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國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人沖擊中高端?問(wèn)題很多

http://m.casecurityhq.com 2023-08-11 15:02 來(lái)源:虎嗅智庫(kù)

核心觀點(diǎn):

  1. 國(guó)產(chǎn)替代集中在中低端制造業(yè),中高端市場(chǎng)中外資仍具有明顯優(yōu)勢(shì);
  2. 上游核心零部件核心技術(shù)仍未突破,尤其是控制器的控制算法;
  3. 中游本體性能與外資仍有差距,下游集成市場(chǎng)呈現(xiàn)玩家大而不強(qiáng),內(nèi)卷嚴(yán)重的局面;
  4. 國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程需依賴產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)的突破,國(guó)產(chǎn)廠商在未來(lái)工業(yè)機(jī)器人智能化轉(zhuǎn)型時(shí)代擁有一定先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

自我國(guó)提出要打造自主可控的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系以來(lái),各行各業(yè)便在攻克技術(shù)難關(guān),加快國(guó)產(chǎn)替代的步伐。工業(yè)機(jī)器人作為制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化的重要組成,無(wú)疑是國(guó)產(chǎn)替代的重點(diǎn)領(lǐng)域。

中國(guó)市場(chǎng)作為全球工業(yè)機(jī)器人最大的消費(fèi)市場(chǎng),占據(jù)全球出貨量50%以上,但在全球最大的單一市場(chǎng)(國(guó)內(nèi)市場(chǎng))國(guó)外廠商依舊占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。具體來(lái)看,附加值較低的中低端制造業(yè)國(guó)產(chǎn)化率較高,占據(jù)超過(guò)50%以上的市場(chǎng)份額,但在附加值較高的制造業(yè)國(guó)產(chǎn)化率維持較低水平;分類型來(lái)看,自由度高且精度控制難度較大的機(jī)器人市場(chǎng)占比較低;從制造業(yè)環(huán)節(jié)來(lái)看,機(jī)器人應(yīng)用的主要制造環(huán)節(jié)的市場(chǎng)占比均未超過(guò)50%。

我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人核心零部件的研究起步較晚,與國(guó)外技術(shù)有一定差距,造成不能完全自給自足的局面,一定程度上致使中上游生產(chǎn)成本居高不下,進(jìn)而影響下游差異化、定制化應(yīng)用集成的進(jìn)程。所以,在供應(yīng)鏈安全、成本可控、差異化/定制化等需求背景下,國(guó)產(chǎn)替代勢(shì)在必行。

虎嗅智庫(kù)將從工業(yè)機(jī)器人的上游核心零部件、中游本體和下游集成三個(gè)環(huán)節(jié)拆解國(guó)產(chǎn)替代的核心突破點(diǎn),并對(duì)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)替代路徑作出研判。

上游核心零部件技術(shù)基本盤(pán)薄弱,采取從“低端”到“高端”的逐步替代

工業(yè)機(jī)器人上游核心零部件主要有三種,分別是減速器、控制器和伺服系統(tǒng),三者合計(jì)成本占據(jù)機(jī)器人本體總成本的約60%以上,對(duì)于工業(yè)機(jī)器人成本下探和性能影響比較大。

數(shù)據(jù)顯示,工業(yè)機(jī)器人上游三大件國(guó)產(chǎn)化率近些年均有不同程度地上升,但國(guó)外廠商依舊占據(jù)一半以上的市場(chǎng)份額。具體來(lái)看,減速器的國(guó)產(chǎn)化率較高,且每年的滲透幅度也最為明顯,而伺服系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程表現(xiàn)較差。

減速器屬于高精密度產(chǎn)品,技術(shù)門(mén)檻高,行業(yè)壁壘大,是我國(guó)的薄弱環(huán)節(jié)之一。減速器主要分為諧波減速器和RV減速器。諧波減速器方面,國(guó)產(chǎn)諧波減速器易發(fā)生筒體斷裂、柔輪輸出軸扭轉(zhuǎn)剛性不足、齒面磨損等情況,其使用壽命和精度受以下四個(gè)方面因素的影響:

  • 原材料:在金屬原材料的顆粒度、剛度和硬度等指標(biāo)上,我國(guó)供應(yīng)的材料相較于國(guó)外有較大差距,雜質(zhì)較多,影響了減速器柔輪等零部件性能;
  • 設(shè)計(jì)專利:哈默納科在減速器齒形設(shè)計(jì)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上具有知識(shí)產(chǎn)權(quán),在齒形設(shè)計(jì)方面存在較高的技術(shù)壁壘,對(duì)于新進(jìn)廠商阻礙較大;
  • 加工工藝:高精度加工設(shè)備仍需進(jìn)口,國(guó)內(nèi)廠商缺乏經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)儲(chǔ)備,加工精度、加工誤差無(wú)法得到穩(wěn)定控制;
  • 零件裝配:零件組裝標(biāo)準(zhǔn)化程度欠缺,缺乏經(jīng)驗(yàn)豐富的技工。

相比諧波減速器,RV減速器的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,由于其承載能力大等特點(diǎn),對(duì)加工工藝的要求更為苛刻。目前,RV減速器仍面臨零部件定位不精準(zhǔn)、精度標(biāo)準(zhǔn)化低、難以量產(chǎn)等問(wèn)題。

設(shè)計(jì)難度方面,在RV減速器設(shè)計(jì)過(guò)程中需要反復(fù)測(cè)試和校正零部件、齒形來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定性,對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)精度的要求比較高。加工裝配方面,RV減速器對(duì)零部件裝配精度、齒面熱處理、成組技術(shù)等方面要求非常高,不同零部件需要保持相同的運(yùn)動(dòng)公差,但我國(guó)目前難以達(dá)到P4級(jí)別水平。

伺服系統(tǒng)方面,國(guó)內(nèi)差距主要在于高精度伺服驅(qū)動(dòng)器和編碼器的設(shè)計(jì)和工藝,這導(dǎo)致了高端伺服系統(tǒng)的性能、質(zhì)量和穩(wěn)定性方面的差異。其背后的核心原因在于以下四個(gè)方面:

  • 驅(qū)動(dòng)器芯片:與伺服驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的主控制板芯片(DSP芯片、IGBT模塊)、信號(hào)處理和通信板芯片(FPGA、存儲(chǔ))等高精度、高性能的芯片被海外廠商“卡脖子”。
  • 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn):多項(xiàng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要依靠海外廠商定義,我國(guó)需要大量的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)逐步達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
  • 編碼器:高精度編碼器核心技術(shù)和高精度傳感器暫未突破,對(duì)伺服系統(tǒng)的定位精度影響很大,基本需要進(jìn)口。
  • 原材料:國(guó)內(nèi)的磁材總體性能較國(guó)外有一定差距,影響材料伸縮長(zhǎng)度。

在控制器方面,國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距主要體現(xiàn)在軟件層面。具體來(lái)看,軟件底層算法通常是非公開(kāi)的,各家企業(yè)自定參數(shù),在底層軟件構(gòu)架和核心控制算法仍有不足,這會(huì)導(dǎo)致在一些場(chǎng)景下機(jī)器人的穩(wěn)定性、運(yùn)行精度會(huì)受到一定影響;控制算法和二次開(kāi)發(fā)等方面的差距使得國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在控制平臺(tái)的易用性、響應(yīng)速度等方面存在差距。

雖然,當(dāng)前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人核心零部件國(guó)產(chǎn)替代在逐步進(jìn)行,產(chǎn)品基本參數(shù)表現(xiàn)已幾乎持平,但在高精度領(lǐng)域仍有較大差距,芯片和核心產(chǎn)品技術(shù)仍有待突破。從開(kāi)發(fā)難度上看,減速器難度最高,伺服系統(tǒng)中上,控制器中下,三者共同構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人核心競(jìng)爭(zhēng)力。除此之外,三者同時(shí)存在固定資產(chǎn)投入大、客戶實(shí)際驗(yàn)證周期長(zhǎng)等客觀因素,制約本土廠商的技術(shù)發(fā)展。

中下游停留在中低端,沖擊中高端市場(chǎng)面臨重重阻礙

近年來(lái)國(guó)產(chǎn)替代浪潮興起,國(guó)內(nèi)崛起一批新興玩家,蠶食掉四大家族的部分市場(chǎng)份額,但仍未能撼動(dòng)其市場(chǎng)地位。

根據(jù)MIR數(shù)據(jù),2021年四大家族仍牢牢占據(jù)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額前四名,合計(jì)市場(chǎng)份額約40%。盡管國(guó)產(chǎn)份額由2015年的18%提升至2021年的33%,但集中度較為分散且暫未出現(xiàn)頭部企業(yè)。

中游國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程緩慢,主要受限于核心技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)環(huán)境。本土廠商產(chǎn)品存在“四低”——低技術(shù)、低品質(zhì)、低價(jià)格、低應(yīng)用等問(wèn)題。

  • 技術(shù)差距:重負(fù)載機(jī)型定位精準(zhǔn)度低,輕負(fù)載機(jī)型稍高,但仍有差距。
  • 產(chǎn)品中低端:技術(shù)差距致使過(guò)去幾年集中替代的主要是中低端市場(chǎng),通常滿足的是一些簡(jiǎn)單的通用性需求和應(yīng)用,高端市場(chǎng)仍被四大家族控制。
  • 性能偏差:由于上游芯片、控制系統(tǒng)等核心零部件的“卡脖子”問(wèn)題,阻礙機(jī)器人性能的突破;同時(shí)隨著制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程加速,企業(yè)對(duì)機(jī)器人運(yùn)行精度、穩(wěn)定性、易用性等性能要求愈發(fā)嚴(yán)苛,中游廠商產(chǎn)品需要適配性能需求與應(yīng)用行業(yè)或場(chǎng)景的變化。
  • 同質(zhì)化嚴(yán)重:我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)品類型和性能參數(shù)指標(biāo)同質(zhì)化嚴(yán)重,應(yīng)用場(chǎng)景主攻搬運(yùn)、碼垛的偏多,隨著應(yīng)用場(chǎng)景逐漸深化,性能或功能上漸漸難以滿足企業(yè)需求。
  • 性價(jià)比不高:企業(yè)更換工業(yè)機(jī)器人會(huì)涉及設(shè)備部署、停產(chǎn)試機(jī)和維保等問(wèn)題,試錯(cuò)成本過(guò)高。目前,國(guó)內(nèi)企業(yè)更多是從新建產(chǎn)線或停產(chǎn)成本較低的企業(yè)開(kāi)始進(jìn)行國(guó)產(chǎn)替代。從成本角度看,選擇嘗試國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品的意愿不強(qiáng)。
  • 價(jià)格戰(zhàn):在產(chǎn)品同質(zhì)化、專攻中低端市場(chǎng)的背景下,行業(yè)內(nèi)開(kāi)始通過(guò)價(jià)格戰(zhàn)獲客,不利于良性競(jìng)爭(zhēng)。

在本體下游的集成方面,我國(guó)內(nèi)資集成商占比約80%,但其中大部分的業(yè)務(wù)處于中低端或體量較小的細(xì)分領(lǐng)域,玩家呈現(xiàn)出數(shù)量多、規(guī)模小、工藝偏中低端的現(xiàn)狀。在汽車整車、電子電器和器材制造等體量大、高端工藝的領(lǐng)域,相較于“四大家族”等海外服務(wù)商,自主品牌的優(yōu)勢(shì)并不明顯。

產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)阻礙逐個(gè)擊破,加速國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈冗長(zhǎng),涉及的技術(shù)環(huán)節(jié)眾多,僅靠單一環(huán)節(jié)的優(yōu)化提升無(wú)法產(chǎn)生質(zhì)變。

工業(yè)機(jī)器人的核心價(jià)值是幫助企業(yè)創(chuàng)造更多的業(yè)務(wù)價(jià)值,提升企業(yè)的綜合運(yùn)營(yíng)管理能力,這種價(jià)值導(dǎo)向的發(fā)展路徑需要產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的協(xié)同發(fā)展,從技術(shù)、產(chǎn)品、行業(yè)等多因素共同驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用廣度與深度,實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈條的互惠共贏,推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化格局產(chǎn)生質(zhì)變。

上游核心零部件:控制算法突破,加速國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人智能化進(jìn)程,形成差異化競(jìng)爭(zhēng)力,以推動(dòng)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程

上文中提到上游三大件的核心差距所在,而其中控制器的控制算法尤為被國(guó)內(nèi)企業(yè)重視。

控制算法方面的優(yōu)化迭代和機(jī)器視覺(jué)的加持將驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品走向智能化,是形成國(guó)產(chǎn)機(jī)器人廠商差異化競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵路徑。控制算法等AI算法將從內(nèi)部?jī)?yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和智能決策等能力,推動(dòng)伺服系統(tǒng)和控制器的智能化以及軟硬件工藝的成熟。

目前,我國(guó)在機(jī)器視覺(jué)算法上具備一定的優(yōu)勢(shì),因此在控制算法取得突破后,國(guó)產(chǎn)廠商必然能夠在機(jī)器人智能化時(shí)代具備比較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的國(guó)產(chǎn)替代。

中游本體:攻克高附加值制造業(yè)場(chǎng)景,需彌補(bǔ)本體產(chǎn)品類型的短板,六軸機(jī)器人性能提升成攻克重點(diǎn)

中游本體制造廠商將聚焦大六軸機(jī)器人等當(dāng)前較為薄弱的領(lǐng)域。目前,大六軸機(jī)器人主要用于下游對(duì)機(jī)器人載重、精度、穩(wěn)定性等性能要求較高的場(chǎng)景。該產(chǎn)品技術(shù)壁壘較高,目前也主要被“四大家族”所壟斷。

根據(jù)IFR數(shù)據(jù),我國(guó)2022年大六軸機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化率僅為17%,遠(yuǎn)低于其他類型機(jī)器人。在邁向國(guó)產(chǎn)化的路徑中,產(chǎn)品性能要不斷精進(jìn),由小規(guī)模走向大體量,由低端走向高端,大六軸機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)替代勢(shì)在必行。

下游集成:利用本土優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)應(yīng)用集成標(biāo)準(zhǔn)化,部分領(lǐng)域彎道超車

就前文所述,集成商普遍面臨應(yīng)用非標(biāo)的問(wèn)題,形成開(kāi)發(fā)成本與滿足客戶訴求之間的矛盾。

解決上述問(wèn)題有兩種路徑可選。第一種是扎根于某一個(gè)或某幾個(gè)行業(yè)領(lǐng)域,不斷深耕,通過(guò)項(xiàng)目案例的積累來(lái)覆蓋掉絕大多數(shù)的定制化場(chǎng)景,將這些定制化需求“標(biāo)準(zhǔn)化”;第二種則是將各個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)性、通用性能力“標(biāo)準(zhǔn)化”,并以此覆蓋更多行業(yè)及場(chǎng)景,有助于實(shí)現(xiàn)解決方案快速部署,降低成本的同時(shí),降低開(kāi)發(fā)應(yīng)用門(mén)檻,僅對(duì)特定行業(yè)訴求進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)。

從實(shí)際成本和商業(yè)模式來(lái)看,更多廠商選擇第二種方式來(lái)降低工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的復(fù)雜性和多樣性,在定制化中逐漸提煉出“4S”(性能、穩(wěn)定性、安全性、智能性)等標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容,以降低集成商方案開(kāi)發(fā)和客戶使用的門(mén)檻。在標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)到一定程度后,國(guó)產(chǎn)廠商會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域快速擴(kuò)張,加速國(guó)產(chǎn)化率。

另外,近年來(lái),鋰電、光伏等新能源行業(yè)興起,同時(shí)國(guó)外又發(fā)展緩慢,對(duì)于此類行業(yè),外資品牌的優(yōu)勢(shì)并不大,國(guó)產(chǎn)品牌有望利用本土化的服務(wù)與資源優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)在技術(shù)或產(chǎn)品性能上的不足,在鋰電、光伏等行業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車。

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