大有可為的工業(yè)機(jī)器人

富士康曾拋出過(guò)“百萬(wàn)機(jī)器人”計(jì)劃

“不是不想用國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人，而是差距的確很明顯，生產(chǎn)線一天幾十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)的產(chǎn)值，長(zhǎng)時(shí)間工作下， 有些國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)出來(lái)的成品精度就有些偏差了，而且考察了不少國(guó)內(nèi)所謂的機(jī)器人企業(yè)，發(fā)現(xiàn)就是個(gè)組裝企業(yè)，核心部件都是買國(guó)外企業(yè)的。當(dāng)然，國(guó)外工業(yè)機(jī)器人也很坑，不僅價(jià)格賣得貴，而且從落地組裝到調(diào)試，根本不讓我們插手，想搬個(gè)工廠都還得重新付款請(qǐng)他們來(lái)操作一次，真的是地面稍有不平或者移動(dòng)了點(diǎn)點(diǎn)就會(huì)‘罷工，不得不再請(qǐng)供貨商過(guò)來(lái)一次，用著還是憋屈，可人家長(zhǎng)時(shí)間工作的穩(wěn)定性又讓你不得不選……”——多年前同國(guó)內(nèi)某企業(yè)智能生產(chǎn)線負(fù)責(zé)人的談話讓筆者記憶猶新，多年過(guò)去了，國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的狀況怎樣了呢？

攪動(dòng)制造業(yè)的工業(yè)機(jī)器人

“十年前，富士康科技集團(tuán)CEO郭臺(tái)銘雄心勃勃地宣稱在2014年裝配100萬(wàn)臺(tái)機(jī)械臂，5年到10年內(nèi)看到首批完全自動(dòng)化的工廠。然而，十年過(guò)去了，人工依舊是富士康3C產(chǎn)品線的主力。”—— 富士康“百萬(wàn)機(jī)器人”計(jì)劃的受挫并不意味著機(jī)器代人只能停留在想象。

事實(shí)上，富士康機(jī)器人計(jì)劃受挫的主要原因在于他們沒(méi)有很好地了解3C機(jī)器人（Computer、Communication、Consumer Electronics）行業(yè)發(fā)展，而錯(cuò)誤在于把汽車機(jī)器人制造行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)用在了3C行業(yè)。汽車行業(yè)的機(jī)器人屬于“傻大笨粗”的自動(dòng)化設(shè)備，精度低、位置控制相對(duì)簡(jiǎn)單，包括庫(kù)卡、ABB、發(fā)那科、安川等四大機(jī)器人企業(yè)都擁有了成熟的經(jīng)驗(yàn)。相比而言，3C機(jī)器人的精度和位置控制等技術(shù)難度是汽車行業(yè)的10倍，在這個(gè)領(lǐng)域，成熟的供應(yīng)商仍處于空白狀態(tài)。

大環(huán)境方面，人口老齡化和勞動(dòng)力成本上升是兩大不可逆的趨勢(shì)，勞動(dòng)密集型代工生產(chǎn)為核心的制造業(yè)務(wù)面臨著勞動(dòng)成本快速上漲的挑戰(zhàn)，因而機(jī)器人替換人工是大勢(shì)所趨。當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)增速放緩，市場(chǎng)需求個(gè)性化以及技術(shù)產(chǎn)品迭代更新速度快等問(wèn)題驅(qū)使傳統(tǒng)制造模式批量、剛性和大規(guī)模退出舞臺(tái)，進(jìn)入一個(gè)新的智能制造和工業(yè) 4.0 時(shí)代。當(dāng)下工業(yè)互聯(lián)、信息技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)方面的突破融合使得機(jī)器人能夠超越傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的概念，成為一個(gè)集大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能為一體的產(chǎn)品，從而賦予機(jī)器人以成長(zhǎng)性，帶動(dòng)傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人不斷往其他領(lǐng)域拓展和延伸。

據(jù)IFR 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年韓國(guó)工業(yè)機(jī)器人密度位居世界首位（932 臺(tái)/萬(wàn)人），新加坡/日本/德國(guó)的密度分別為 605/390/371 臺(tái)/萬(wàn)人。中國(guó)作為全球工業(yè)機(jī)器人銷量最大的國(guó)家，機(jī)器人密度較之發(fā)達(dá)國(guó)家仍處于低位，2020 年中國(guó)工業(yè)機(jī)器人密度僅為246 臺(tái)/萬(wàn)人。但同比增速來(lái)看，中國(guó)工業(yè)機(jī)器人密度上升速度最快，預(yù)計(jì)未來(lái)國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人密度將大幅提高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)潛力巨大。

快速推進(jìn)的國(guó)產(chǎn)替代化

較歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)而言，國(guó)內(nèi)裝備制造行業(yè)自動(dòng)化起步較晚，在整體行業(yè)技術(shù)水平和市場(chǎng)規(guī)模上仍與國(guó)外有較大差距，最終用戶對(duì)設(shè)備升級(jí)換代的要求必將極大地推動(dòng)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的發(fā)展。

在由“中國(guó)制造”走向“中國(guó)創(chuàng)造”的過(guò)程中，我國(guó)政府高度重視裝備制造業(yè)及其關(guān)鍵零部件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，政策支持力度不斷加大。工信部《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》將“智能制造裝備”列為五大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，并明確指出要重點(diǎn)突破關(guān)鍵智能技術(shù)、核心智能測(cè)控裝置與部件，開(kāi)發(fā)智能基礎(chǔ)制造裝備和重大智能制造成套裝備，為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人企業(yè)發(fā)展指明了方向。

工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈包括上游核心零部件生產(chǎn)、中游本體制造和下游系統(tǒng)應(yīng)用集成，其中上游生產(chǎn)核心零部件包括減速器、伺服電機(jī)和控制系統(tǒng);中游生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人本體;下游是為實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人本體在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用而進(jìn)行系統(tǒng)集成。由于國(guó)外技術(shù)起步較早，海外零部件企業(yè)具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。從產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)來(lái)看，上游核心零部件控制器全球主要為“四大家族”主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)廠商包括埃夫特和埃斯頓等第一梯隊(duì)企業(yè)，減速器全球市場(chǎng)主要廠商是哈默納科、納博特斯克和住友，國(guó)內(nèi)廠商有綠的諧波和南通振康，伺服系統(tǒng)全球主要廠商為安川、松下和三洋，國(guó)內(nèi)廠商主要為埃斯頓、新時(shí)達(dá)和匯川技術(shù);中游機(jī)器人整機(jī)制造全球市場(chǎng)由四大家族主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)主要廠商為埃夫特、新松機(jī)器人和埃斯頓;下游系統(tǒng)集成全球市場(chǎng)主要被ABB 、庫(kù)卡、愛(ài)孚迪（FFT ）和柯馬（COMAU）占據(jù)，國(guó)內(nèi)主要有埃夫特和新時(shí)達(dá)等廠商。

從各個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)看，上游的核心零部件生產(chǎn)存在較大的技術(shù)壁壘并構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人本體70%的生產(chǎn)成本，是產(chǎn)業(yè)鏈的主要價(jià)值高地，上游價(jià)值高地主要被外資品牌壟斷;中游本體市場(chǎng)來(lái)看，2017 年至2019 年內(nèi)資品牌在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額持續(xù)上漲，2019 年國(guó)內(nèi)品牌市場(chǎng)份額達(dá)64%，同比增長(zhǎng)16.36%;下游市場(chǎng)來(lái)看，內(nèi)資集成商在下游市占率較高，但高端領(lǐng)域有待突破。

根據(jù)MIR DATABANK 數(shù)據(jù)庫(kù)，截至2021 年6 月內(nèi)資集成商占據(jù)約80%的市場(chǎng)份額。而經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和沉淀，目前整體來(lái)看，埃斯頓、匯川技術(shù)、綠的諧波等一批內(nèi)資品牌已突破核心技術(shù)壁壘，內(nèi)資品牌愈發(fā)注重打造品牌核心競(jìng)爭(zhēng)力，有望在2025 年實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》提出的市場(chǎng)份額占比50%的目標(biāo)。

工業(yè)機(jī)器人“四大家族”情況? ?資料源于各公司官網(wǎng)及國(guó)金證券

從打螺絲到造車的工業(yè)機(jī)器人

機(jī)器人是當(dāng)代新技術(shù)的重要領(lǐng)域。它在工業(yè)部門的廣泛應(yīng)用，? 把生產(chǎn)自動(dòng)化提高到一個(gè)新的高度，? 而機(jī)器人工業(yè)本身將成為未來(lái)工業(yè)發(fā)展的重要支柱。雖然第一臺(tái)機(jī)器人在美國(guó)誕生，但是晚于美國(guó)起步的日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，如今已成為全球機(jī)器人產(chǎn)銷大國(guó)，被譽(yù)為“機(jī)器人王國(guó)”。而通過(guò)與日本工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的對(duì)比，我們或許能看到我國(guó)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的趨勢(shì)。

對(duì)比日本人均工資和機(jī)器人密度，我們發(fā)現(xiàn)其變化有趨同性。1960-1990 年間日本人均工資和機(jī)器人密度均處于快速提升期，而 1990 年以來(lái)波動(dòng)下滑至穩(wěn)定。反觀國(guó)內(nèi)人均工資，仍處于快速增長(zhǎng)期。勞動(dòng)力不足、勞動(dòng)力成本過(guò)高仍是當(dāng)前制造業(yè)面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。根據(jù)IFR 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020 年國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人密度為 247 臺(tái)/萬(wàn)人，假設(shè)按照工信部“十四五”規(guī)劃預(yù)測(cè)，2025年工業(yè)機(jī)器人密度達(dá)500 臺(tái)/萬(wàn)人，國(guó)內(nèi)人口基數(shù)不變，則國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人銷量仍有翻倍空間。

而在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用方面，工業(yè)機(jī)器人起步時(shí)主要面向下游汽車行業(yè)。近年來(lái)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼，而中國(guó)在全球新能源浪潮中扮演著“排頭兵”的角色，充分受益于全球新能源發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人在新能源汽車領(lǐng)域的落地。

新能源領(lǐng)域中大量使用機(jī)器人的場(chǎng)景包括鋰電池、光伏和新能源車。以鋰電池行業(yè)為例，由于其產(chǎn)線對(duì)于節(jié)拍、統(tǒng)一性要求較高，十分適合工業(yè)機(jī)器人的使用。具體從鋰電池各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)看，組裝線會(huì)大量使用SCARA 和六軸機(jī)器人，而模組和PACK 端會(huì)用到大負(fù)載的六軸和 SCARA 機(jī)器人。綜合來(lái)看，以東吳證券為代表的機(jī)構(gòu)保守估計(jì) 1GWh 的鋰電池產(chǎn)線會(huì)用到約100臺(tái)機(jī)器人，且隨著未來(lái)產(chǎn)線自動(dòng)化率的不斷提升，工業(yè)機(jī)器人使用量仍有上升空間。

隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)性的提升，其在電子、金屬制造、食品飲料、塑料制品等生命周期較短的一般工業(yè)中的應(yīng)用也不斷普及，橫向拓寬下游應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)逐漸明確。多元化有望成為我國(guó)工業(yè)機(jī)器人未來(lái)發(fā)展方向，而在數(shù)據(jù)方面，2021年我國(guó)非汽車領(lǐng)域的應(yīng)用占比超過(guò)70%的數(shù)據(jù)也從側(cè)面證明了這一點(diǎn)。

新能源汽車生產(chǎn)環(huán)節(jié)已大量運(yùn)用機(jī)器人

2010-2021 年我國(guó)工業(yè)機(jī)器人下游中非汽車領(lǐng)域占比逐步提升? 數(shù)據(jù)來(lái)源：MIR

核酸采樣機(jī)器人

走進(jìn)人們生活的口咽采樣機(jī)器人系統(tǒng)

“刷身份證，拿下封板，再拿一個(gè)一次性紙杯，咬住紙杯，人們的口腔由此被固定在比較小的范圍，按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)器人使用機(jī)械臂從窗口伸出拭子，完成采樣。從機(jī)械臂的啟動(dòng)開(kāi)始，開(kāi)蓋、采樣、關(guān)蓋，總共需要30秒左右?！薄@便是一臺(tái)核酸采樣機(jī)器人同你的交互。

工業(yè)機(jī)器人同大眾的距離遠(yuǎn)沒(méi)想象的遠(yuǎn)，口咽采樣機(jī)器人的研發(fā)初衷是為了減輕一線醫(yī)護(hù)人員的壓力，讓其從悶不透氣的防護(hù)服中抽身出來(lái)，也減少了其高危暴露風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)了解，機(jī)器人利用先進(jìn)的激光SLAM技術(shù)預(yù)先存儲(chǔ)環(huán)境地圖，并且通過(guò)在線的路徑規(guī)劃技術(shù)移動(dòng)到任意用戶指定的采樣位置。

采樣開(kāi)始前，機(jī)器人雙臂協(xié)同操作采樣管的開(kāi)閉蓋和掃碼、鼻咽拭子的抓取和標(biāo)定。用戶到位后，通過(guò)平板交互界面掃描健康碼等身份信息，機(jī)器人自動(dòng)將采樣管和身份信息綁定并上傳至公共衛(wèi)生檢驗(yàn)平臺(tái)。然后，機(jī)器人利用3D視覺(jué)和六維力控制技術(shù)，安全、準(zhǔn)確、快捷地對(duì)用戶進(jìn)行鼻咽拭子核酸采樣，之后自動(dòng)剪斷拭子并針對(duì)采樣管、夾爪、機(jī)體等關(guān)鍵部件進(jìn)行消殺，隨后到下一個(gè)采樣點(diǎn)繼續(xù)采樣。

此外，搭載采用3D視覺(jué)識(shí)別技術(shù)的智能加油機(jī)器人也開(kāi)始在加油站落地，利用AI識(shí)別等手段實(shí)現(xiàn)油蓋、加油口等位置的精確定位，通過(guò)機(jī)器人學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)通過(guò)二維圖像中的輪廓信息和三維點(diǎn)云信息的匹配和優(yōu)化，從而完成開(kāi)關(guān)車輛油倉(cāng)外蓋、開(kāi)關(guān)車輛油倉(cāng)內(nèi)蓋、插拔油槍等全流程自主加油作業(yè)，極大地提升了車輛加油時(shí)的服務(wù)質(zhì)量與加油速度。