工业机器人：继汽车电子、人工智能之后的新风口
前言
工业机器人是一种面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，其主要功能是通过自动控制来执行各种任务，从而替代人类进行单调、频繁和重复的长时间作业。这种机器人依赖于自身的动力和控制能力来实现各种功能。工业机器人由三个基本部分组成：主体、驱动系统和控制系统。主体包括臂部、腕部和手部，有的机器人还配备有行走机构。驱动系统通过接收指令来驱动机器人行走和工作，而控制系统则负责发出指令并监控机器人的运行状态。工业机器人可以接受人类的指挥，也可以按照预先编排的程序运行。随着人工智能技术的发展，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领进行自主决策和行动。
自1962 年，年首台工业机器人由美国公司Unimate制成，并在通用汽车初步实践以来，工业机器人就逐渐开始工厂提高生产效率、提升产品品质、降低生产成本的重要手段之一。1967 年，日本开始引进美国的工业机器人技术，通过不断的研发和创新，于1980 年成为世界工业机器人的产销量第一。进入20 世纪90 年代，德国和韩国制造业的强劲表现进一步推动了工业机器人的发展。这两个国家在制造业上的投入和创新，使得工业机器人技术得到了更广泛的应用和推广。特别是在汽车、电子等行业中，工业机器人的使用大大提高了生产效率和产品质量。到了21 世纪初，中国作为“世界工厂”，在政策推动和工厂需求的双重因素下，工业机器人的市场迅速扩大，成为全球最大的工业机器人市场。中国制造业的蓬勃发展，尤其是在汽车、电子、机械等领域，对工业机器人的需求日益增长。同时，中国政府也出台了一系列政策，鼓励工业机器人的研发和应用，为这一领域的发展提供了有力支持。
2019-2021年我国工业机器人产量
而目前，随着近期人工智能技术的高速发展、工业国家人口老龄化等等原因的影响，工业机器人有望在继汽车电子、人工智能之后迎来一波长久的市场增长期。根据中商产业研究院发布的《2023-2028 年全球及中国工业机器人行业深度调查及投融资战略研究报告》显示，全球工业机器人市场的市场规模由2018 年的1094 亿元增至2022 年的1312 亿元，年均复合增长率为4.65%。中商产业研究院分析师预测，2023 年全球工业机器人市场规模将达到1420 亿元，2024 年将达到1544 亿元。
1 全球工业机器人概况
对于工业机器人来说，亚太地区是其最主要的使用地区，预期未来还将继续主导，预计今年（2024 年）收入将超过250.8 亿美元，其中中国、日本和韩国将共同推动这个市场；欧洲是全球仅次于亚太的重要市场，主要由汽车工业和德国（德国已经是全球第五大工业机器人国家）来推动；此外，由于延续“将所有的制造和运营保留在内部”的政策，以及持续的生产自动化模式，让北美的工业机器人产值稳居全球第三，预计今年可达61.9亿美元。
对此，分析机构表示：“自全球大规模疫情以来，为工业机器人的运用提供了一个强有力的佐证案例，从而确保各地区持续使用的势头。虽然在2020 年，全球对工业机器人的投资减少，但我们认为，从2021 年开始，市场工业机器人的需求将大幅上升。”
2 工业机器人核心部件产业分析
对于工业机器人来说，其核心构成部分包括减速器、伺服电机、控制器和机器人本体。从成本构成角度来看，工业机器人的主要成本来自于其三大核心部件：减速器、伺服电机和控制器，它们分别占据了机器人总成本的35%、20%和15%，三者合计成本大约占据了机器人总成本的70%。
作为世界上最大的工业国家，工业机器人对我国实现制造业的产业升级至关重要。我国从“七五”科技攻关开始，工业机器人正式被列入国家级的科技计划，也已经有了20余年的发展历史，但我国依旧面临工业机器人技术起步晚、基础薄弱、自主品牌市占率低等问题。目前，国内智能制造正处于蓬勃发展的阶段，特别是在疫情之后，我国正在迎接挑战，制造业正在复苏。工业机器人作为这一进程的关键环节，其需求进一步扩大。与此同时，AI、云计算等先进技术与工业机器人的深度融合，为工业机器人开辟了新的应用场景和发展方向。这种技术融合不仅提升了工业机器人的智能化水平，还拓展了其在各个行业中的应用范围。随着这些技术的发展，工业机器人市场的潜力将进一步释放，为制造业的转型升级提供有力支持。
在减速器领域，随着智能制造和高端装备领域的迅猛进步，特别是工业机器人和高端数控机床的广泛应用，谐波减速器和RV减速器已经崭露头角，成为高精密传动领域的核心组件。据权威数据统计，2022 年中国减速器行业的市场规模达到了1321亿元，同比增长5.01%。展望未来，随着技术的不断创新和市场的持续扩大，预计今年，这一市场规模将进一步增长至1447 亿元，展现出巨大的发展潜力和市场前景。
在企业竞争格局方面，中国RV 减速器市场呈现出较高的集中度。其中，纳博特斯克以显著优势占据市场主导地位，拥有53%的市场占有率。紧随其后的是国内企业双环传动，以14%的市场占有率位列第二。日本住友、飞马传动、中大力德、南通振康、智同、秦川机床等企业则分别位列第三至第八位，共同构成了RV减速器市场的主要竞争力量；而在谐波减速器市场，哈默纳科以其强大的品牌实力和技术优势，占据最大的市场份额，达到了38%。紧随其后的是国产企业绿的谐波，其市场份额为26%，展现出了国内品牌在谐波减速器领域的强劲势头。值得注意的是，随着国内企业的不断技术创新和品质提升，国产品牌在市场占有率上正逐步实现突破，与海外品牌在减速比、输出转速、传动精度等方面的差距也在逐渐缩小。这种竞争格局的变化不仅推动了行业的发展，也为国内企业提供了更广阔的发展空间和机遇。
在伺服电机领域，其被誉为工业机器人的“心脏”，在自动控制系统中发挥着至关重要的作用，它负责执行控制命令，驱动工业机器人的各个关节进行精确的动作。近年来，随着智能制造和工业自动化的快速发展，中国伺服电机市场规模呈现出持续增长的态势。据统计，2022年中国伺服电机市场规模已达到181亿元，同比增长7.1%，并预计到2024年，这一市场规模将进一步扩大至223亿元。我国在伺服电机领域起步晚、基础弱，尽管困难重重，目前主要以国外品牌为主导，外资品牌的市场份额占比高达65%。但值得注意的是，国产品牌汇川技术在伺服电机领域取得了显著进展，其在市场份额排名第一，占率达到15.9%，展现出强劲的竞争力和良好的发展势头。此外，其他外资品牌如安川、台达、松下及三菱等也占据了相当的市场份额，分别为11.9%、8.9%、8.8% 和8.3%。
伺服电机竞争格局
在工业机器人控制器领域，控制器的功能是负责控制整个机器人按照设定好的程序运行，其主要任务是接收来自视觉、力觉等传感器的检测信号，驱动伺服电机，从而实现控制机器人在工作空间中的位置、姿态、速度。据智研咨询测算，2019 年我国工业机器人控制器市场规模为15.32 亿元，同比增长23.6%;2020 年我国工业机器人控制器市场规模为19.02 亿元，同比增长24.2%。
为确保系统的稳定性和可靠性，工业机器人控制系统的研发往往由机器人本体制造商主导并自主研发。因此，在市场份额的分布上，工业机器人控制系统的市场份额与机器人本体的市场份额呈现出高度的一致性。根据市场份额的数据，发那科、库卡、ABB、安川等知名机器人制造商在控制系统市场同样占据了前四名的位置，显示了其在整个工业机器人领域的综合实力和市场影响力。
对于本土企业来说，为了突破外资品牌的围堵，运控一体化成为了一个必要的趋势和选择。通过整合机器人本体与控制系统，本土企业可以更加深入地理解并满足用户的需求，从而提供更加贴合实际应用的解决方案。目前，一些具有代表性的企业如广州数控、埃斯顿等，已经开始着手研制运动控制一体化产品。这些企业的共同特点是拥有扎实的数控技术基础，通过不断的技术创新和积累，逐步推出了适用于工业机器人的专用运动控制产品，并已经开始在行业内部进行推广和应用。
不仅如此，国内还涌现出了一批专注于运动控制产品研发和生产的企业，如固高科技等。这些企业的服务对象主要聚焦于小型工业机器人厂商，通过提供高性能、可靠稳定的控制系统平台，助力这些厂商提升产品质量和市场竞争力。通过与工业机器人集成商紧密合作，这些企业不仅能够深入了解市场需求，还能够根据实际应用场景进行定制化开发，为用户提供更加完善的解决方案。
最后，我们来看看机器人本体制造领域的情况。除了最关键的三大关键零部件，本体制作负责将各种零部件组装和集成，最终生产出能够执行复杂任务的工业机器人，这自然也是工业机器人产业中主要的一环。目前，我国工业机器人高端市场仍然被外资品牌所占据，其中“四大家族”（发那科、库卡、ABB、安川）尤为突出。这些外资品牌在技术、品质和服务等方面具有较强的竞争力，因此在市场上占据了较大份额。不过，随着国产工业机器人技术的不断提升和市场需求的增长，国产机器人在市场上的表现也越来越出色。根据MIRDATABANK的统计数据，2020 年“四大家族”在我国工业机器人出货量中的占比达到了36%，虽然相比之前有所下降，但仍然占据重要地位。相比之下，国产龙头埃斯顿的市场份额为3%，虽然相对较低，但已经是前十名中唯一一家本土品牌，显示出国产工业机器人在市场上的逐渐崛起。从2015 年到2020 年，国产机器人本体市场占有率由18.6% 提高至28.6%，呈现出稳步增长的趋势。这一成绩的取得，离不开国内机器人企业的技术创新和市场开拓，也反映了国内制造业对工业机器人的需求日益增长。从本体结构上来看，我国工业机器人销量第一、二位分别为坐标机器人和关节机器人，总占比达到80%。这两种机器人具有结构简单、精度高、可靠性好等特点，因此在工业领域得到了广泛应用。
3 国内工业机器人市场的风险
首先，工业机器人本体制造和系统集成环节对电子电器元器件和核心零部件的依赖是一个重要的风险隐患。这些关键部件的质量和供应稳定性直接影响到工业机器人的性能和交货期。随着潜在市场需求的增加，对电子电器元器件和核心零部件的需求也将大幅上升，但如果产能无法有效匹配，就可能出现供应短缺的问题。另外，控制器关键原材料供货紧张以及国际上的不可抗力因素也为工业机器人行业的发展带来了不确定性。这些因素可能导致原材料价格上涨、供应链中断或交货期延长，进而影响到工业机器人的生产成本和交货时间。
其次，虽然国内工业机器人企业在近年来的快速发展确实令人瞩目，相关产业链上的企业数量也在不断增加，但是以“四大家族”为主的国外企业也在积极扩充国内产能和销售渠道，加剧了市场竞争。如何挑战国外企业原本的强大地位，这对我国工业机器人企业来说至关重要，未来继续研发新技术、新产品，提高自主化率，降低对外部技术的依赖，将会成为我国工业机器人企业能否突出重围的关键之一。
最后，下游市场波动的风险也需要相关从业人员和企业警惕，汽车及零部件行业、金属加工行业、3C 电子行业等，是工业机器人的主要下游应用领域，这些行业的波动对工业机器人的装机需求具有显著影响。以汽车行业为例，2022 年上半年受到新冠肺炎疫情的冲击，汽车行业遭受了严重的供应链中断和生产延迟。这不仅影响了新能源汽车主机厂的回款周期，还导致了芯片短缺和动力电池价格上涨，进一步增加了企业的生产成本；同时，消费端的消费动能不足也导致了汽车需求的下降，进而影响了汽车的生产和销售。这些因素在短期内对工业机器人行业产生了不利影响，因为汽车行业是工业机器人的重要应用领域之一，汽车产量的下降直接导致了工业机器人的需求减少。然而，从长期来看，随着疫情的逐步控制和经济的复苏，以及新能源汽车市场的快速发展，汽车行业对工业机器人的需求有望恢复增长。但是，其隐藏的风险暗流依然需要企业时刻注意，特别是国内市占率还不理想的企业来说。
（本文来源于《EEPW》2024.3）
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