考慮到特斯拉強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)化能力與市場影響力，其有望拉開人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化序幕。
根據(jù)Marketsandmarkets的預(yù)測，全球人形機(jī)器人市場規(guī)模(僅考慮單機(jī))將從2022年15億美元提升至2027年的173億美元(約合人民幣1038億元)，千億市場未來可期。
近日，機(jī)器人概念在A股持續(xù)活躍，板塊內(nèi)超十多只個股漲停，東吳證券從產(chǎn)業(yè)鏈視角闡述了人形機(jī)器人的投資機(jī)會，而核心零部件在其中的重要性十分突出。
人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上中下游三部分。
具體來看，上游為核心軟硬件，硬件主要包括伺服電機(jī)、減速器、控制器、傳感器等;軟件包括機(jī)器視覺、人機(jī)交互、機(jī)器學(xué)習(xí)、系統(tǒng)控制等;
中游則是人形機(jī)器人本體制造商，國內(nèi)包括優(yōu)必選、北京鋼鐵科技、國外包括波士頓動力、美國敏捷機(jī)器人、日本豐田、本田、特斯拉等;
下游目前還未有成熟的商業(yè)應(yīng)用，可能的應(yīng)用場景包括迎賓接待、展廳引導(dǎo)、高校科研等。
從技術(shù)與成本兩方面看，核心零部件的重要性尤為突出。一方面，人形機(jī)器人技術(shù)的本質(zhì)是3D空間中高維度的感知與運(yùn)動，高性能的核心零部件是實(shí)現(xiàn)感知與運(yùn)動的基礎(chǔ)。另一方面，成本上核心零部件也占據(jù)重要地位。
機(jī)器人核心零部件主要包括精密減速機(jī)、交流伺服電機(jī)、控制器。精密減速器是連接動力源和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的中間機(jī)構(gòu)，具有匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。伺服電機(jī)在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。機(jī)器人每個關(guān)節(jié)運(yùn)動均需靠伺服電機(jī)驅(qū)動，以實(shí)現(xiàn)多自由度的運(yùn)動。控制器是工業(yè)機(jī)器人的大腦，對機(jī)器人的性能起著決定性的影響。工業(yè)機(jī)器人控制器主要控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動作的時間等。
機(jī)器人的減速器是降低成本的首要因素
隨著人力成本上升和人口老齡化不斷加劇，中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)迎來黃金發(fā)展期。整個機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游核心零部件、中游設(shè)備制造商和下游行業(yè)應(yīng)用商三個層面。
然而，國內(nèi)還沒有能夠提供規(guī)模化且性能可靠的精密減速器生產(chǎn)企業(yè)。全球市場75%的市場被日本兩家企業(yè)占據(jù)，旋片式真空泵RV減速器約占60%，諧波減速器約占15%。
雖然中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)過30年的發(fā)展，形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但與發(fā)達(dá)國家相比，仍存在較大差距，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)依然薄弱，關(guān)鍵零部件嚴(yán)重依賴進(jìn)口。
三大核心零部件(減速器、控制器和伺服系統(tǒng))的成本占工業(yè)機(jī)器人總體成本的60%，其中減速器成本占比最高，達(dá)30%，其次是伺服系統(tǒng)(20%)和控制器(10%)。
實(shí)際上，任何行業(yè)發(fā)展到一定階段，都需要考慮降本，而工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域成本最高的減速器，則成了攻克的關(guān)鍵。
精密減速器成為制約降低國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人成本的第一因素。相對于減速器，伺服電機(jī)和驅(qū)動器市場未形成主要廠商壟斷現(xiàn)象，而且?guī)状髧H廠商在中國也建立了分工廠，供應(yīng)充足，產(chǎn)品價格相對合理。
從全球精密減速器市場來看，日系品牌哈默納科(HarmnicDriveSystemInc.)和納博特斯克(Nabtesco)壟斷了近75%的市場份額。
在機(jī)器人用諧波減速器領(lǐng)域，哈默納科全球市場占有率超過80%，在RV減速器領(lǐng)域，目前大部分市場份額仍然被納博特斯克占據(jù)，RV減速器國產(chǎn)替代空間較大。
減速器國產(chǎn)替代加速
據(jù)億歐智庫《2022中國工業(yè)機(jī)器人市場研究報告》，三大核心零部件(減速器、控制器和伺服系統(tǒng))的成本占工業(yè)機(jī)器人總體成本的60%，其中減速器成本占比最高，達(dá)30%，其次是伺服系統(tǒng)(20%)和控制器(10%)。
實(shí)際上，任何行業(yè)發(fā)展到一定階段，都需要考慮降本，而工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域成本最高的減速器，則成了攻克的關(guān)鍵。
業(yè)內(nèi)人士對財聯(lián)社記者介紹，市面上加速器包括RV減速器和諧波減速器兩款主流減速器，前者主要應(yīng)用于20KG以上的機(jī)器人關(guān)節(jié)，后者則在20KG以內(nèi)的機(jī)器人關(guān)節(jié)。“比如輕負(fù)載機(jī)器人采用諧波減速器。”
上述業(yè)內(nèi)人士近一步表示，諧波減速器技術(shù)壁壘高，國產(chǎn)替代正在加速進(jìn)行。國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人用諧波減速器國產(chǎn)化率約30%，2025年國產(chǎn)化率有望提升至40%。
從全球精密減速器市場來看，日系品牌哈默納科(Harmnic Drive System Inc.)和納博特斯克(Nabtesco)壟斷了近75%的市場份額。
在機(jī)器人用諧波減速器領(lǐng)域，哈默納科全球市場占有率超過80%，在RV減速器領(lǐng)域，目前大部分市場份額仍然被納博特斯克占據(jù)，RV減速器國產(chǎn)替代空間較大。
中大力德(002896.SZ)相關(guān)負(fù)責(zé)人對財聯(lián)社記者表示，公司生產(chǎn)的減速器與國外產(chǎn)品在性能上差距不大，國產(chǎn)替代有加速的趨勢，目前下游需求旺盛，并增加了很多新的應(yīng)用場景，公司近幾年一直在擴(kuò)產(chǎn)，并計劃將來進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)。
華福證券表示，借鑒日本工業(yè)機(jī)器人崛起之路，核心零部件的自主可控是中國工業(yè)機(jī)器人崛起的前提。
目前來看，諧波減速器已實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，但RV減速器由于傳動精度、扭轉(zhuǎn)剛度、穩(wěn)定性等性能問題，仍然依賴進(jìn)口。
千億賽道，國內(nèi)企業(yè)能分得幾成?
芯片之后，國內(nèi)科技產(chǎn)業(yè)繞不開的話題是“卡脖子”和“國產(chǎn)替代”，而減速器，也是我國被卡脖子的一個領(lǐng)域。
先看一組血淋淋的對比數(shù)據(jù)：
前瞻研究院數(shù)據(jù)，2020年我國減速機(jī)行業(yè)出口總額約26.15億元，進(jìn)口總額約為16.85億元，貿(mào)易順差為9.66億美元，看似減速機(jī)行業(yè)發(fā)展良好。
然而，智研咨詢數(shù)據(jù)顯示，2021年我國進(jìn)口和出口精密減速器——行星齒輪減速器的數(shù)量分別為72.7萬臺和2325.8萬，進(jìn)出口金額分別為3.7億元和3.8億元，進(jìn)出口均價分別為508.52美元和16.24美元。近32倍的價值差距，讓我們看到國產(chǎn)減速器不輕松的現(xiàn)狀——走量、價值低。
可是，在制造業(yè)，誰不想站在微笑曲線的兩端，輕松地賺到更多錢呢?
對于國產(chǎn)減速器來說，想，但是實(shí)力還不夠。
在通用減速機(jī)市場，格局足夠友好，但國內(nèi)廠商難吃到肉。
翻看全球通用減速器市場數(shù)據(jù)，2019年減速器市場規(guī)模達(dá)到4000億+，且增速在10%左右。具體到行業(yè)競爭格局，龍頭如弗蘭德和SEW市占率也均為6%左右，也就是說，行業(yè)還未形成壟斷。那是否意味著國有廠商有更多的機(jī)會?
答案是否定的。因為未形成壟斷不是龍頭企業(yè)不行，而是因為，應(yīng)用領(lǐng)域過分分散。
通用減速器廣泛應(yīng)用在環(huán)保、建筑、電力、化工、食品等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，不同領(lǐng)域?qū)p速機(jī)的技術(shù)需求各有差異，一家企業(yè)難以研發(fā)和生產(chǎn)覆蓋全行業(yè)的減速機(jī)產(chǎn)品，同時也很難從銷售層面覆蓋下游所有行業(yè)客戶。
同時，誕生于第二次工業(yè)革命的減速機(jī)，經(jīng)過百年發(fā)展，技術(shù)趨于成熟，也吸引了眾多企業(yè)進(jìn)入這個賽道，行業(yè)分散是必然。
遺憾的是，在通用減速機(jī)這個技術(shù)壁壘和行業(yè)集中度都不算高的賽道，國內(nèi)廠商也占不到優(yōu)勢：國內(nèi)叫得上號的國茂股份、中大力德也只能位于市場第二梯隊，外采國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件，產(chǎn)品應(yīng)用于某幾個特定行業(yè)，營收規(guī)模通常超過1億元，而第一梯隊的外資品牌營收通常超過20億。
通用減速器尚且打不過，何況技術(shù)壁壘更高，對材料、設(shè)計水平、質(zhì)量控制、精度可靠性、使用壽命等均有嚴(yán)格要求的精密減速器。
精密減速器困日系久矣。前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2020年全球機(jī)器人減速機(jī)市場，日系品牌哈默納科(Harmnic Drive System Inc.)、納博特斯克(Nabtesco)及日本住友，分別以60%、15%、10%的市占率位居前三，總計來看，排名前三的日系品牌就壟斷了85%的市場份額。
市占率強(qiáng)勢的背后，是近60年的技術(shù)探索，和整個日本制造業(yè)發(fā)展的場景訓(xùn)練和數(shù)據(jù)積累。
2010年之前，我國勞動力充足且相對廉價，沒有機(jī)器人替代員工的需求。時至今日，加上疫情推動，機(jī)器人需求逐漸激發(fā)，當(dāng)國人想起做機(jī)器人時，才發(fā)現(xiàn)卡在日企小小的減速器這里：
比如，國內(nèi)承擔(dān)軍工、科研任務(wù)的高端機(jī)器人企業(yè)，為了保證質(zhì)量，只能從納博和哈默納科采購減速器;
比如，同樣作為買家，中國機(jī)器人廠商向日系兩家巨頭購買加速器的價格，比國際機(jī)器人巨頭ABB和發(fā)那科購買價格高很多;
又比如，國內(nèi)廠商赴日本采購減速器的時候，由于日本住友公司負(fù)責(zé)人語速過快，國內(nèi)采購員請求緩慢、清晰地介紹一遍，住友公司負(fù)責(zé)人直接走開了，一副愛買不買的態(tài)度。
“屈辱”之下，國產(chǎn)企業(yè)綠的諧波勇敢向前，于2003年組建技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行諧波減速機(jī)理論方向的研究。當(dāng)時綠的諧波的研發(fā)條件：3個人的技術(shù)團(tuán)隊、哈默納科的減速器，以及綠的多年的精密儀器代工經(jīng)驗。
不能說，一無所有，但好像確實(shí)有的不多。在艱難的探索下，以及2008年，哈默納科專利年限到期，公開資料的幫助下，2009年底，綠的諧波生產(chǎn)出第一臺的諧波減速機(jī)樣機(jī)，成為減速器國產(chǎn)之光。截止目前，綠的諧波已占據(jù)自主品牌約80%的市場份額。
但，即使是綠的諧波在國際市場上也只有6%左右的市占率，仍名不見經(jīng)傳，何況國內(nèi)那么多的小企業(yè)。究其原因，國內(nèi)精密減速器設(shè)計、制造的各環(huán)節(jié)還活在日企的籠罩之下：
設(shè)計原理上，國內(nèi)企業(yè)多是通過反向工程獲得數(shù)據(jù)，即，拆解一個國外減速器，照貓畫虎，這種路徑之下，大家多是知其然而不知其所以然，而且這樣設(shè)計出的減速器，在產(chǎn)品的精準(zhǔn)度、穩(wěn)定性上都有很大缺陷;
制造設(shè)備上，加工制造減速機(jī)零部件的設(shè)備不僅非常昂貴，比如美蓋勒平面磨床，單價折合人民幣就接近千萬元;而且，設(shè)備交付周期都在一年以上，也就是說，交了錢也沒辦法及時拿到;
熱處理技術(shù)上，國內(nèi)的鋼材原料本身雜質(zhì)就多過國外，加之國內(nèi)熱處理技術(shù)上，變形、硬度不夠，很難達(dá)到理想處理狀態(tài);
外購零配件上，國內(nèi)產(chǎn)品精度一般，從減速機(jī)配用的相關(guān)軸承的精度，就可以直接判斷其減速機(jī)的性能好壞，而且非常準(zhǔn)確。何況，每一環(huán)節(jié)差1%，累計起來的結(jié)果呢?
行業(yè)技術(shù)層層被壓制，國產(chǎn)廠商只得從具體的場景服務(wù)上尋找突破口。
產(chǎn)業(yè)上，盡管綠的諧波已成功配套工業(yè)機(jī)器人四大家族之一的ABB。但是曾有行業(yè)人士透露，ABB、發(fā)那科、安川、庫卡等國際主流機(jī)器人整機(jī)廠商均由兩家日本公司提供減速機(jī)，并且有著非常苛刻的合作條件，即在使用這兩家公司產(chǎn)品時不能再使用別家的產(chǎn)品，否則將解除合作關(guān)系。
也就是說，和高端精密機(jī)器人的適配沒有路徑。但是，減速器作為工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域較為通用的一個零部件，可以廣泛和下游布局食品、物流、3C等行業(yè)的工業(yè)機(jī)器人合作，在各場景中積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。
何況，國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人本體廠商還是一個好搭檔：
一方面，本土機(jī)器人已經(jīng)在3C、半導(dǎo)體、液晶等行業(yè)積累了一定的市場份額;
另一方面，為更好實(shí)現(xiàn)本土機(jī)器人崛起，國內(nèi)廠商與下游企業(yè)做到深度的鏈接和匹配，從對加深行業(yè)的理解爭奪更多市場。比如，珞石機(jī)器人為幫陽江刀具產(chǎn)業(yè)定制自動化方案，派駐團(tuán)隊入駐企業(yè)，從頭學(xué)習(xí)開刃。
國產(chǎn)機(jī)器人廠商如此努力，市場份額逐漸做大的情況下，減速器這個零部件也被帶動加速國產(chǎn)替代的進(jìn)程。
特斯拉人形機(jī)器人火了，饑渴已久的市場，已經(jīng)很久沒有遇到這樣讓人興奮的新概念了。也許現(xiàn)在本土機(jī)器人本體和減速器等核心零部件廠商，都實(shí)力有限，吃不到市場上最大的那塊肉，但，風(fēng)口之下，喝口濃湯不成問題。