智造系列丨國產工業機器人沖擊中高端？問題很多

出品丨虎嗅智庫

頭圖丨視覺中國

虎嗅2023工業AI大會將于9月7日-8日在中國 · 蘇州舉辦。我們期望促成領先制造企業與科技創新企業的理解、融合與對接，推動工業AI生態發展共識，為我國制造業高質量發展助力。

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圍繞虎嗅2023工業AI大會，虎嗅將推出工業制造領域系列內容精選，此篇為第一篇。

以下核心觀點和內容來自于虎嗅智庫發布的《工業機器人國產替代研究》，點擊報告名稱獲取內容。

核心觀點：

1. 國產替代集中在中低端制造業，中高端市場中外資仍具有明顯優勢；

2. 上游核心零部件核心技術仍未突破，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，下游集成市場呈現玩家大而不強，內卷嚴重的局面；

4. 國產替代進程需依賴產業鏈各環節關鍵技術的突破，國產廠商在未來工業機器人智能化轉型時代擁有一定先發優勢。

自我國提出要打造自主可控的現代化產業體系以來，各行各業便在攻克技術難關，加快國產替代的步伐。工業機器人作為制造業領域實現自動化和數字化的重要組成，無疑是國產替代的重點領域。

中國市場作為全球工業機器人最大的消費市場，占據全球出貨量50%以上，但在全球最大的單一市場（國內市場）國外廠商依舊占據明顯優勢。具體來看，附加值較低的中低端制造業國產化率較高，占據超過50%以上的市場份額，但在附加值較高的制造業國產化率維持較低水平；分類型來看，自由度高且精度控制難度較大的機器人市場占比較低；從制造業環節來看，機器人應用的主要制造環節的市場占比均未超過50%。

我國對工業機器人核心零部件的研究起步較晚，與國外技術有一定差距，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成本居高不下，進而影響下游差異化、定制化應用集成的進程。所以，在供應鏈安全、成本可控、差異化/定制化等需求背景下，國產替代勢在必行。

虎嗅智庫將從工業機器人的上游核心零部件、中游本體和下游集成三個環節拆解國產替代的核心突破點，并對未來工業機器人國產替代路徑作出研判。

上游核心零部件技術基本盤薄弱，采取從“低端”到“高端”的逐步替代

工業機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，三者合計成本占據機器人本體總成本的約60%以上，對于工業機器人成本下探和性能影響比較大。

數據顯示，工業機器人上游三大件國產化率近些年均有不同程度地上升，但國外廠商依舊占據一半以上的市場份額。具體來看，減速器的國產化率較高，且每年的滲透幅度也最為明顯，而伺服系統國產化進程表現較差。

減速器屬于高精密度產品，技術門檻高，行業壁壘大，是我國的薄弱環節之一。減速器主要分為諧波減速器和RV減速器。諧波減速器方面，國產諧波減速器易發生筒體斷裂、柔輪輸出軸扭轉剛性不足、齒面磨損等情況，其使用壽命和精度受以下四個方面因素的影響：

原材料：在金屬原材料的顆粒度、剛度和硬度等指標上，我國供應的材料相較于國外有較大差距，雜質較多，影響了減速器柔輪等零部件性能；

設計專利：哈默納科在減速器齒形設計和傳動結構上具有知識產權，在齒形設計方面存在較高的技術壁壘，對于新進廠商阻礙較大；

加工工藝：高精度加工設備仍需進口，國內廠商缺乏經驗積累和技術儲備，加工精度、加工誤差無法得到穩定控制；

零件裝配：零件組裝標準化程度欠缺，缺乏經驗豐富的技工。

相比諧波減速器，RV減速器的結構更為復雜，由于其承載能力大等特點，對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、精度標準化低、難以量產等問題。

設計難度方面，在RV減速器設計過程中需要反復測試和校正零部件、齒形來實現高精度和高穩定性，對數據經驗和設計精度的要求比較高。加工裝配方面，RV減速器對零部件裝配精度、齒面熱處理、成組技術等方面要求非常高，不同零部件需要保持相同的運動公差，但我國目前難以達到P4級別水平。

伺服系統方面，國內差距主要在于高精度伺服驅動器和編碼器的設計和工藝，這導致了高端伺服系統的性能、質量和穩定性方面的差異。其背后的核心原因在于以下四個方面：

驅動器芯片：與伺服驅動器相關的主控制板芯片（DSP芯片、IGBT模塊）、信號處理和通信板芯片（FPGA、存儲）等高精度、高性能的芯片被海外廠商“卡脖子”。

驅動系統標準：多項參數標準主要依靠海外廠商定義，我國需要大量的實際測試數據來逐步達到標準。

編碼器：高精度編碼器核心技術和高精度傳感器暫未突破，對伺服系統的定位精度影響很大，基本需要進口。

原材料：國內的磁材總體性能較國外有一定差距，影響材料伸縮長度。

在控制器方面，國內外技術差距主要體現在軟件層面。具體來看，軟件底層算法通常是非公開的，各家企業自定參數，在底層軟件構架和核心控制算法仍有不足，這會導致在一些場景下機器人的穩定性、運行精度會受到一定影響；控制算法和二次開發等方面的差距使得國內產品在控制平臺的易用性、響應速度等方面存在差距。

雖然，當前我國工業機器人核心零部件國產替代在逐步進行，產品基本參數表現已幾乎持平，但在高精度領域仍有較大差距，芯片和核心產品技術仍有待突破。從開發難度上看，減速器難度最高，伺服系統中上，控制器中下，三者共同構成工業機器人核心競爭力。除此之外，三者同時存在固定資產投入大、客戶實際驗證周期長等客觀因素，制約本土廠商的技術發展。

中下游停留在中低端，沖擊中高端市場面臨重重阻礙

近年來國產替代浪潮興起，國內崛起一批新興玩家，蠶食掉四大家族的部分市場份額，但仍未能撼動其市場地位。

根據MIR數據，2021年四大家族仍牢牢占據我國工業機器人市場份額前四名，合計市場份額約40%。盡管國產份額由2015年的18%提升至2021年的33%，但集中度較為分散且暫未出現頭部企業。

中游國產替代進程緩慢，主要受限于核心技術突破和產業環境。本土廠商產品存在“四低”——低技術、低品質、低價格、低應用等問題。

技術差距：重負載機型定位精準度低，輕負載機型稍高，但仍有差距。

產品中低端：技術差距致使過去幾年集中替代的主要是中低端市場，通常滿足的是一些簡單的通用性需求和應用，高端市場仍被四大家族控制。

性能偏差：由于上游芯片、控制系統等核心零部件的“卡脖子”問題，阻礙機器人性能的突破；同時隨著制造業數字化轉型進程加速，企業對機器人運行精度、穩定性、易用性等性能要求愈發嚴苛，中游廠商產品需要適配性能需求與應用行業或場景的變化。

同質化嚴重：我國機器人產品類型和性能參數指標同質化嚴重，應用場景主攻搬運、碼垛的偏多，隨著應用場景逐漸深化，性能或功能上漸漸難以滿足企業需求。

性價比不高：企業更換工業機器人會涉及設備部署、停產試機和維保等問題，試錯成本過高。目前，國內企業更多是從新建產線或停產成本較低的企業開始進行國產替代。從成本角度看，選擇嘗試國產機器人產品的意愿不強。

價格戰：在產品同質化、專攻中低端市場的背景下，行業內開始通過價格戰獲客，不利于良性競爭。

在本體下游的集成方面，我國內資集成商占比約80%，但其中大部分的業務處于中低端或體量較小的細分領域，玩家呈現出數量多、規模小、工藝偏中低端的現狀。在汽車整車、電子電器和器材制造等體量大、高端工藝的領域，相較于“四大家族”等海外服務商，自主品牌的優勢并不明顯。

產業鏈各環節阻礙逐個擊破，加速國產化進程

工業機器人產業鏈冗長，涉及的技術環節眾多，僅靠單一環節的優化提升無法產生質變。

工業機器人的核心價值是幫助企業創造更多的業務價值，提升企業的綜合運營管理能力，這種價值導向的發展路徑需要產業鏈上中下游的協同發展，從技術、產品、行業等多因素共同驅動技術的應用廣度與深度，實現全產業鏈條的互惠共贏，推動工業機器人國產化格局產生質變。

上游核心零部件：控制算法突破，加速國產工業機器人智能化進程，形成差異化競爭力，以推動國產替代進程

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內企業重視。

控制算法方面的優化迭代和機器視覺的加持將驅動工業機器人產品走向智能化，是形成國產機器人廠商差異化競爭力的關鍵路徑。控制算法等AI算法將從內部優化機器人運動精度、運動規劃和智能決策等能力，推動伺服系統和控制器的智能化以及軟硬件工藝的成熟。

目前，我國在機器視覺算法上具備一定的優勢，因此在控制算法取得突破后，國產廠商必然能夠在機器人智能化時代具備比較強的競爭力，從而實現進一步的國產替代。

中游本體：攻克高附加值制造業場景，需彌補本體產品類型的短板，六軸機器人性能提升成攻克重點

中游本體制造廠商將聚焦大六軸機器人等當前較為薄弱的領域。目前，大六軸機器人主要用于下游對機器人載重、精度、穩定性等性能要求較高的場景。該產品技術壁壘較高，目前也主要被“四大家族”所壟斷。

根據IFR數據，我國2022年大六軸機器人的國產化率僅為17%，遠低于其他類型機器人。在邁向國產化的路徑中，產品性能要不斷精進，由小規模走向大體量，由低端走向高端，大六軸機器人的國產替代勢在必行。

下游集成：利用本土優勢，實現應用集成標準化，部分領域彎道超車

就前文所述，集成商普遍面臨應用非標的問題，形成開發成本與滿足客戶訴求之間的矛盾。

解決上述問題有兩種路徑可選。第一種是扎根于某一個或某幾個行業領域，不斷深耕，通過項目案例的積累來覆蓋掉絕大多數的定制化場景，將這些定制化需求“標準化”；第二種則是將各個行業的基礎性、通用性能力“標準化”，并以此覆蓋更多行業及場景，有助于實現解決方案快速部署，降低成本的同時，降低開發應用門檻，僅對特定行業訴求進行定制化開發。

從實際成本和商業模式來看，更多廠商選擇第二種方式來降低工業領域應用的復雜性和多樣性，在定制化中逐漸提煉出“4S”（性能、穩定性、安全性、智能性）等標準化內容，以降低集成商方案開發和客戶使用的門檻。在標準化達到一定程度后，國產廠商會在各個領域快速擴張，加速國產化率。

另外，近年來，鋰電、光伏等新能源行業興起，同時國外又發展緩慢，對于此類行業，外資品牌的優勢并不大，國產品牌有望利用本土化的服務與資源優勢，彌補在技術或產品性能上的不足，在鋰電、光伏等行業實現彎道超車。

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