引言：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(yīng)用三個方向。
智能制造是中國制造2025的核心，工業(yè)機器人是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(yīng)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墓I(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墓I(yè)機器人國家。預(yù)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)?；慨a(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(yīng)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
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?！吨袊圃?025》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智能制造是中國制造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. 智能制造是中國制造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。《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(yīng)用示范工程，七大領(lǐng)域?qū)χ悄苤圃煊兄鞔_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)機器人是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(yīng)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(yīng)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(fù)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(yīng)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(yīng)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?/STRONG>
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。請加工業(yè)智能化微信號：robotinfo 學習工業(yè)智能化知識
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 30916萬元增長到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165KG 的六軸機器人為例，其回收周期將由2010年4.96年下降到2016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(yīng)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(yīng)、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(yīng)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(yīng)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(yù)測報告》，目前一臺165kg焊接機器人成本國內(nèi)約為29.9萬元，而國外大約為16.86萬元。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(yù)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、7.162萬臺和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。
工業(yè)機器人零部件亟需國產(chǎn)化突破，并且是規(guī)?；慨a(chǎn)的突破，否則沒有意義。減速器是國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)必須攻克的關(guān)卡，盡管研發(fā)過程漫長充滿挑戰(zhàn)，也有少數(shù)公司經(jīng)過多年研發(fā)，生產(chǎn)出了減速器，但未大規(guī)模量產(chǎn)。日本減速器掌握減速器市場的絕大份額，大規(guī)模量產(chǎn)，生產(chǎn)成本低，掌握了定價權(quán)。根據(jù)我們的草根調(diào)研，國外進口RV減速器價格是國內(nèi)企業(yè)減速器產(chǎn)品的3倍，他們還有很大的降價空間擠壓中國品牌。國內(nèi)即使研發(fā)出合格的減速器，也得量產(chǎn)才有意義。否則沒有量，就算技術(shù)達到日本標準，日本四大家機器人公司同樣不會買中國的。
3.2.1. 減速器——機器人的關(guān)節(jié)，不能缺失之痛
減速器對機器人意味著什么?精密減速器，是一種精密的動力傳達機構(gòu)，它利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的裝置，從而降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。精密減速器是工業(yè)機器人最重要的零部件，工業(yè)機器人運動的核心部件“關(guān)節(jié)”就是由它構(gòu)成，每個關(guān)節(jié)都要用到不同的減速機產(chǎn)品。
按結(jié)構(gòu)不同，工業(yè)機器人用精密減速器可以分為五類，RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機器人最主流的精密減速器。精密減速器按照結(jié)構(gòu)的不同，可以分為諧波齒輪減速器、擺線針輪行星減速器、RV減速器、精密行星減速器和濾波齒輪減速器五類。在精度、扭矩、剛度、傳送效率等衡量減速器的各個性能指標上，它們各有不同。其中，RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機器人最主流的精密減速器。
RV減速器和諧波減速器是工業(yè)機器人中使用最主要的減速器，RV減速器在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的趨勢。世界75%的精密減速器市場被日本的Harmonica Drive 和Nabtesco占領(lǐng)，其中Nabtesco生產(chǎn)RV減速器，約占60%的份額，Hamonica Drive生產(chǎn)諧波減速器，約占15%的份額。RV減速機主要用于20公斤以上的機器人關(guān)節(jié)，諧波用在20公斤以下機器人關(guān)節(jié)。RV減速器不像諧波減速器那樣隨著使用時間的增長，運動精度會顯著降低，在先進機器人傳動中有逐漸取代諧波減速器的趨勢。但由于RV減速機組成零件更復(fù)雜，承載強度更高，不光制造難度要比諧波減速機大，其生產(chǎn)線投資規(guī)模遠大于諧波減速機。
回顧減速器兩巨頭的前世今生，他們的減速器業(yè)務(wù)都經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展。如Nabtesco的RV減速器，前身正是帝人精機的主流產(chǎn)品。70年代開始，帝人精機減速器作為挖掘設(shè)備驅(qū)動馬達的核心部件使用。80年代早期，應(yīng)世界主要機器人制造商要求，帝人精機改進了RV減速器，使之更加精準可靠，符合機器人制造行業(yè)的嚴格要求。取得了精密擺線針輪RV減速機專利后，于1986年開始批量生產(chǎn)，從此開始為現(xiàn)代工業(yè)機器人的關(guān)節(jié)應(yīng)用進行配套?？梢?，減速器是需要時間積淀成功的。
我國精密減速器為起步晚，逆襲挑戰(zhàn)重重。相比日本巨頭幾十年的積淀，中國的工業(yè)機器人用精密減速器研究開始較晚，技術(shù)不成熟，形成了精密減速器不能自給自足的局面，嚴重依賴進口。RV減速器需要傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，保證預(yù)期的工作壽命，因而在設(shè)計上使用了過定位結(jié)構(gòu)，加工十分困難?？此坪唵蔚腞V減速器，實則是對我國工業(yè)基礎(chǔ)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。昂貴進口的通用機床不一定能生產(chǎn)出精密零部件，不是僅僅引進幾臺進口設(shè)備就可以生產(chǎn)制造出來的，沒有吃透相關(guān)材料、熱處理、工藝等是不可能生產(chǎn)出精密減速器的。國內(nèi)有部分公司在技術(shù)水平上取得了重大突破，目前也未形成較大的銷售規(guī)模。
國內(nèi)涉足RV精密減速器的公司有上市公司秦川機床、上海機電、巨輪股份，新三板公司有唯一標的恒華股份，非上市公司有南通振康、恒豐泰、武漢精華、上海精華、山東帥克等，涉足諧波減速器的有非上市公司蘇州綠的諧波傳動科技有限公司、北京中技美克諧波傳動有限公司等。
3.2.2. 伺服電機：工業(yè)機器人的必不可少的關(guān)鍵零部件
機器人電動伺服驅(qū)動系統(tǒng)是利用各種電機產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動機器人本體以獲得機器人的各種運動的執(zhí)行機構(gòu)，通常由伺服電機以及伺服驅(qū)動器組成。除了可以進行速度與轉(zhuǎn)矩控制外，伺服系統(tǒng)還可以進行精確、快速、穩(wěn)定的位置控制。伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補充馬達間接變速裝置，它將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動控制對象，可使控制速度、位置精度非常準確。
機器人對關(guān)節(jié)驅(qū)動電機的要求非常嚴格，交流伺服電機在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用。機器人對伺服電機的嚴格要求：1)快速響應(yīng)性，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好。2)起動轉(zhuǎn)矩慣量比大，在驅(qū)動負載的情況下，要求機器人的伺服電機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動慣量小。3)控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電機的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比，調(diào)速范圍寬，能使用于1：1000～10000的調(diào)速范圍。4)體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短，以配合機器人的體形。5)能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受數(shù)倍過載。交流伺服驅(qū)動器因其具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比高、無電刷及換向火花等優(yōu)點，在工業(yè)機器人中得到廣泛應(yīng)用。
目前國內(nèi)高端市場主要被國外名企占據(jù)，主要來自日本和歐美，未來國產(chǎn)替代空間大。目前國外品牌占據(jù)了中國交流伺服市場近 80%的市場份額，主要來自日本和歐美。其中，日系產(chǎn)品以約 50%的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋、富士等，其產(chǎn)品特點是技術(shù)和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩(wěn)定且持續(xù)的客戶源，在中小型 OEM 市場上尤其具有壟斷優(yōu)勢。未來五年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產(chǎn)業(yè)升級的影響，將保持較快增長，國產(chǎn)替代空間還很大。
國產(chǎn)伺服產(chǎn)品將重現(xiàn)國產(chǎn)發(fā)頻器癿光輝歷程，進口替代加速迚行。起步相對較早的國產(chǎn)變頻器已經(jīng)在 OEM 市場取得較好成績，而國產(chǎn)伺服產(chǎn)品技術(shù)正在不斷進步，我們認為本土伺服產(chǎn)品未來有望復(fù)制國產(chǎn)變頻器的發(fā)展路線，在 OEM 進口替代市場取得較大突破。
中國內(nèi)較大的伺服品牌市場包括上市公司埃斯頓、匯川技術(shù)、華中數(shù)控、廣州數(shù)控、和利時、新時達，新三板公司北超伺服。其中，匯川技術(shù)提供的機器人解決方案中伺服電機和數(shù)控系統(tǒng)基本實現(xiàn)自給，新時達、埃斯頓部分型號機器人開始使用自行研制的控制器和伺服系統(tǒng)，北超伺服能夠為客戶提供電機與驅(qū)動器一體化產(chǎn)品。
3.2.3. 控制器：與國際差距最小的機器人零部件
機器人控制器是機器人控制系統(tǒng)的核心大腦?？刂破鞯闹饕蝿?wù)是對機器人的正向運動學、逆向運動學求解，以實現(xiàn)機器人的操作空間坐標和關(guān)節(jié)空間坐標的相互轉(zhuǎn)換，完成機器人的軌跡規(guī)劃任務(wù)，實現(xiàn)高速伺服插補運算、伺服運動控制。機器人控制器由機器人控制器硬件和機器人控制器軟件組成。機器人控制器的軟件部分是工業(yè)機器人的“心臟”，隨著科技的發(fā)展，工業(yè)機器人從下位機到上位機的應(yīng)用軟件方面都有了不同程度的研究成果。
控制器的市場份額基本和機器人保持一致，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成較大市場份額?？刂破?、軟件與本體一樣，一般由機器人廠家自主設(shè)計研發(fā)。目前國外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(chǔ)上進行自主研發(fā)，各品牌機器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。因此控制器的市場份額基本和機器人保持一致，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場競爭優(yōu)勢。
國內(nèi)企業(yè)機器人控制器產(chǎn)品已經(jīng)交為成熟，是機器人產(chǎn)品中與國外產(chǎn)品差距最小的關(guān)鍵零部件，國內(nèi)控制器與國外產(chǎn)品存在的差距主要在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面?？刂葡到y(tǒng)的開發(fā)涉及較多的核心技術(shù)，包括硬件設(shè)計，底層軟件技術(shù)，上層功能應(yīng)用軟件等，隨著技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗的積累，國內(nèi)機器人控制器所采用的硬件平臺和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，差距主要體現(xiàn)在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。
未來幾年中國國產(chǎn)機器人將得到快速發(fā)展，國產(chǎn)機器人控制器應(yīng)用市場面臨較好的發(fā)展契機，尤其是在運動控制領(lǐng)域深耕多年的企業(yè)。機器人軸數(shù)越多，對控制器性能要求也越高：機器人自由度的高低取決于其可移動的關(guān)節(jié)數(shù)目，關(guān)節(jié)數(shù)愈多，自由度越高，位移精準度也越高，其所使用的伺服電機數(shù)量就相對較多，即越精密的工業(yè)型機器人所用的伺服電機數(shù)量愈多。一般每臺多軸機器人由一套控制系統(tǒng)控制，也意味著控制器性能要求越高。隨著中國工業(yè)機器人的快速發(fā)展，具有較強研發(fā)能力的公司會具備更強的競爭優(yōu)勢。
本體：打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，體現(xiàn)于入口價值
機器人本體是什么?機器人本體屬于設(shè)備集成的范疇。按照機械結(jié)構(gòu)分，機器人本體可分為直角坐標機器人、scara機器人、關(guān)節(jié)型機器人、并聯(lián)機器人及其他。不同種類或行業(yè)的機器人，對技術(shù)指標有不同的側(cè)重要求。如汽車行業(yè)的焊接機器人對關(guān)節(jié)型機器人本體有較高精度和速度和要求，而碼垛類機器人、搬運機器人則對負載能力要求比較高，應(yīng)用于電子行業(yè)較多的SCARA 機器人則對精度和速度要求比較高。全球工業(yè)機器人市場主要為關(guān)節(jié)型全球工業(yè)機器人。
機器人本體企業(yè)可以有效整合上游零部件企業(yè)和下游系統(tǒng)集成商。機器人本體制造商負責工業(yè)機器人支柱、手臂、底座等部件與精密減速器等零部件生產(chǎn)加工組裝及銷售，應(yīng)用和集成可以本體企業(yè)自己實施，也可以給集成商來完成，本體企業(yè)具有有效整合上游零部件和下游系統(tǒng)集成商的入口能力。國際上的工業(yè)機器人本體制造商包括庫卡、ABB、發(fā)那科、安川電機等。國內(nèi)包括新松機器人、廣州數(shù)控、銳奇股份、埃斯頓、埃夫特、佳士科技、亞威股仹等。國內(nèi)大多數(shù)機器人本體公司以采購集成為主。
2014年我國工業(yè)機器人本體市場規(guī)模84億，預(yù)計2018 年機器人本體市場規(guī)模為300 億，還有2.7倍的空間。根據(jù)世界機器人協(xié)會的最新數(shù)據(jù)和《中國制造 2025》工業(yè)機器人技術(shù)路線圖，預(yù)計我國機器人市場未來 4 年復(fù)合增速約為 30%，若以 20萬元/臺的測算，則 2018 年我國機器人本體市場規(guī)模為 300億，是2014年的 2.67 倍。
經(jīng)濟型本體是國產(chǎn)機器人本體的發(fā)展方向。國外機器人行業(yè)伴隨汽車行業(yè)的成長，而且汽車行業(yè)對機器人精度、效率和穩(wěn)定性要求都非常高。在汽車領(lǐng)域，國內(nèi)機器人企業(yè)短期不能和國外企業(yè)競爭。開發(fā)應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)以外一般制造業(yè)的經(jīng)濟型機器人是國產(chǎn)機器人本體現(xiàn)階段的發(fā)展方向。經(jīng)濟型本體包括低成本的六軸通用機器人和三、四軸專用機器人。經(jīng)濟型本體分為兩類：1)國產(chǎn)核心零部件可以突破，國內(nèi)機器人企業(yè)可以批量化生產(chǎn)降低成本的通用六軸關(guān)節(jié)機器人;2)應(yīng)用于某一領(lǐng)域的專用機器人，如用于電子行業(yè)的SCARA機器人、桌面機器人就屬于經(jīng)濟型本體中的專機，這類專用機器人通常三、四軸(國外通常稱為機械手)。在電子、家電制造、金屬制造、塑料化工、食品等行業(yè)，外資機器人企業(yè)行業(yè)經(jīng)驗和客戶基礎(chǔ)優(yōu)勢并不明顯，客戶更加注重機器人產(chǎn)品的性價比，這是國產(chǎn)機器人的超車機會。
長期看好能研制出適合中國市場需求的，具備成功五要素的機器人企業(yè)。 “伺服系統(tǒng)”、“控制器”、“核心算法”、“精密減速器”，以及“應(yīng)用和集成技術(shù)”這五大核心技術(shù)被稱為機器人本體的“成功五要素”。國內(nèi)機器人本體要發(fā)展的好，在這五大領(lǐng)域至少要有2個是擅長的。首先伺服系統(tǒng)和控制器這兩塊要吃透，然后在核心算法方面需要做到比較好。高精度機械傳動(即減速機)可以采用外購。應(yīng)用和集成可以本體企業(yè)自己實施，也可以給集成商來完成。
3.2.4. 集成：目前大多數(shù)國內(nèi)機器人廠商業(yè)務(wù)集中于此，競爭激烈
從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，機器人本體(單元)是機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而下游系統(tǒng)集成則是機器人商業(yè)化、大規(guī)模普及的關(guān)鍵。只有機器人裸機是不能完成任何工作的，需要通過系統(tǒng)集成之后才能為終端客戶所用。系統(tǒng)集成方案解決商處于機器人產(chǎn)業(yè)鏈的下游應(yīng)用端，為終端客戶提供應(yīng)用解決方案，其負責工業(yè)機器人軟件系統(tǒng)開發(fā)和集成，是工業(yè)機器人自動作業(yè)的重要構(gòu)成。在我國，系統(tǒng)集成商多是從國外購置機器人整機，根據(jù)不同行業(yè)或客戶的需求，制定符合生產(chǎn)需求的解決方案。
中國與美國類似，機器人公司集中在機器人系統(tǒng)集成領(lǐng)域。在工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化的過程中，世界形成了三種不同的發(fā)展模式：日本模式、歐洲模式和美國模式。目前中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化的模式與美國接近，即本身生產(chǎn)的機器人較少，眾多企業(yè)集中于機器人系統(tǒng)集成這一塊。其中原因是工業(yè)機器人關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)主要掌握在幾家國際巨頭手中，機器人本體生產(chǎn)成本過高。
機器人系統(tǒng)集成商作為中國機器人市場上的主力軍，普遍規(guī)模較小，年產(chǎn)值不高，面臨強大的競爭壓力。 根據(jù)高工產(chǎn)研機器人研究院(GGII)的數(shù)據(jù)顯示，截至2014年9月，中國機器人相關(guān)企業(yè)428家，其中系統(tǒng)集成商就占88%，并且從相關(guān)市場數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)階段國內(nèi)集成商規(guī)模都不大，銷售收入1個億以下的企業(yè)占大部分，能做到5個億的就是行業(yè)的佼佼者，10個億以上的全國范圍屈指可數(shù)。由于硬件產(chǎn)品價格逐年下降、利潤也越來越薄，僅靠項目帶動硬件產(chǎn)品的銷售模式已經(jīng)成為過去時，同時進入系統(tǒng)集成這個領(lǐng)域的門檻越來越低，競爭就更為激烈。系統(tǒng)集成的壁壘相對較低，與上下游議價能力較弱，毛利水平不高，但其市場規(guī)模要遠遠大于本體市場。
系統(tǒng)集成想從小做大規(guī)模并不容易。系統(tǒng)集成企業(yè)的工作模式是非標準化的，從銷售人員拿訂單到項目工程師根據(jù)訂單要求進行方案設(shè)計，再到安裝調(diào)試人員到客戶現(xiàn)場進行安裝調(diào)試，最后交給客戶使用，不同行業(yè)的項目都會有其特殊性，很難完全復(fù)制。如果專注于某個領(lǐng)域，可以獲得較高的行業(yè)壁壘，但這個壁壘也使系統(tǒng)集成企業(yè)很難跨行業(yè)去擴張，其規(guī)模也很難上去。
盡管存在諸多障礙，近年來國內(nèi)還是涌現(xiàn)一批系統(tǒng)集成行業(yè)的佼佼者。國際機器人系統(tǒng)集成企業(yè)主要有KUKA、ABB、發(fā)那科、科馬、徠斯等。國內(nèi)涉足下游集成應(yīng)用領(lǐng)域的上市公司包括新松機器人、博實股份、天奇股份、廣州數(shù)控、埃斯頓等，其中新松機器人為國內(nèi)最大的系統(tǒng)集成商，主要從事工業(yè)機器人及自動化成套裝備系統(tǒng)的研發(fā)、制造。新三板公司有伯朗特、林克曼、拓斯達等。
（轉(zhuǎn)載）
