工業(yè)機(jī)器人三大核心零部件控制器、伺服電機(jī)、減速機(jī)是制約中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要瓶頸，占到機(jī)器人成本的70%。
圖表1：工業(yè)機(jī)器人三大核心零部件成本占比
控制器
控制器國(guó)內(nèi)外差距最小。控制器是機(jī)器人的大腦，發(fā)布和傳遞動(dòng)作指令。包括硬件和軟件兩部分：硬件就是工業(yè)控制板卡，包括一些主控單元、信號(hào)處理部分等電路，國(guó)產(chǎn)品牌已經(jīng)掌握；軟件部分主要是控制算法、二次開發(fā)等，國(guó)產(chǎn)品牌在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、易用性等還有差距。
控制器的問(wèn)題在于，由于其“神經(jīng)中樞”的地位和門檻相對(duì)較低，成熟機(jī)器人廠商一般自行開發(fā)控制器，以保證穩(wěn)定性和維護(hù)技術(shù)體系。因此控制器的市場(chǎng)份額基本跟機(jī)器人本體一致。國(guó)際上也有KEBA、倍福、貝加萊這樣提供控制器底層平臺(tái)的廠商。因此在當(dāng)前環(huán)境下國(guó)內(nèi)專業(yè)研發(fā)控制器的企業(yè)會(huì)比較艱難。
圖表2：國(guó)內(nèi)機(jī)器人控制器市場(chǎng)份額
控制器的機(jī)會(huì)在于標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。現(xiàn)有的機(jī)器人控制器封閉構(gòu)造，帶來(lái)開放性差、軟件獨(dú)立性差、容錯(cuò)性差、擴(kuò)展性差、缺乏網(wǎng)絡(luò)功能等缺點(diǎn)，已不能適應(yīng)智能化和柔性化要求。開發(fā)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器，各個(gè)層次對(duì)用戶開放是機(jī)器人控制器的一個(gè)發(fā)展方向。我國(guó)863計(jì)劃也已經(jīng)立項(xiàng)。機(jī)器人接口統(tǒng)一是大趨勢(shì)，未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)提供控制器模塊的平臺(tái)型企業(yè)。
市場(chǎng)規(guī)模方面，按十三五規(guī)劃到2020年我國(guó)機(jī)器人保有量80萬(wàn)臺(tái)，假設(shè)國(guó)產(chǎn)機(jī)器人占50%的份額，控制器價(jià)格1.5萬(wàn)元，算上更換及維護(hù)，國(guó)產(chǎn)控制器的市場(chǎng)規(guī)模在60-70億元。
伺服電機(jī)
伺服電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)激烈，外資掌握話語(yǔ)權(quán)。伺服電機(jī)在機(jī)器人中用作執(zhí)行單元，是影響機(jī)器人工作性能的主要因素。伺服電機(jī)主要分為步進(jìn)、交流和直流，機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用最多的是交流伺服，約占65%伺服電機(jī)與控制器關(guān)聯(lián)緊密。
伺服系統(tǒng)外資企業(yè)占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。日系品牌憑借良好的產(chǎn)品性能與極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格壟斷了中小型OEM（設(shè)備制造業(yè)）市場(chǎng)。2014年，伺服系統(tǒng)市場(chǎng)TOP15廠商中，前三名均為日系品牌，總份額達(dá)到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據(jù)高端，整體市場(chǎng)份額在30%左右。國(guó)內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%。
圖表3：2014年中國(guó)伺服系統(tǒng)前15名市場(chǎng)份額及銷售額
我國(guó)伺服系統(tǒng)自主配套能力已現(xiàn)雛形。較大規(guī)模的伺服品牌有20余家，主要有南京埃斯頓、廣州數(shù)控、匯川技術(shù)等。國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品功率范圍多在22KW以內(nèi)，技術(shù)路線上與日系產(chǎn)品接近。
從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，2014年伺服電機(jī)在所有應(yīng)用行業(yè)規(guī)模68億人民幣，增速為8.3%；其中機(jī)器人增速高達(dá)50%，迅速成長(zhǎng)為伺服系統(tǒng)應(yīng)用中排名第六的行業(yè)，以4.2億的業(yè)績(jī)，占市場(chǎng)份額6.2%。
圖表4：2010-2014年中國(guó)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模
圖表5：2014年中國(guó)伺服系統(tǒng)下游行業(yè)規(guī)模TOP10
成長(zhǎng)空間上，伺服電機(jī)整體上受宏觀經(jīng)濟(jì)影響明顯，未來(lái)5年將進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展。4軸和6軸的多關(guān)節(jié)機(jī)器人占比上升，將帶來(lái)機(jī)器人用伺服的高速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)十三五規(guī)劃期內(nèi)，機(jī)器人伺服系統(tǒng)占比將升至第一位，市場(chǎng)規(guī)模16億元。
圖表6：2015-2019年中國(guó)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
圖表7：2019年伺服系統(tǒng)TOP10下游行業(yè)規(guī)模預(yù)測(cè)
控制器和伺服系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密，用戶選擇的排序分別是可靠穩(wěn)定性、價(jià)格、服務(wù)，從服務(wù)和性價(jià)比入手是國(guó)內(nèi)企業(yè)突破的方向。但這需要對(duì)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域長(zhǎng)期深入的研究，大量資金投入和長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)驗(yàn)證，對(duì)技術(shù)、資金、人才要求都較高，國(guó)內(nèi)上市公司如新松、新時(shí)達(dá)、匯川技術(shù)、廣州數(shù)控、埃斯頓等具備類似的條件。
圖表8：國(guó)內(nèi)主要控制器、伺服電機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)
減速機(jī)
機(jī)器人減速機(jī)市場(chǎng)高度壟斷，普及期國(guó)產(chǎn)減速機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面進(jìn)口替代。減速機(jī)用來(lái)精確控制機(jī)器人動(dòng)作，傳輸更大的力矩。分為兩種，安裝在機(jī)座、大臂、肩膀等重負(fù)載位置的RV減速機(jī)和安裝在小臂、腕部或手部等輕負(fù)載位置的諧波減速機(jī)。RV減速機(jī)被日本納博特斯克壟斷，諧波減速機(jī)日本哈默納科占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
圖表9：減速機(jī)市場(chǎng)份額
諧波減速機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，僅有三個(gè)基本零部件，加上哈默納科的專利早已到期，國(guó)產(chǎn)諧波減速機(jī)跟國(guó)外相比差距不算大。無(wú)錫綠的的諧波減速機(jī)已經(jīng)在國(guó)產(chǎn)機(jī)器人上面有廣泛應(yīng)用。
浙江嵊州有一家諧波減速機(jī)廠商——來(lái)福諧波，據(jù)悉通過(guò)20年軸承研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并與南京信息工程大學(xué)相配合，成功研發(fā)出五大系列的高精度諧波減速器，有100多個(gè)型號(hào)的成熟產(chǎn)品可投放市場(chǎng)。來(lái)福諧波減速器在短短3年時(shí)間內(nèi)成功塑造國(guó)產(chǎn)品牌減速機(jī)形象，并且占據(jù)一定市場(chǎng)份額，部分產(chǎn)品因其良好性能與優(yōu)化性價(jià)比深受客戶好評(píng)。
RV減速機(jī)核心難點(diǎn)在于基礎(chǔ)工業(yè)和工藝。RV減速機(jī)是純機(jī)械的精密部件，材料、熱處理工藝和高精度加工機(jī)床缺一不可。我國(guó)在這幾個(gè)方面長(zhǎng)期落后，并非單靠某個(gè)企業(yè)所能解決。要將200多個(gè)零部件組合在一起，精度要求苛刻，零部件之間的公差匹配需要多年經(jīng)驗(yàn)積累。
納博特斯克30年的經(jīng)驗(yàn)，新產(chǎn)品開發(fā)出來(lái)還需要經(jīng)歷長(zhǎng)達(dá)1年的測(cè)試調(diào)整才能上市。RV減速機(jī)的關(guān)鍵在于專業(yè)化社會(huì)分工。納博特斯克做最核心的曲軸、擺線輪，其他全部外包，熱處理加工、軸承等都選擇其國(guó)內(nèi)最好的企業(yè)合作，合作關(guān)系歷經(jīng)30年。這個(gè)嚴(yán)密的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)才是納博特斯克的核心競(jìng)爭(zhēng)力，在把產(chǎn)品做到極致的同時(shí)，成本也容易控制。在RV減速機(jī)產(chǎn)品上不容易實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。自1985年發(fā)明至今，納博減速機(jī)已經(jīng)在全球銷售超過(guò)500萬(wàn)臺(tái)，對(duì)應(yīng)機(jī)器人超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)。納博專利5年前已經(jīng)到期，但國(guó)際上做減速機(jī)的企業(yè)數(shù)量非常有限，主要機(jī)器人品牌都選擇跟納博合作。而國(guó)內(nèi)進(jìn)軍減速機(jī)的企業(yè)已有10余家。
從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)看，按2020年機(jī)器人保有量80萬(wàn)臺(tái)，即增量約60萬(wàn)臺(tái)計(jì)，一臺(tái)多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人按軸數(shù)不同需要4-6個(gè)減速機(jī)，取中位數(shù)5個(gè)，則需要300萬(wàn)個(gè)減速機(jī)。樂(lè)觀估計(jì)國(guó)內(nèi)企業(yè)拿到50%的市場(chǎng)份額，單臺(tái)減速機(jī)4000元計(jì)算，則規(guī)模在60億元，算上更換需求也不會(huì)超過(guò)70億元。
減速機(jī)價(jià)格呈下行趨勢(shì)。納博特斯克2013年跟上海機(jī)電合資以來(lái)，隨著國(guó)際機(jī)器人在中國(guó)產(chǎn)能加大和國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展，其RV減速機(jī)價(jià)格逐漸下降。2016年常州工廠投產(chǎn)，還會(huì)有進(jìn)一步下降空間。上海機(jī)電2015年年報(bào)披露，納博減速機(jī)收入1.34億元，同比增長(zhǎng)52.3%；凈利潤(rùn)3365萬(wàn)元，同比增長(zhǎng)55.5%。
圖表10：中國(guó)市場(chǎng)機(jī)器人減速機(jī)生產(chǎn)商
綜上，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的三大核心零部件要想從本質(zhì)上獲得突破，都需要付出更多的耐心和投入，尤其是減速機(jī)，期待越大，壓力越大，同時(shí)前景也可觀。
