智造系列丨國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人沖擊中高端？問(wèn)題很多

出品丨虎嗅智庫(kù)

頭圖丨視覺(jué)中國(guó)

(資料圖片)

虎嗅2023工業(yè)AI大會(huì)將于9月7日-8日在中國(guó) · 蘇州舉辦。我們期望促成領(lǐng)先制造企業(yè)與科技創(chuàng)新企業(yè)的理解、融合與對(duì)接，推動(dòng)工業(yè)AI生態(tài)發(fā)展共識(shí)，為我國(guó)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展助力。

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圍繞虎嗅2023工業(yè)AI大會(huì)，虎嗅將推出工業(yè)制造領(lǐng)域系列內(nèi)容精選，此篇為第一篇。

以下核心觀點(diǎn)和內(nèi)容來(lái)自于虎嗅智庫(kù)發(fā)布的《工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)替代研究》，點(diǎn)擊報(bào)告名稱(chēng)獲取內(nèi)容。

核心觀點(diǎn)：

1. 國(guó)產(chǎn)替代集中在中低端制造業(yè)，中高端市場(chǎng)中外資仍具有明顯優(yōu)勢(shì)；

2. 上游核心零部件核心技術(shù)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(chǎng)呈現(xiàn)玩家大而不強(qiáng)，內(nèi)卷嚴(yán)重的局面；

4. 國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程需依賴(lài)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)的突破，國(guó)產(chǎn)廠商在未來(lái)工業(yè)機(jī)器人智能化轉(zhuǎn)型時(shí)代擁有一定先發(fā)優(yōu)勢(shì)。

自我國(guó)提出要打造自主可控的現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系以來(lái)，各行各業(yè)便在攻克技術(shù)難關(guān)，加快國(guó)產(chǎn)替代的步伐。工業(yè)機(jī)器人作為制造業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和數(shù)字化的重要組成，無(wú)疑是國(guó)產(chǎn)替代的重點(diǎn)領(lǐng)域。

中國(guó)市場(chǎng)作為全球工業(yè)機(jī)器人最大的消費(fèi)市場(chǎng)，占據(jù)全球出貨量50%以上，但在全球最大的單一市場(chǎng)（國(guó)內(nèi)市場(chǎng)）國(guó)外廠商依舊占據(jù)明顯優(yōu)勢(shì)。具體來(lái)看，附加值較低的中低端制造業(yè)國(guó)產(chǎn)化率較高，占據(jù)超過(guò)50%以上的市場(chǎng)份額，但在附加值較高的制造業(yè)國(guó)產(chǎn)化率維持較低水平；分類(lèi)型來(lái)看，自由度高且精度控制難度較大的機(jī)器人市場(chǎng)占比較低；從制造業(yè)環(huán)節(jié)來(lái)看，機(jī)器人應(yīng)用的主要制造環(huán)節(jié)的市場(chǎng)占比均未超過(guò)50%。

我國(guó)對(duì)工業(yè)機(jī)器人核心零部件的研究起步較晚，與國(guó)外技術(shù)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(chǎn)成本居高不下，進(jìn)而影響下游差異化、定制化應(yīng)用集成的進(jìn)程。所以，在供應(yīng)鏈安全、成本可控、差異化/定制化等需求背景下，國(guó)產(chǎn)替代勢(shì)在必行。

虎嗅智庫(kù)將從工業(yè)機(jī)器人的上游核心零部件、中游本體和下游集成三個(gè)環(huán)節(jié)拆解國(guó)產(chǎn)替代的核心突破點(diǎn)，并對(duì)未來(lái)工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)替代路徑作出研判。

上游核心零部件技術(shù)基本盤(pán)薄弱，采取從“低端”到“高端”的逐步替代

工業(yè)機(jī)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(tǒng)，三者合計(jì)成本占據(jù)機(jī)器人本體總成本的約60%以上，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人成本下探和性能影響比較大。

數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)機(jī)器人上游三大件國(guó)產(chǎn)化率近些年均有不同程度地上升，但國(guó)外廠商依舊占據(jù)一半以上的市場(chǎng)份額。具體來(lái)看，減速器的國(guó)產(chǎn)化率較高，且每年的滲透幅度也最為明顯，而伺服系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程表現(xiàn)較差。

減速器屬于高精密度產(chǎn)品，技術(shù)門(mén)檻高，行業(yè)壁壘大，是我國(guó)的薄弱環(huán)節(jié)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(guó)產(chǎn)諧波減速器易發(fā)生筒體斷裂、柔輪輸出軸扭轉(zhuǎn)剛性不足、齒面磨損等情況，其使用壽命和精度受以下四個(gè)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(biāo)上，我國(guó)供應(yīng)的材料相較于國(guó)外有較大差距，雜質(zhì)較多，影響了減速器柔輪等零部件性能；

設(shè)計(jì)專(zhuān)利：哈默納科在減速器齒形設(shè)計(jì)和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在齒形設(shè)計(jì)方面存在較高的技術(shù)壁壘，對(duì)于新進(jìn)廠商阻礙較大；

加工工藝：高精度加工設(shè)備仍需進(jìn)口，國(guó)內(nèi)廠商缺乏經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)儲(chǔ)備，加工精度、加工誤差無(wú)法得到穩(wěn)定控制；

零件裝配：零件組裝標(biāo)準(zhǔn)化程度欠缺，缺乏經(jīng)驗(yàn)豐富的技工。

相比諧波減速器，RV減速器的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，由于其承載能力大等特點(diǎn)，對(duì)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(zhǔn)、精度標(biāo)準(zhǔn)化低、難以量產(chǎn)等問(wèn)題。

設(shè)計(jì)難度方面，在RV減速器設(shè)計(jì)過(guò)程中需要反復(fù)測(cè)試和校正零部件、齒形來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定性，對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)精度的要求比較高。加工裝配方面，RV減速器對(duì)零部件裝配精度、齒面熱處理、成組技術(shù)等方面要求非常高，不同零部件需要保持相同的運(yùn)動(dòng)公差，但我國(guó)目前難以達(dá)到P4級(jí)別水平。

伺服系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)差距主要在于高精度伺服驅(qū)動(dòng)器和編碼器的設(shè)計(jì)和工藝，這導(dǎo)致了高端伺服系統(tǒng)的性能、質(zhì)量和穩(wěn)定性方面的差異。其背后的核心原因在于以下四個(gè)方面：

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

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)：多項(xiàng)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要依靠海外廠商定義，我國(guó)需要大量的實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)逐步達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

編碼器：高精度編碼器核心技術(shù)和高精度傳感器暫未突破，對(duì)伺服系統(tǒng)的定位精度影響很大，基本需要進(jìn)口。

原材料：國(guó)內(nèi)的磁材總體性能較國(guó)外有一定差距，影響材料伸縮長(zhǎng)度。

在控制器方面，國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距主要體現(xiàn)在軟件層面。具體來(lái)看，軟件底層算法通常是非公開(kāi)的，各家企業(yè)自定參數(shù)，在底層軟件構(gòu)架和核心控制算法仍有不足，這會(huì)導(dǎo)致在一些場(chǎng)景下機(jī)器人的穩(wěn)定性、運(yùn)行精度會(huì)受到一定影響；控制算法和二次開(kāi)發(fā)等方面的差距使得國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在控制平臺(tái)的易用性、響應(yīng)速度等方面存在差距。

雖然，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人核心零部件國(guó)產(chǎn)替代在逐步進(jìn)行，產(chǎn)品基本參數(shù)表現(xiàn)已幾乎持平，但在高精度領(lǐng)域仍有較大差距，芯片和核心產(chǎn)品技術(shù)仍有待突破。從開(kāi)發(fā)難度上看，減速器難度最高，伺服系統(tǒng)中上，控制器中下，三者共同構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人核心競(jìng)爭(zhēng)力。除此之外，三者同時(shí)存在固定資產(chǎn)投入大、客戶實(shí)際驗(yàn)證周期長(zhǎng)等客觀因素，制約本土廠商的技術(shù)發(fā)展。

中下游停留在中低端，沖擊中高端市場(chǎng)面臨重重阻礙

近年來(lái)國(guó)產(chǎn)替代浪潮興起，國(guó)內(nèi)崛起一批新興玩家，蠶食掉四大家族的部分市場(chǎng)份額，但仍未能撼動(dòng)其市場(chǎng)地位。

根據(jù)MIR數(shù)據(jù)，2021年四大家族仍牢牢占據(jù)我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)份額前四名，合計(jì)市場(chǎng)份額約40%。盡管?chē)?guó)產(chǎn)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(xiàn)頭部企業(yè)。

中游國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程緩慢，主要受限于核心技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)環(huán)境。本土廠商產(chǎn)品存在“四低”——低技術(shù)、低品質(zhì)、低價(jià)格、低應(yīng)用等問(wèn)題。

技術(shù)差距：重負(fù)載機(jī)型定位精準(zhǔn)度低，輕負(fù)載機(jī)型稍高，但仍有差距。

產(chǎn)品中低端：技術(shù)差距致使過(guò)去幾年集中替代的主要是中低端市場(chǎng)，通常滿足的是一些簡(jiǎn)單的通用性需求和應(yīng)用，高端市場(chǎng)仍被四大家族控制。

性能偏差：由于上游芯片、控制系統(tǒng)等核心零部件的“卡脖子”問(wèn)題，阻礙機(jī)器人性能的突破；同時(shí)隨著制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程加速，企業(yè)對(duì)機(jī)器人運(yùn)行精度、穩(wěn)定性、易用性等性能要求愈發(fā)嚴(yán)苛，中游廠商產(chǎn)品需要適配性能需求與應(yīng)用行業(yè)或場(chǎng)景的變化。

同質(zhì)化嚴(yán)重：我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)品類(lèi)型和性能參數(shù)指標(biāo)同質(zhì)化嚴(yán)重，應(yīng)用場(chǎng)景主攻搬運(yùn)、碼垛的偏多，隨著應(yīng)用場(chǎng)景逐漸深化，性能或功能上漸漸難以滿足企業(yè)需求。

性價(jià)比不高：企業(yè)更換工業(yè)機(jī)器人會(huì)涉及設(shè)備部署、停產(chǎn)試機(jī)和維保等問(wèn)題，試錯(cuò)成本過(guò)高。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)更多是從新建產(chǎn)線或停產(chǎn)成本較低的企業(yè)開(kāi)始進(jìn)行國(guó)產(chǎn)替代。從成本角度看，選擇嘗試國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)品的意愿不強(qiáng)。

價(jià)格戰(zhàn)：在產(chǎn)品同質(zhì)化、專(zhuān)攻中低端市場(chǎng)的背景下，行業(yè)內(nèi)開(kāi)始通過(guò)價(jià)格戰(zhàn)獲客，不利于良性競(jìng)爭(zhēng)。

在本體下游的集成方面，我國(guó)內(nèi)資集成商占比約80%，但其中大部分的業(yè)務(wù)處于中低端或體量較小的細(xì)分領(lǐng)域，玩家呈現(xiàn)出數(shù)量多、規(guī)模小、工藝偏中低端的現(xiàn)狀。在汽車(chē)整車(chē)、電子電器和器材制造等體量大、高端工藝的領(lǐng)域，相較于“四大家族”等海外服務(wù)商，自主品牌的優(yōu)勢(shì)并不明顯。

產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)阻礙逐個(gè)擊破，加速?lài)?guó)產(chǎn)化進(jìn)程

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈冗長(zhǎng)，涉及的技術(shù)環(huán)節(jié)眾多，僅靠單一環(huán)節(jié)的優(yōu)化提升無(wú)法產(chǎn)生質(zhì)變。

工業(yè)機(jī)器人的核心價(jià)值是幫助企業(yè)創(chuàng)造更多的業(yè)務(wù)價(jià)值，提升企業(yè)的綜合運(yùn)營(yíng)管理能力，這種價(jià)值導(dǎo)向的發(fā)展路徑需要產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的協(xié)同發(fā)展，從技術(shù)、產(chǎn)品、行業(yè)等多因素共同驅(qū)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用廣度與深度，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈條的互惠共贏，推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化格局產(chǎn)生質(zhì)變。

上游核心零部件：控制算法突破，加速?lài)?guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人智能化進(jìn)程，形成差異化競(jìng)爭(zhēng)力，以推動(dòng)國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)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(guó)內(nèi)企業(yè)重視。

控制算法方面的優(yōu)化迭代和機(jī)器視覺(jué)的加持將驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品走向智能化，是形成國(guó)產(chǎn)機(jī)器人廠商差異化競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵路徑。控制算法等AI算法將從內(nèi)部?jī)?yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和智能決策等能力，推動(dòng)伺服系統(tǒng)和控制器的智能化以及軟硬件工藝的成熟。

目前，我國(guó)在機(jī)器視覺(jué)算法上具備一定的優(yōu)勢(shì)，因此在控制算法取得突破后，國(guó)產(chǎn)廠商必然能夠在機(jī)器人智能化時(shí)代具備比較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的國(guó)產(chǎn)替代。

中游本體：攻克高附加值制造業(yè)場(chǎng)景，需彌補(bǔ)本體產(chǎn)品類(lèi)型的短板，六軸機(jī)器人性能提升成攻克重點(diǎn)

中游本體制造廠商將聚焦大六軸機(jī)器人等當(dāng)前較為薄弱的領(lǐng)域。目前，大六軸機(jī)器人主要用于下游對(duì)機(jī)器人載重、精度、穩(wěn)定性等性能要求較高的場(chǎng)景。該產(chǎn)品技術(shù)壁壘較高，目前也主要被“四大家族”所壟斷。

根據(jù)IFR數(shù)據(jù)，我國(guó)2022年大六軸機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化率僅為17%，遠(yuǎn)低于其他類(lèi)型機(jī)器人。在邁向國(guó)產(chǎn)化的路徑中，產(chǎn)品性能要不斷精進(jìn)，由小規(guī)模走向大體量，由低端走向高端，大六軸機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)替代勢(shì)在必行。

下游集成：利用本土優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用集成標(biāo)準(zhǔn)化，部分領(lǐng)域彎道超車(chē)

就前文所述，集成商普遍面臨應(yīng)用非標(biāo)的問(wèn)題，形成開(kāi)發(fā)成本與滿足客戶訴求之間的矛盾。

解決上述問(wèn)題有兩種路徑可選。第一種是扎根于某一個(gè)或某幾個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，不斷深耕，通過(guò)項(xiàng)目案例的積累來(lái)覆蓋掉絕大多數(shù)的定制化場(chǎng)景，將這些定制化需求“標(biāo)準(zhǔn)化”；第二種則是將各個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)性、通用性能力“標(biāo)準(zhǔn)化”，并以此覆蓋更多行業(yè)及場(chǎng)景，有助于實(shí)現(xiàn)解決方案快速部署，降低成本的同時(shí)，降低開(kāi)發(fā)應(yīng)用門(mén)檻，僅對(duì)特定行業(yè)訴求進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)。

從實(shí)際成本和商業(yè)模式來(lái)看，更多廠商選擇第二種方式來(lái)降低工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的復(fù)雜性和多樣性，在定制化中逐漸提煉出“4S”（性能、穩(wěn)定性、安全性、智能性）等標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)容，以降低集成商方案開(kāi)發(fā)和客戶使用的門(mén)檻。在標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)到一定程度后，國(guó)產(chǎn)廠商會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域快速擴(kuò)張，加速?lài)?guó)產(chǎn)化率。

另外，近年來(lái)，鋰電、光伏等新能源行業(yè)興起，同時(shí)國(guó)外又發(fā)展緩慢，對(duì)于此類(lèi)行業(yè)，外資品牌的優(yōu)勢(shì)并不大，國(guó)產(chǎn)品牌有望利用本土化的服務(wù)與資源優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)在技術(shù)或產(chǎn)品性能上的不足，在鋰電、光伏等行業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。

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