產(chǎn)業(yè)邏輯
人口紅利的衰竭迫切需要工業(yè)機器人代替人工
1、人口紅利的逐漸衰竭，傳統(tǒng)制造業(yè)舉步維艱
過去30余年，在人口紅利的推動之下，中國制造業(yè)規(guī)模已擴張到全球22%的比例，位居世界第一，GDP以年均約10%的增速升至世界第二位。但單純?nèi)丝诩t利可以推動經(jīng)濟規(guī)?？焖僭鲩L，而無法實現(xiàn)知識體系、技術(shù)體系、產(chǎn)業(yè)體系的升級，這也是當(dāng)前中國經(jīng)濟增長模式面臨的核心挑戰(zhàn)，也是傳統(tǒng)制造業(yè)在人口紅利逐漸衰竭后急需解決的問題。
目前階段，隨著中國人口結(jié)構(gòu)的改變，使得人口老齡化速度加快以及勞動年齡人口占比下降，從而推動勞動力成本不斷提升，這些因素使得中國長期通過人口紅利維即的高增長面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，尤其是受益人口紅利最大的傳統(tǒng)制造業(yè)（本就產(chǎn)能過剩）雪上加霜，這也成為促進工業(yè)機器人市場發(fā)展的重要因素。
中國總?cè)丝诘臄?shù)量雖然在不斷上升，但是出生率在不斷下降。從1965年開始，出生率從37.88%一直下降到2014年的12.37%，這也導(dǎo)致了中國勞動力資源的減少。
隨著計劃生育等政策的落實，15-64歲的人口占比在95年到10年間是呈不斷上升的趨勢的，然而2010年后，中國勞動年齡人口比重開始下降。據(jù)預(yù)測，中國的勞動力總?cè)丝趯掷m(xù)減少，并會一直延續(xù)到2050年。
伴隨著勞動力資源減少，中國的人口老齡化問題也越發(fā)嚴重。1995年到2013年間，中國65歲及以上的人口占比從1995年的6.2%一路飆升至2013年的9.7%。
人口老齡化以及勞動力人口的逐漸減少導(dǎo)致了勞動力成本的快速上漲。2014年全國居民人居可支配收入為20167元，比上年增長10.1%，扣除價格因素，實際增長為8.0%，比人均GDP增速高1.2個百分點。
中國勞動力資源的減少、人力成本的不斷攀升，導(dǎo)致了制造業(yè)等勞動密集型行業(yè)的用工短缺和制造成本提升等各方面的問題。制造業(yè)要維持當(dāng)前的規(guī)模，必須找到解決勞動力不足的措施。由于工業(yè)機器人可以在很大程度上取代傳統(tǒng)人工勞作并且降低企業(yè)的綜合成本，因此工業(yè)機器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工作業(yè)成為了趨勢。
2、工業(yè)機器人性價比優(yōu)，替代人工成為趨勢
工業(yè)機器人的使用在很大程度上降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。發(fā)達國家經(jīng)驗證明，使用工業(yè)機器人可以降低人力成本與廢品率，提高機床的利用率，降低殘次零件出現(xiàn)的風(fēng)險；另外，采用工業(yè)機器人還可以改善勞動條件，提高生產(chǎn)效率，提供更可控的生產(chǎn)能力，加快產(chǎn)品更新?lián)Q代；提高零件的處理能力和產(chǎn)品質(zhì)量；減少停產(chǎn)時間，節(jié)約勞動力。
現(xiàn)階段而言，人力成本大概占生產(chǎn)費用的15%-40%左右。另外員工年假、病假、保險等費用也會一定程度上降低了企業(yè)的利潤；據(jù)abb公司預(yù)測，一個工業(yè)機器人與2個兩班輪換的工人相比較，七年大概會節(jié)約444000美元。
據(jù)美國波士頓咨詢公司報告，未來十年，更便宜、更好的機器人將加速取代工廠工人，推動人力成本削減16%。波士頓咨詢公司預(yù)測，到2025年，世界前25大出口國對工業(yè)機器人的投入將增多，年漲幅由目前的2%至3%上升至10%。人力成本的降低和效率的提高將填補這些投入。報告預(yù)計，機器人將使韓國的人力成本削減33%、日本削減25%、加拿大削減24%、美國削減22%、中國削減18%。
以一個更直觀的例子來說，一般一臺大型焊接機器人，按照初始購置成本250萬元，10年折舊來計算的話，一年25萬元，一個月2.08萬元。這樣一個工業(yè)機器人，如果按照三班倒生產(chǎn)，相當(dāng)于5-6個工人的工作量。一個車間工人，根據(jù)行業(yè)平均水平，按照5000元計算，全年合計要30-36萬元，遠高于當(dāng)年機器人折舊總額25萬元。也就是說，使用焊接機器人可以給企業(yè)節(jié)約大概15%的成本。
3、國家政策的明確導(dǎo)向，加速趨勢的推進
為了進一步緩解國內(nèi)勞動力資源壓力，促進制造業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定擴張，我國制訂了一系列的政策來規(guī)劃與推動工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
產(chǎn)業(yè)鏈分析
工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)鏈分析
一、工業(yè)機器人概述
工業(yè)機器人是指面向工業(yè)領(lǐng)域的機器人，一般由多關(guān)節(jié)機械手或多自由度的機器裝置組成。它能夠通過重復(fù)編程和自動控制，在無人參與的環(huán)境下，完成搬運、焊接、噴漆、切割、裝配以及澆鑄等多種工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)。
工業(yè)機器人主要由機械部分（機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)），傳感部分（感受系統(tǒng)、機器人與環(huán)境交互系統(tǒng)）以及控制部分（人機交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)）三大部分、六大系統(tǒng)組成。
機械部分：機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是指工業(yè)機器人為完成各種運動的機械部件，由骨骼（桿件）和連接它們的關(guān)節(jié)構(gòu)成，具有多個自由度，主要包括手部、腕部、臂部、機身等部件；驅(qū)動系統(tǒng)為機器人各部位的運動提供動力，包括液壓傳動、氣動傳動、電動傳動以及綜合傳動系統(tǒng)等。
傳感部分：感受系統(tǒng)由內(nèi)部傳感模塊和外部傳感模塊組成，用以獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息；機器人與環(huán)境交互系統(tǒng)則是指實現(xiàn)工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，如加工制造單元、焊接單元、裝配單元等。
控制部分：人機交互系統(tǒng)是將操作人員與工業(yè)機器人控制相聯(lián)系的系統(tǒng)，主要分為指令給定裝置和信息顯示裝置；控制系統(tǒng)則是根據(jù)程序和反饋信息控制機器人動作的中心，主要由主控計算機和關(guān)節(jié)伺服控制器組成，是工業(yè)機器人的核心系統(tǒng)之一。
工業(yè)機器人根據(jù)其運動方式可以分為直角坐標機器人、水平關(guān)節(jié)機器人、六軸機器人、冗余機器人以及雙臂機器人等，按照應(yīng)用領(lǐng)域可以分為焊接、搬運、碼垛、裝配、噴涂、切割等機器人。
二、工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀
1、全球工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀
自20世紀60年代開始，經(jīng)過近六十年的迅速發(fā)展，隨著對產(chǎn)品加工精度要求的提高以及人力成本的逐漸提升，關(guān)鍵工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)逐步由工業(yè)機器人代替工人操作。另外，由于某些高危、有毒等惡劣的工作環(huán)境也要求由工業(yè)機器人進行替代作業(yè)，工業(yè)機器人的市場需求進一步提升。工業(yè)機器人已逐漸成為現(xiàn)代生產(chǎn)工藝的重要組成部分及未來發(fā)展趨勢。
據(jù)IFR(InternationalFederationofrobotics)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2004到2014年間，除了2009年全球工業(yè)機器人銷量有明顯下滑之外，整體呈逐漸上升趨勢。2014年，全球工業(yè)機器人銷量達到了約225000臺，同比增長高達26%。
在地域方面，亞洲/澳大利亞地區(qū)工業(yè)機器人銷量提升顯著，歐洲與北美工業(yè)機器人銷量增長平穩(wěn)，中國已經(jīng)成為了工業(yè)機器人第一大市場。
從應(yīng)用領(lǐng)域來看，汽車、電氣電子、金屬制品、橡膠與塑料、食品、制藥與化妝品等行業(yè)占據(jù)了工業(yè)機器人的主要份額。
工業(yè)機器人作為高端制造裝備的重要組成部分，擁有極高的技術(shù)價值。世界各國都將工業(yè)機器人的研發(fā)放在了很重要的地位，紛紛推出了本國的機器人國家發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。
美國工業(yè)機器人的發(fā)展重點是立足于機器人核心技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。2011年，奧巴馬總統(tǒng)提出了NRI國家機器人發(fā)展計劃，2013年提出了美國機器人發(fā)展路線圖，將發(fā)展重點放在了強適應(yīng)性和可重構(gòu)的裝配、仿人靈巧操作、非結(jié)構(gòu)化環(huán)境的感知、教育訓(xùn)練、機器人與人共事的安全性等方面。
日本的機器人產(chǎn)業(yè)和技術(shù)都很發(fā)達。在日本的機器人路線中，新世紀工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、特種機器人成為其重點發(fā)展的三個領(lǐng)域。圍繞著“世界機器人創(chuàng)新基地-徹底鞏固機器人產(chǎn)業(yè)的培育能力”，“世界第一的機器人應(yīng)用社會-機器人隨處可見”以及“邁向領(lǐng)先世界的機器人新時代”三大機器人核心戰(zhàn)略，日本制訂了機器人發(fā)展五年計劃，旨在鞏固其在機器人領(lǐng)域的世界領(lǐng)先地位。
歐盟第七研發(fā)框架計劃已經(jīng)投入了高達6億歐元的經(jīng)費于工業(yè)機器人的研究制造，未來研究經(jīng)費投入將達到140億歐元。于此同時，2002-2022年歐洲機器人研究路線圖的提出為未來工業(yè)機器人研究提出了方針指導(dǎo)。
韓國在工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)方面也投入了大量的精力。2009年，韓國政府提出了第一個智能型機器人基礎(chǔ)計劃，計劃在2013年前投入1萬億韓元于機器人研究。2014年韓國發(fā)布了第二個智能機器人開發(fā)五年計劃，目標是到2018年，不斷擴大機器人產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模，從當(dāng)前的22億美元增加到79億美元，機器人公司數(shù)量從402家增加到600家。
2、中國工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀
中國已成為工業(yè)機器人第一市場：2012年到2014年間，中國工業(yè)機器人銷售量一路攀升，到2014年，中國已經(jīng)成為全球工業(yè)機器人銷售量最大的國家。2012到2014年間，工業(yè)機器人銷售額占比重也逐年上升，行業(yè)地位逐步提升。
保有量和人均保有量仍處于較低水平：2014年中國的機器人密度僅為30臺每萬人，遠低于世界平均水平的62臺每萬人；從總保有量看，相比日本、德國、韓國等發(fā)達國家，中國的機器人保有量仍舊處于較低水平。
2014年中國的機器人密度僅為30臺每萬人，遠低于世界平均水平62臺每萬人。韓國、日本、德國、美國的機器人密度分別為437、323、282、152臺每萬人，工業(yè)機器人在中國具備巨大潛力空間。
2013年，中國工業(yè)機器人保有量達到132784臺，同比增長36.7%；然而相比日本、德國、韓國等國家，中國的機器人保有量仍舊處于較低水平。按照目前中國工業(yè)機器人的增長速度，中國工業(yè)機器人保有量有望在2018年達到世界第一水平。
現(xiàn)階段，我國主要的工業(yè)機器人為焊接、搬運和噴涂機器人等。我國工業(yè)機器人主要的應(yīng)用領(lǐng)域為電子電氣行業(yè)與汽車行業(yè)；其中電子電氣行業(yè)的工業(yè)機器人使用量占國內(nèi)所有工業(yè)機器人使用量的31%，汽車整車和汽車零部件行業(yè)的工業(yè)機器人使用量分別占比15%和18%。
在目前中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大背景下，工業(yè)機器人具備巨大的成長潛力。據(jù)IFR統(tǒng)計和預(yù)測，2015年-2017年，中國工業(yè)機器人年均增長率將達25%，2017年銷量將達10萬臺；到2017年末，中國機器人保有量將超過40萬臺。
二、工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈分析
工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)鏈可以分為上游核心零部件、中游工業(yè)機器人本體生產(chǎn)企業(yè)、下游系統(tǒng)集成商，此外還有貫穿于整個產(chǎn)業(yè)鏈的物流、銷售商等。
1、產(chǎn)業(yè)鏈上游：核心零部件
工業(yè)機器人的核心零部件包括減速機，伺服驅(qū)動/電機和控制器，對于整個工業(yè)機器人的性能指標起著極其關(guān)鍵的作用。這些核心零部件支持、完成了工業(yè)機器人的主要運作，控制器在接收到指令之后，將指令信號轉(zhuǎn)換為路徑控制信號發(fā)送到伺服驅(qū)動，伺服驅(qū)動控制電機轉(zhuǎn)動，電機通過減速機帶動執(zhí)行機構(gòu)運動。
減速機主要用于降低轉(zhuǎn)速和增加轉(zhuǎn)矩，它屬于關(guān)鍵零部件中開發(fā)難度最大的部件，對于回轉(zhuǎn)精度、剛度、疲勞強度、材料以及工藝水平都要較高的要求。高可靠性、高精度、大扭矩、大速比的減速機具有更大的優(yōu)勢。
伺服電機用于驅(qū)動機器人的關(guān)節(jié)，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。為了高效驅(qū)動，伺服電機要求具備最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高啟動轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。伺服電機可以分為兩大塊，伺服驅(qū)動和電機，伺服電機可以分為直流和交流伺服電動機兩大類。
控制器的主要任務(wù)是控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等?？刂破飨鄬Χ约夹g(shù)難度較低，成本也較低。控制器包括硬件和軟件兩部分，硬件部分主要包括工業(yè)控制板卡包括一些主控單元、信號處理部分等電路，軟件部分技術(shù)難點主要是軟件實現(xiàn)的構(gòu)建、控制算法、二次開發(fā)等?？刂破鞯募夹g(shù)指標包括控制的高同步性、良好的操作性、高速高精度控制、同時控制的軸數(shù)等。
國內(nèi)目前核心零部件缺失，國內(nèi)廠商對國際廠商的依賴度仍非常高
減速器
目前，國內(nèi)還沒有能夠提供規(guī)?；倚阅芸煽康木軠p速器生產(chǎn)企業(yè)；全球市場75%的市場被日本兩家企業(yè)占據(jù)，納博特斯克生產(chǎn)的RV減速器約占60%、Harmonica生產(chǎn)的諧波減速器約占15%。
以安川電機ES165Kg為例，6臺精密減速器的總價值約為2.08萬元，占整機成本的12%；而同類型的國內(nèi)產(chǎn)品，6臺精密減速器的成本約為9.1萬，占整機成本的比例為31%，精密減速器成為制約降低國產(chǎn)工業(yè)機器人成本的重要因素。
在工業(yè)機器人用減速器領(lǐng)域，我國已涌現(xiàn)出了幾家具備一定實力的發(fā)展工業(yè)機器人核心零部件研發(fā)、制造的企業(yè)，但從產(chǎn)業(yè)化的角度來說，我國工業(yè)機器人減速器至今還沒有產(chǎn)業(yè)化，國外廠家包括納博特斯克、住友、SEJINIGB、SPINEA、HarmonicaDrive等在競爭中仍具有壟斷性優(yōu)勢。
一般情況下，一臺工業(yè)機器人需要的減速器個數(shù)為4-6臺，伴隨著我國工業(yè)機器人應(yīng)用市場的快速發(fā)展，以及核心設(shè)備國產(chǎn)化率的提升，精密減速器也將具備極佳的發(fā)展良機。
伺服系統(tǒng)
目前，國外品牌占據(jù)了中國伺服電機市場近75%的市場份額，品牌市場主要來自日本和歐美。其中日系產(chǎn)品以約45%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；歐美品牌中，美國有羅克韋爾、丹納赫、帕光等品牌，德國則擁有西門子、倫茨、博世力士樂、施耐德等品牌。
除日本、歐美伺服品牌外，以東元和臺達為代表的臺系伺服在大陸市場也迅速推廣，因為其性價比優(yōu)于海外品牌，市場占有率也迅速提升至10%左右。
雖然國產(chǎn)伺服系統(tǒng)在市場上的比重比較低，但近幾年國產(chǎn)品牌伺服系統(tǒng)的發(fā)展也很迅速，獲得了一定的市場認可，比較具有代表性的企業(yè)主要有華中數(shù)控、廣州數(shù)控等；同時還有一大批相關(guān)企業(yè)也進入到了伺服系統(tǒng)行業(yè)，比如深圳的英威騰、匯川科技，大連的安迪等。
相對于減速器，伺服電機和驅(qū)動器市場未形成主要廠商壟斷現(xiàn)象，而且?guī)状髧H廠商在中國也建立了分工廠，供應(yīng)充足，產(chǎn)品價格相對合理。另外，國內(nèi)的一些公司在伺服電機和驅(qū)動器領(lǐng)域也有所建樹，產(chǎn)品質(zhì)量正在追趕國際廣商，占據(jù)了一定的市場份額。
控制器
控制器、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)目前核心零部件缺失，國內(nèi)廠商對國際廠商的依賴度仍非常高
2、產(chǎn)業(yè)鏈中游：本體制造
工業(yè)機器產(chǎn)業(yè)鏈的中游為機器人本體生產(chǎn)商，主要負責(zé)工業(yè)機器人支柱、手臂、底座等工業(yè)機器人主體機械結(jié)構(gòu)部分的生產(chǎn)與組裝。
根據(jù)機械結(jié)構(gòu)形式，工業(yè)機器人可以分為直角坐標型機器人，圓柱坐標型機器人，并聯(lián)機器人，關(guān)節(jié)型機器人等。其中關(guān)節(jié)型機器人功能最為強大，適用范圍最廣。
機器人本體的主要技術(shù)指標包括工作范圍、負載、重復(fù)性精度、響應(yīng)速度、自身總量、功耗等。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。比如，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的精度和速度要求，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較高。
中國工業(yè)機器人市場一直被外資企業(yè)壟斷，2013年外資企業(yè)在中國銷售的工業(yè)機器人超過2.7萬臺，占到了總銷售量的74%。其中，ABB、發(fā)那科、安川電機、庫卡四大家族占到了65%左右的份額，幾乎壟斷了工業(yè)機器人制造、焊接等高端領(lǐng)域。
3、產(chǎn)業(yè)鏈下游：系統(tǒng)集成
機器人系統(tǒng)集成是指在機器人本體的基礎(chǔ)上，根據(jù)機器人的不同應(yīng)用類型為其安裝不同的執(zhí)行裝置，將機器人本體和附屬設(shè)備進行系統(tǒng)集成。按照應(yīng)用類型的不同，工業(yè)機器人可以分為焊接機器人、搬運機器人、碼垛機器人、裝配機器人、噴涂機器人、切割機器人等。
從產(chǎn)業(yè)鏈角度看，下游的系統(tǒng)集成是機器人商業(yè)化、規(guī)?；占暗年P(guān)鍵，但相對產(chǎn)業(yè)鏈其他環(huán)節(jié)來講，系統(tǒng)集成的壁壘相對較低、與上下游的議價能力較弱、競爭較為激烈，同時也是國內(nèi)企業(yè)大批量進入的領(lǐng)域。
目前由于國內(nèi)大批的企業(yè)進入系統(tǒng)集成領(lǐng)域，下游需求端的競爭相對激烈，上游由于不具備核心壁壘導(dǎo)致議價能力較弱，使得硬件產(chǎn)品價格和利潤逐年下降，工業(yè)機器人的系統(tǒng)集成領(lǐng)域已經(jīng)很快從新興產(chǎn)業(yè)逐漸轉(zhuǎn)向類傳統(tǒng)制造業(yè)范疇。
