 正增長的國家。

          此外,經過本次疫情,各個生產企業在復工復產的過程中逐漸認識到自動化 生產、減小人員依賴的重要性,開始嘗試提高自己的自動化率,同時國家出臺的 各類免稅政策也讓這些企業有了富余資金去購買相關設備,這也是疫情以來工業 機器人下游需求持續增長的重要原因之一。

          我國疫情后制造業 PMI 的變動情況也有所體現。11 月份,中國制造業 PMI 為 52.1%,比上月上升 0.7 個百分點,連續 9 個月位于枯榮線以上,且仍在繼續上升 中,表明我國制造業的恢復性增長有所加快,整個工業機器人行業也有望跟隨下 游制造業的景氣同步增長。

          1.2. 政策驅動下工業機器人市場迎來迅速發展

          自德國首先于 2011 年提出以智能制造為核心的“工業 4.0”戰略之后,各國 紛紛開始制定相關政策大力發展制造業,以智能化為標志的第四代工業革命正在 全球范圍內蓬勃展開。其中,工業機器人作為工業化和信息化的完美結合,以其 天然的數字化特性,打通了單個生產設備到整個生產網絡的連接,進而支撐起第 四次工業革命豐富多彩的應用場景。如果說,過去二十年互聯網的發展聯通了我 們每一個人,那么未來二十年工業互聯網的發展將會聯通每一臺工業機器人,從 而帶來生產效率乃至生產方式的全面革新。

          工業機器人在國內的發展最早可追溯到科技部的 863 項目,對機器人相關技 術研發給予扶持。2006 年 2 月,國務院印發了《國家中長期科學和技術發展規劃 綱要(2006-2020 年)》,智能機器人首次被納入前沿技術中的先進制造技術,之后 隨著 2015 年《中國制造 2025》戰略出臺并實施,各級地方政府積極推進地區規 劃政策落實,中國工業機器人產業也迎來了迅速發展。

          當前,工業機器人在汽車、3C 電子、金屬制品、塑料及化工產品等行業已經 得到了廣泛的應用,并且隨著性能不斷提升,以及各種應用場景的不斷明晰,我 國工業機器人產業呈現出不斷深化、不斷擴大應用的態勢,目前我國工業機器人 市場約占全球市場份額的三分之一,是全球第一大工業機器人應用市場。2019 年 全年,全球共新增工業機器人 36.5 萬套,亞洲地區的安裝量占到了全球總安裝量 的三分之二,其中中國以 14.05 萬臺的安裝量遙遙領先,幾乎是第二名日本的三 倍。

          根據中國電子學會及 IFR 數據統計,在 2014 年到 2017 年的 4 年間,我國工 業機器人市場規模幾乎實現了翻倍增長,年均復合增速接近 30%,2018 年雖然受 到宏觀環境的影響增速放緩至 5.9%,但仍然高于全球增速 5.3 個百分點。此外, 與發達國家相比,我國制造業自動化水平仍然比較低,我國生產制造智能化改造 升級的需求日益凸顯,工業機器人需求依然旺盛,預計到 2023 年,我國工業機器 人市場規模將突破 100 億美元。

          1.3. 人口紅利逐漸消失 倒逼自動化進程加速

          改革開放以來,大量勞動力涌入城市,以低廉的勞動力成本為特征的勞動密 集型產業推動中國逐步成為世界工廠,拉動過去中國經濟高速增長。然而近年來, 人口紅利的逐漸消失與人工成本的快速上升對制造業未來的發展帶來了極大的挑 戰。

          根據國家統計局數據顯示,我國人口結構中 15-64 歲所占的比例自 2010 年 以來就呈現出逐漸下降的趨勢,2019 年占比為 70.7%,較 2018 年下降 0.5 個百 分點,并且降幅還有進一步擴大的趨勢。

          同時,企業的用人成本也在不斷攀升,2019 年制造業生產工人平均年薪達到 了 58356 元,同比增長 8.21%。勞動力人口的不斷下降與人工成本的不斷上升倒 逼企業進行自動化改造,“機器換人”將會成為未來十年我國制造業轉型升級的主旋律。

          另一方面,我國工業機器人的密度相比發達國家仍有較大差距。根據 IFR 數 據統計,2019 年我國每萬名產業工人所擁有的工業機器人數量僅為 187 臺,而韓 國、日本、德國、美國、意大利等傳統制造業強國的數據分別為 855 臺、364 臺、 346 臺、228 臺和 212 臺,從滲透率的角度來看,相比我國世界工廠的地位,我 國自動化水平還有極大的提升空間。

          從增長率來看,2019年我國每萬名產業工人所擁有的工業機器人數量較2018 年有 33.6%的提升,大幅超過韓國、日本約 10%左右的增速,而德美意等國同期 的增速僅為 5%左右。樂觀預計,未來 3-5 年,隨著產業轉型升級與自動化進程的 不斷推進,我國工業機器人密度有望逐漸追平日本、德國的水平。

          1.4. 工業機器人產業鏈一覽

          工業機器人產業經過 30 余年的發展,已經形成了一條完整的產業鏈。工業機 器人產業鏈上游是核心零部件,包括控制器、伺服系統和減速器三大部分,這三 種部件是工業機器人中核心技術之所在。產業鏈中游是機器人本體制造,發那科、 ABB、庫卡、安川四大家族具有明顯優勢,占據了全球工業機器人市場份額的 40%, 而國產廠商因為起步較晚,還處在追趕階段。下游是系統集成,目前主要集中在 汽車制造和 3c 電子行業,二者幾乎占據了整個工業機器人下游應用的半壁江山, 但在食品飲料、物流、光伏、鋰電等長尾市場增速較快。

          從整個產業鏈來看,上游核心零部件是一臺工業機器人成本中占比最高的部 分,約為 70%左右,系統集成硬件成本較低,比較偏向服務,提供解決方案,而 中游機器人本體廠商或采購核心零部件或使用自家的核心零部件,因此成本相差 較大,二三線品牌因為不掌握核心零部件盈利水平較低。

          從盈利能力來看,產業鏈上游核心零部件、中游本體和下游集成的毛利率水 平基本符合“微笑曲線”,上游、下游毛利較高,中游本體毛利最低。上游核心零 部件的高毛利主要來源于技術壁壘,下游集成高毛利主要來自于品牌溢價及客戶資源壁壘。

        2. 工業機器人核心競爭力

          2.1. 工業機器人的大腦-控制器

          控制器相當于工業機器人的大腦,負責控制整臺機器人的運動,核心技術集 中于軟件算法??刂破髯钅荏w現各個廠商的調教水平與風格,一般由機器人廠家 自主設計研發,是各個機器人廠商的“軟實力”。

          工業機器人控制器的主要任務是接收來自視覺、力覺等傳感器的檢測信號, 根據操作任務的要求驅動機械臂中的各個伺服電機,進而控制機器人在工作空間 中的運動位置、運動姿態、速度、軌跡、操作順序及動作的時間等,同時控制器也 具有各類輸入輸出接口、人機交互界面等,擁有編程簡單、在線操作提示、使用軟 件菜單操作和使用方便等特點。

          控制器與機器人本體一樣,一般由機器人廠家自主設計研發。目前主流機器 人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發,各品牌 機器人均有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市場 份額保持一致,發那科、庫卡、ABB、安川分別占據前四名,國內企業控制器尚未 形成市場競爭優勢,占比僅為 16%左右。

          近年來,國內運動控制技術也有了較快的發展,一些傳統 CNC 設備的生產廠 家憑借著已有的數控技術基礎開始研制具有運動控制特征的產品,使得通用運動 控制產品開始擴展開來。其中機器人專用運動控制產品的開發和行業應用的推廣 也逐漸走向成熟和產業化,這類企業以廣州數控、埃斯頓等為代表,他們不只開 發出機器人專用的控制系統,還借此進入機器人行業,并成為國產機器人企業中 的代表。

          此外,國內也誕生了一批專注于運動控制產品的企業,為無力研發自主控制 器的小型工業機器人廠家提供解決方案,這類企業以固高科技為代表,固高科技 是國內較早實現六軸機器人控制系統產業化的企業之一,目前主要向工業機器人 集成商提供控制系統平臺。

          目前國產控制器與國際先進水平相比還存在較大差距,主要體現在核心底層 算法上,例如參數自整定,抑震算法,轉矩波動補償等等,導致國產工業機器人精 確性、穩定性、故障率和易用性等關鍵指標不如發那科、ABB、安川、庫卡“四大 家族”的產品,這也和國內廠家重硬件、輕軟件有關。當前工業機器人需要實現的 動作愈加復雜,想要在高速的運動中實現精準的控制,其背后需要的是長期的多 軸聯動控制技術積累,控制器必須足夠“聰明”,而先進核心算法的缺失使國產控 制器要想從“能用”到“好用”還有很長的路要走。

          2.2. 工業機器人的執行機構-伺服系統

          當控制器發出運動指令后,需要相應的機構部件去精確執行,這就是伺服系 統的主要作用。伺服系統可以看作是工業機器人的小腦,根據控制器的命令為機 器人關節的運動提供精準的位移、速度與力矩,一個典型的伺服系統包含有伺服 驅動器和伺服電機兩部分。

          伺服驅動器中主要包括整流部、逆變部、控制部等部分,伺服電機一般包含 電機和編碼器兩個部分,編碼器可以將精確測量的轉子位置與電機轉速反饋至驅 動器,從而形成一個完整控制回路。商用電經過整流、逆變,接收控制部得到的指 令信號與編碼器的反饋信號,最終輸出合適的 SPWM 波形驅動伺服電機運轉。當 前交流伺服驅動器設計中普遍采用基于矢量控制的電流、速度、位置 3 閉環控制 算法,對閉環系統的設計、調試要求都很高,這也是伺服系統中核心難點所在。

          伺服系統的下游行業應用主要集中在電子及半導體制造設備、機床、工業機 器人、鋰電制造設備等領域,其中在工業機器人上的應用大概占據整體應用的 9.4%,由于對位移、速度等的精度要求較高,應用在工業機器人上的多為伺服系 統中的高端產品。

          從市占率來看,外資品牌占據了國內伺服系統市場的大部分份額。以三菱、 安川、松下為代表的日系伺服系統占據了市場的前三名,占比合計超過 30%,緊 隨其后的是臺系伺服的臺達和歐系伺服的西門子,占比分別為 9.9%和 6.5%,而 以匯川技術和禾川科技為代表的國產伺服廠商雖然近年來發展十分迅速,但市占 率仍然較小,分別為 6.2%和 1.5%,還有很大的提升空間。

          目前國產伺服系統與國際先進水平在動力輸出功率方面大體相同,沒有明顯 差距,差距主要體現在響應速度、大小和穩定性等方面。在運動控制性能方面,西 門子的產品具備 2kHz 的速度環頻率響應能力,安川為 1.5kHz,多摩川和匯川則 都為 1.2kHz,歐系產品優勢更為明顯,尤其在要求高速度和精度的領域。日系伺 服產品的穩定性較好,可以滿足大部分應用領域的需求,尤其是小功率電機,優 勢明顯。在伺服系統大小方面,為了配合機器人的體形,伺服系統必須體積小、質 量小、軸向尺寸短,相比國產伺服系統,日系、歐系產品更加緊湊。

          2.3. 伺服系統的搭檔-減速器

          雖然有了控制器發出的指令、有了伺服系統去執行,但是這樣輸出到終端還 是不夠。以安川的小型伺服系統為例,最高轉速為 3000r/min,力矩為 0.016~ 0.16N.m,而機器人上各個軸的工作轉速每分鐘不過一百轉左右,所需轉矩卻遠遠 超出伺服電機的工作范圍,這時就需要搭配減速器使機器人每個軸的輸出參數達 到所需要求。

          如果工業機器人使用伺服電機直接驅動,在低頻運轉下容易出現發熱和低頻 振動,不利于其精確、可靠地運行。而減速器能夠使伺服電機在一個合適的速度 下運轉,并精確地將轉速降到工業機器人各部位需要的參數,提高機械體剛性的 同時輸出更大的力矩。例如,使用一個減速比為 50:1 的減速器就能輕松將額定扭 矩為 0.1Nm 的電機扭矩提升到 5Nm,使其能夠承受更高的負載,并且適當減小 輸出轉速,提高控制分辨率和閉環精度。

          在工業機器人領域使用的減速器主要有 RV 減速器和諧波減速機兩類。其中 RV 減速機擁有更高的精度和承載能力,但體積重量較大并且結構復雜,一般放置 在機座、大臂、肩部等重負載的位置;而諧波減速器結構簡單緊湊,但承載能力不 高,多用在小型機器人和大型機器人的小臂、腕部、手部等低載荷的部位。兩種減 速器使用場景不同,是互補的關系,并不存在相互替代的競爭。

          減速器的核心難點主要在于精密加工、齒面熱處理、裝配精度、大規模生產 與檢測等工藝環節上,恰恰是我國制造業基礎配套體系中最薄弱的部分,需要長 期的經驗積累。與國外產品相比,國產減速器主要在使用壽命及穩定性上有較大 差距,剛剛投入使用時各項性能接近國外產品,但隨著一段時間的使用后磨損加 劇,出現漏油,精度、剛度等指標有所下降,這種不穩定性使得國產減速器大多只 能應用于中低端市場,很難進入國際一線工業機器人品牌的供應鏈。

          減速器作為純粹的機械零件,核心技術與工業機器人并不相關,因此包括 ABB、 發那科、安川、庫卡在內的工業機器人巨頭也均不自研減速器,全部向外采購。目 前 RV 減速器和諧波減速器市場基本由日系廠商壟斷,以納博特斯克、住友、哈 默納科、新寶為代表,占據了全球機器人減速器市場的大部分份額,其中納博特 斯克與哈默納科分別在 RV 減速器領域和諧波減速器領域處于壟斷地位。

          國產減速器廠商近年來有一定的進步,主要以諧波減速器領域的綠的諧波為 代表,產品性能已經和哈默納科達到同一水平,近年來逐步開始進入國際主流機 器人廠商進行測試,有望在未來 1-2 年內實現快速放量。而在 RV 減速器領域, 由于其復雜且精密的機械結構,加工難度較大,國產 RV 減速器廠商與日系品牌 還有很大差距。

        3. 工業機器人的多應用場景

          3.1. 工業機器人概覽

          工業機器人自誕生以來,演變出越來越多樣的機械結構,應用場景越來越廣泛,當前,工業機器人可以分為多關節機器人、SCARA(水平多關節)機器人、坐標機器人、協作機器人、Delta(并聯)機器人、AGV(工廠物流倉儲機器人) 等。

          2019 年,多關節機器人在國內工業機器人市場銷量約為 10 萬臺,是應用最 為廣泛的工業機器人,占比達到 69%,SCARA 機器人銷量約為 3.5 萬臺,占比 23%,協作機器人銷量約為 0.6 萬臺,占比 4% 左右,并聯機器人銷量約為 0.5 萬臺,占比約為 3.4%。

          從品牌結構來看,2019 年國內工業機器人市場前四名仍然被發那科、ABB、 庫卡、安川所占據,占比分別為 12%、11%、8%、7.6%,“四大家族”仍然是工 業機器人領域的第一梯隊,愛普生、雅馬哈、那智等二線品牌憑借著 SCARA 以 及小六軸等技術水平要求不高的機器人也搶占了一定的市場。而國產廠商雖然近 年來進步明顯,但市占率仍然較低,埃斯頓作為出貨量最高的國產工業機器人廠 商市占率僅為 2.4%,匯川、眾為興和埃夫特等市占率均不到 2%。

          3.2. 不同種類的工業機器人

          3.2.1. 多關節機器人

          多關節機器人一般指六軸機器人,擁有 6 個可以自由旋轉的關節,提供的 6 自由度可以使其在三維空間中自由活動,可以模擬所有人手能實現的動作,通用 性極高,應用也最為廣泛,但同時控制難度也最高,價格最為昂貴。

          搭配不同的末端執行器,多關節機器人可以實現不同的功能,較高的自由度 使得多關節機器人可以靈活的繞開目標進行作業,適用于包括搬運、裝配、焊接、 打磨拋光、噴涂、點膠等幾乎所有的制造工藝。

          2019 年,國內多關節機器人市場前四名分別是發那科、ABB、庫卡和安川, 市占率合計超過 50%,與其他二線品牌拉開了較大差距。國產品牌雖然也有一定 的市場份額,但除埃斯頓外產品主要集中在 20kg 以下的中小負載多關節機器人 市場,高于 20kg 的大負載多關節機器人市場還是外資品牌的天下。

          從出貨量上來看,由于多關節機器人憑借其強大的性能,多應用于汽車工業, 而隨著傳統汽車行業近年來需求逐漸觸頂,固定資產投資的下滑對多關節機器人 的出貨量也造成了一定影響,18 年后增速逐漸放緩。但隨著未來新能源汽車需求 的崛起與小六軸機器人在一般制造業應用的不斷擴展,多關節機器人的出貨量增 速有望回升至 8%左右。

          3.2.2. SCARA 機器人

          SCARA 機器人,即水平多關節機器人,與多關節機器人不同的是 SCARA 機 器人一般只有 4 個可以自由活動的關節,前 3 個關節使得 SCARA 機器人只能在 二維平面內自由活動,第 4 個關節連接末端執行器,只能沿 Z 軸上下移動,提供 了受限的三維活動能力。但與此同時,較少的自由度意味著需要更少的伺服電機 和減速器,控制算法也會更加簡單,體積也可以做的更加小巧,相比多關節機器 人成本得以大幅降低。

          SCARA 機器人可以看作是只能處理部分限定工作的特化型機器人,比如在 平面上的挑揀、裝配、點膠、鎖附、貼標等,并且較小的體積也減小了生產線空間 的占用,非常適合 3C 電子等產品體積不大的行業。

          從市場結構來看,2019 年國內 SCARA 機器人市場主要由愛普生和雅馬哈占 據,合計占比約 45%,三菱、眾為興、匯川、臺達緊隨其后,市占率均為 7%-8% 左右。由于 SCARA 機器人技術門檻不高,各廠商之間價格戰較為激烈,毛利率 顯著低于多關節機器人,因此包括 ABB、發那科、庫卡和安川在內的“四大家族” 均不把 SCARA 機器人作為重點產品,市場主要由各二線機器人品牌占據。

          從出貨量上來看,SCARA 機器人除 2019 年受到宏觀環境影響出現短暫負增 長,其余時間均保持著較快增長,并且受益于近年來 3C 行業可穿戴設備、TWS 耳機等產品的火爆,SCARA 機器人未來仍有望維持較高的增速。

          3.2.3. 并聯機器人

          并聯機器人,可以定義為動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接, 機構具有兩個或兩個以上自由度,且以并聯方式驅動的一種閉環機構,一般以 3 軸 最為常見。并聯機器人的特點為無累積誤差、精度較高,驅動裝置可置于定平臺 上或接近定平臺的位置,這樣運動部分重量輕,速度高,動態響應好。并聯機器人在生產線上一般用于對輕小物件的分揀、搬運、裝箱、貼標、檢測 等工作,廣泛應用于食品、制藥、電子、日化等行業。

          并聯機器人問世之初的應用 對象主要是大型乳企以及液體袋裝藥和藥片的生產藥企,大多負載都在 3kg 以下, 后續的增長主要來源于乳制品行業之外的食品行業,如糖果、巧克力、月餅等生 產企業,以及醫藥、3C 電子、印刷以及其他輕工行業。

          2013 年及以前,國內并聯機器人市場主要由 ABB、發那科等少數幾個品牌開 拓,但隨著 2012 年 ABB 公司 Delta 并聯機器人專利解禁,國內市場上涌現出 了一大批并聯機器人企業,基本都直接開拓市場,并且涉及眾多應用行業,較大 程度拓寬了市場應用范圍。從市場結構來看,2019 年國內并聯機器人市場主要由 ABB、天津晨星、上海勃肯特和發那科占據,占比分別為 16.8%、11%、10%和 9%,國產并聯機器人廠商市占率較高。

          從出貨量上來看,相對于多關節型工業機器人,國內并聯機器人當前市場需 求明顯偏小,占整個工業機器人市場的出貨量不足 5%。預計 2020 年并聯機器人 全年出貨量可以達到五千余臺,隨著下游應用細分行業的進一步擴展以及使用場 景的進一步豐富,未來兩年并聯機器人行業年均增速預計可達 10%左右。

          3.2.4. AGV 機器人

          AGV (Automated Guided Vehicle) 機器人,一般稱為 AGV 搬運機器人或 AGV 小車,是以電池為動力源的一種自動操縱行駛的工業車輛。區別于固定安裝 在流水線旁的傳統工業機器人,AGV 機器人主要功能集中在自動物流搬轉運,通 過特殊地標導航自動將物品運輸至指定地點,因此要實現自主移動,導航系統是 AGV 機器人的關鍵,常見的引導方式為磁條引導,激光引導,磁釘導航、慣性導 航等。

          AGV 機器人的應用可以實現高柔性和可拓展性的自動化物流,從而達到降低 成本、提高效率、縮短產品生產周期的效果。AGV 機器人無需人的參與,就可以 實現 24 小時連續運轉,大大提高產品物料等的搬運效率,并且 AGV 系統可與工 廠內部現有 MES、ERP 等系統對接,實現全數字化管理,有效規避人為因素,提 高生產質量水平。

          隨著工廠自動化、計算機集成制造系統技術逐步發展、以及柔性制造系統、 自動化立體倉庫的廣泛應用,AGV 作為聯系和調節離散型物流管理系統使其作業 連續化的必要自動化搬運裝卸手段,其應用范圍和技術水平得到了迅猛的發展。

          從下游行業應用分布來看,隨著近年來智能倉儲物流的興起,京東、亞馬遜、 阿里巴巴、申通、順豐等電商巨頭和快遞業龍頭對分揀機器人、AGV、無人倉等 大幅度加碼,智慧物流已成為物流行業的大勢所趨。電商快遞是 AGV 機器人的第 一大應用行業,占比 34.5%,汽車、家電行業分列二、三名,占比分別為 21.2% 和 18.5%。

          近年來,AGV 機器人正處于市場繁榮期,其行業的快速發展帶來了與之相關 的整個產業鏈的競相涌入,傳統叉車廠商、物流系統集成商、其他類別的工業機 器人企業乃至應用企業都進入了 AGV 行業。

          2019 年,國內 AGV 機器人市場集中度較低,北京極智嘉、上??靷}、華曉精密、杭州???、沈陽新松等出貨量排在市場前列,并且由于 AGV 機器人核心技術與傳統工業機器人并不一樣,技術門檻不高,國內外技術水品無明顯差距,因此國內 AGV 機器人市場大多都被國產品牌所占據。

          從出貨量上來看,近年來國內 AGV 機器人增長速度較快,15 年到 19 年的 4 年間的年均復合增速達 57.7%,即使是 19 年整個工業機器人行業遇冷 AGV 機器人也保持了 16.7%的增速。在中國制造 2025、智慧物流等各項政策的保駕護航,以及電商快遞、新能源、醫療等新興行業市場需求的持續釋放下,未來兩年我國 AGV 機器人銷售量預計仍將維持接近 20%的增長速度。

          3.3. 長尾市場將成為未來工業機器人的增長點

          按應用行業分,汽車行業仍然是工業機器人下游應用占比最高的行業,約占 整個工業機器人市場出貨量的 35%,其中在汽車零部件和汽車整車中的應用分別 占比 23%和 12%。3C 電子行業緊隨其后,占比 23%,排在第二位。金屬加工行 業排在第三位,占整個市場出貨量的 12.2%。工業機器人在食品飲料行業、鋰電 行業、家電行業、光伏行業等長尾市場的占比仍然較小,分別只有 5.9%、5.6%、 5%和 3.1%,但他們的增速遠高于汽車、3C 電子這些較為成熟的市場,隨著下游 行業應用場景的進一步豐富,這些長尾市場未來將有更大的增長空間。

          從行業占比變動來看,2019 年工業機器人在汽車行業的應用占比同比下滑 0.8%,這主要是因為汽車行業近年來市場需求逐漸觸頂,造成行業固定資產投資 降低,從而影響了工業機器人在汽車行業的出貨量,雖然汽車行業目前仍然是工 業機器人的第一大應用行業,但其已經趨于一個存量市場,不再會像過去十年一 樣成為工業機器人行業的增長點。

          2019 年工業機器人在 3C 電子行業的應用占比同比略微上升約 0.4%,與汽車行業相似,3C 電子行業的下游需求也出現了飽和的趨勢。以行業內最主要的產品智能手機為例,跟隨著移動互聯浪潮不斷普及,智能手機高速增長的階段已經過去,近年來國內市場智能手機的出貨量也呈現出下滑的趨勢,工業機器人在 3C 行業中的應用增速也逐漸放緩。

          2019 年我國工業機器人下游行業應用中占比增長較快的行業分別是食品飲 料、光伏和鋰電,同比增速分別為 127%、55%和 24%。對食品飲料行業來說, 隨著近年來圖像識別和抓取等技術有了進一步的發展,使得機器人逐漸具備了處 理精致而多樣化產品的能力,在食品行業中使用機器人進行挑揀、包裝和檢測越 來越常見。此外,隨著食品安全的要求越來越嚴格,使用機器人替代人工,降低生 產過程中的人為干擾也可以降低污染的風險。

          隨著近年來國家新能源戰略的逐步推進,光伏和鋰電行業逐漸受益,預計十 四五期間我國將以更大的決心、力度和舉措推進能源革命,加快構建清潔低碳、 安全高效的能源體系。2020 年中國光伏發電累計裝機預計將達 2.4 億千瓦,保守 估計未來五年年均光伏新增裝機規模也將在 0.7 億千瓦左右。2020 年前 11 個月, 我國新能源汽車產量僅占汽車總產量的 5.1%,而根據規劃,到 2025 年新能源汽 車新車銷售量將達到汽車新車銷售總量的 20%。光伏和鋰電行業的持續景氣將釋 放更多的自動化需求,帶動未來工業機器人的進一步增長。

          3.4. 人機協作與小型化是未來工業機器人的發展趨勢

          當前,工業機器人的應用場景愈加廣泛,苛刻的生產環境對機器人的體積、 重量、靈活度等提出了更高的要求,工業機器人正向著小型化、輕型化、柔性化的 方向發展,類人精細化操作能力不斷增強。此外,隨著機器人易用性、穩定性以及 智能水平的不斷提升,機器人的應用領域逐漸由搬運、焊接、裝配等操作型任務 向加工型任務拓展,人機協作也成為工業機器人研發的重要方向。

          傳統的工業機器人必須遠離人類,一般在保護圍欄或者其他屏障之后安裝部 署,以避免人類受到傷害,這極大的限制了工業機器人的應用效果,在很多需要 人類介入的工作中就無法采用機器人來實現較高程度的自動化。人機協作將人的 認知能力與機器人的效率結合在一起,從而使人可以安全、簡便的與工業機器人 進行配合,達到 1+1>2 的效果。

          協作機器人是近年來興起的一種新型工業機器人,從多關節機器人的基礎上 發展而來,最早的協作機器人僅僅是在傳統多關節機器人外部包裹一圈柔軟材料, 以減小對人體的傷害。隨著技術的發展和相關規范的完善,協作機器人慢慢轉向 了區別于傳統機器人的外形設計,并且借助表面力感知器、關節力矩傳感器、電 流估算力反饋模型等方式搭配特殊的安全算法,協作機器人可以在碰到人體后自 動停止,大幅增強了工業機器人的安全性,使人機協作變為可能。

          從市場結構來看,2019 年國內協作機器人市場主要由優傲(Universal Robots) 和傲博占據,市占率分別為 32%和 23%,合計占比超過 50%。其中 Universal Robots 是全球范圍內的協作機器人霸主,08 年推出全球首款協作型機器人,全球 累計銷售達 5 萬臺,傲博作為國產廠商,是中國首家實現全國產化的協作機器人 研發企業,是國產協作機器人龍頭。

          從出貨量上來看,近年來國內協作機器人實現了爆發性的增長,16 年到 18 年的兩年間年均復合增速高達 93%。不同于其他工業機器人的是,協作機器人因 為要與人進行配合,2020 年受疫情影響較其他工業機器人更為嚴重,出現了較大 的負增長,但隨著全球疫情逐漸受到控制,生產逐漸恢復,協作機器人仍然有望 憑借人機協作的進一步加深實現快速增長。

          當前,工業機器人的應用場景愈加廣泛,苛刻的生產環境對機器人的體積、重量、靈活度等提出了更高的要求。除了人機協作以外,工業機器人正朝著更小、 更輕、更靈活的方向發展。

          以六軸機器人為例,六軸機器人最開始是大規模應用在汽車行業,多以負載 大于 20kg 的重負載型號為主,而隨著近年來六軸機器人逐漸向 3C 電子、金屬加 工、食品飲料、新能源等行業擴展,負載小于 20kg 的小六軸越來越受到市場的偏愛。

          2016 年至今,小六軸機器人的增速一直高于大六軸機器人,尤其是近兩年在大六軸機器人負增長的情況下,這種差距還有進一步擴大的趨勢??梢钥吹?,小六軸在六軸機器人中的占比一路上升,預計 2020 年小六軸機器人出貨量的占比 將接近 60%,而小六軸機器人技術門檻低于大六軸機器人,這也將利好國產機器 人廠商,削弱外資工業機器人廠商的優勢。

        4、風險提示

          4.1. 下游行業景氣度下降風險

          工業機器人所處行業與制造業的發展和國家宏觀經濟運行趨勢的關聯較為緊密,因此,工業機器人行業景氣度將受到宏觀經濟波動以及下游行業周期性變化 的影響。2017 年至 2019 年,我國國內生產總值(GDP)增長率分別為 6.9%、 6.6%及 6.1%,宏觀經濟增速有所放緩,制造業的固定資產投資受到一定影響。如 果未來汽車、3C 電子等行業景氣度下降,將會對工業機器人行業造成較大影響。

          4.2. 行業競爭加劇風險

          隨著整個工業機器人產業鏈的國產化進程推進,國內外工業機器人核心零部 件差距逐漸縮小,技術門檻進一步降低,越來越多的國產工業機器人廠商加入到 市場競爭中來,我國工業機器人市場集中度或將更加分散,無序競爭現象可能會更加明顯,行業整體面臨競爭加劇的風險,價格戰等因素或將對整個工業機器人 行業的利潤造成一定的負面影響。

          4.3. 疫情控制不及預期的風險

          從去年年初開始的新冠疫情在全球范圍內仍在持續,將會對全球經濟帶來怎 樣的連鎖反應仍然難以預計,如果未來全球疫情控制仍然得不到控制、國內外宏 觀經濟出現較大的波動或下游行業的復蘇不及預期,將會對工業機器人市場需求 造成一定的影響,導致工業機器人行業景氣度出現下滑的風險。

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