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工业机器人产业链分析《资讯》

发布时间:2020-08-17 11:59:54 阅读: 来源:切墙机厂家

2017-03-08 09:58:29来源: 贤集网

贤集网频道讯:工业机器人通常由控制系统、驱动系统、执行系统、感知系统、决策系统及软件部分、人-机器人-环境交互系统组成。

机器人自动化行业按产业链分为上游、中游和下游。 上游核心零部件:包括减速器、伺服系统、控制器;中游本体生产商:包括工业机器人本体、服务机器人本体;下游系统集成商:包括单项系统集成商、综合系统集成商。

工业机器人成本结构大致如下:本体 22%、伺服系统 25%、减速器 38%、控制系统 10%以及其他 5%。 在所有核心零部件中,减速器的毛利率最高,达到 40%,伺服电机和控制器毛利率分别为35%和 25%。

从市场规模来看, 2015 年, 减速器、伺服系统、 控制器国内市场规模分别为 11.5 亿元、 10.6亿元、 3.5 亿元, 中投顾问预测, 到 2020 年市场规模有望分别达到 40 亿元、 47 亿元、 12 亿元。

在工业机器人产业链中,控制器在国内大部分知名机器人本体制造公司均已实现自主生产,但和国际水平仍有差距;而另两个关键基础部件——伺服电机和减速器,目前国内公司与国外竞争对手相比尚缺乏竞争力,技术差距较为明显,国产化率很低。机器人本体制造这一环节对公司技术水平也有较高要求,但整体技术难度低于核心零部件制造,目前在这一环节,国内公司的技术水平与竞争力正在逐渐接近国外竞争对手。

关键零部件大量依靠进口,导致国内本体生产公司成本压力大,比之于外企,国内公司要以高出近 4 倍的价格购买减速器,以近 2 倍的价格购买伺服驱动器(数据来源: 赛迪研究院),严重压缩国内机器人公司的盈利空间, 进而削弱了国内机器人公司的国际竞争力。

在机器人功能应用实现与系统集成环节,国内公司因具备工程师红利等成本优势,竞争力较强。因此,目前我国的工业机器人行业普遍采取制造与成套设计相结合的经营模式,在自行进行机器人制造的同时,也大量外购机器人本体及关键零部件产品,并按照客户需求进行方案设计与系统集成,最终向客户提供非标准的解决方案。

关键的减速器严重依赖进口

减速器在机械传动领域是连接动力源和执行机构之间的中间装置, 其利用齿轮的速度转换器,将电机的回转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的装置,从而降低转速,增加转矩。 目前,成熟并标准化的减速器有:圆柱齿轮减速器、涡轮减速器、行星减速器、行星齿轮减速器、 RV 减速器、摆线针轮减速器和谐波减速器,其中 RV 减速器和谐波减速器是精密减速器中重要的两种减速器。

RV 减速器由一个行星齿轮减速器的前级和一个摆线针轮减速器的后级组成, RV 减速器具有结构紧凑,传动比大,以及在一定条件下具有自锁功, 而且振动小,噪音低,能耗低。

谐波传动减速器主要由波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成,是一种靠波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。

全球高精度机器人减速器绝大多数市场份额被日本企业占据,具备绝对领先优势。纳博特斯克( NABTESCO) 产品的全球市场占有率达 60%,特别在中/重负荷机器人上,其 RV 减速器市场占有率高达 90%,哈默纳科( HARMONIC DRIVE) 的谐波减速器约占 15%。 其他的生产企业中,也有住友重机械株式会社( Sumitomo Drive)等日本公司及 SPINEA 等欧洲公司也各占有约 5%的市场份额。

国内公司在机器人精密减速器国产化方面取得了一定的突破。 如苏州绿谐波减速器的 2015年出货量达到 3 万台, 其谐波减速器价格比进口品牌要便宜 30%-40%, 用户数量已经超过 500 家。

在中国市场上,已经对哈默纳科造成了较大的冲击; 华恒股份 RV 减速器已应用于公司自主研发的焊接、搬运等机器人设备上达 2000 套,最长工作时间超过 4 年; 南京振康 RV 减速器 2015 年在手订单超过 5000 台。 涉足减速器的上市公司有上海机电、秦川发展、双环传动、巨龙智能等公司,非上市公司有浙江恒丰泰、洛阳奥森轴承、 北京中技克美、 武汉市精华减速器制造等。 苏州绿的等国产减速器产业化进程的加快,将有利于国产本体厂商加强成本控制,提升市场竞争力。

伺服电机,国产品牌约占 20%左右的份额

伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机,其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度, 是工业机器人的动力系统,一般安装在机器人的“ 关节” 处。

机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服系统的要求较高,必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽,要适应机器人的形体做到体积小、重量轻、加减速运行等条件,且需要高可靠性和稳定性。 伺服电机分为交流伺服电机和直流伺服电机两大类, 目前,工业机器人使用较多的是交流伺服电机。

在中国工业机器人市场,主流的供应商包括: 日本松下、安川、三菱,以及欧洲和美国的伦茨和博世力士乐等, 国产公司有上市公司机器人、新时达、汇川技术、埃斯顿等及非上市公司广州数控、 南通振康等。从市占率来看,日本品牌占比约 50%;欧美品牌占比约 25%,而国产品牌约占 20%左右的市场份额。

当前我国中低端伺服系统已经能够实现大规模量产,但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力,国内对精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。随着扶持政策对机器人产业的推动,以及国产伺服技术的不断提升,我国伺服系统进口替代的步伐将加快。

控制器,一般由本体企业自产, 机会在于标准化

工业机器人控制器是决定机器人功能和性能的主要因素,其主要任务是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

控制器因神经中枢的地位和门槛相对较低,成熟机器人厂商一般自行开发控制器,以保证稳定性和维护技术体系, 国际四大机器人公司均自产控制器。 因此, 控制器的市场份额基本跟机器人本体一致。

随着技术和应用经验的积累, 国产机器人控制器产品已经较为成熟,所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距,差距主要体现在控制算法和二次开发平台的易用性方面, 是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件。

现有的机器人控制器封闭构造,带来开放性差、软件独立性差、容错性差、扩展性差、缺乏网络功能等缺点,已不能适应智能化和柔性化要求。开发模块化、标准化机器人控制器,各个层次对用户开放是机器人控制器的一个发展方向, 存在巨大发展空间。机器人接口统一是大趋势,控制器的机会在于标准化和开放性, 未来可能会出现提供控制器模块的平台型企业。

成本优势、 产业需求、政策推动三大因素驱动机器人产业发展

未来推动工业机器人产业规模扩大的主要因素包括:

(1)成本优势。

随着我国人口老龄化情况的加剧, 近几年劳动力成本每年以 10%以上的速度大幅上升, 2014 年我国制造业就业人员平均工资达到 51369 元,低端制造业赖以生存的成本优势逐渐消失。 目前, 全球工业机器人均价约 30 万元, 随着技术进步, 价格呈下行趋势,特别是中国市场,核心零部件逐步国产化,价格下降速度将快于全球市场。 人工成本的上涨,以及工业机器人成本的逐步降低, 将迫使制造企业选择工业机器人替代人工来从事大规模和重复性劳动,加速推进工业机器人的应用。

(2)制造业产业升级助推工业机器人发展。

我国制造业企业多数仍处于自动化的早期阶段,以粗放型发展模式为主,产品附加值低,产品质量稳定性也有较大的改进空间。 而工业机器人及智能制造成套装备及生产线的出现加快了原有的生产速度,大大提高了劳动效率, 还提高了产品质量的稳定性。 随着未来人们对产品质量要求的提升,我国工业制造业也将朝着集约化、智能化的方向进行产业升级,自动化程度将会越来越高,对以工业机器人为代表的自动化设备的需求亦将会逐步释放。

(3)制造过程柔性化、 智能化需求。

产品生命周期缩短及多样化需求将促进柔性制造技术进步,生产方式向柔性、智能、精细转变, 而机器人在柔性化、智能化和信息化方面具有强大优势。 构建以智能制造为根本特征的新型制造体系,将加快工业机器人在生产过程中的应用。

(4)产业政策推动行业发展。

国家出台的一系列产业政策为我国工业机器人领域的快速发展提供了充分的保障,推动我国工业机器人领域的技术进步和产业升级。

《 十三五规划纲要》 提出大力推进机器人产业化,提升产业支撑作用。

《中国制造 2025》聚焦智能制造,提出加快工业机器人在在生产过程中的应用, 大力推动机器人产业突破, 围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人、特种机器人,以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求,积极研发新产品,促进机器人标准化、模块化发展,扩大市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器与驱动器等关键零部件及系统集成设计制造等技术瓶颈。

工业和信息化部、国家发展改革委、财政部等三部委联合印发了《机器人产业发展规划(2016-2020 年)》,为十三五期间我国机器人产业发展描绘了清晰的蓝图。该规划提出到 2020 年,自主品牌工业机器人年产量达到 10 万台,六轴及以上机器人 5 万台以上;服务机器人年销售收入超过 300 亿元;培育 3 家以上的龙头企业,打造 5 个以上机器人配套产业集群;工业机器人平均无故障时间达到 8 万小时;

完成 30 个以上典型领域机器人综合应用解决方案,并形成相应的标准和规范,实现机器人在重点行业的规模化应用,机器人密度达到 150 以上。 关键零部件取得重大突破,在六轴及以上工业机器人中实现批量应用,市场占有率达到 50%以上。

全球工业机器人市场增长稳定, 中国市场稳做增长引擎

根据 IFR( 国际机器人联合会) 的数据, 2015 年全球工业机器人销量 24.76 万台,同比增长8%, 全球 75%的工业机器人被销往五个国家:中国、韩国、日本、美国、德国,销量分别为 6.6万台( 中国机器人产业联盟统计数据) 、 3.7 万台、 3.5 万台、 2.7 万台、 2 万台,中国仍是全球最大的工业机器人市场。

IFR 估计,从 2016-2018 年,工业机器人安装量将再次增长, 年复合增长率至少达 15%, 2018 年全球工业机器人总销量将达到约 40 万台。

从下游行业应用来看, 汽车产业是工业机器人最重要的应用行业,同时汽车产业大大增加了全球工业机器人领域的投资, 2015 年汽车产业约销售 95000 台工业机器,占比 38.37%。 电气/电子行业(包括电脑设备、无线电、电视、通信设备和装备、医疗、精密和光学仪器)工业机器人销量同比增长 10.12%,共计约 53300 台, 占工业机器人总销量的 21.53%,电气/电子行业将是工业机器人应用最具潜力的行业。 2015 年冶金、橡胶和塑料、 食品、药品化妆品行业销量分别为 34600台、 21200 台、 7200 台、 2100 台, 占工业机器人总销量的比例分别为 13.97%、 8.56%、 2.91%、0.85%。

工业机器人应用领域不断扩大。 家电、 3C 行业对工业机器人应用的需求与日俱增,并极有可能在未来成为工业机器人应用的新增长点。此外随着国内关键岗位机器人替代工程、安全生产少(无)人化专项工程和新的应用示范政策的不断落实,工业机器人的应用领域将有望延伸到劳动强度大的纺织、物流行业,危险程度高的国防军工、 民爆行业,对产品生产环境洁净度要求高的制药、半导体、食品等行业, 和危害人类健康的陶瓷、制砖等行业。

回到中国。

中国机器人密度仍然很低。 自 2013 年起,中国成为世界最大的工业机器人市场, 机器人使用密度在 2014 年仅达到了 36 台/万人,不仅远低于韩国、日本、德国水平,且低于 2014 年全球平均 66 台/万人的使用密度。 渗透率还处于较低水平, 未来随着我国机器人研发技术的进步,工业机器人市场具备十分广阔的提升空间。

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