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【重磅】智能制造之工业机器人发展研究报告

2019-05-28 09:59栏目:创业
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  智能制造

  智能制造是将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与先进自动化技术、传感技术、控制技术、数字制造技术结合,实现工厂和企业内部、企业之间和产品全生命周期的实时管理和优化的新型制造系统。

  根据智能制造产业链的发展顺序,智能制造首先需要实现自动化,然后实现信息化,再次实现互联网化,最后才能真正实现智能化。工业机器人是实现智能制造前期最重要的工作之一,是联系自动化和信息化重要的载体。

  智能制造产业链发展顺序

  国内智能制造改造需求迫切,系统解决方案市场需求广阔。随着国内劳动力人口逐渐减少以及劳动力成本的逐渐上升,工业机器人行业饱受关注,2014年国内工业机器人销售同比增长了56%。

  说到机器人,大家是不是想起了美丽的佳佳和萌萌的小曼呢?

  当然还有更炫酷的,比如我国深圳优必选公司研制的阿尔法机器人,日本电气(NEC)研制的PaPeRo,日本Dentsu 公司、 Toyota 以及东京大学联合研发的Kirobo,还有法国Aldebaran Robotics公司研制的NAO机器人。

  NAO是一款曝光率相对较高的机器人,不仅登上了机器人世界杯联赛,还被应用在大学等教育机构,可实现一定的互动教育功能,拟人化的设计也十分容易接近。

  以上这些萌萌哒机器人,让我们眼界大开、脑洞大开,但我们今天的介绍重点是:工业机器人。

  工业机器人

  工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,它能自动执行工作,是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥,也可以按照预先编排的程序运行。

  工业机器人的发展稳步向前,市场也不断扩大。2013年,机器人与其相关软件及系统的全球总交易为290亿美元,其中中国交易量为95亿美元,为全球最大机器人市场。预计到2020年国内机器人系统集成市场将达2000亿元。

  工业机器人按照产业链上中下游可分为核心零部件,工业机器人本体,应用端集成三个环节。

  1.核心零部件分析

  机器人是如何实现复杂功能,根据指令完成复杂的动作呢?这就需要了解工业机器人的核心零部件及其功能。

  工业机器人的核心零部件包括减速器、伺服和控制器。机器人的控制过程是由控制器发指令给伺服驱动,驱动伺服电机旋转,通过减速机执行动作。

  其中,技术门槛最高的是减速机,其次是伺服电机和驱动,再次是控制器。三大核心零部件的减速器、伺服和控制柜成本分别占机器人成本的30%-50%,20%-30%,10%-20%。

  1.1核心零部件之减速器

  减速器是工业机器人中成本占比最高,毛利最大,同时难度也是最大的核心零部件。减速器通过把电机的转速降低,从而得到大的转矩,工作原理可以等同于汽车在上坡时需要减速的道理。

  减速器市场占有率情况

  日本的Harmonic Drive公司几乎垄断了整个工业机器人谐波减速器领域。目前全球市场占有率高达80%。

  日本的纳博特斯克(帝人)在RV减速器市场占有全球60%的市场份额,客户囊括了全球机器人销量最大的四大机器人品牌:ABB、发那科、库卡、安川。排名第二的日本住友占据全球约30%的市场份额。

  1.2核心零部件之伺服

  伺服,源于希腊语奴隶的意思。伺服机构就是一个得心应手的驯服工具,服从控制信号的要求而动作。在信号来到之前,转子静止不动;信号来到之后,转子立即转动;信号消失,转子能即时自行停转。

  机器人伺服特殊要求比较多,特别是像机器人末端执行器(手爪)应采用体积、质量尽可能小的电机,尤其是要求快速响应时,伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性,能经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行,并能在短时间内承受过载。

  机器人伺服的特殊要求

  伺服的核心零部件为马达、驱动器、编码器。目前国内在马达和驱动器制造方面均有所突破,而编码器的生产制造水平与国外相比还有较大差距。

  1.3核心零部件之控制器

  机器人控制系统是机器人的重要组成部分,用于对机器人进行控制,以完成特定的工作任务。

  控制器是不同品牌机器人在技术层面的核心竞争力。控制器硬件部分占机器人本体成本10%-20%,但软件部分却承担着机器人大脑的职责。

  外资机器人使用的硬件零部件类似,采购成本也相似。而不同品牌的机器人精度速度各有优势,究其根本原因是不同品牌的机器人对零部件的驾驭设计与控制算法的不同。这才是不同品牌的机器人在技术层面的核心竞争力。目前全球四大机器人厂家均对控制器进行自产,可见控制器的重要性。

  2.工业机器人本体分析

  工业机器人按照机械机构分,可分为直角坐标机器人、SCARA机器人、并联机器人、关节型机器人、柔性机器人,具体结构图如下:

  工业机器人结构图分类

  从2013年的全球销售数据看,关节型机器人已是最大市场。

  全球工业机器人销量(按类型)

  3.应用端集成分析

  全球工业机器人集成按照应用来分,占比前三的应用为搬运50%,焊接28%,组装9%。

  工业机器人集成行业分布情况

  工业机器人下游最终用户可以按照行业分为:汽车工业,一般工业。一般工业中又可以分为食品饮料,石化,金属加工,医药,3C,塑料,白家电等等。

  按照IFR的统计结果,汽车及零部件在机器人的销售中占比最高,其次是电子、金属、塑料石化等。

  2009-2013年全球工业机器人销售量(按行业分)

  我国工业机器人集成行业未来增长在非汽车行业。与其他国家相比,中国汽车行业的机器人密度为台湾的1/2,德国的1/4。但中国非汽车行业的机器人密度为台湾的1/9,德国的1/11。故非汽车行业的潜能巨大。