工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子利潤(rùn)率：減速器40%伺服系統(tǒng) 35%控制器25%三大核心
人類(lèi)害怕機(jī)器，始于第一次工業(yè)革命。
由于機(jī)器的生產(chǎn)力遠(yuǎn)勝人類(lèi)，引發(fā)了工具對(duì)人的替代、人與技術(shù)的關(guān)系、技術(shù)決定論以及技術(shù)恐懼癥等一系列思潮，隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)社會(huì)的全面改造，這些思考也深刻嵌入各種社會(huì)議題。這一時(shí)期，人們對(duì)機(jī)器生產(chǎn)可能剝奪勞動(dòng)者工作崗位的焦慮，即“替代恐懼”成為社會(huì)最突出的焦慮。極端表現(xiàn)為成規(guī)模的“盧德運(yùn)動(dòng)”。
但是時(shí)代變了 —— 人與機(jī)器的關(guān)系，或許會(huì)因?yàn)閯趧?dòng)力拐點(diǎn)的到來(lái)，出現(xiàn)新的故事。
隨著工業(yè)化程度的不斷加深，工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展進(jìn)步，人力成本以及人口結(jié)構(gòu)的改變，勞動(dòng)力短缺已經(jīng)代替勞動(dòng)力過(guò)剩，成了主要制造業(yè)國(guó)家面臨的主要矛盾。
例如我國(guó)制造業(yè)的勞動(dòng)力短缺，幾乎成為常態(tài)。但工業(yè)生產(chǎn)的某些特質(zhì)決定了，提薪招工僅是權(quán)宜之計(jì)，大多數(shù)制造業(yè)的利潤(rùn)空間不太可能支持薪資持續(xù)上漲，這也是制造業(yè)向低人力成本地區(qū)轉(zhuǎn)移的基本內(nèi)在邏輯。
無(wú)論是想降低人力成本，還是解決勞動(dòng)力短缺，用機(jī)器人投入生產(chǎn)，成了制造業(yè)必然的選擇，是我國(guó)近年工業(yè)機(jī)器人行業(yè)繁榮的主要驅(qū)動(dòng)力。
從市場(chǎng)規(guī)?？?，盡管中美貿(mào)易沖突對(duì)行業(yè)造成了一定沖擊，全球范圍內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人保有量仍在穩(wěn)步增長(zhǎng)。根據(jù) IFR（世界機(jī)器人聯(lián)盟）數(shù)據(jù)顯示，2020 年的全球工業(yè)機(jī)器人保有量為 301.5 萬(wàn)臺(tái)，較 2019 年增長(zhǎng) 10.4%，在 10 年內(nèi)增長(zhǎng)超過(guò) 160%（2011 年為 115.3 萬(wàn)臺(tái)）[1]。
中國(guó)是世界上最大的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)。且增速遠(yuǎn)超行業(yè)平均水平。根據(jù) IFR 的統(tǒng)計(jì)，2020 年中國(guó)機(jī)器人的年安裝量排名第一，達(dá)到 16.8 萬(wàn)臺(tái)，超過(guò)了第 2~15 名的總和，是十年前的 7 倍有余（2.3 萬(wàn)臺(tái)）[1]。
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
2020 年全球工業(yè)機(jī)器人安裝量，圖源 | IFR
中國(guó)的繁榮并非孤例，對(duì)工業(yè)機(jī)器人的旺盛需求，也出現(xiàn)在全球供應(yīng)鏈的另一個(gè)重要制造業(yè)中心，美國(guó)。根據(jù)美國(guó)自動(dòng)化促進(jìn)協(xié)會(huì)（Association for Advancing Automation）的數(shù)據(jù)，2022 年第一季度美國(guó)機(jī)器人訂單增長(zhǎng)了 40%，2021 年整體增長(zhǎng)了 21%—— 這也是勞動(dòng)力短缺持續(xù)惡化的結(jié)果 [2]。
因此，工業(yè)機(jī)器人對(duì)未來(lái)制造業(yè)有著關(guān)鍵影響。本文將從產(chǎn)業(yè)鏈概況開(kāi)始，解析關(guān)鍵環(huán)節(jié)，詳述我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀、主要制約因素以及行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。
工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)鏈概況
工業(yè)機(jī)器人主要職責(zé)是在生產(chǎn)線(xiàn)上進(jìn)行搬運(yùn)、碼垛、焊接、打磨、噴涂、組裝等，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、3C 電子、金屬加工、食品飲料、半導(dǎo)體等多個(gè)行業(yè)。工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國(guó)家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志，被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。
盡管相關(guān)研究起步于上世紀(jì)七十年代，但至今我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的國(guó)產(chǎn)化率仍較低。尤其是占成本比例較大、且利潤(rùn)較高的核心零部件，其高端化生產(chǎn)制造仍由在國(guó)外廠(chǎng)商掌握。
工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈
工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上游是零部件，包括核心零部件和其它零部件；中游是本體制造，按照機(jī)械結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式的不同，可分為多種類(lèi)型；下游是機(jī)器人系統(tǒng)集成，應(yīng)用于不同行業(yè)場(chǎng)景。
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▲ 公開(kāi)信息整理 | 果殼硬科技制表
在工業(yè)機(jī)器人的成本構(gòu)成中，本體制造僅占約 22%，核心零部件占比超過(guò) 70%。
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而在利潤(rùn)方面，本體制造僅有 15%，三大核心零部件的利潤(rùn)率均高于此：減速器 40%，伺服系統(tǒng) 35%，控制器 25%。
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若自下而上審視國(guó)產(chǎn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，目前工業(yè)機(jī)器人下游應(yīng)用端國(guó)產(chǎn)化率較高，但中上游則面臨明顯的卡脖子現(xiàn)狀。
國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商在渠道、價(jià)格、服務(wù)等方面占優(yōu)，因此主要在系統(tǒng)集成領(lǐng)域展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人在特定場(chǎng)景的應(yīng)用部署。截至 2020 年 6 月，MIR DATABANK 數(shù)據(jù)庫(kù)共收錄 9456 家本土工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)集成商，占據(jù)了全國(guó) 80% 的集成市場(chǎng)。本土集成商在電子行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，而在傳統(tǒng)的汽車(chē)制造領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)力較弱，呈現(xiàn)數(shù)量多，規(guī)模小的業(yè)態(tài) [3]。
中游的本體制造環(huán)節(jié)的國(guó)產(chǎn)化率很低，僅為 27%[4]。不過(guò)本體制造是一個(gè)比較復(fù)雜的話(huà)題，若聚焦在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，行業(yè)長(zhǎng)期被”四大家族“（發(fā)那科、安川、ABB、庫(kù)卡）把持，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)廠(chǎng)商可勉強(qiáng)跟隨。但若把目光放在更宏觀的機(jī)器人本體制造，在移動(dòng)機(jī)器人（AGV / AMR）、協(xié)作機(jī)器人等領(lǐng)域，近年來(lái)本土廠(chǎng)商的競(jìng)爭(zhēng)力不錯(cuò)，機(jī)器人本體制造的國(guó)產(chǎn)化率可觀。由于這一環(huán)節(jié)的利潤(rùn)率并不高，參與競(jìng)爭(zhēng)的難度又過(guò)大，是否要國(guó)產(chǎn)化存在不同觀點(diǎn)，與企業(yè)具體商業(yè)模式與發(fā)展路線(xiàn)密切相關(guān)，需要具體問(wèn)題具體分析，本文不再贅述。
在上游環(huán)節(jié)，減速器、伺服系統(tǒng)、控制器此三種的最核心的零部件，國(guó)產(chǎn)化率僅為 36.53%、24.50%、31.20%[5]。相較于復(fù)雜的中游制造環(huán)節(jié)，核心零部件的邏輯更為簡(jiǎn)單直接 —— 無(wú)論其它環(huán)節(jié)業(yè)態(tài)如何，該環(huán)節(jié)的需求永遠(yuǎn)存在，是整個(gè)機(jī)器人工業(yè)的基石。若能實(shí)現(xiàn)上游零部件的國(guó)產(chǎn)化替代，不僅能解決供應(yīng)鏈安全問(wèn)題，也能顯著降低工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用成本，并縮短拿貨周期，進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，提升智能制造水平。
工業(yè)機(jī)器人核心零部件
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▲ 工業(yè)機(jī)器人工作場(chǎng)景及構(gòu)成，圖源 | 廣證恒生
工業(yè)機(jī)器人核心零部件包括控制器、減速器、伺服系統(tǒng)。此三個(gè)裝置，決定了工業(yè)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的精密運(yùn)動(dòng)，在一些生產(chǎn)環(huán)節(jié)中代替人力。這也意味著其質(zhì)量對(duì)最終產(chǎn)品的性能有著決定性影響，是國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的主攻方向。
控制器
控制器是決定機(jī)器人功能和性能的主要部分相當(dāng)于大腦，能控制機(jī)器人在工作空間中的位置、姿態(tài)、軌跡、操作順序、運(yùn)動(dòng)時(shí)間等。
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▲ 工業(yè)機(jī)器人控制器（左）及本體（右），圖源 | ABB 官網(wǎng)
控制器主要包括硬件和軟件兩部分。硬件部分是工業(yè)控制板卡，包括主控單元和部分信號(hào)處理電路。軟件部分主要包括底層操作系統(tǒng)、控制算法、二次擴(kuò)展開(kāi)發(fā)等。
控制器接收來(lái)自傳感器的檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)操作任務(wù)要求，經(jīng)過(guò)算法計(jì)算后發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)中的各個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的精密控制。
控制系統(tǒng)的基本功能包括記憶、示教、坐標(biāo)設(shè)置、與外圍設(shè)備聯(lián)系、位置伺服、故障診斷及安全保護(hù)等等。
伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)是機(jī)器人的動(dòng)力系統(tǒng)，相當(dāng)于“心臟”。伺服系統(tǒng)接收來(lái)自控制器的信息，并轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。
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▲ 伺服系統(tǒng)工作原理，圖源 | 信達(dá)證券
伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器三部分組成。伺服驅(qū)動(dòng)器將從控制器接收到的信息分解為單個(gè)自由度系統(tǒng)能夠執(zhí)行的命令，傳遞給伺服電機(jī)；伺服電機(jī)再將收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象；編碼器將電機(jī)的編碼信號(hào)反饋給控制器，很大程度上決定了伺服系統(tǒng)的精度。
當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人的伺服系統(tǒng)主要是電氣伺服系統(tǒng)中的交流伺服系統(tǒng)。按照功率大小，可以分為小型 / 中型 / 大型伺服系統(tǒng)。
減速器
減速器是控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的核心部件，相當(dāng)于“關(guān)節(jié)”。減速器是鏈接伺服系統(tǒng)和末端執(zhí)行器的中間裝置，能夠降低轉(zhuǎn)速、增大轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)“關(guān)節(jié)”運(yùn)動(dòng)。
減速器通過(guò)齒輪的嚙合，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速減速到機(jī)器人各“關(guān)節(jié)”運(yùn)動(dòng)實(shí)際需要的轉(zhuǎn)速，并輸出更大的轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)“關(guān)節(jié)”運(yùn)動(dòng)。
工業(yè)機(jī)器人中的減速器主要是諧波減速器和 RV 減速器兩類(lèi)。
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
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▲ RV 減速器軸承分類(lèi)，圖源 | GB / T 34897-2017
根據(jù) GB / T 34897-2017《滾動(dòng)軸承工業(yè)機(jī)器人 RV 減速器用精密軸承》[6] 定義，RV 減速器是傳統(tǒng)擺線(xiàn)針輪和行星齒輪傳動(dòng)裝置的混合。RV 減速器由多個(gè)高密度軸承和齒輪組成，應(yīng)用于重載機(jī)器人的全部關(guān)節(jié)，以及輕載機(jī)器人的部分關(guān)節(jié)，類(lèi)似于“大臂”“肩膀”等位置。
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▲ 諧波減速器結(jié)構(gòu)，圖源 | 綠的諧波招股書(shū)
根據(jù) GB / T 30819-2014《機(jī)器人用諧波齒輪減速器》[7] 定義，諧波減速器由波發(fā)生器、柔輪、鋼輪三部分構(gòu)成。諧波減速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般應(yīng)用于輕載機(jī)器人的部分關(guān)節(jié)中，類(lèi)似于“前臂”“手腕”等位置。
核心零部件國(guó)產(chǎn)化進(jìn)度如何？
當(dāng)前我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人核心零部件國(guó)產(chǎn)化水平不一，差距很大?？刂破鞯倪M(jìn)度最為喜人，減速器則面臨較多技術(shù)難題。
減速器：RV 減速器成為“卡脖子”的關(guān)鍵
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▲ 全球減速器市場(chǎng)，圖源 | 廣證恒生
全球減速器市場(chǎng)被日本壟斷多年。RV 減速器巨頭納博特斯克占據(jù)了全球 60% 的減速器市場(chǎng)，而諧波減速器領(lǐng)先者哈默納科緊隨其后，占據(jù)了 15% 的市場(chǎng) [8]。
納博特斯克于 2003 年 9 月成立于日本，在 RV 減速器領(lǐng)域深耕近 20 年，因“高精度、高剛性、長(zhǎng)壽命”以及“小尺寸、輕重量”等特點(diǎn)而在全球范圍內(nèi)廣受好評(píng)。哈默納科于 1970 年成立于日本，深耕諧波減速器領(lǐng)域長(zhǎng)達(dá) 50 余年。而國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)開(kāi)始研發(fā)減速器的時(shí)間較晚，在經(jīng)驗(yàn)積累及實(shí)踐驗(yàn)證周期上難以趕超日企。
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
相對(duì)而言，諧波減速器的國(guó)產(chǎn)化程度較高。由于僅有三個(gè)零部件，機(jī)械構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，且哈默納科的專(zhuān)利于 2008 年到期，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商開(kāi)始把握住學(xué)習(xí)及研發(fā)的機(jī)會(huì)。
當(dāng)前，哈默納科仍然在中國(guó)占據(jù)較大的市場(chǎng)份額，緊隨其后的是國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商綠的諧波和來(lái)福諧波。這兩家企業(yè)均有著十余年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，其諧波減速器產(chǎn)品在輸出轉(zhuǎn)速、傳送精度等性能上與哈默納科差距較小，但在精度保持使用壽命、傳動(dòng)效率等方面仍有差距。
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▲ 國(guó)內(nèi)外減速器產(chǎn)品指標(biāo)對(duì)比，圖源 | 東吳證券
一方面，國(guó)產(chǎn)諧波減速器的價(jià)格較低，且交貨周期較短，因此拿下了許多國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠(chǎng)商的訂單。例如，綠的諧波和來(lái)福諧波的同類(lèi)型產(chǎn)品比哈默納科低 40%~50%，平均交貨周期約為 2 個(gè)月（哈默納科為 10 個(gè)月）[8]。綠的諧波在國(guó)內(nèi)機(jī)器人廠(chǎng)商中的占有率預(yù)計(jì)已達(dá) 80%[9]。
但另一方面，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商的產(chǎn)能仍然較低。來(lái)福諧波在 2019 年產(chǎn)能剛剛邁過(guò)月產(chǎn) 2 萬(wàn)臺(tái) [10]，綠的諧波在 2019 年的產(chǎn)能僅為 9 萬(wàn)臺(tái)，而哈默納科在 2018 年即達(dá)到 180 萬(wàn)臺(tái) [8]。
目前減速器國(guó)產(chǎn)替代進(jìn)程只能算剛起步，距離國(guó)際先進(jìn)水平仍有不小差距。
且由于哈默納科產(chǎn)品線(xiàn)更豐富、覆蓋范圍更廣，且在全球范圍內(nèi)與機(jī)器人本體制造龍頭廠(chǎng)商具備穩(wěn)固的合作關(guān)系，為之提供的供貨價(jià)更低、供貨規(guī)模更大。如何打入現(xiàn)有供應(yīng)鏈，建立上下游關(guān)系，也是國(guó)產(chǎn)制造商必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
在 RV 減速器領(lǐng)域，由于其組成零件更復(fù)雜、承載強(qiáng)度更高，導(dǎo)致制造難度和產(chǎn)線(xiàn)投資規(guī)模都遠(yuǎn)大于諧波減速器。RV 減速器的核心難點(diǎn)在于各項(xiàng)工藝的精密配合，例如材料選擇、齒面熱處理、加工精度、成組技術(shù)、裝配精度等，配合不夠精密就會(huì)影響產(chǎn)品的磨損及壽命。
例如，納博特斯克的 RV 減速器可保持 10000 小時(shí)的平均壽命，且精度和剛度不會(huì)隨著使用時(shí)間增加而下降。而國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的壽命低于 6000 小時(shí)，且在使用中存在噪聲和發(fā)熱等不正常現(xiàn)象，這意味著減速器內(nèi)部存在齒輪嚙合不良，有超額摩擦、磨損現(xiàn)象 [11]。
因此，我國(guó)在 RV 減速器領(lǐng)域與國(guó)際水平差異較大。部分龍頭企業(yè)如雙環(huán)傳動(dòng)、秦川機(jī)床、南通振康、中大力德等，目前的年產(chǎn)量均不足 10 萬(wàn)臺(tái)。而據(jù)納博特斯克估計(jì)，其 2026 年的年產(chǎn)量將達(dá)到 200 萬(wàn)臺(tái) [12]。
伺服系統(tǒng)：國(guó)產(chǎn)替代空間較大
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
▲ 中國(guó)伺服系統(tǒng)市場(chǎng)格局，圖源 | 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院
當(dāng)前，本土伺服市場(chǎng)被日本、歐美、中國(guó)大陸、中國(guó)臺(tái)灣四類(lèi)廠(chǎng)商占據(jù) [13]。其中，中高端市場(chǎng)主要被歐美和日系企業(yè)壟斷。
以安川電機(jī)為代表的日系伺服，經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)沉淀，產(chǎn)品穩(wěn)定性高；以西門(mén)子為代表的歐系產(chǎn)品，強(qiáng)調(diào)高度集成化，將伺服系統(tǒng)與上游控制系統(tǒng)深度結(jié)合，電機(jī)體積更小、運(yùn)動(dòng)控制精度更高；而以匯川為代表的國(guó)產(chǎn)伺服，主要依靠性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)，在中低端領(lǐng)域滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)中小企業(yè)的需求。
在動(dòng)力輸出方面，國(guó)產(chǎn)、日系、歐系伺服的輸出功率（由轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速?zèng)Q定）差距較小，但在運(yùn)動(dòng)控制性能上，國(guó)產(chǎn)伺服仍然存在一定的差距。例如，速度環(huán)頻率通常能反映快速響應(yīng)性能，頻率越高，說(shuō)明帶寬越大，快速響應(yīng)性能越好。由下表可知，西門(mén)子的速度環(huán)頻率可以達(dá)到 2k，安川為 1.5k，而匯川僅能達(dá)到 1.2k[14]。
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
▲ 伺服電機(jī)性能比較，圖源 | 信達(dá)證券
除此之外，國(guó)產(chǎn)伺服還存在電機(jī)尺寸偏大、編碼器精度不足、產(chǎn)品穩(wěn)定性較低等差距。
但國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商正在迎頭趕上。
中國(guó)品牌的價(jià)格平均比國(guó)外品牌低 15%~30%，且積極與下游企業(yè)客戶(hù)合作開(kāi)發(fā)定制化解決方案，憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)和服務(wù)能力逐漸占據(jù)了中低端市場(chǎng) [15]。2021 年，匯川的市占率達(dá)到 15.9%，成功領(lǐng)先安川、臺(tái)達(dá)等廠(chǎng)商。而埃斯頓、廣州數(shù)控等其他廠(chǎng)商也正在突圍，目前本土伺服廠(chǎng)商總數(shù)超過(guò) 300 家 [16]。
隨著國(guó)產(chǎn)與外資產(chǎn)品在性能上的不斷接近，加上穩(wěn)定性和可靠性隨著實(shí)踐不斷驗(yàn)證，以匯川為首的國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商將有機(jī)會(huì)進(jìn)一步替代外資廠(chǎng)商，擴(kuò)大市場(chǎng)份額。
控制器：硬件國(guó)產(chǎn)化差距較小
控制器是我國(guó)與國(guó)外產(chǎn)品差距最小的核心零部件。
成熟的工業(yè)機(jī)器人廠(chǎng)商通常會(huì)自行開(kāi)發(fā)控制器，以保證統(tǒng)一性、穩(wěn)定性，維護(hù)技術(shù)體系。因此，控制器和機(jī)器人本體的市場(chǎng)份額基本保持一致。這也就意味著，在這一領(lǐng)域保持領(lǐng)先的仍然是傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人本體“四大家族”。
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
控制器分為硬件和軟件兩部分。由于硬件（芯片、電路等）普遍都是外購(gòu)，機(jī)器人廠(chǎng)商之間的差距不大。但國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商在軟件上與傳統(tǒng)的“四大家族”差距較大，控制器從“能用”到“好用”還有較長(zhǎng)的距離。
控制器作為工業(yè)機(jī)器人的大腦，對(duì)機(jī)器人的性能起著決定性影響。對(duì)于同樣性能的伺服電機(jī)，好的控制算法能夠極大地提升精度、速度、穩(wěn)定性等。
例如，在小負(fù)載焊接領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的重復(fù)定位精度與“四大家族”大體相當(dāng)，一般可達(dá)到 0.05mm，已經(jīng)能夠滿(mǎn)足汽車(chē)焊接生產(chǎn)的需要，但發(fā)那科的最高精度可達(dá) 0.02mm。而在最高軸速上，“四大家族”能夠達(dá)到 700°/s，國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商中僅有為數(shù)不多的龍頭企業(yè)能夠達(dá)到該水平 [17]。
控制器的軟件部分包括機(jī)器人操作系統(tǒng)、底層控制算法、二次開(kāi)發(fā)的應(yīng)用工藝算法等。其中，操作系統(tǒng)既有專(zhuān)用系統(tǒng)，也有開(kāi)源操作系統(tǒng)。在算法層面，底層算法是基礎(chǔ)，例如路徑規(guī)劃、行為決策等。國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商在這方面差距較大，導(dǎo)致在針對(duì)不同行業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)時(shí)，算法的精確性、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等性能不足。
當(dāng)前，埃斯頓、新松、新時(shí)達(dá)等國(guó)內(nèi)機(jī)器人本體廠(chǎng)商均能夠生產(chǎn)控制器，但在軟件算法上，還需要更多的數(shù)據(jù)、實(shí)踐積累和經(jīng)驗(yàn)沉淀，才能有所突破。
行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》文件中，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出的規(guī)劃是：到 2025 年，我國(guó)成為全球機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新策源地、高端制造集聚地和集成應(yīng)用新高地。一批機(jī)器人核心技術(shù)和高端產(chǎn)品取得突破，整機(jī)綜合指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，關(guān)鍵零部件性能和可靠性達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品水平 [18]。
當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)是，工業(yè)機(jī)器人行業(yè)只在中低端領(lǐng)域有所突破，高端領(lǐng)域仍有大量技術(shù)難題待解。當(dāng)前的核心零部件本質(zhì)上仍然屬于精密制造，日本、德國(guó)的老牌工業(yè)廠(chǎng)商起步較早，有著幾十年甚至上百年的技術(shù)積累和實(shí)踐驗(yàn)證。中國(guó)廠(chǎng)商只能后期追趕，從為國(guó)外廠(chǎng)商代工、研發(fā)中低端產(chǎn)品起步，逐步向國(guó)際一流產(chǎn)品靠近。
但國(guó)產(chǎn)替代仍有機(jī)會(huì)。
首先，當(dāng)突破了較為基礎(chǔ)的技術(shù)工藝后，國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商能以較低的價(jià)格在中低端領(lǐng)域站穩(wěn)市場(chǎng)，再逐漸擴(kuò)大份額；其次，由于供貨周期相對(duì)較短，且能為下游企業(yè)客戶(hù)提供定制化服務(wù)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人本體制造商將可能優(yōu)先選擇國(guó)產(chǎn)核心零部件。
同時(shí)，當(dāng)機(jī)器人整體邁向智能化時(shí)代，中國(guó)領(lǐng)先的“人工智能”技術(shù)將賦予工業(yè)機(jī)器人全新的“頭腦”。例如，視覺(jué)傳感器的加入拓展了工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)使機(jī)器人有了“眼睛”，變得更加靈活。由此會(huì)帶來(lái)控制算法上的更新迭代，為國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商帶來(lái)新的機(jī)會(huì)。
而協(xié)作機(jī)器人的發(fā)展，使機(jī)器人不再局限于固定工位的操作，可以柔性地適應(yīng)不同工作環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同。在這一領(lǐng)域，已涌現(xiàn)出許多創(chuàng)業(yè)型廠(chǎng)商并快速發(fā)展。由此，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人本體廠(chǎng)商將可能搶占傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人廠(chǎng)商的市場(chǎng)，而核心零部件供應(yīng)商也有機(jī)會(huì)隨之不斷成長(zhǎng)。
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
當(dāng)然，最重要的仍然是縮短與國(guó)外廠(chǎng)商之間的技術(shù)差距?！丁笆奈濉睓C(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提到，要“補(bǔ)齊產(chǎn)業(yè)發(fā)展短板。推動(dòng)用產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，補(bǔ)齊專(zhuān)用材料、核心元器件、加工工藝等短板，提升機(jī)器人關(guān)鍵零部件的功能、性能和可靠性；開(kāi)發(fā)機(jī)器人控制軟件、核心算法等，提高機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能和智能化水平?！盵18]
工業(yè)機(jī)器人國(guó)產(chǎn)化的脖子在哪里？
具體而言，在整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展過(guò)程中都需要：
強(qiáng)化統(tǒng)籌多方資源，發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)的橋梁作用，加強(qiáng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等；
加大財(cái)稅金融支持，發(fā)揮政府采購(gòu)作用，推動(dòng)各類(lèi)產(chǎn)業(yè)基金投入，支持符合條件的企業(yè)上市等；
營(yíng)造良好市場(chǎng)環(huán)境，加強(qiáng)支持產(chǎn)權(quán)保護(hù)，規(guī)范市場(chǎng)招標(biāo)采購(gòu)等；
健全人才保障體系，支持高校和科研院所培養(yǎng)高端人才；
深化國(guó)際交流，鼓勵(lì)國(guó)外企業(yè)在華設(shè)立研發(fā)機(jī)構(gòu)，推進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)品和解決方案“走出去”等等 [18]。
除了具體技術(shù)問(wèn)題，來(lái)自政府層面的政策利好、社會(huì)資本的投入以及下游行業(yè)的支持，同樣對(duì)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈的本土化有著至關(guān)重要的作用。在良好的內(nèi)外部因素共同支持下，未來(lái)行業(yè)的優(yōu)質(zhì)發(fā)展可以期待。
