全方位解析|中国工业机器人发展到了什么水平？
- 来源：OFweek机器人网
- 2021/12/2 13:27:51
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工业机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”，对其研发、制造、应用的能力，是衡量一个国家科技创新与高端制造水平的重要标志，也是未来我们迈向制造强国的必由途径，了解我国目前工业机器人处于一个什么样的水平，与国外差距如何，又存在何等难以解决的痛点，未来的发展趋势是怎样的等等问题，才能做出更加准确的决策，让有限的资源产出最大的价值，以提高整个行业在全球的竞争力。
工业机器人行业发展现状
1、定义
工业机器人是在工业生产中使用的机器人的总称，是一种多关节机械手或多自由度的机器装置，通过编程或示教等方式，可以拥有一定的自动性，依靠自身的动力能源和控制能力，实现各种加工制造功能，替代人类完成繁重、重复、有害等各方面的工作。
目前工业机器人一般可分为多关节机器人、协作机器人、Delta机器人和SCARA机器人四大类。从国内工业机器人市场销量来看，占比最高的是多关节机器人，在63%左右，其次分别为SCARA机器人、协作机器人和Delta机器人，分别约占30%、4%和3%。
2、我国工业机器人发展历程
我国工业机器人研究开始于20世纪70年代，直至2000年之前，行业主要以技术研究、市场探索为主，为后续的发展进行技术、人才等多方面的储备。
2000年到2010年，在汽车等主要应用领域较为低迷的情况下，国内工业机器人年均销量仅为数千台，这一阶段主要是外资在加速布局国内市场，而国内供应商主要做集成和代理。
2010年到2013年，随着下游汽车、3C等行业需求的高速增长，推动了国内工业机器人快速发展，销量开始超过万台，一些内资集成企业发展到了一定程度，开始谋求向中上游拓展。
2013年到2017年，国家对机器人的支持补贴政策密集出台，汽车、3C电子行业景气度高，长尾市场也逐渐打开，终端用户使用机器人的意愿大幅增长，5年来的年均增速达到了43%，我国工业机器人产销量呈爆发式增长。
2018年到2019年，由于国家补贴的减少以及贸易摩擦的影响，国内汽车、3C电子等机器人下游应用行业发展受限，机器人需求增速放缓。
2020年疫情爆发，整体经济受到打击，不过随着疫情得到控制，需求开始反弹，同时伴随着新能源等行业的大力发展，国内工业机器人增速再次抬头，2020年国内工业机器人产量达到了237068台，同比增长19.1%。
2021年国内工业机器人需求持续高速增长，据国家统计局数据，今年1-9月总产量达到26.87万套，同比增长57.8%，预计未来三到五年，国内工业机器人仍将保持超过35%的高速增长。
主要逻辑有：一是人口红利褪去，用工成本持续增加；二是智能制造产业升级的需求；三是工业机器人规模效应凸显，性价比提高；四是工业机器人技术更加成熟，应用领域增加；五是国产替代的加速。
3、工业机器人市场情况
全球对机器人行业的未来发展持乐观态度，此前央视财经曾报道，2020年全球机器人市场规模为250亿美元，约合人民币1600亿元，预计到2030年，该数字将扩大十倍，达到2600 亿美元，约合人民币1.7万亿元。
在今年世界机器人大会上发布的《2021中国机器人产业发展报告》显示，2021年，我国机器人市场规模预计为839亿元，其中工业机器人445.7亿元，预计到2023年，将突破589亿元；另外德邦证券研报显示，到2023年，我国工业机器人市场规模将突破100亿美元(约638亿人民币)。
从供需上看，国内工业机器人稳定增长，2015-2020年，产量由3.3万台提升至23.7万台，年均增长率达48.3%；销量从6.9万台提升至17万台，年均增长率为19.8%；出口方面，2015-2020年，国内工业机器人出口量由1.2万台提升至8.1万台，年均增长率为46.5%，出口量在全球占比由4.6%提升至20.4%，增长约16个百分点。
从安装量上看，据国际机器人联盟(IFR)发布的数据显示，目前在中国工厂运行的工业机器人数量达到创纪录的943000台，增长了21%，并且还在持续高速增长，在2020年，全球新设工业机器人38.35万台，疫情之下也同比增加0.5%，主要得益于中国需求的大幅增加，有超过40%的新型机器人，约16.84万台被设置在中国工厂。
从营收规模上看，据工信部数据，2020年，全国规模以上工业机器人制造企业营业收入531.7亿元，同比增长6.0%，实现利润总额17.7亿元，同比下降26.9%，总体利润率较低，此外，从今年以来的数据上看，国内工业机器人企业净利润依旧在持续降低，市场增大、利润不足的情况短时间难以缓解。
从应用分类上看，近年来工业机器人应用领域在持续拓展，非汽车领域应用占比逐步增加。数据显示，汽车行业占比降到了29%，3C电子行业为23%，金属制造领域超过了12%，锂电、食品领域应用分别超过了5%。
未来工业机器人应用将继续拓展到更多行业领域，《全球工业互联网应用案例分析报告》数据显示，目前工业互联网应用企业主要集中在机械行业，占比36%，其次为能源行业，占比22%，再次是轻工业，占比11%，除此之外，其余行业的工业互联网渗透率普遍偏低，而工业互联网的前提是工业机器人等自动化设备和智能控制系统，因此从这一角度上看，未来中长期工业机器人的市场需求同样强烈，足以保持相对稳定的市场增量。
如今，在中国的内外资工业机器人企业都在努力扩产，据统计，目前四大家族在国内实现的年产能约为15万台，最晚到2025年，产能将超过50万台；而国内工业机器人主要供应商目前实现年产能约4万台，预计到2025年产能将达到25万台。
今年以来，工业机器人获得了资本的青睐，据不完全统计，今年前三季度，工业机器人领域就发生了70起融资事件，总融资额超过了125亿人民币，已经追上了去年一整年的融资金额，创下又一个融资巅峰记录。
工业机器人产业链发展概况
工业机器人产业链主要分为上游核心零部件、中游本体制造以及下游系统集成三个环节。
上游核心零部件：包括减速器、伺服系统、控制器，直接决定了工业机器人的性能、可靠性、负载能力等主要技术指标，占工业机器人总体成本的66%。
中游本体制造：涉及工业机器人整机结构设计和加工工艺，对工业机器人的稳定、精度等也有重要影响，成本占比在25%左右。
下游系统集成：面向终端用户，根据需求实现焊接、装配、检测、搬运、喷涂等工艺或功能，成本占工业机器人整体不到10%。
1、上游核心零部件
上游核心零部件是工业机器人最为关键的技术，也是国内外差距最大的领域，工业机器人大型企业往往通过掌握关键零部件技术打造核心竞争力。
减速器方面：目前全球大部分市场被日本的哈默纳科(谐波减速器)、纳博特斯克(RV 减速器)所占据，比例都在7成以上，国产化率不足30%，从分类上看，谐波减速器的国产化率相对较高，而RV减速器的技术门槛较高，国产化率相对较低。
数据显示，2020年，全球机器人减速器需求量为223万台，其中谐波减速器需求量为110万台，RV减速机需求量为113万台，如果分别按均价3000元、6500元的价格测算，则2020年全球谐波减速器市场规模为33亿元，RV减速机市场规模73.45亿元，合计为106.45亿元。
伺服系统方面：伺服系统是工业机器人主要的动力来源，也是控制设备实现精确运动与定位的必要系统，一般由伺服电机、伺服驱动器、编码器三部分组成。在工业机器人伺服系统中，电机主要采用永磁同步交流伺服电机，伺服驱动主要以总线通讯形式实现对位置、速度和转矩单元的控制，编码器主要采用多圈绝对值编码器。
在伺服系统里面，伺服电机最难掌握，目前超过90%需要依赖进口，典型生产厂家有安川、西门子、三菱、松下、伦茨、路斯特等，国产的电机在技术标准、设计选料、制造工艺等多方面与国外先进水平都有较大差距，这些导致国产电机在稳定性、持久性、噪音、功率等方面都有所不足，只能用于一些低端产品。
控制器方面：控制器是根据反馈信号控制机器人的执行机构，相当于工业机器人的“大脑”。在三大部件中，控制器的技术难度相对较低，且成本占比不高，但对机器人的工作能力、操作精度、稳定性等关键指标同样有着决定性的作用。
控制器分为硬件和软件两部分，在硬件上国内外差距并不大，但在软件算法和二次开发上依然有较大差距，并且软件算法最重要的是和机器人本体相匹配，而国内大多数企业并没有完整的产业链，这就导致了国内控制器企业难以形成竞争优势，所以国产控制器的差距主要是算法和兼容性方面。
2、中游本体制造
中游本体制造负责工业机器人本体的组装和集成，即机座和执行机构，包括手臂、腕部等，部分还包括行走结构。
目前中游工业机器人本体制造商依然以国外“四大家族”为代表的龙头企业占据领先地位，国内相关企业体量相对较小，此前国际机械设备统计机构数据显示，全球工业机器人前十大生产商中，我国仅有埃斯顿一家入围，排名第八位，占据3.26%的市场份额。
不过在趋势上，中游环节已呈现国产替代加速的大势，MIR数据显示，国内工业机器人企业占国内市场的份额已从2018年的18%提升至2020年的29%。并且从内外资品牌出货量增长率上也可以看出这点，2021年上半年，内资同比增长109.5%，外资同比增长71%。
主要因素包括：一是本土企业价格更为灵活，性价比高且更懂国内企业需求；二是下游行业细分领域众多，市场分散、需求多样，外资企业优势并不明显；三是国内用户对国产工业机器人接受程度提高，在用工成本上升推动的“机器换人”进程中，拥有强烈的降本增效需求。
3、下游系统集成
机器人系统集成是连接机器人本体企业和应用端的“桥梁”，为终端客户提供应用解决方案，负责工业机器人应用的二次开发，以及周边自动化配套设备的集成，是工业机器人自动化应用的重要组成部分。
得益于我国拥有全球最完善的制造业产业类别，系统集成是机器人行业最大的市场，并随着机器人应用领域的拓展而不断增大，数据统计显示，我国机器人系统集成商已经超过了3500家，市场规模也超过了600亿元。
不过值得注意的是，机器人系统集成的技术门槛较低，竞争十分激烈，导致议价能力较弱，且在不同行业之间横向拓展困难，企业发展存在一定的瓶颈，目前国内集成商企业规模偏小，营收过亿的仅有百家左右，想要突破十分困难。
综合来看，我国的工业机器人产业链在中低端已经有一定的优势，并借此提高国产化率，同时在发展的过程中，突破工业机器人关键技术的研发应用，实现从低端向高端的渗透替代。
此外，从应用领域上看，在汽车、3C等传统行业，工业机器人的应用已经过了大规模发展的阶段，自动化程度相对较高，规模虽大需求量却较小，且大部分被国外龙头企业垄断，难以进入。反而是一般工业领域，由于企业普遍体量较小，对工业机器人的需求呈现订单分散、价格敏感、标准化低的特点，这种“长尾客户”并不是国外龙头企业的客户，反而国内工业机器人企业拥有性价比高、服务及时等本土优势，更能解决这些客户的需求，是一个相对较好的切入点。
工业机器人行业痛点分析与发展趋势
1、工业机器人行业痛点
一是人才极度缺乏。经过多年的努力发展，如今我国制造业已经跨过了第一阶段的劳动密集型产业、第二阶段的资本密集型产业，来到了第三阶段的智力密集型产业，也就是高端制造，在这一阶段，行业对人才的定位已经改变了，也就是说现今的大多数人才，与接下来行业的需求并不匹配，导致出现人才极度缺乏的状况。
从最基本的操作和编程，到整个机器人系统的复杂调试、维护，我们在研究人才、工程人才、操作人才等全方位存在稀缺痛点，然而相应的人才教育培训体系却没有建立起来，导致人才问题将成为未来工业机器人发展的最大阻碍。
《制造业人才发展规划指南》指出，到2025年，高档数控机床和机器人有关领域人才缺口将达450万人，同时还指出，2020年制造业十大重点领域人才短缺将超过1900万，在2025年这个数字将近3000万。
二是核心技术太过弱势。我国是最大的工业机器人市场，但国内企业却相当弱势，这主要是缺乏核心技术的积累，同时配套能力也不够强，如高端芯片、操作系统、控制器、减速机、电机、精密加工技术等等都需要依赖进口，这些导致产品成本过高，利润不足，于是大量工业机器人企业举步艰难，发展缓慢。工信部数据显示，2020年全国规模以上工业机器人制造企业营业收入531.7亿元，利润总额17.7亿元，利润率仅3.3%。
三是产业投资太少。包括机器人企业和投资机构，各方面对工业机器人产业的投资都太少，导致产业发展缓慢，对比当年千亿万亿的资金进入互联网和移动增值行业的风潮，目前进入机器人行业的资金太少了，也就是在去年和今年才堪堪超过了百亿级别，没有资金，导致人才稀少，然后研发缓慢，由此进入恶性循环，资金缺少是工业机器人发展缓慢的一个关键点。
2、工业机器人发展趋势
一是提高工业机器人的智能化技术。工业机器人是先进制造业的代表，提高智能化程度可以提高工业机器人的工作能力和使用性能，推动制造业向着真正无人化、自动化的目标前进，智能化将是机器人发展的大趋势，事实上目前行业内一直在推进这方面的研究，比如将人工智能与机器人结合，还有云化机器人及工业机器人云平台等方式。
二是协作机器人成为工业机器人的重要创新方向。制造业网络化、智能化发展趋势显著，在更加复杂的离散型场景中，安全的人机协作需求不断增长，以完成更精确、更灵活的工作。传统的工业机器人需要在隔离环境中作业，极大地限制了工业机器人的应用效果和应用场景，随着技术的成熟，工业机器人的生产力和可靠性大幅提升，将会推动更加适应智能制造应用场景的协作机器人产业发展。
结语
我国是制造业大国，制造业增加值已连续11年位居世界第一，并且是全球唯一一个拥有联合国产业分类中所列全部工业门类41个工业大类、207个中类、666个小类的国家，具有世界上最为健全的工业体系。
正是得益于此，我国工业机器人才发展迅速，占据了全球市场的四成份额，在此前制定的“中国制造2025”中，2025年工业机器人的目标产量是26万台，而今年的前三季度工业机器人产量就已达到了268694台，提前四年就超额完成了数量指标，可见发展速度之快，远超预期。
但另一方面，我国制造业也好，工业机器人也罢，都是大而不强，面临诸多挑战，如核心技术难以突破，被供应链卡脖子，企业盈利能力不足，研发资金、人才短缺问题，另外还有人口红利不再、用工成本增加、原材料价格上涨、客户需求多样化、产品周期缩短等等客观问题，都在阻碍着机器人产业的进一步发展。
综上所述，对于工业机器人发展的预期，在市场规模上，我国工业机器人发展的速度会比预期快，未来几年依然会继续保持高速增长；在技术积累上，门槛较低、浅层次的技术，发展也会比预期的快，深层次的、需要产学研合作攻克的核心技术，发展则会比预期的慢。
在这种情况下，想要工业机器人产业长久健康发展，必须加大研发投入，突破技术壁垒，提高盈利能力，缓和产业链发展不平衡的矛盾，坚定走“技工贸”的路线，开发新技术、新产品，以获得高利润，从而带动整个工业机器人产业的正向循环发展。
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