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工业自动控制系统装置制造行业基本情况概述

来源:国泰君安 2015-11-27 09:50:00打印

作者:詹佳颖  李顶

1、行业基本情况

1.运动控制系统行业概况

运动控制是指在一定条件下,将预定的控制方案、指令转变成期望的机械运动,实现机械运动精确的位置控制、速度控制或转矩控制。

一个典型的运动控制系统主要由下述重要部件构成,

 

 

运动控制产品作为机器运动的核心部件专门控制并驱动机械部分运动。由于运动控制产品的性能直接影响到机械动作的精准与快速,所以,这类产品的动态,最容易受到人们的关注。如今,在中国的自动化市场上,无论是哪一家自动化厂商都极为重视运动控制产品,因为中国制造业的转型升级离不开机械工具,而运动控制产品恰恰是决定机械工具运动性能的关键。由于行业需求逐渐呈现新的特点,才有了运动控制产品随之而来的不断创新,尤其是以特定行业应用的运动控制将成为运动控制领域发展的一个新的增长点。

传统运动控制系统按所使用的电机类型可分为步进系统和伺服系统两大类。步进系统中的步进电机是一种离散运动的装置,电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制执行机构,它和现代数字控制技术有着本质的联系,在目前国内的数字控制系统中,其应用已十分广泛;伺服系统中的伺服电机是一种将收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出的执行机构,伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数),也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能,它每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应,所以它是闭环控制,而步进电机一般是开环控制。两者区别如下所示:

 

来源:《运动控制技术的发展与现状》,齐鲁证券研究所

长期以来,对于那些不需要高性能伺服电机的应用场合,步进电机技术经常被视为一种高性价比的替代方案。受益于其较低的价格和同等尺寸下的高转矩输出,步进电机一直在自动化设备领域占有一席之地。但是随着时代发展,越来越多的设备应用开始优先选择伺服电机。尽管采购成本更高,但相比于步进电机需要繁琐的测试以避开共振区域,以及由于缺乏有效的反馈而使得选型更加困难等诸多不利因素,伺服系统能快速地进行调试并投入使用,这也是小批量生产更偏爱选用伺服电机的原因。

近几年,这种趋势由于磁场定向控制“闭环”步进电机技术的发展而逐渐扭转。闭环技术的核心是高适应性电流调节和控制信号的反馈。此类步进电机控制方式与伺服电机完全一样,通过编码器信号检测转子位置,在电机绕组中产生对应的正弦波电流。磁场的矢量控制确保了定子的磁场方向总是垂直于转子磁场,而磁场强度则精确地对应于所要求的转矩。因此,闭环步进电机本质上就是一个多极数的无刷直流伺服电机(BLDC),可称为步进伺服系统。传统步进电机技术的一系列缺点,例如共振和过热等,都得到消除。不仅如此,相比一个同尺寸的伺服电机,当转速维持在其额定转速的20%-50%时,步进伺服系统所获得的持续扭矩是该伺服电机的2到3倍。由于步进电机的价格低廉,步进伺服系统是替代传统伺服系统(使用伺服电机)理想的经济型方案。

运动控制器经历了从模拟到数字,到基于PC的伺服控制网络系统和基于网络的运动控制的发展过程。运动控制器大体经历了以下几个阶段:模拟电路、微控制器、通用计算机、专用运动控制芯片、可编程逻辑器件、数字信号处理器。相关阶段技术及特点如下表所示:

 

来源:《运动控制技术的发展与现状》,齐鲁证券研究所

运动控制本质上是数学运算。数学运算能力越强,计算速度越快,精度越高,则运动控制的效果越优秀。由于运动控制的算法(即控制理论的计算机实现)是非常复杂的,所以精确和实时的运动控制效果对CPU的数学运算能力要求很高。因此,目前业界广泛采用的一类CPU是DSP(数字信号处理器)。

2.工业机器人行业概况

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括臂部、腕部和手部,有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3~6个运动自由度,其中腕部通常有1~3个运动自由度;驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作;控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。

工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩;关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能,又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。

控制器、伺服电机、减速机是工业机器人三大关键零部件,约占机器人总成本的六成。它们之间的控制关系是:运动控制器接收示教盒指令,将指令信号转换为路径控制信号,控制器将控制信号发送到伺服驱动,伺服驱动控制电机转动,电机通过减速机带动执行机构运动。

(1)减速机

减速机在三大关键零部件中技术开发难度最高,是纯精密机械部件,除了回转精度要求特别高外,还需要刚度和疲劳强度高,对材料和工艺水平要求高。整体上产品要求高可靠性、高精度、大扭矩、大速比。减速机在机器人本体成本构成中占比高达30%,减速机的国产化是工业机器人国产化过程中降低成本的关键。

国产减速机在额定扭矩和传动效率等方面与国外产品差距较小,但在使用寿命、扭转刚度、传动精度等稳定性和精度指标方面差距还比较明显,由于材料和工艺水平差距,耐疲劳强度方面差距也比较明显。预计国产减速机在未来一段时间主要发展方向在于技术突破和完善,市场方面,首先进入中低端工业机器人市场,在2016 年以后才可能进入汽车生产线焊接机器人等高端产品,但减速机的国产化会大幅降低国产工业机器人成本。

(2)控制器

控制器占机器人成本约10%,是机器人三大关键零部件中技术难度相对最低的,国内企业在该零部件与国外企业技术差距最小。国外机器人企业主要是自己配套研发生产,国内的新松、埃斯顿等企业也基本是自研配套。

控制器主要包括硬件和软件两部分,控制器的技术水平包括控制的高同步性、良好的操作性、高速高精度控制、同时控制的轴数。硬件部分基本就是工业控制板卡,包括一些主控单元、信号处理部分等电路,国内外技术差异不大,技术难点主要在软件部分,包括软件实现的构建、控制算法、二次开发等。国产控制器目前已完全掌握硬件开发技术,功能基本能满足机器人的控制需求,但在控制轴数、快速性、稳定性等方面与国际品牌产品尚有一定差距。

(3)伺服电机/步进电机

电机用于驱动机器人的关节,要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高启动转矩,低惯性和较宽广且平滑的调速范围。

工业机器人精度要求高,使用的主要是高精度伺服电机,在一些要求不高的场合也经常用结构简单、成本便宜的步进电机来做执行电机。近几年,这种趋势由于磁场定向控制 “闭环”步进电机技术的发展而逐渐扭转,但在高扭矩的应用中还不能替代伺服电机。

目前在高精度伺服电机市场,日美、欧美系、台韩系这三大品牌占主导。欧美电机特点是过载能力和动态响应好,驱动开发性强,且具有总线接口,但价格昂贵;而日系品牌其价格相对较低,但动态响应能力较差,开发性较差,且大部分只具备模拟量和脉冲控制方式。国内高精度交流伺服电机仍处于起步阶段,部分品牌已具备一定的生产能力,主要面向中低端市场。国产品牌伺服电机包括汇川技术、南京埃斯顿、华中数控、广州数控等。

伺服产品功率分布上,小型伺服主要用于中低端OEM 市场,目前市场上占有领先地位的是松下、三菱和台达。中型伺服中,安川占有领先地位,在机床、电梯、起重、电子等行业有广泛应用。大型伺服中,西门子、博世力世乐为主要供应商,西门子在高端伺服市场具有传统优势,特别是其数控系统在机床中有着广泛应用。

类别

功率

应用领域

领先供应商

市场份额(亿元)

占比

小型伺服

<1KW

小型机械:电子装配;小型机床;雕刻机;切割机;小型包装机,印刷机等

松下,三菱和台达

33.78

43

中型伺服

1KW~5KW

中型机械:铣床;轮胎机械;枕式包装机;高端印刷机;钻孔机等

安川

27.09

34.5

大型伺服

>5KW

大型铣床;大型数控机床;大型轮胎机械等

西门子,博士力士乐

17.70

22.5

合并

78.59

100

3. 公司所处行业概况

工业机器人技术的基础是运动控制,在运动控制领域具有核心技术的工业机器人品牌具有更强的竞争力。公司由运动控制系统行业延伸到工业机器人行业,完善产业链布局。

 

公司基于模块化分布式控制系统,开发出一体化步进伺服系统模块化分布式控制系统由若干个子系统构成,子系统的个数与模块化可重组机器人中模块的个数相同,子系统与模块一一对应。每个子系统的结构功能都相同,它是一个独立的单元,拥有控制器、存储单元、数据采集单元和通信接口等。子系统除了控制与它对应的模块之外,还要负责整个系统的协调以及计算和规划等工作。模块化分布式控制系统是一个基于总线的分布式系统,每个子系统是网络总线上的一个节点,控制系统结构如下图所示:

 

优爱宝分布式控制如下图:

 

模块化分布式控制系统中的各个子系统相互独立且功能相同,因此它是严格意义上的分布式控制系统。与传统的控制系统相比,模块化分布式控制系统的突出特点是:模块化、可替代性、实时性、可扩展性、低成本。

模块化分布式控制系统下面的运动控制器是将运动器和驱动器集成的优爱宝运动控制器,一体化伺服模组如下图所示:

 

  市场上的控制系统可分为分体式控制系统和一体化步进伺服系统。较为常见的分体式控制系统又分为交直流伺服系统和步进控制系统,一体化步进伺服系统在国内较少,具体分类和区别如下表所示:

 

分体式控制系统

一体化步进伺服系统

种类

交直流伺服系统

步进控制系统

普通一体化步进伺服系统(国内外生产厂家较少,国内主要为鸣志)

优爱宝微型一体化步进伺服系统(如UIM242系列)

优爱宝高性能微型一体化步进伺服系统(如UIM620系列)

价格

价高

价低

价高

同性能比较价低

同性能比较价低

体积

体积大

体积小

扭矩

高性能

性能差

低速小扭矩(2000rpm)

低速小扭矩(2000rpm)

高速大扭矩(6000rpm)

编码器

 

增量编码器

增量编码器

绝对编码器

增值服务技术

缓慢,质量一般

快速,高质量

公司以运动控制技术为基础对下游产业进行延伸,主要为医疗行业、高端制造和轻型机器人。目前我国医疗行业自动化水平落后、行业门槛较高且基本被国外企业所垄断。随着劳动力成本的上升,高端制造行业自动化程度的提升和技术升级的需求日益强烈。国内机器人应用主要还是集中在汽车领域,而且成本较高,一般的企业难以承受,同时核心技术被一些欧美及日本厂商所垄断。具体行业现状的分析、优爱宝的优势及市场容量如下表所示:

行业

行业现状

优爱宝优势

市场容量和机会

医疗行业

1、自动化水平落后;国内有超过20万家医院,有75%的医疗设备都是上世纪80年代采购,均处于人工或者半自动水平;因此,未来10年医疗设备的替换是一个刚性需求释放的过程;

2、行业门槛较高;集电子、软件、光学、机械、医学等学科,综合性强,国内对于该行业专业性人才奇缺。

3、国内医疗市场90%以上是被罗氏、雅培、强生、贝克曼、日立等国外医疗厂商所垄断;因此,为了改变这种现状,国家在近几年大力支持该行业的发展;并配合新医改政策,提出2018年全民保健的口号。

4、目前国内有100家左右的电子医疗设备厂商,有近80家左右的厂商定位于研发中高端的医疗方向,但是核心的策略是实现自动化;国内专注于该领域的自动化厂商较少,市场空间广阔。

1、拥有20年的自动化、机器人、运动控制经验及技术;并组成了一支实力强大的专业研发团队。                    2、整体行业解决方案,系统可靠性高;模块化的产品理念、分布式的控制系统,大大降低自动化水平的难度;并缩短全自动医疗仪器的研发周期,并降低装机、调试难度、降低整机生产成本。

3、通过近三年对该市场的深入调研分析,目前在医疗诊断自动化市场有近85家企业,已经开展战略合作及合作的企业近50家;医疗行业有着追求稳定可靠的特性,一旦采用一种可靠的方案,整个行业都会在很长一段时间沿用下去。

目前,罗氏、雅培、强生等国际医疗设备巨头均采用与自动化水平较强的厂商如日立、汉密尔顿、帝肯等厂商合作开发模式进行自动化设备OEM;国内医疗企业也开始接受并采用该模式来寻找专业的自动化企业合作。根据 McEvoy & Farmer 的市场报告,2010年我国临床体外诊断市场规模为20.7亿美元(约合136.8亿元)。此外,McEvoy & Farmer认为中国人口占世界的20%,但体外诊断市场份额仅为全球的3%,且中国体外诊断产品人均年使用量仅为1.5美元,而发达国家人均使用量达到25-30美元,因此中国体外诊断市场增长空间广阔,预计未来数年将保持 15%~20%的增速。在McEvoy & Farmer的分析预测基础上,进行保守测算,2017年市场规模将达到420亿元。我国临床体外诊断市场成长空间广阔。自动化控制成本一般在占仪器的成本为30%,因此,医疗行业自动化控制系统的市场空间在126亿元。

高端智造(SMT、PCB曝光、印刷设备等)

1、自动化水平较低,大多数企业处于劳动密集型阶段。

2、多以低端设备为主,为了满足高端行业的需求,需要产业升级。                                         3、劳动力成本的上升,技术型工人的缺乏,快速提高生产效率,具备良好的市场竞争力成为首要任务;因此,智能型的、自动化程度高的设备需求强烈。

4、技术升级的需求迫切,原有自动化技术已经不能满足市场的需求。

1、革命性创新的自动化技术,专注于自动化、机器人、运动控制领域多年的经验。

2、标准化、模块化的产品;分布式控制系统;大大降低研发周期、降低成本、系统简单。

3、目前已经在这些领域形成了标杆性的行业案例。

产业转型升级必将是中国经济保持稳定持续发展的必然之路,自动化升级和高端智造则是解决产业转型的重要推动器,SMT、PCB、印刷设备、造纸设备、半导体设备等市场容量巨大。

人力成本上升,产业须升级;制造业转向智能制造;优爱宝的智能控制系统是制造设备的核心技术之一;市场的需求会快速推动优爱宝在这些领域的发展。

轻型机器人

(协作机器人)

1、人力成本上升,用工难长期困扰制造企业;劳动密集型制造业开始萎缩,产业升级迫在眉睫。

2、目前,国内机器人应用主要还是集中在汽车领域,而且成本较高,一般的企业难以承受。

3、核心技术被一些欧美及日本厂商所垄断;主要的运动控制及传动部件也被这些厂商所垄断;因此,成本居高不下;绝大多数企业处于观望状态;国内拥有核心技术及元部件的企业非常少,且不成熟。

掌握机器人的核心技术:运动控制及关键模块技术;可以大大降低机器人研发、生产成本。

工业机器人市场上呼声很高,其实因其成本高昂,很多企业限于成本等因素,市场应用还不是很广,大多集中在汽车领域,虽然工业机器人有了很大发展,但目前市场竞争甚是激烈,很多企业还在观望阶段,与此同时工业机器人本身就不是为替代人工而生,然而轻工业的转型升级,更多的需要人机配合,因此轻型机器人将是未来替代人工的首选,未来空间达百亿元级别。

4. 行业所处的生命周期

随着劳动力成本的持续上升,我国低端制造业赖以生存的成本优势逐渐消失殆尽。面对国内越发严重的“用工荒”情况,制造企业运用工业机器人替代人工,将是制造业的大势所趋。运动控制系统是工业机器人的核心部件且标准化程度较高,具有高周转性和高技术壁垒,拥有自主核心控制技术的机器人更容易得到集成商的认可。我们判断,目前行业正处于产业结构优化升级的成长阶段。

5. 运动控制行业规模

面对新一轮工业革命来袭、德国“工业4.0”、美国“工业互联网”等国家战略相继推出的时代背景,我国以《中国制造2025》作为实施制造强国战略的第一个十年期行动纲领,意图在于应对新技术革命的洗礼、推动传统制造业转型升级、实现高端制造业跨越式发展,促进由工业大国向工业强国的蜕变。据“德佳咨询”预测,我国运动控制市场如下:

年份

市场规模(百万元)

增长率

2010

4,969

 

2011

6,327.3

27.30%

2012

6,038.5

-4.60%

2013

5,586.8

-7.50%

2014

6,117.5

9.50%

2015

6,319.4

3.30%

2016

6,698.6

6.00%

 

随着信息技术与机械装置和动力设备的结合日益紧密,运动控制技术得到了迅猛的发展。在中国,制造业大国的角色无比清晰地勾勒出产业机械迅猛发展的明朗前景,而产业机械自动化程度升级的浪潮,也为运动控制市场的快速发展起到了推波助澜的作用。

 随着中国自动化市场的快速发展,运动控制市场作为自动化市场的重要组成部分,在产品和技术上不断完善和成熟,从2005年以来进入高速发展时期,每年增长率超过25%。在2009年由于整体经济环境不景气增速下滑,但2010年迅速回弹,增长速度超过30%。2014年,受益于机器人、物料搬运设备、木工机械等OEM行业升温持续,伺服市场增速大幅回升。

6. 工业机器人行业规模

根据IFR(国际机器人联合会)的数据,2008年全球工业机器人销量仅为11.3万台,2014年全球工业机器人销量同比增长26.40%,达到22.5万台,处于历史的峰值。如下图所示,在2008到2014年间,全球工业机器人销量的年均复合增长率达到12.16%。据IFR预测,未来全球工业机器人销量将保持年均12%的复合增长率,至2017年将达到28.8万台。

单位:万台

 

我国工业机器人的销量从2008年的7,879台跃升至2014年的56,000台,实现了指数式的增长,其中2014年的销量同比增长率约为53%,较2013 年翻了一番。目前我国工业机器人的市场需求份额也位于全球首位,占据了全球需求量的20%以上。如下图所示,在2008到2014年间,我国工业机器人销量的年均复合增长率达到38.60%。IFR预测,2017年我国工业机器人销售量将达到10万台左右,约占全球市场份额的35%。

 单位:万台

 

根据IFR的数据,全球工业机器人的主要应用领域为汽车产业和电子产业。如下图所示,汽车产业是全球范围内工业机器人最重要的客户行业,近三年,汽车行业使用的工业机器人数量逐步提升,2013年其市场份额将近40%,占据了工业机器人应用领域的近半壁江山。电子产业应用工业机器人的数量在经历了2012年的滑坡后,在2013年迎来了反弹,市场份额也达到了20%。

单位:万台

 

根据IFR的数据,2013年全球工业机器人的销售金额为95亿美元,与之相关的工业机器人系统集成行业的销售金额为290亿美元。由此推算,工业机器人系统集成的市场规模为工业机器人市场规模的3倍左右。根据IFR测算,2017年全球工业机器人的市场规模将达到153.62亿美元(约974亿元人民币),全球工业机器人系统集成领域的市场规模约为460.86亿美元(约2,922亿元人民币);我国工业机器人的市场规模约为53.34亿美元(约338亿元人民币),我国的工业机器人系统集成领域的市场规模约为160.02亿美元(约1,015亿元人民币)。

但是,我国目前的机器人密度距离世界发达国家还有很大差距。根据IFR发布的数据,2014年世界前五大机器人供应国中,我国的机器人密度显著低于韩国、日本、德国、美国等国家,机器人的渗透率还处于较低水平,该比例也低于机器人密度的全球平均值62台/万人。

 单位:台/万人

 

如下表所示,我国目前的工业机器人保有量份额约占全球总量的10%,但是机器人密度只有30台/万人,远远落后于日本和欧洲的水平。因此,未来随着我国机器人研发技术的进步,我国工业机器人市场具备十分广阔的提升空间。

国家/区域

工业机器人保有量份额

机器人密度

日本

23%

约300台/万人

欧洲

29%

约200台/万人

中国

10%

30台/万人

根据以上分析,近年来全球工业机器人行业处于稳步增长的态势,市场规模不断扩大。我国作为工业机器人的最大市场,行业发展势头强劲,与之紧密相关的工业机器人系统集成领域的市场规模也逐步发展,未来市场空间巨大,将有效协助下游应用领域实现自动化、智能化的升级发展,提高生产效率,缩减制造成本。

7. 运动控制行业发展趋势

运动控制产品作为机器运动的核心部件专门控制并驱动机械部分运动正在向全数字化、高度集成化、智能化等方向发展。

(1)小型化,即在尺寸和功率等方面体现出缩小的趋势,以适应更加广阔的应用场景。目前中国伺服设计还采用传统方式,接线较多。而欧美运动控制市场已经发展成熟,伺服应用时一般去掉电控柜,产品接线越少越好,更安全,也更省成本。

(2)全数字化,未来现代控制理论的先进算法将应用于伺服系统;算法的提升带来更低的成本与更高的效率。

(3)高度集成化,即电机、驱动和控制的高度集成。

(4)智能化,具备参数记忆、故障自诊断、分析功能和参数自整定功能。

(5)本土化,本土企业更具有后期维护的优势。

8.工业机器人行业发展趋势

机器人技术开发和实现人工替代将是大势所趋。自改革开放以来,人口红利优势一直是我国经济增长的动力,但随着我国人口老龄化情况的加剧,我国劳动力受到新生动力不足和老龄化的两面夹击,从而推动了劳动力成本的大幅上涨,2013年我国国制造业就业人员平均工资达到46,431元。随着劳动力成本的持续上升,我国低端制造业赖以生存的成本优势逐渐消失殆尽。面对国内越发严重的“用工荒”情况,制造企业运用工业机器人替代人工,将是制造业的大势所趋。目前全球工业机器人均价30万元左右,并且价格呈下行趋势。因此,人工成本的上涨,以及工业机器人成本的逐渐降低,使得制造企业推进工业机器人的革命成为可能。

2、行业与行业上游关系

根据上下游关系,对公司产业链进行如下图划分

 

1.上游行业

上游行业主要为集成芯片、电容器电阻器等电子元件、PCB板和其他外壳配件的供应商,另有部分外协制造企业,按公司的产品要求进行SMT贴片。公司上游的原材料以及加工制造行业都是成熟市场,市场竞争较充分,可供选择的空间较大,对公司影响程度较小。电力电子元器件制造行业的企业数量情况如下图所示,截至2015年9月,电力电子元器件制造行业的企业数量为1,310家。

 

数据来源:wind

电子元器件核心是电力电子技术。电力电子技术是对电能进行变换和控制的电子技术,主要用于功率(电力)变换。电力电子元器件行业目前和未来一段时间均处于持续发展阶段,国内进军电力电子元器件制造行业的企业数量和市场规模都不断攀升。

2.下游行业(机器人系统集成)

 

                 
   
 
 
   
     
 

 

 

 

 

(1)应用机器人

各类应用机器人是在机器人本体的基础上,在末端安置不同的执行机构,实现不同的应用功能。工业机器人按照应用可细分为:焊接节气人(电焊机器人、弧焊机器人)、喷涂机器人、装配机器人、搬运机器人、码垛机器人等。这类机器人主要是在机器人本体上安装执行具体任务所需的末端设备。

(2)自动化生产线

机器人应用于自动化生产线,是利用以机器人为主的自动化设备,完成搬运、分拣、上下料、装配、焊接、喷涂、检测等其中一部分或大部分生产线上工作,尽量减少人员使用,实现的自动化生产,它的最高形式是自动化技术和信息数字化技术结合的智慧工厂。工业机器人在工业生产线生的运用主要有:汽车流水生产线的用于冲压、焊接、喷涂、激光检车等功能的机器人;化工生产中的搬运、码垛机器人;电子生产线生的上下料、分拣、装配、搬运机器人,物流自动化仓库的搬运机器人。智慧工厂几乎使用大部分种类的机器人来完成大部分生产工作。

3、行业竞争情况

工业机器人本体是运动控制基础上的一次集成,出于机器人本体性能、成本控制及可靠性角度考虑,在运动控制领域有核心技术的企业会更有竞争力。

项目

运动控制系统

工业机器人本体

机器人系统集成

市场空间

容易形成碎片化市场,单个细分市场空间有限

产品标准化

竞争关键因素

技术、售前售后服务、价格

技术、售前售后服务、价格

商务能力、工艺方案、资金实力

进入壁垒

普通国产品牌是否具有优势

新松机器人(300024)是我国工业机器人行业龙头,通过设立沈阳新松智能驱动股份有限公司,专注机器人控制器、伺服电机和减速机的研发和生产,将显著增强其竞争力。新时达(002527)先后收购众为兴和晓奥享荣,完成在运动控制和系统集成环节的布局,具有比较完善的价值链布局。埃斯顿(002747)是国内领先的数控系统提供商,具有深厚的技术储备,随着工业机器人战略的落地,有望脱颖而出。目前主要工业机器人产业链分布情况如下表:

证券代码

公司名称

核心部件

本体

系统集成

300024

机器人

002527

新时达

300173

智慧松德

 

600699

均胜电子

 

 

002337

赛象科技

 

 

002073

软控股份

 

300278

华昌达

 

 

300154

瑞凌股份

 

300126

锐奇股份

 

 

002031

巨轮股份

 

 

300161

华中数控

 

 

002559

亚威股份

 

 

600172

黄河旋风

 

 

300307

慈星股份

 

 

002139

拓邦股份

 

 

300115

长盈精密

 

 

002747

埃斯顿

430425

乐创技术

 

 

830843

沃迪装备

 

 

430394

伯朗特

 

4、行业壁垒

1、技术壁垒

运动控制系统和工业机器人涉及电力电子技术、微电子技术、自动化控制技术、机电一体化技术、电机控制技术等多学科多领域技术。近年来随着电力电子器件的发展和国内自动化控制技术的进步,出现了依靠低成本优势的本土企业,大量涌入中低端市场。由于规模小、技术相对落后,尤其在核心的嵌入式硬件平台及可靠性技术、运动控制算法优化、行业控制系统集成技术、电机控制技术、电机制造技术等方面投入不足,在产品的整机设计和可靠性设计技术方面与国际品牌厂商相比还有比较大的差距,因此要想进入中高端市场存在较大的技术壁垒。

2、市场壁垒

运动控制市场目前主要被日本和欧美厂商占据,国内企业所占份额较小。而在仅有的市场份额中,一批先期进入该行业的国内企业拥有先发优势,并形成较稳定客户群。新进企业想在较小的份额中夺取市场困难较大。

3、人才壁垒

运动控制行业和工业机器人行业所涉及的技术研究和开发属于涉及多学科、多领域的实验科学,既要求关键技术人员具备电子、自动化控制以及机电一体化较强的理论知识,又需要其拥有多年丰富的行业实践经验,而且销售人员不仅需要具备较强的市场营销能力,还需要掌握相关技术原理、熟悉产品性能指标等;此外,我国运动控制行业起步较晚,在核心控制算法、嵌入式系统软件、轨迹控制、二次开发等方面缺乏大量专业人才。行业所面对的市场变化与技术不断创新,要求具有大批经验丰富和响应迅速的销售人员和管理人员,这些高层次人才的培养和积累也需要一定的时间。因此,本行业对于新进入者,具有一定的人才壁垒。

5、行业发展有利和不利因素

1.行业发展有利因素

(1)技术创新与进步推动行业发展

伴随智能控制技术、传感器技术、人机接口技术及其他机器人相关等学科知识和技术的积累和应用,工业自动化与各种新技术的结合愈加紧密,产生出多种新的功能与应用。与此同时,科技进步带来相关产品市场价格不断降低,使应用自动化设备的企业各种成本不断下降,更进一步加快了工业自动化的市场普及率,以及工业机器人的升级换代节奏。受益于不断延伸和扩展的新技术应用,工业自动化行业将长期处于高速发展阶段,科技进步将促进工业自动化的应用进一步深化。

(2)下游制造业企业产业升级的需求

当前发达国家的许多制造业企业已经实现了精细化生产,从生产、检测到仓储、包装,全程采用自动化设备,以保障产品的稳定性和可靠性。相比之下,我国制造业企业多数仍处于自动化的早期阶段,以粗放型发展模式为主,产品附加值低,产品稳定性也有较大的待改进空间。随着未来人们对产品质量要求的提升,我国工业制造业也将朝着集约化、智能化的方向进行产业升级,自动化程度将会越来越高,对自动化设备的需求亦将会逐步释放。

(3)国家产业政策的扶持与重视

《智能制造科技发展“十二五”专项规划》、《高端装备制造业“十二五”发展规划》、《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》、《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年度)》等明确指出了工业自动化,特别是工业机器人应用符合我国未来制造业的发展方向。其中,科技部在《智能制造科技发展“十二五”专项规划》提出攻克工业机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等核心部件的共性技术,自主研发工业机器人工程化产品,实现工业机器人及其核心部件的技术突破和产业化。工信部发布的《高端装备制造业“十二五”发展规划》中总结分析高端装备制造业产业发展现状的基础上,明确了“十二五”的发展目标和思路,确定了发展重点方向及主要任务,并提出了相关政策措施。规划的实施,将进一步提升我国高端装备制造业整体发展水平和国际竞争力。工信部发布的《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》明确到2020年,形成较为完善的工业机器人产业体系,培育3-5家具有国际竞争力的龙头企业和8-10个配套产业集群;工业机器人行业和企业的技术创新能力和国际竞争能力明显增强,高端产品市场占有率提高到45%以上,机器人密度(每万名员工使用机器人台数)达到100以上,基本满足国防建设、国民经济和社会发展需要。另外,发展改革委、科学技术部、工业和信息化部、商务部、知识产权局联合发布的《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南(2011年度)》也明确提出大力发展:大型工程所需综合自动化系统,高性能智能化控制器,智能化工业控制部件、控制器和执行机构,自动化测量仪表等。

(4)劳动力成本的上升促使下游企业加速实现工业自动化

根据国家统计局公布的2014年国民经济运行情况显示,2014年16~60周岁的劳动年龄人口比上年末减少371万人,这是我国劳动年龄人口连续第三年绝对数量下降。另外,2014年社科院发布的《蓝皮书》亦指出,在2020年之前,我国劳动年龄人口减幅相对放缓,年均减少155万人;之后一个时期减幅将加快,2020-2030年将年均减少790万人,2030-2050年将年均减少835万人。

劳动力的匮乏、人口红利的消失致使工业制造业企业用工成本急剧上升,而我国企业又以劳动密集型企业居多,用工成本的居高不下迫使制造业企业加速实现工业自动化,引进工业机器人实现人工替代,以实现效率的提升及成本的降低。预计未来在我国劳动力成本上升趋势不变的情况下,我国工业制造业企业的自动化进程仍将延续。

2.行业发展不利因素

(1)高端技术人才短缺

技术研发人员是本行业发展的重要基础,高端技术研发人才的缺乏已经成为制约行业发展的重要瓶颈。一方面,由于我国工业自动化行业的起步时间较晚、发展时间较短,使得高端人才相对缺乏;另一方面,近几年,行业的广阔市场前景吸引了大批其他领域的企业转型到本行业,大批企业的加入加剧了对本行业高端技术人才的争夺。

(2)经济增速放缓,影响下游企业对自动化的投资

近年来,由于受到外部经济环境的冲击以及我国经济内部结构调整、产业升级等因素的影响,我国GDP增速虽与世界其他国家相比,保持着较高的水平,但已显现出了放缓的趋势。在此背景下,我国的制造业尤其是中小企业受宏观经济景气度影响较大,面临着一定的经营困境,将会影响本行业产品的市场需求。

(3)高端市场仍由国外品牌主导

长期以来,我国的工业自动化技术与发达国家有一定的差距,自动化市场亦基本为国外品牌所占据,特别是工业机器人领域,我国领先的机器人企业凭借较强的技术研发能力、自动化整体解决方案设计能力及现场设备安装经验在直角坐标、圆柱坐标及并联机器人领域抢占了部分市场份额,但国内多关节机器人市场仍由国外品牌所主导。

国产多关节机器人无论是技术经验积累、品牌建立还是市场拓展均需要一段漫长的过程。因此,内资企业要建立自己多关节机器人品牌不仅需要强大的研发实力,更需要以其过硬的产品性能、极具竞争优势的性价比及有针对性的整体解决方案设计能力来获取下游企业的信任与支持。

 


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