1. 人形机器人:方兴未艾,关注整机厂技术路径
1.1. 2023 人形机器人行业大事记:产业研究百花齐放
特斯拉人形机器人行业发展超预期:①2021 年:8 月初设想。特斯拉在 2021 年 8 月特斯拉首届 AI 活动日发布了特斯拉首个人形机器人概念机 Tesla bot。Tesla Bot 的身高是 5'8"(约一米八),体重 56.7 公斤,可以硬拉 150 磅(68 公斤), 或者搬运 45 磅(20.4 公斤)的物体,伸开手的状态下可以拿 10 磅(4.5 公斤) 的物体,最高时速 8 公里。 ②2022 年:正式亮相。在 22 年 9 月第二届特斯拉 AI 活动日上,Optimus 首 次亮相,可实现直立行走、搬运、洒水等功能。其具有 100W 静坐功耗,500W 快 步走功耗,超过 200 档关节自由度,手部自由度就有 27 档。电池则是 52V 电压、 2.3kWh 容量、内置电子电气元件的一体单元。 ③2023 年:特斯拉人形机器人持续发展。5 月特斯拉股东大会上,特斯拉展 示了最新的人形机器人机型,可以做到多个机器人同时行走、抓取物品等功能。9 月特斯拉发布 Optimus 最新展示视频,视频中 Optimus 机器人仅依靠纯视觉系统 及关节编码器,就可以实现对肢体的自动校准、校准、定位,使得 Optimus 可以 精准的执行各种任务。
人形机器人研发百花齐放。①华为机器人:在东莞成立极目机器人公司。2023 年华为公布了一项新的聊天机器人专利,名为“一种人机对话的系统和方法”,申 请号为 CN113505205A。本申请实施例提供了一种人机对话的方法和系统,能够 自适应地根据对话内容生成准确的回答。该方法应用于人机对话的装置中,该装 置预配置有多个对话机器人,每个对话机器人用于根据至少一个话题进行人机对 话。
②傅利叶智能:7 月 6 日傅利叶智能发布人形机器人产品;9 月 26 日开启预 售;11 月 6 日傅利叶发布《量产如期而至》的视频。 ③小米:8 月 14 日,机器狗铁蛋 2 发布,运动能力与核心零部件超预期。1) 硬件构成:1>伺服电机:12 个小米自研的伺服电机,实现了扭矩、控制精度、响 应速度以及成本的兼顾。(微电机单独售价 499 元/个)。2>传感器:全身搭载 19 个摄像头和传感器,并采用三颗处理器分别进行 AI 计算、运动控制以及语音交互 处理。2)运动能力:奔跑速度 1.6m/s,可以做跑步、翻跟头、滑滑板、自动避障。 可以触碰豆腐而不让豆腐破碎,力度、精度控制较高。通过 AI 自主学习,生成了 3 万只狗进行并行训练。 ④小鹏:10 月 24 日,小鹏发布了其首款人形机器人,代号 PX5。1)研发进 程超预期:1>研发时间短,产品迭代快:PX5 作为小鹏机器人中心的独立研发项 目,在六个月内,经历两次重大迭代。2>控制软件:控制软件深度优化和升级, 行动稳定性高。3>硬件自主研发稳定性超预期。2)产品亮点:1>平衡能力:能够 轻松适应草地、碎石等多种复杂地形,更好的应对前后左右的冲击,展示了踢足 球、骑平衡车等技能。2>双臂协作能力高:重量轻,而且具有高负载比和多自由 度,能够执行与人类类似的精细抓取动作。3>续航时间长:独特“直腿”、大跨步 的行走方式,使 PX5 的续航里程提高了一倍。实验中,平均无故障时间(MTBF)超 过数千小时。 ⑤谷歌:在发布 RT-1 大模型仅半年后,专用于机器人的 RT-2 大模型面世, 它能让机器人学习互联网上的文本和图像,并具备逻辑推理能力(即便是在机器 人没有经历过的场景下)。
重视人形机器人发展,多次发布相关政策。人形机器人有望成为继计算机、 智能手机、新能源汽车后的颠覆性产品。目前技术加速演进,已成为科技竞争的 新高地、未来产业的新赛道、经济发展的新引擎,发展潜力大、应用前景广。将深 刻变革人类生产生活方式,重塑全球产业发展格局。
1.2. 机器人核心零部件
人形机器人量产进程超预期。拓普集团 2023 年中报中指出:预计 2024 年 Q1 进入量产爬坡阶段,后续有望年产能提升至百万台。项目要求自 2024 年一季 度开始进入量产爬坡阶段,初始订单为每周 100 台。为满足客户要求,拓普需要 本年度完成 4 套生产线的安装调试,形成年产 10 万台的一期产能,后续将年产 能提升至百万台。
1.2.1. 减速器:机器人发展带动市场空间快速提升
RV 减速器具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效 率高、传动平稳等一系列优点。
双环传动子公司环动科技为国产 RV 减速器头部企业。通过自主研发创新, 环动科技打破了日本纳博特斯克公司在 RV 减速器领域的垄断地位,产品已成功 应用于埃斯顿、埃夫特、新时达等国内主流机器人厂商,形成 3 大系列、40 余个 型号的产品谱系,实现了 3-1,000 公斤工业机器人所需 RV 减速器的全覆盖,市 场占有率连续多年排名国产厂商首位。 谐波齿轮减速器是一种靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波,通过其与 刚轮的相互作用,实现运动和动力传递的传动装置,其构造主要由带有内齿圈的 刚性齿轮(刚轮)、带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮)、波发生器三个基本构件组成。 绿的谐波为国产谐波减速器头部企业。经过多年持续研发投入,绿的谐波在 国内率先实现了谐波减速器的工业化生产和规模化应用,打破了国际品牌在国内 机器人谐波减速器领域的垄断。公司通过自主创新、自主研发,发展完善了新一代谐波啮合“P 齿形”设计理论体系、新一代三次谐波技术、机电耦合技术、轴承 优化、独特材料改性技术、齿廓修形优化技术、协同高效润滑技术及超精密制造 加工工艺等核心技术。公司已通过 ISO9001 及 ISO14001 国际质量体系认证,并 且为我国多项精密减速器领域国家标准主要起草单位。
行星齿轮传动机构主要由行星齿轮、行星架和太阳轮构成的行星齿轮传动机 构。行星齿轮传动结构是传动效率最高的齿轮传动结构。精密行星减速器工作时, 通常是伺服电机等原动机驱动太阳轮旋转,太阳轮与行星轮的啮合驱动行星轮产 生自转;同时,由于行星轮另外一侧与减速器壳体内壁上的环形内齿圈啮合,最 终行星轮在自转驱动下将沿着与太阳轮旋转相同方向在环形内齿圈上滚动,形成 围绕太阳轮旋转的“公转”运动。行星轮通过公转驱动行星架旋转,行星架与输出 轴联接,带动输出轴输出扭矩。通常,每台精密行星减速器都会有多个行星轮,它 们会在输入轴和太阳轮旋转驱动下,同时围绕太阳轮旋转,共同输出动力,带动 负载运动。太阳轮和齿圈存在齿数差,从而达到减速目的。
1.2.2. 滚珠丝杠:机器人行业发展促进高端丝杠产品国产替代进程
滚珠丝杠目前广泛应用于汽车、数控机床、机械等行业,未来人形机器人发 展将为滚珠丝杠和滚柱丝杠的应用带来巨大的市场空间。滚珠丝杠传动效率高; 滚柱丝杠承载能力大、传动精度高,因而对材料、设计、制造等环节的要求更高, 国内市场仍以进口为主,国产化率尚低。 行星滚柱丝杠以丝杠旋转作为驱动,通过丝杠与滚柱之间的螺旋运动,由滚 柱带动螺母做直线运动。行星滚柱丝杠主要由丝杠、螺母和滚柱组成,丝杠和螺 母为多头螺纹,行星滚柱一般为单头螺纹,滚柱两端设置了螺纹齿,与内齿圈螺 纹啮合,其传动原理与行星轮系相似,丝杠类似太阳轮,滚柱作为行星轮,螺母作 为齿圈,当丝杠旋转时,滚柱围绕丝杠作行星运动,同时通过螺旋传动原理将丝 杠旋转运动转化为螺母直线往复运动。
根据刚度矩阵公众号内容,行星滚柱丝杠具有高承载、耐冲击、体积小、高 速度、噪声低、高精度、长寿命的优势。①高承载。采用行星滚柱丝杠是线接触, 接触面的增加使承载能力和刚性大大提高。每个滚柱的每条螺旋线都同时与配合 部件受力接触,同时承受负载。这种设计保证负载分散在更多的接触点上,降低 每个接触点上的最大压力。②耐冲击。承受冲击载荷能力很强,工作可靠。③体积 小。相同载荷情况下,行星滚柱丝杠体积比滚珠丝杠小 1/3 的空间。④高速度。 因为不像滚珠丝杠那样,钢球需要反复加载、 卸载,还需要在滚珠循环通道两端 急剧转向,所以行星滚柱丝杠转速可达 6000r/min,最高线速度可达 2000mm/s, 最大加速度可达 3g。⑤噪声低。滚珠丝杠机构的噪声来源于滚珠在循环通道中的 相互碰撞和急速转向,而行星滚柱丝杠的噪声来源于滚柱两端正时齿轮机构的啮 合,其频率更高,而且不会随丝杠转速升高呈指数级增加。因此,滚柱丝杠比滚珠 丝杠的噪声更低。⑥高精度。丝杠轴是小导程角的非圆弧螺纹,有利于达到较高 的导程精度,可实现精密微进给。⑦长寿命。行星滚柱丝杠能承受的静载为滚珠 丝杠的 3 倍,寿命是滚珠丝杠的 15 倍。
1.2.3. 电机:人形机器人发展有望带来广阔空间
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置,主要作用是产生驱动转矩作为用电器或各种机械的动力源。机器人关节是机器人的基础部 件,是各杆件间的结合部分,是实现机器人各种运动的运动副,一个关节系统包 括驱动器、控制器和关节电机。机器人关节电机具有减速、传动、提升扭矩功能, 被视为机器人的执行单元,根据需要被安装在各关节上控制关节运动,机器人诸 如行走、跑、弹跳等动作均由机器人关节电机驱动产生。机器人关节电机作为机 器人的核心硬件,直接决定机器人的重要性能,是机器人运动的“心脏”。 无框力矩电机体积小、便于集成,适用于机器人关节环境。无框力矩电机属 于伺服电机的一种,是由一组转子和定子组成的部件,是构成电机的永磁体和电 磁体。无框力矩电机没有确定的固定单元,可以自由地适配不同客户的外壳、轴 承以及反馈装置等部件的集成安装,具有整体质量更轻、体积更小、运动响应更 快及能效高等特点,被广泛应用于汽车、航空航天、机器人、医疗器械、半导体等 领域。相较于有框电机,无框电机配置灵活,安装方便,着眼于目前驱动系统的高 度集成化趋势,更贴合工程师的目标期望,工程师无需像传统设计那样考虑电机 接口,只需要在系统设计中给予电机相当小的空间位置预留即可,可以最大限度 的缩小驱动系统中动力输出单元的空间占用,以此来达到更高的系统集成。
空心杯电机是灵巧手关键部件,具有良好的节能效果、动力性能及控制性能。 空心杯电机是人形机器人灵巧手的关键零部件。人形机器人手指空间狭小,因而 手指关节需配备更多小型化且能够输出较大力的电机,属于直流永磁伺服电动机 的空心杯电机完美契合人形机器人对应手指关节轻量化、高精度等需求。目前以 特斯拉为代表的着力于人形机器人量产化的企业主要采用了空心杯电机方案。空 心杯电机在结构上采用空心杯型转子,这种结构彻底消除了因铁芯形成涡流而造 成的电能损耗。同时空心杯电机重量和转动惯量大幅降低,从而减少转子自身的 机械能损耗。由于转子结构变化而使电机的运转特性得到极大改善,不但具有突 出的节能特点,更为重要的是具备了铁芯电机所无法达到的控制和拖动特性。空 心杯电机为微特电机,具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行 特性,技术优势明显。作为高效率的能量转换装置,在很多领域代表了电动机的 发展方向。
核心零部件是人形机器人的重要支撑,电机在核心零部件中占比较高。核心 零部件供给是未来机器人产业规模化发展的重要支撑,人形机器人三大核心零部 件包括减速器、伺服系统和控制器,成本合计占比超 70%。根据前瞻网,以特斯 拉 Optimus 为例,2023 年人形机器人核心零部件价值量排名前三的是无框力矩 电机、减速器和力传感器;到 2030 年,无框力矩电机价值量占比或将下降,力传感器、减速器价值量占比上升,且力传感器预计将超过减速器,排名第二,三者合 计占比仍将超过 50%。目前在 Optimus 人形机器人核心零部件中,电机价值量合 计占比约 25%。
2. 3C 设备:关注折叠屏、MR 等新方向
2.1. 3C 终端需求边际向好
终端需求边际向好,静待产业链复苏。2023 年第三季度,全球智能手机出货 量同比回升 0.3%,结束了连续 8 个季度的负增长,自 2022 年 Q4 开始出货量降 幅逐季收窄至恢复正增长;全球平板电脑出货量 Q3 同比下跌 14.2%,降幅较 Q2 明显收窄,且环比增长 17. 3%。
2022年消费电子市场受疫情冲击而出现下滑,2023年疫情后复苏不及预期, 消费电子市场整体低迷。从 Q3 的数据来看,消费电子产品销量出现环比回升/同 比降幅收窄,呈现明显的边际回暖趋势,行业复苏可期。体现到上游 3C 设备行业 上,目前制造端更多的是产线稼动率的提升,短期来看 3C 设备需求整体仍处于 底部位置,但头部设备企业的 NPI 数量有明显提升,对应 2024 年的新设备需求 旺盛。
国内安卓系厂商销量增长明显。根据 Counterpoint Research 数据,中国智 能手机市场10月前四周的手机销量同比增长11%,其中华为手机销量上涨83%, 小米手机销量上涨了 33%,荣耀手机销量上涨 10%,而苹果 iPhone 15 系列则在 国内市场表现一般。根据 BCI 数据,在今年“双十一”销售首周(10 月 30 日-11 月5日),华为手机增长36.8万台,YoY+70.4%;小米增长43.7万台,YoY+41.1%。 相比之下,苹果手机则同比下滑了 15.4 万台。我们认为,华为等品牌重磅新品持续推出,一方面有望活跃目前的 3C 消费电子市场,激发消费者的换机热情,促进 终端需求的回暖;另一方面,华为的“强势回归”也将促使各手机厂商在产品创新 方面进一步发力,推出更有竞争力的新产品,以华为为代表的安卓阵营有望展现 出更大的总量弹性。
2.2. 钛合金材料:3C 钛合金材料形成趋势,3D 打印在 3C 市场崭露头角
钛合金材料比强度高、耐热耐蚀性能好,能兼顾硬度和重量,目前主要应用 于航空航天、航海、化工等领域。因其优秀的性能,有望在智能手机、穿戴设备等 领域实现应用。据钛业界公众号梳理,钛合金有以下特点: 比强度高:钛合金的密度仅为钢的 60%,纯钛的强度接近普通钢的强度,一 些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度) 远大于其他金属结构材料,可制造出单位强度高、刚性好、质量轻的零部件。 热强度高:钛合金的使用温度比铝合金高几百度,可在 450℃~500℃的温度 下长期工作。而铝合金的工作温度则在 200℃以下。 抗蚀性好:钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作,其抗蚀性远优于不锈钢, 对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强。 低温性能好:钛合金在低温下仍能保持其力学性能。比如 TA7,在-253℃下 还能保持一定的塑性。因此,钛合金也是一种重要的低温结构材料。
在荣耀新发布的折叠屏手机 Magic V2 中,铰链的轴盖部分首次采用钛合金 3D 打印工艺,宽度相较于铝合金材质降低 27%,强度却提升 150%,实现轻薄与 可靠性的平衡。iPhone 15 Pro 系列采用了更轻、更坚固的五级钛合金材质,取代 了此前的不锈钢中框,这是苹果首次在手机产品使用钛合金材质。得益于钛合金 材质的使用,iPhone 15 Pro/Pro Max 的重量降低了 19 克,分别从上一代的 206 克和 240 克降到了 187 克和 221 克。
据切削之家公众号整理,钛合金因其优秀的特质被广泛用于各个领域,然而 用传统切削工艺加工的难度较大: 钛屑易燃:在高温下(600°C),钛屑容易燃烧。 导热性差:钛合金的导热系数小,仅为 45 钢的 1/6-1/7,而且密度小,切削 热量集中在切削刃附近,刃区温度高,刀具磨损剧烈。 化学亲合力大:与含 Ti 的硬质合金粘结严重,而很多刀具的涂层都含 Ti。 弹性模量小:约为 45 钢的弹性模量的 1/2,故弹性恢复大,摩擦严重。同时, 工件也容易发生装夹变形。 冷硬现象严重:钛的化学活性大,在高的切削温度下,很易吸收空气中的氧 和氮,形成硬而脆的外皮,同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度,而且能加剧刀具磨损。 随着钛合金材料在 3C 行业中的应用加速,3D 打印行业也有望打开新的市场 空间。
2.3. AR/VR:行业高速增长,产业链逐渐成熟
2022 年全球宏观经济不景气的背景下,VR 产品出货量出现波动。根据 VR 陀螺数据,2022 年全球 VR 头显和 AR 眼镜出货量分别为 1014、45.2 万台,分 别同比-8.6%、25.6%。预计 2023 和 2024 年 VR 出货量分别增长至 1150、1490 万台,YoY+13%、+30%;预计 2023 年 AR 出货量为 58.8 万台,YoY+30%。
根据 IDC 数据,2021 年全球增强与虚拟现实(AR/VR)总投资规模接近 125.4 亿美元,并有望在 2026 年增至 508.8 亿美元,五年复合增长率(CAGR)将达 32.3%。AR/VR 有望成为消费电子市场增长主要动力。
C 端应用率先崛起。AR/VR 的下游应用大致可分为消费者、分销与服务、金 融、基础设施、制造与资源及公共部门等方向。消费者仍是 AR/VR 的主要应用方 向,消费者部门仍占据 50%以上的市场份额。
向生产力工具转型。过去受限于 AR/VR 硬件设备的交互方式以单一,游戏成 为 AR/VR 硬件的主要使用场景。未来随着去外设化交互方式的发展,AR/VR 也 有望向生产力工具转型,应用于更广阔的办公、工业场景。
苹果 Vision Pro 发布,有望成为引爆行业的爆款。苹果首款 MR 眼镜 Apple Vision Pro 在 2023 年 6 月 WWDC 上发布,售价 3499 美元,将于 2024 年初开 售。硬件配置方面,产品采用一块 M2 芯片及一块 R1 芯片提供高算力;内部采用 两块 Micro-OLED 屏幕,外部屏幕可实现双向透视功能;官方外接电源可实现 2h 续航。我们认为,苹果在芯片等硬件以及操作系统方面均处于行业顶级,拥有丰 富的产品矩阵、应用生态,为 MR 产品的成功提供土壤,有望带动整个 AR/VR 行 业进入高速增长阶段。
2.4. 折叠屏手机:为智能手机市场注入新动能
智能手机销量下滑:2022 年全球智能手机出货约 12 亿台;2023 年前三个季 度智能手机销量分别增长-14.6%、-7.8%、+0.3%。智能手机市场边际回暖,但整体景气度仍然较低。 折叠屏手机带来结构性机会:折叠屏手机结合了手机和平板电脑的优势,满 足了用户对大屏显示的需求,催化了用户换机需求。2020 年-2022 年折叠屏手机 销量从 280 万部提升到 1420 万部,两年 CAGR 达到 125.2%,2022 年同比翻倍 增长。IDC 预计 2027 年全球折叠屏手机销量达到 4810 万部,2022-2027 年 CAGR 将达到 27.6%。
国内折叠屏手机销量高速增长。2022 年全年国内智能手机市场出货量约 2.9 亿部,同比-13.2%;折叠屏产品出货量达 360 万部,同比增长 154%。2023 年上 半年国内折叠屏手机销量 227 万部,同比增长 102%。国内折叠屏手机市场相对 较为分散,2022 年份额前三分别为华为、三星、OPPO,华为牢牢占据国内折叠 屏手机市场第一的位置,市场份额达到 47.4%。
体验感持续改善。横向折叠屏手机的平均厚度和平均重量呈现明显下降的趋 势,各大厂商不断突破横向折叠屏手机机身规格的极限,其中荣耀率先将横向折 叠屏手机机身厚度降低至 8.6mm,推动横向折叠屏手机迈入“毫米时代”。随着折 叠屏手机“笨重”的痛点逐步改善,消费者对折叠屏手机的接受度有望进一步提 升。
重点关注铰链、OLED 屏幕产业链。折叠屏手机的铰链、轴盖成本较高:铰 链与折叠屏产品的使用体验直接相关,技术壁垒较高,成本也较高;柔性 OLED 屏幕价格昂贵,根据 CINNO 数据,2023 年 10 月柔性 OLED 屏幕价格比刚性 OLED 高 63%,比 LTPS 屏幕高 131%。
3. 通用板块:展望 2024 年,预计随着经济复苏与政策落 地,有望推动行业复苏
回首 2023 年 Q1-Q3,从需求端来看,2022 年底疫情放开后,制造业企业积 极应对行业需求变化与市场竞争,年初以来随着经济逐步回暖,行业需求亦逐步 回升。从政策端来看,10 月 24 日,十四届全国人大常委会第六次会议审议通过 了国务院关于增加发行国债支持灾后恢复重建和提升防灾减灾救灾能力的议案, 增发的 1 万亿国债全部通过转移支付方式安排给地方使用,初步考虑在 2023 年 安排使用 5000 亿元,结转 2024 年使用 5000 亿元。 展望 2024 年,我们预计随着万亿国债发放与经济逐步恢复,有望有效提振下 游需求,推动行业内公司发展,推动行业进步与头部企业全球化进程。
3.1. 宏观:多项经济政策发布,国家重视制造业发展
通用设备下游涵盖整个制造业,与宏观经济息息相关,我们通常选取制造业 PMI、PPI、社融作为制造业景气度预期的重要依据。 PMI:采购经理指数能够反映经济的变化趋势,是经济监测的先行指标,有宏 观经济“晴雨表”之称。PMI 指数体系可应用于政府部门、金融机构、投资公司 和企业,在经济预测和商业分析方面都有重要的意义。2023 年 1-10 月,制造业 PMI 数据 1、2、3、9 月份位于荣枯线以上,4、5、6、7、10、11 月份位于荣枯 线以下。2023 年 11 月,制造业 PMI 为 49.4%,环比降低 0.1pct。 PPI:生产价格指数是衡量工业企业产品出厂价格趋势和变动程度的指数,是 反应某一时期生产领域价格变动情况的重要经济指标,也是制定有关经济政策和 国民经济核算的重要依据。PPI 主要的目的是衡量企业购买的一篮子物品和劳务 的总费用。2023 年 11 月 PPI 指数环比降低 0.3%。 社融:社会融资是指贷款人通过非传统银行贷款渠道筹集资金的活动,是经 济实体融资的重要补充形式,有利于提升全社会融投资水平,提高资金利用效率, 拉动经济快速增长。2023 年 11 月社会融资规模存量为 376.39 万亿元,同比增长 9.4%。
2023 年年初以来,多项经济政策发布,国家重视制造业发展。2023 年 10 月 24 日,十四届全国人大常委会第六次会议审议通过了国务院关于增加发行国债支 持灾后恢复重建和提升防灾减灾救灾能力的议案,增发的 1 万亿国债全部通过转 移支付方式安排给地方使用,初步考虑在 2023 年安排使用 5000 亿元,结转 2024 年使用 5000 亿元。
3.2. 中观:行业观察
通用设备板块分为工业自动化、机床、机床刀具、叉车、工业机器人。
3.2.1. 工业自动化:预计未来中国整体自动化市场小幅上行
工业自动化行业涵盖变频器、伺服系统、PLC、DCS、运动控制器、CNC、 传感器、气动元件等产品,工业自动化产品下游行业应用广泛,包括锂电、硅晶、 3C 制造、起重、空压机、机床、纺织化纤、印刷包装、塑胶、冶金、石油、化工、 金属制品、电线电缆、建材、煤矿、注塑机等。
变频器:是通过改变交流电机的工作电压和频率来控制电机转速及转矩,具 有节能、调速和保护功能。伺服系统:是自动化运动控制环节的核心部件,可实 现对速度、转矩与位置进行精确、快速、稳定的控制。PLC(Programmable Logic Controller,可编程控制器):是自动化设备/自动化产线及流程工业的“大脑”, 可通过数字或模拟输入/输出,控制各类的机械或生产过程。 根据 MIR 自动化市场定义:按下游应用行业细分,MIR 中国整体自动化市场 包括 OEM 自动化市场和项目自动化市场。OEM 自动化市场行业范围:机床、电 子制造、半导体、液晶、光伏、工业机器人、制药、工程机械、建材、交通运输等。 项目自动化市场行业范围:采矿、冶金、市政、石化、汽车、造纸、电力等。根据 睿工业 MIR Datebank 数据,2019-2022 年中国自动化整体市场总体保持小幅增 长,2023 年整体市场仍处于恢复阶段,OEM 市场需求大部分处于萎缩状态;项 目市场端,电力、化工等部门需求增长,但对整体市场的拉动作用有限。
2023 年上半年,受国内外宏观经济形势与格局影响,制造业需求整体偏弱, 工业自动化行业仍然低迷。根据睿工业统计数据,2023 年上半年中国工业自动化 市场规模约 1,519 亿元,同比下降约 2.5%。工业自动化市场按下游行业可分为 项目型市场与 OEM 型市场,项目型市场代表性行业包括冶金、化工、石化、电 力、造纸等,OEM 型市场代表性下游行业包括锂电池、硅晶、纺织化纤、印刷包 装、物流设备等。2023 年上半年,项目型市场表现优于 OEM 型市场,项目型市 场同比增长约 1.7%,OEM 型市场同比下滑约 8.6%。低压变频器市场规模约 155 亿元,同比下降约 3.7%;通用伺服市场规模约 108 亿元,同比下降约 9.6%; PLC 市场规模约 81 亿元,同比基本持平。 得益于经济形势向好,新技术支持等因素,MIR 预计中国整体自动化市场未 来将小幅上行,并有望在 2026 年突破 3000 亿大关。
汇川技术为国产工业自动化龙头,目前在中国市场,汇川已在通用私服、小 型 PLC 产品市占率达到内资品牌第一。汇川技术在工业自动化领域的竞争对手主要是外资品牌公司,包括安川、三菱、松下、西门子、ABB、施耐德、发那科、爱 普生等。汇川技术作为本土企业,与行业部分外资品牌相比,拥有行业定制化解 决方案、性价比高、客户需求响应及时等优势。凭借优秀的技术营销和行业营销 策略,同时为行业客户提供“工控+工艺”的一体化解决方案,逐步提高市场占有 率。根据睿工业统计数据,2023 年上半年,中国市场通用伺服系统市占率前 4 名 分别为汇川技术、西门子、安川、台达,市占率分别为 24.3%、10.6%、9.4%、 6.2%;低压变频器产品(含电梯专用变频器)市占率前 3 名分别为汇川技术、ABB、 西门子,市占率分别为 17.5%、17.3%、15.6%;小型 PLC 产品市占率前 3 名分 别为西门子、汇川技术、三菱,市占率分别为 39.8%、15.4%、8.6%。
2023 年前三季度汇川技术实现收入 201.21 亿元,yoy+23.89%;归母净利润 33.19 亿元,yoy+7.60%;扣非归母净利润 30.46 亿元,yoy+11.59%。单 Q3,实 现收入 76.70 亿元,yoy+31.24%;归母净利润 12.42 亿元,yoy+11.94%;扣非 归母净利润 11.79 亿元,yoy+19.62%。利润端增速低于收入端,主要系信用减值 损失与资产减值损失增加导致。公司信用减值损失同比增加 1.32 亿元,主要系① 因某客户经营出现风险,单项计提的应收账款坏账准备增加,信用减值损失增加; ②应收账款增加,组合计提的应收账款坏账准备增加,信用减值损失增加。公司 资产减值损失同比增加 0.47 亿元主要系存货增加,计提的资产减值损失增加。盈利能力有所下滑,公司前三季度销售毛利率 35.78%,同比降低 0.19pct;销售净 利率 16.63%,同比降低 2.50pct。 汇川技术前三季度分业务来看,①通用自动化(含工业机器人):收入 105.24 亿元(yoy+20.42%),其中,通用变频器收入 34.40 亿元,通用伺服系统收入 44.23 亿元,PLC&HMI 收入 11.96 亿元,工业机器人实现销售收入 5.50 亿元。②新能 源汽车业务:收入 52.68 亿元(yoy+61.33%)。③智慧电梯:收入 38.50 亿元 (yoy+0.62%)④轨道交通业务:收入 3.75 亿元(yoy+33.78%)。
3.2.2. 机床:国内需求逐步提升,政策倾向程度高
根据中国机床工具工业协会的统计分类标准,机床分为金属切削机床、金属 成形机床、铸造机械、木工机械等 4 个主机行业,以及机床附件、工具及量具量 仪、磨料磨具和其他金属加工机械等 4 个辅机行业或配套部件行业。 机床作为高端装备制造业的“工业母机”,数控机床产品用途非常广泛。下游 客户包括传统机械行业、汽车行业、电力设备、铁路机车、船舶、国防工业、航空 航天工业、石油化工、工程机械、电子信息技术工业以及其他加工工业。机床产业 链上游主要包括数控系统、电气元件、精密件和功能部件、铸件及版焊件。
机床是涉及国家安全、自主可控的国之重器。近年来中国将机床放在了较高 的战略地位,重视机床产业的发展。机床上游产业链对海外厂商依赖较高,国家 推出一系列“强链补链”政策,加快补短板、强弱项。2023 年 3 月 16 日,国务 院国资委党委在《人民论坛》发表署名文章《国企改革三年行动的经验总结与未 来展望》,其中指出将乘胜而上实施新一轮国企改革深化提升行动,更大力度布局 前瞻性战略性新兴产业。加大在集成电路、工业母机等领域加快补短板强弱项。 强化在产业链循环畅通中的支撑带动作用。持续推动基础固链、技术补链、优化 塑链、融合强链。围绕产业链部署创新链,加快在重要领域和节点实现自主可控, 增强国内大循环内生动力和可靠性。
日本机床制造商协会(JMTBA)的最新统计数据显示,2023 年 9 月日本机床 订单总值为 1339.4 亿日元,环比 2023 年 8 月,增幅达 16.7%,连续两个月环比 增长;同比下滑 11.2%,虽然 9 月日本机床订单因季节性因素等有所增加,但总 接单水平略低于以往高峰期。 9 月来自日本国内的机床订单环比 8 月份增长 26.1%,达 450.5 亿日元;同 比下降 14.1%。从主要用户行业看,与 8 月相比,来自工业机械的订单增长 21.4%, 来自汽车行业的订单增长 29.7%,来自电气和精密机械领域的订单增长 12.5%, 来自飞机、造船和运输设备等行业的订单增幅达 53.9%。9 月来自日本国外的订 单比 8 月份增长 12.5%至 889 亿日元;同比减少 9.7%。从地区来看,来自亚洲 的订单比 8 月份下降了 4.6%,至 323.8 亿日元,同比下降 31. 8%;来自欧洲的 订单比 8 月份增加了 17.0%,达到 206.9 亿日元,同比增长 9.1%;来自北美的订 单比 8 月份增长了 37.8%,达到 341.7 亿日元,同比增长 13.4%。
根据国家统计局数据,2023 年 10 月份中国金属切削机床产量为 5.30 万台, yoy+23.30%;1-10 月份中国金属切削机床累计产量 50.60 万台,yoy+3.70%。 根据中国机床工具工业协会数据统计,金属切削机床产量方面,国统局规上 企业统计数据已恢复至正增长区间;协会重点联系企业统计数据虽仍处于下降区间,但降幅明显收窄。金属成形机床产量,国统局规上企业和协会重点联系企业 统计数据都处于下降区间。协会重点联系企业的统计数据中,结合产量和产值数 据的变动情况看,金属加工机床产品单价明显提升。预计全年行业运行情况不及 年初预期,总体上与 2022 年持平或略有增长。
自年初以来,金属切削机床新增订单和在手订单同比均保持增长,且增幅呈 扩大趋势。金属成形机床方面,因上年新能源汽车订单集中,尤其是四季度快速 增长,本年新增订单一直处于下降区间,在手订单前三季度仍表现为增长,但增 幅逐步回落。展望 2024 年,我们预计随着国内经济逐步恢复,机床下游需求有望 同比回升。
3.2.3. 机床刀具:刀具出口增速较快,国产替代持续推进
从原材料价格来看,2023 年年初以来,碳化钨价格高位震荡,刀具企业上游 原材料端持续承压。
根据中国机床工具工业协会工具分会整理,2023 年 1-9 月,刀具出口额 170.07 亿元,同比下降 2.74%,同比增幅由正转负(2023 年 1-6 月同比增长 0.44%);刀具进口额 64.8 亿元,同比下降 11.76%。出口额是进口额的 2.62 倍, 出口稍有下降,进口下降幅度较今年 1-6 月(10.89%)稍有扩大。 涂层刀片出口增速较快。2023 年 1-9 月刀具出口主要品种金额分别是:钻头 (55.18 亿元)、圆锯片(31.73 亿元)、刀片(20.87 亿元)、互换工具(19.27 亿元)、铣刀(14.43 亿元)、攻丝工具(8.3 亿元)、超硬孔加工刀具(4.6 亿元)、 带锯条(3.97 亿元)、超硬互换工具(3.92 亿元)。其中,出口增长幅度较大的 刀具品种有:涂层刀片同比增长 47.20%,双金属带锯条同比增长 25.24%,攻 丝工具同比增长 16.29%。 硬质合金刀片进出口刀片金额之比进一步缩小,其中俄罗斯为重要出口地。 2023 年 1-9 月硬质合金刀片进口额(27.42 亿元)是出口额(19.05 亿元)的 1.44 倍。进出口刀片金额之比进一步缩小,涂层硬质合金刀片出口额同比增长 47.20%, 而进口额同比下降 9.83%。非涂层硬质合金刀片出口额同比增长 12.52%,而进 口额同比下降 14.06。硬质合金刀片出口地主要有:①涂层刀片:俄罗斯 32.19%、 德国 14.66%、印度 11.70%、美国 5.88%、土耳其 5.51%、韩国 3.74%、新加坡 2.73%。②非涂层刀片:俄罗斯 13.26%、印度 10.25%、美国 9.00%、日本 8.08%、 德国 7.57%、新加坡 4.59%、墨西哥 3.34%。
从刀具出口价格来看,出口单价增幅较大的刀具品种有:铣刀单价同比增长 16.11%,钻头单价同比增长 16.79%,丝锥单价同比增长 18.88%,双金属带锯条 单价同比增长 15.39%,高速钢钻头和硬质合金钻头属于同一海关编码,高速钢铣 刀和硬质合金铣刀属于同一海关编码,钻头铣刀出口单价大幅度增长,主要原因 是高速钢钻头铣刀出口下降,硬质合金钻头铣刀出口增长。 欧科亿作为国内头部硬质合金供应商,优化产能结构,聚焦优质市场,厚积薄发。 1)聚焦高端刀具进口替代,完善终端客户产品结构。公司优化产能结构,聚 焦高端刀具的产能投放,同时在现有产能基础上,提前启动了 2,000 万片高端数 控刀片的产能提升项目,主要是针对小零件加工精磨刀片、航空航天领域的刀具。 同时,公司通过数控刀片、数控刀体、整体刀具的协同配套,聚焦高端刀具的进口 替代。 2)聚焦优质市场。①深入终端需求:数控刀具商店逐渐覆盖区域范围内的终 端客户,区域技术服务团队逐步完善;通过设置智能刀具柜、刀具寿命监测软件、 标准化管理模式导入等方式进行客户现场刀具管理以及技术服务;完成重点客户、 重点场景的刀具整包方案,形成了汽车、3C、航空航天、风电、医疗器械等领域 的标准方案体系,进入批量推广复制阶段。②大力推进出口,完善海外布局:公司 抓住出口机遇,加大海外开拓力度,海外品牌代理持续增加,海外布局进一步完 善,已完成 40 多个国家的海外渠道布局。
2023 年前三季度华锐精密实现收入 5.88 亿元,yoy+46.07%;归母净利润 1.06 亿元,yoy-1.28%;单 Q3,公司实现收入 2.30 亿元,yoy+104.10%,主要 系公司持续加大研发投入,加强内部管理,积极开拓市场,推动新增产能落地,产 品供应能力增强,产销量同比提升。前三季度华锐精密实现销售毛利率 44.10%, 同比降低 4.06pct;销售净利率 17.98%,同比降低 8.62pct。
新产能投产+愈发完善的销售渠道有望助力华锐精密公司发展。 ①新产能投产贡献增量:2023 年 4 月,公司 IPO 募投项目顺利结项,IPO 募投项目的实施将有效解决公司产能瓶颈、丰富产品结构,满足市场快速增长的 需求,同时进一步增强公司研发实力与智能制造能力,为公司持续提升企业竞争 力打下坚实基础。 ②销售渠道:公司销售渠道愈发完善,加大直销与海外渠道扩张。1.直销渠道: 公司在成熟的经销体系基础上,进一步加大了直销团队的建设力度与直销客户的 开发力度,公司技术开发能力及技术服务能力不断提升,与国内一些重点行业重 点客户达成了初步合作。2.出口渠道:公司在境外销售方面持续发力,参加越南胡志明国际机床及金属加工展览会和俄罗斯机床及金属加工展,持续拓宽市场渠道, 增强品牌知名度,进一步拓展海外业务。
3.2.4. 叉车:出口高增长,期待国内龙头走向世界顶端
叉车是国民经济中不可或缺的核心物流装备,广泛应用于制造业、交通运输、 仓储物流业、租赁等诸多领域。2023 年,工业车辆产品电动化、智能化的发展趋 势愈发明显,新能源工业车辆需求呈现高速增长,行业整体转型升级的成效已经 突显。 2023 年上半年中国机动工业车辆总销售量达到 585,501 台,与 2022 年同期 相比增长了 5.82%,其中,国内市场销售量 394,741 台,与 2022 年同期相比增 长了 4.74%;出口销售量 190,760 台,与 2022 年同期相比增长了 8.13%。 从车型结构来看,2023 年上半年①电动平衡重乘驾式叉车(Ⅰ类车)实现销 量 76,424 台,同比增长了 23.22%;②电动乘驾式仓储叉车(Ⅱ类车)实现销量 10,598 台,同比增长了 40.84%;③电动步行式仓储叉车(Ⅲ类车)实现销量 290,315 台,同比增长了 5.20%;④内燃平衡重式叉车(Ⅳ+Ⅴ类车)实现销量 208,164 台,同比增长了 0.19%。电动叉车占比已经达到 64.45%,平衡重式叉车中电动化比例达 26.85%,数据分析表明,以电动叉车、新能源锂电池叉车为代表 的车型竞争力明显提升,国际、国内市场占有率显著提高。 国内和出口两个市场出现分化,出口增长率大于国内市场增长率,说明国产 品牌产品全球竞争力在持续提升,工业车辆行业总体呈现市场份额集中度加速提 升的趋势,行业国际化拓展越来越快,中国继续保持世界第一大叉车生产国和销 售市场的国际地位。 近年来随着我国经济的不断发展,物流行业、工业制造等行业规模不断扩大, 对工业车辆的需求不断增加,国内工业车辆企业在品牌知名度、技术研发能力、 产品结构完整性等方面均有较大提升,产品销量也随之逐年增长。
3.2.5. 工业机器人:2023 年市场磨底,预计 2024 年下游需求有望回升
Q3 单季度中国工业机器人销量环比提升。根据 MIR DATABANK 最新数据显 示,在经历了上半年较疲软的市场表现后,2023Q3 单季度中国工业机器人整体销 量 72708 台,同比下滑 2.1%,环比提升 6.6%。2023 年前三季度中国工业机器人销量累计 206823 台,同比微降 0.1%。 2023 年前三季度市场表现相对疲软。需求端来看:市场整体需求低于预期, 新增订单不足,短期阶段性 “供大于需”的情况持续。仅光伏、储能、汽车电子 等少数行业表现较好,其余行业投资疲惫。供给端来看:①历史库存仍未完全消 化,一定程度上透支市场需求,尤其部分外资本体厂商库存仍处于高位。②部分 机型结构性产能过剩的情况更加突出。 从下游需求来看,光伏行业保持逆势增长,市场增速远超其他行业。主要原 因有:①2022 年到 2023 年上半年为光伏行业的集中扩产期,三季度头部企扩产 依旧表现强势。②光伏制造各工艺环节的机器人渗透率持续提升,硅片&电池片& 组件提速扩产需求催生出新的机器人应用场景,如硅片清洗、包护角、接线盒安 装、装/卸工装夹具等。
从国产替代的角度,目前国产品牌已形成相对完整的工业机器人产业链,产 品质量、核心技术自主能力、品牌知名度也在不断提升,主要原因有:①已经逐渐 打开常规搬运、组装、弧焊等应用市场,且客户认可度在进一步提高。②积极开发 定制化机型及方案、市场响应快速。③头部国产厂商凭借规模化生产优势及完善 的服务,进一步放大货期和价格优势,市场份额较快提升。④终端用户降本增效 以及保证供应链多元化的诉求日益提升,在积极尝试以及复购国产机器人。预计 未来国产品牌市场份额将进一步扩大。 展望 2024 年,在经历了 2023 年的市场调整之后, MIR 认为 2024 年市场 有望回暖,整体销量有望超 30 万台,同比增速在 10%左右。从下游行业来看, 预计汽车、锂电、电子等行业有望复苏。一般工业如中厚板焊、激光焊的金属加 工市场以及民生相关如食品饮料、化学制品、小家电等市场需求也会有回暖。
4. 船舶制造:复苏大周期已至,大浪淘沙始见金
4.1. 船舶拆解寿命中枢或有下移趋势
船舶拆解寿命中枢或有下移趋势,船舶的更新换代或在加速。从传统视角看 船周期,一般一艘船龄在 20-30 年的船将被更换。由于船舶种类繁多,各种船在 历史上受到经济、政策法规的各种因素影响,例如运价高、钢价低时,船东拆解意 愿低;有环保政策约束时,船东拆解意愿较高。据克拉克森,船舶拆解时的平均 船龄从 2007-2008 年的 29 年,到 2021 年的 25 年,船舶拆解寿命中枢或有下移 趋势,也就是说,船舶的更新换代或在加速。
历史来看,更新需求刺激每轮船周期复苏。将船舶历史交付时间向右平移 26 年(近 30 年的综合平均船龄),得到船舶预测的交付量,船舶寿命预计的更新周 期启动时间与实际交付基本对应。行业特点决定了供需严重错配,使得每轮高点 比上一轮周期更高。
拆解寿命受运价、钢价影响。上一轮周期油船的更新需求具有典型性:1975 年交付高峰对应的下一轮更新的交付高峰是 2001 年,而实际的交付高峰在 2009 年。原因可能是:1)2004-2008 年油船运价达到历史高峰,油船供不应求,使得 原本应该淘汰的油轮继续运输,船东拆船意愿低,因此延缓了更新周期。2)废钢 价格低,船东拆解船舶意愿低,也延缓了船舶更新的速度。
仅考虑更新需求,2036 年预计出现下一轮需求高峰。不考虑环保政策、运价 等情况下,单以船龄计算(2022 年平均船龄 25 年),2011 年后的下一轮需求高 峰将会在 2036 年出现。
只考虑船舶的更新,分船型看大周期复苏节奏: 1)油船预计从 2025 年开始交付量阶梯式上升,至 2033 年左右达到下一轮 更新周期的交付高峰; 2)散货船预计从 2034 年开始交付量直线上升,至 2037-2038 年达到下一轮 更新周期的交付高峰; 3)集装船预计从 2027 年开始交付量直线上升,至 2030 年达到小高峰,到 2037 年达到大高峰。而实际上,2021 年下半年集运市场火爆,集装箱船订单剧 增,船厂在手订单大部分都是集装箱船。从景气度历史来看,集装箱船已经达到 历史最高分位。
4.2. 环保催化,更新前置
目前头部企业复合集流体的基材,PET、PP、PI 多种路线在持续推进。 PET、PP、PI 三种材料基于复合集流体工艺,即真空镀膜结合水电镀膜的适 应度而言,以材料的耐高温性能及物理强度来看,PI 处于最高一档,熔点温度达 360℃以上。但基于 PI 超薄膜目前及可预计的数年内成本仍然居于高位,显然目 前无法作为复合集流体的量产直接选择。PET 的耐温性与物理性能居于第二档, 其熔点温度达 260℃以上,对需要高温及高电流密集参与的工艺来说,虽有挑战 但仍然具有较大可行性,尤其 PET 属于极性材料的特质也导致其更易与金属物质 产生化学键联,即容易得到较强的镀层结合力。而 PP 薄膜的耐温性与物理强度 处于最弱档,熔点为 160℃左右,加工难度高,且其非极性材料的特质也导致在 其表面形成高附着力镀层的技术难度非常之大。 从化学稳定性的角度来看,则又呈现出相反的特征。PET 易在乙二醇、水、 甲醇、氨中发生降解;而且在锂电池负极端存在催化 PET 降解的醇基锂(SEI 膜 的成分),可显著促进 PET 的降解;另一方面,即便 PET 的降解不完全,哪怕接 触到铜膜的 PET 表面发生一点点降解,也会造成 PET 铜箔的根本性破坏。PP, 即聚丙烯,是聚烯烃的一种,分子链中只存在碳碳键,除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀 外,对其它各种化学试剂都比较稳定,而且也极难发生断链降解,化学稳定性极 强。因而虽然 PP 薄膜作为镀膜基材而言加工难度高,工艺窗口小,但如果工艺实 现了突破与固化后,作为锂电池负极的集流体而言却是一项可靠度极高的材料选 择。 复合集流体当前主要优势在于重量较轻和安全性较高。以复合铜箔为例,相 较于传统铜箔,质量比传统铜箔轻 60%左右,能量密度提升 5-10%。
复合集流体的制备流程,涉及到真空磁控溅射、真空蒸发镀膜、水电镀膜等 三类主流的镀膜工艺。其中,真空磁控溅射与蒸发镀膜均属于物理气相沉积(PVD), 也被称为“干法”工艺;相对应的,水电镀膜为典型的“湿法”工艺。 磁控溅射是电子在电场的作用下与氩气碰撞后,激发高能量的氩原子电离后 撞击靶材表面,使得靶材发生溅射,溅射粒子在基片上沉积形成薄膜。磁控溅射 的优势在于稳定性、均匀度、致密性、结合力好。但磁控溅射对金属材料纯度要求 较高,加工过程需要高纯氩气等特种气体,单位面积加工成本高于电镀。另外,磁 控溅射单次镀膜厚度为纳米级,若要达到微米级铜厚则需要多次溅射, 目前的效 率低于水电镀膜。 蒸发镀膜是在真空条件下,采用一定的加热蒸发方式使得镀膜材料气化,粒 子在基材表面沉积凝聚为膜。真空蒸镀的优势是在于效率高,但制程中发热量过 高,基膜作为热敏性材料容易变形,影响良率。 水电镀利用电沉积原理,将待加工的镀件接通阴极放入电解质溶液中,直流 电的作用下金属铜进入镀液,并不断迁移到阴极表面发生还原反应,逐步形成金 属铜镀层。但 PET 等高分子材料不导电,无法直接进行化学电镀,需要先对高分 子材料进行表面处理、活化、沉积导电层等,增加导电性。
据高工锂电,复合集流体的生产工艺按步骤分主要包括一步法、二步法和三 步法,基于以上工艺特征,当前复合铜箔仍以干法+湿法两步法为主:先在厚度 3.0- 4.5µm 的 PET/PP 基材表面利用磁控溅射双面镀一层 20-70nm 的铜膜,实现薄膜 表面金属化,然后再通过电镀将铜膜加厚到 1µm。复合铝箔的制备采用干法一步 法,在厚度 4.5~6.0µm 的 PET/PP 基材表面采用真空蒸发的方式,双面镀制一 层 1µm 的铝膜。(资料来源:高工锂电) 复合铜箔产业化加速发展,设备有望率先受益。当前复合集流体产业化加速, 设备厂商有望率先受益下游资本开支增长。
(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。)
相关报告
2024机械行业年度策略报告:新的希望与周期的力量.pdf
机械行业工程管理控制基础.docx
机械行业2024年春季策略报告:AI拉动算力需求,先进封装乘势而起.pdf
工程机械行业专题报告:他山之石,从卡特小松的复盘看国内主机厂投资机会.pdf
机械设备的巡回检查计划修理与点检定修制.pptx
机械优化设计概述.pptx