【开源证券】工业机器人：四重逻辑利好国产化，工业机器人及零部件放量可期.pdf

2023-08-10

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1、写在前面：工业机器人是我国制造强国战略的重要抓手

什么是工业机器人？工业机器人是应用在工业生产制造产线，能自动化控制的、可重复编程的多功能机械执行机构，该机构具有三个及以上的关节轴、能够借助编制的程序处理各种工业自动化的应用。（注：本报告界定的工业机器人不包括 AGV 以及数控机床）

工业机器人的优势？当今工业机器人技术正逐渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力的方向发展。相比于传统的工业设备，工业机器人有众多的优势，比如机器人具有易用性、智能化水平高、生产效率及安全性高、易于管理且经济效益显著等特点，使得它们可以在高危环境下进行作业。

工业机器人是智能制造中的重要一环，且当前处于市场空间大、应用场景可拓展可精进的阶段。（1）智能制造概念火热：2021 年，“十四五”智能制造发展规划发布，提出了智能制造“两步走”战略，要求在 2025 年前规模以上制造业企业大部分实现数字化网络化。目前，国内智能制造正进行得如火如荼，尤其是疫情后，我国首先打破障碍，复苏制造业生产，工业机器人作为重要一环，需求进一步扩大。（2）机器人需求大：“机器人+”应用行动实施方案推出，提供汽车、广泛等行业的机器人应用能力，预计 2025 年制造业机器人密度较 2020 年实现翻番。（3）新兴技术驱动机器人发展：AI、云计算等技术的发展推动机器人能力边界得到进一步拓展，易控、智能、互联成为新的方向，对工业机器人的认知也需要进一步更迭。

工业机器人如何分类？工业机器人按照机械结构可分为多关节机器人、平面多关节（SCARA）机器人、并联机器人、直角坐标机器人、圆柱坐标机器人以及协作机器人。其中多关节机器人是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一，因其可高速进行运作和其占地面积非常小等特点，适合用于自动装配、喷漆、搬运、焊接等多种工业领域的机械自动化作业。

各行业数字化转型加快，全球工业机器人市场创新高。近年来，工业机器人在汽车、电子、金属制品、塑料及化工产品等行业已经得到了广泛的应用。新冠肺炎疫情的蔓延促进各行业的数字化转型进程加快，机器人成为企业实现快速复工复产的重要工具。IFR、中国电子学会统计数据显示，2021 年，全球工业机器人市场反弹起势，市场规模为 175 亿美元，超过 2018 年达到的历史最高值 165 亿美元。预计至 2024 年，工业机器人市场进一步增长，或达到 230 亿美元。

后疫情时代中国政策、市场多重驱动，下游应用新市场逐渐打开。在国内密集出台的政策和不断成熟的市场等多重因素驱动下，工业机器人增长迅速，除了汽车、 3C 电子两大需求最为旺盛的行业，化工、石油等应用市场逐步打开。根据 IFR、中国电子学会统计数据测算，近五年中国工业机器人市场规模始终保持增长态势，2022 年市场规模为 87 亿美元，预计继续保持增长，2024 年或超过 110 亿美元。

全球工业机器人安装量达新高，中国新装量超全球半数。从 2020 年到 2021 年，全球工业机器人安装量达 51.7 万台，同比增长 31%。根据 World Robotics 2022 数据预测，截至 2025 年年底，全球工业机器人的年安装量或达 69 万台。在我国，2021 年工业机器人安装量增加了 51%，高达 26.8 万台，超过全球机器人安装总量的一半。

2023 年中国工业机器人保有量有望突破 150 万台，未来三年预计稳定增长。从工业机器人的主要增长驱动来讲，2020-2021 年的增长驱动主要得益于新能源汽车需求增长，工业机器人保有量增速较高。2022 年因疫情全国大范围停摆，增速下滑。未来几年，受《“机器人+”应用行动实施方案》和全球经济去全球化的影响，中国工业机器人市场可能以相对稳定的增速平稳增长。从工业机器人的类型来讲，2022 年仍以多关节和 SCARA 为主，其中多关节占 60%左右，SCARA 占 40%左右。

我国为全球第一大工业机器人市场，2022 年工业机器人产量、销量实现双突破。据国家统计局数据显示，2022 年全国规模以上工业企业的工业机器人累计完成产量 44.31 万套，产量首次突破 40 万套，稳居全球第一大工业机器人市场。据 GGII 统计， 2022 年中国工业机器人全年销量首次超 30 万台，同比增速超 15%。

我国为全球最大工业机器人消费国，2023 年销售额或突破 500 亿元。我国已经连续 8 年成为全球最大的工业机器人消费国，工业机器人销售额呈现增长的趋势。根据 IFR 数据统计，2022 年我国工业机器人市场规模约达 498 亿元，到 2023 年，国内市场规模进一步扩大，预计将突破 500 亿元。

2、逻辑：政策+技术+劳动力+下游为工业机器人提供增长逻辑

2.1、政策：政策力度频加码，我国工业机器人进入国产化、智能化阶段

改革开放后，制造业虽进入上升期，但受限于物质和科研条件，早期工业机器人研究由少数科研所负责，政策支持力度小。入 WTO 后，我国技术明显落后，外资加速在华布局，这时期我国政策主要有两个特点：（1）支持企业引进海外先进技术和设备；（2）扶持国内龙头企业，对核心技术和工段定点突破。2016 年前后，我国步入产业升级阶段，工业机器人属于智能装备重点领域，这时期的政策综合性明显增强。政府通过设立行业标准、优化营商环境、建立创新中心等多项措施来推进产业国产化、智能化。

我国工业机器人相关政策可按照时间分为以下三个阶段：

（1）萌芽阶段（1986-2008 年）：我国财力薄弱，人力充足，工业机器人以特种机器人为主。

（2）外引内联阶段（2008-2015 年）：国内制造业迅猛发展，鼓励外商投资和设备引进，推动工业机器人的广泛应用，重点领域尝试技术突破和企业孵化。

（3）自主化、智能化阶段（2016 年至今）：人口红利减弱，制造业转型，促进工业机器人高端化，智能化发展；明确国产替代路线和目标。

近 10 年利好政策频出，推动工业机器人产业发展。为加快制造强国建设步伐，推动工业机器人产业发展，近年我国政府及相关部门出台了一系列政策，鼓励工业机器人产业发展。在智能机器人技术发展领域，如《“十四五”规划纲要》提出要突破先进控制器、高精度伺服驱动系统、高性能减速器等智能机器人关键技术；2023 年 1 月，工业和信息化部等 17 部门联合印发《“机器人+”应用行动实施方案》，提出到 2025 年，要提升制造业机器人密度，突破 100 种以上机器人创新应用技术及解决方案，推广 200 个以上具有较高技术水平、创新应用模式和显著应用成效的机器人典型应用场景。

2.2、技术：技术的成熟与融合提升工业机器人可用性和易用性

技术的成熟与融合推动工业机器人的应用深度，其中与机器视觉相关的 AI 助力工业机器人更加智能化，于现阶段影响最大。

不同技术对工业机器人的推动作用不同，AI 主导智能、云计算主导“外脑”发展与共享、AR/VR 主导交互，目的是让工业机器人更智能、更好用。近年来，国内底层技术，尤其是 AI、云计算，发展强劲，使得传统机器人有机会向着“机器人+” 方向迈进，工业机器人将实现更高的智能化、网络化和交互性。

AI 对工业机器人的促进作用主要有：（1）优化底层控制的模型算法，让机器人控制的更准、更精、更稳；（2）通过机器视觉等技术，实现自动路径规划等，促进机器人智能化；（3）自然语言编程推动工业机器人功能应用门槛的便捷性。

云计算可助力工业机器人“外脑”发展，推动“眼/脑”功能的发展与互联。工业机器人上云后可具有更高的算力、数据存储能力，进而不断完善自身的学习能力，甚至可以学习和共享其他机器人的能力。

AR/VR 可助力工业机器人的人机交互能力，自然的交互具有降低使用门槛、方便现场实施、提高运维和管理效率等功能，同时，还可保证特殊情景下的安全问题。

其他：（1）物联网：助力工业机器人与产线上的其他设备之间的互联互通。未来，还有望实现工业机器人之间的互联互通。（2）区块链：保障群机器人数据的安全性，提供有用的私有通信网络。

结合 5G 通信技术、大数据、云计算和 AI 技术，未来工业机器人将实现更多的功能，工业云将更全面地服务实体经济，助推工业机器人朝智能化、网联化方向进一步转型升级。同时，运动控制、高性能伺服驱动、高精密减速器等关键技术和部件加快突破，使得我国工业机器人整机功能和性能显著增强。预计智能工业机器人和工业云平台将成为工业机器人产业重要赛道，推动工业机器人品牌国产化、智能化、高端化发展。

2.3、劳动力：用工成本过高，“机器替人”为主流趋势

随着中国老龄化的加速、人口增速的放缓，未来适龄劳动力、制造业从业人数或将呈持续下滑趋势。制造业需要改变以往劳动密集型的生产模式，转向智能制造。

2022 年我国人口首次出现负增长，制造业就业人口整体呈持续下降趋势。2022 全年出生人口下滑至 956 万人，自然增长率由正转负、降至-0.60‰。这不仅是建国以来出生人口首次跌破千万大关，也是自 1962 年以来首次出现总人口的负增长。由于我国商业持续发展以及人口教育素质普遍上升，我国制造业就业人口持续下降，已由 2014 年的 5243 万人降至 2021 年的 3828 万人。

用工成本过高，工业机器人具有较大成本优势。我国制造业就业人员平均工资呈现较快增长趋势，截至 2022 年，年均工资已达 9.8 万元，企业用人成本增加。与此相对的，工业机器人的售价整体呈波动下降的趋势，截至 2022 年，工业机器人的进口价格在 15000 美元上下波动，通过汇率计算，进口设备的成本与一年用工成本基本相同，工业机器人的平均使用寿命是 8-10 年，并且机器人能在各种环境下（包括有毒、恶劣的工作环境）实现稳定、高效的生产。

2.4、下游需求：新能源汽车与光伏产业或成为工业机器人增长主引擎

自 2013 年以来，中国已连续八年始终稳居全球最大工业机器人消费市场。汽车行业仍是国内工业机器人最主要下游应用市场，随着中国制造转型升级，未来 3C、半导体、新能源、物流仓储、智能家居等领域的机器人应用需求将呈现较快增长，同时也将拓展到其他新兴领域，预计将会推动工业机器人的需求多元化和市场扩容。

新能源汽车与光伏产业的高景气度或成为国内工业机器人需求增长的主引擎。 2022 年，3C 电子与食品饮料行业受消费不振影响，增速放缓，取而代之的是汽车、光伏新能源相关产业的稳定增长。从数据上看，国内新能源汽车在全球电动化的大势下，即便受原材料价格上涨和补贴退坡影响，在 2021、2022 年产销量仍保持较高速增长。光伏装机量在宏观政策的推动下始终保持高景气度，同时，海外市场受缺电、电价高企影响，光伏产品需求攀升，成为我国光伏产品出口的重要支撑因素。

3、产业链：核心零部件为产业链核心，国产替代逻辑凸显

工业机器人产业链上游主要提供工业机器人生产所需核心零部件，中游为工业机器人本体制造，下游包括系统集成以及终端应用。

3.1、上游核心零部件：成本占比最高，机器人性能的决定性因素

上游为减速器、伺服系统、控制系统等核心零部件生产，工业机器人的控制及驱动功能均来自于核心零部件，因此技术壁垒最高，所占成本比例最高。据 OFweek 数据统计，减速器、伺服电机、控制器分别占 35%、20%、15%，合计约占 70%。

核心零部件国产化率较低，采购成本较高。据 OFweek 统计显示，减速器、伺服电机和控制器中，国产化率分别约为 30%、22%、35%。此外，国内采购核心零部件的成本高于国外同款机器人的整体售价，例如国内购买精密减速器的成本占生产成本的 30%-40%，而在日本仅为 25%。同时由于采购规模相对较小，相比于外资品牌更没有议价权，采购成本较高，成为制约国产机器人发展的主要瓶颈之一。

3.1.1、控制器：精度和稳定性是控制器性能的直接指标，但底层算法是核心

控制器为机器人的“大脑”，是机器人制造商的核心技术所在。控制器负责规划机器人的运动方式，通过硬件和软件发布并传递动作指令，控制机器人的运动位置、姿态、轨迹和操作顺序等，保证机器人系统的正常运行，使机器人达到所要求的技术指标。包含硬件和软件两部分，硬件是工业控制板卡，软件则是控制算法。一般较成熟的机器人厂商多半自行开发控制器，以保证品质的稳定性及产品的维修体系，因此，也是各机器人制造商的核心技术所在。

国内外控制器的性能差距主要由两方面决定：（1）软件方面：其一，成熟厂商的控制器是“黑匣子”，国内算法模型参数设定可借鉴性弱；其二，研发与实际应用差别较大，实际应用晚且量小，与运动控制、路径规划等相关的底层算法无法依靠大量的工业机器人的生产实践所积累的数据进行训练优化；（2）硬件方面：高性能的控制器的底层芯片、配套设备（如伺服电机、编码器、减速器）等都需要进口，与本体的磨合度不够。

3.1.2、伺服电机：关键指标及难点，驱动器、编码器性能尤为重要

伺服系统负责驱动机器人的运动，由伺服驱动器、伺服电机及编码器组成。其中，伺服驱动器负责位置、速度、转矩等各项控制；伺服电机是伺服系统中控制机械元件运转的发动机，将接收到的电压信号转化为转矩和转速，以驱动控制对象。

国产品牌市占率国内第一，外资品牌仍占主导。根据 MIR DATABANK 所披露的数据显示，2021 年上半年，在国内品牌中，国产品牌汇川技术首次市场份额占比排名第一，市占率达 15.9%，其他市场份额排名靠前的企业有日本三菱、日本安川和日本松下。此外，中国台湾台达和德国西门子在光学仪器领域的占有率也较高。由于我国发展起步较晚，在伺服电机领域内，我国一直处于追赶的位置。从目前国内竞争格局来看，我国伺服电机行业 65%左右的份额都是由外资品牌所占据。

国产替代因产品精度提升而递进，高端产品性能仍追赶国外。我国伺服电机核心技术不断取得突破，使得产品性能有较大幅升级，国内外高端产品性能指标已有缩减趋势。

目前国内伺服系统的高端市场被国外垄断，其主要差距源于以下两点：（1）与驱动器相关的高精度芯片为国外所垄断，如 DSP 芯片；（2）编码器的核心技术掌握在外企手中。同时，传感器作为编码器的核心元器件，高精度传感器也依赖于进口。值得注意的是，伺服系统作为一个整体，转矩、扭矩、惯量是其主要性能指标，但在配置时，要综合考虑伺服电机的规格和机械末端的位置、速度、精度、动态性能等要求。

3.1.3、减速器：核心零部件国产短板，器件寿命、精度及稳定性相关指标是核心

减速器是连接动力源与执行机构之间的传动机构，能将马达的转速降低，并让转矩提升。其将电动机、内燃机等高速运转的动力，透过输入轴上的小齿轮啮合后，再输出至轴上的大齿轮以达到减速的目的，并藉此传递更大的力矩。

与通用减速器比，机器人关节减速器（精密减速器）需要具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易控制等特点，RV 减速器和谐波减速器是机器人较为常用的类型。RV 减速器体积大、负载重，多用于大臂、肩部等大关节；谐波减速器体积小，负载轻，多用于腕部、手部等小关节。

从需求上看，谐波减速器和 RV 减速器的总应用数量各占一半，具体应用上涉及汽车制造、交通运输、港口码头等的重载荷机器人 RV 减速器使用较多，3C 产线、半导体产线、医疗器械等轻载荷机器人谐波减速器应用更多。具体从谐波及 RV 减速机需求量来看，近年来随着我国工业机器人行业发展，需求量呈现持续增长。据华经产业研究院统计，2020 年我国谐波减速机需求量为 50.4 万台，RV 减速机需求量为 47.5 万台。

谐波、RV 减速器市场规模有望持续增长。谐波减速机主要适用于轻负载的小臂、腕部等机器人手臂上，此种机器人多应用在 3C、消费等下游领域，因此需求量较大，此外，考虑到前期市场主要以工业机器人为主导，未来几年数控机床等也将加快谐波减速的用量，长期看谐波减速市场规模有望持续增长，根据华经产业研究院数据统计，预计 2025 年市场过有望超过 30 亿元。从 RV 减速机市场规模来看，根据华经产业研究院数据，2021 年国内 RV 减速机市场规模 42.95 亿元，预计 2025 年中国 RV 减速器市场规模达 65.53 亿元。

国产谐波减速机厂商逐渐打破日本垄断,形成中日双寡头的行业格局。谐波减速机技术较 RV 偏低，因此从技术上看对国产厂商而言更加易于突破，目前国产谐波减速机厂商已经开始进行国产替代，从技术上看，减速比、输出转速、传动精度已经和国外差距收敛明显，仅在传导效率还需提升，2021 年绿的谐波国内市占率达到 24.7%。

RV 减速器方面国内厂商的市占率亦有较大幅提升。从市场份额看，由于 RV 减速器构型复杂长期以来全球市场格局高度集中，纳博特斯克占据全球 70%以上市场份额。近年来，伴随国产 RV 减速器的发展，纳博特斯克在中国的市场份额已低于全球水平，并呈降低趋势，根据相关数据，2021 年双环传动为国内市场份额仅次于纳博特斯克的 RV 减速器供应商。具体来看，2021 年纳博特斯克中国市场占比为 51.8%，相较 2020 年下降 3%；双环传动 2021 年市场占比 15.1%，比 2020 年市场占比增加 6%左右份额。

精密减速器寿命、精度、稳定性相关指标是核心。目前我国精密减速器在设计、生产工艺、装配等方面都存在难点，其中工艺/装配条件、工艺/装配流程是重中之重。

3.2、机器人本体：高端主要份额仍被外资企业占据，国产品牌加速自研

我国目前传统机器人所占比例较大。工业机器人主要包括垂直多关节机器人、 SCARA 机器人、Delta 机器人和协作机器人四种类型，其中前三类也被称为传统工业机器人。根据 OFweek 数据，2020 年上述四类工业机器人分别占我国工业机器人市场整体的 63%、30%、3%和 4%。

我国工业机器人主要市场份额仍被外资企业占据。根据 MIR DATABANK 数据， 2021 年一季度，FANUC、ABB、安川、爱普生和 KUKA 合计占比超五成；国产龙头以埃斯顿、众为兴、汇川技术等为代表，起步时间较早，已具备一定规模和技术实力，市占率约 3%左右。

3.3、机器人集成系统：竞争格局分数，资金、经验丰富为核心竞争力

系统集成商通过面向具体用户需求的定制化集成开发，实现工业机器人在特定场景的落地应用部署。由于本土系统集成商在服务、渠道、价格等方面具备一定优势，我国工业机器人系统集成市场由国产品牌主导。根据 MIR DATABANK 数据，国内品牌市场份额高达 96%，行业参与者众多，竞争较为激烈。

据中商情报网统计，2019 年受汽车行业和电子行业等系统集成应用较多的主要行业的投资较大幅度下滑的影响，中国工业机器人系统集成市场增速放缓，市场规模达到 1857 亿元。2020 年受新冠肺炎疫情影响，中国工业机器人系统集成市场规模首次出现负增长，但因市场需求的逐步释放、政府相关引导政策的发布，2021 年开始工业机器人系统集成市场将逐渐回暖，2022 年工业机器人系统集成市场规模达到 1957.04 亿元。

从行业服务特性看，行业服务经验丰富、资金充足是主要竞争力；从市场集中度看，集成商竞争格局较为分散。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）