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虎嗅 2023 工業 AI 大會将于9 月 7 日 -8 日在中國 · 蘇州舉辦。我們期望促成領先制造企業與科技創新企業的理解、融合與對接，推動工業 AI 生态發展共識，爲我國制造業高質量發展助力。
點擊報名：大算力 · 大數據 · 大模型——虎嗅 2023 工業 AI 大會
圍繞虎嗅 2023 工業 AI 大會，虎嗅将推出工業制造領域系列内容精選，此篇爲第一篇。
以下核心觀點和内容來自于虎嗅智庫發布的《工業機器人國産替代研究》，點擊報告名稱獲取内容。
核心觀點：
1. 國産替代集中在中低端制造業，中高端市場中外資仍具有明顯優勢；
2. 上遊核心零部件核心技術仍未突破，尤其是控制器的控制算法；
3. 中遊本體性能與外資仍有差距，下遊集成市場呈現玩家大而不強，内卷嚴重的局面；
4. 國産替代進程需依賴産業鏈各環節關鍵技術的突破，國産廠商在未來工業機器人智能化轉型時代擁有一定先發優勢。
自我國提出要打造自主可控的現代化産業體系以來，各行各業便在攻克技術難關，加快國産替代的步伐。工業機器人作爲制造業領域實現自動化和數字化的重要組成，無疑是國産替代的重點領域。
中國市場作爲全球工業機器人最大的消費市場，占據全球出貨量 50% 以上，但在全球最大的單一市場（國内市場）國外廠商依舊占據明顯優勢。具體來看，附加值較低的中低端制造業國産化率較高，占據超過 50% 以上的市場份額，但在附加值較高的制造業國産化率維持較低水平；分類型來看，自由度高且精度控制難度較大的機器人市場占比較低；從制造業環節來看，機器人應用的主要制造環節的市場占比均未超過 50%。
我國對工業機器人核心零部件的研究起步較晚，與國外技術有一定差距，造成不能完全自給自足的局面，一定程度上緻使中上遊生産成本居高不下，進而影響下遊差異化、定制化應用集成的進程。所以，在供應鏈安全、成本可控、差異化 / 定制化等需求背景下，國産替代勢在必行。
虎嗅智庫将從工業機器人的上遊核心零部件、中遊本體和下遊集成三個環節拆解國産替代的核心突破點，并對未來工業機器人國産替代路徑作出研判。
上遊核心零部件技術基本盤薄弱，采取從 " 低端 " 到 " 高端 " 的逐步替代
工業機器人上遊核心零部件主要有三種，分别是減速器、控制器和伺服系統，三者合計成本占據機器人本體總成本的約 60% 以上，對于工業機器人成本下探和性能影響比較大。
數據顯示，工業機器人上遊三大件國産化率近些年均有不同程度地上升，但國外廠商依舊占據一半以上的市場份額。具體來看，減速器的國産化率較高，且每年的滲透幅度也最爲明顯，而伺服系統國産化進程表現較差。
減速器屬于高精密度産品，技術門檻高，行業壁壘大，是我國的薄弱環節之一。減速器主要分爲諧波減速器和 RV 減速器。諧波減速器方面，國産諧波減速器易發生筒體斷裂、柔輪輸出軸扭轉剛性不足、齒面磨損等情況，其使用壽命和精度受以下四個方面因素的影響：
原材料：在金屬原材料的顆粒度、剛度和硬度等指标上，我國供應的材料相較于國外有較大差距，雜質較多，影響了減速器柔輪等零部件性能；
設計專利：哈默納科在減速器齒形設計和傳動結構上具有知識産權，在齒形設計方面存在較高的技術壁壘，對于新進廠商阻礙較大；
加工工藝：高精度加工設備仍需進口，國内廠商缺乏經驗積累和技術儲備，加工精度、加工誤差無法得到穩定控制；
零件裝配：零件組裝标準化程度欠缺，缺乏經驗豐富的技工。
相比諧波減速器，RV 減速器的結構更爲複雜，由于其承載能力大等特點，對加工工藝的要求更爲苛刻。目前，RV 減速器仍面臨零部件定位不精準、精度标準化低、難以量産等問題。
設計難度方面，在 RV 減速器設計過程中需要反複測試和校正零部件、齒形來實現高精度和高穩定性，對數據經驗和設計精度的要求比較高。加工裝配方面，RV 減速器對零部件裝配精度、齒面熱處理、成組技術等方面要求非常高，不同零部件需要保持相同的運動公差，但我國目前難以達到 P4 級别水平。
伺服系統方面，國内差距主要在于高精度伺服驅動器和編碼器的設計和工藝，這導緻了高端伺服系統的性能、質量和穩定性方面的差異。其背後的核心原因在于以下四個方面：
驅動器芯片：與伺服驅動器相關的主控制闆芯片（DSP 芯片、IGBT 模塊）、信号處理和通信闆芯片（FPGA、存儲）等高精度、高性能的芯片被海外廠商 " 卡脖子 "。
驅動系統标準：多項參數标準主要依靠海外廠商定義，我國需要大量的實際測試數據來逐步達到标準。
編碼器：高精度編碼器核心技術和高精度傳感器暫未突破，對伺服系統的定位精度影響很大，基本需要進口。
原材料：國内的磁材總體性能較國外有一定差距，影響材料伸縮長度。
在控制器方面，國内外技術差距主要體現在軟件層面。具體來看，軟件底層算法通常是非公開的，各家企業自定參數，在底層軟件構架和核心控制算法仍有不足，這會導緻在一些場景下機器人的穩定性、運行精度會受到一定影響；控制算法和二次開發等方面的差距使得國内産品在控制平台的易用性、響應速度等方面存在差距。
雖然，當前我國工業機器人核心零部件國産替代在逐步進行，産品基本參數表現已幾乎持平，但在高精度領域仍有較大差距，芯片和核心産品技術仍有待突破。從開發難度上看，減速器難度最高，伺服系統中上，控制器中下，三者共同構成工業機器人核心競争力。除此之外，三者同時存在固定資産投入大、客戶實際驗證周期長等客觀因素，制約本土廠商的技術發展。
中下遊停留在中低端，沖擊中高端市場面臨重重阻礙
近年來國産替代浪潮興起，國内崛起一批新興玩家，蠶食掉四大家族的部分市場份額，但仍未能撼動其市場地位。
根據 MIR 數據，2021 年四大家族仍牢牢占據我國工業機器人市場份額前四名，合計市場份額約 40%。盡管國産份額由 2015 年的 18% 提升至 2021 年的 33%，但集中度較爲分散且暫未出現頭部企業。
中遊國産替代進程緩慢，主要受限于核心技術突破和産業環境。本土廠商産品存在 " 四低 " ——低技術、低品質、低價格、低應用等問題。
技術差距：重負載機型定位精準度低，輕負載機型稍高，但仍有差距。
産品中低端：技術差距緻使過去幾年集中替代的主要是中低端市場，通常滿足的是一些簡單的通用性需求和應用，高端市場仍被四大家族控制。
性能偏差：由于上遊芯片、控制系統等核心零部件的 " 卡脖子 " 問題，阻礙機器人性能的突破；同時随着制造業數字化轉型進程加速，企業對機器人運行精度、穩定性、易用性等性能要求愈發嚴苛，中遊廠商産品需要适配性能需求與應用行業或場景的變化。
同質化嚴重：我國機器人産品類型和性能參數指标同質化嚴重，應用場景主攻搬運、碼垛的偏多，随着應用場景逐漸深化，性能或功能上漸漸難以滿足企業需求。
性價比不高：企業更換工業機器人會涉及設備部署、停産試機和維保等問題，試錯成本過高。目前，國内企業更多是從新建産線或停産成本較低的企業開始進行國産替代。從成本角度看，選擇嘗試國産機器人産品的意願不強。
價格戰：在産品同質化、專攻中低端市場的背景下，行業内開始通過價格戰獲客，不利于良性競争。
在本體下遊的集成方面，我國内資集成商占比約 80%，但其中大部分的業務處于中低端或體量較小的細分領域，玩家呈現出數量多、規模小、工藝偏中低端的現狀。在汽車整車、電子電器和器材制造等體量大、高端工藝的領域，相較于 " 四大家族 " 等海外服務商，自主品牌的優勢并不明顯。
産業鏈各環節阻礙逐個擊破，加速國産化進程
工業機器人産業鏈冗長，涉及的技術環節衆多，僅靠單一環節的優化提升無法産生質變。
工業機器人的核心價值是幫助企業創造更多的業務價值，提升企業的綜合運營管理能力，這種價值導向的發展路徑需要産業鏈上中下遊的協同發展，從技術、産品、行業等多因素共同驅動技術的應用廣度與深度，實現全産業鏈條的互惠共赢，推動工業機器人國産化格局産生質變。
上遊核心零部件：控制算法突破，加速國産工業機器人智能化進程，形成差異化競争力，以推動國産替代進程
上文中提到上遊三大件的核心差距所在，而其中控制器的控制算法尤爲被國内企業重視。
控制算法方面的優化叠代和機器視覺的加持将驅動工業機器人産品走向智能化，是形成國産機器人廠商差異化競争力的關鍵路徑。控制算法等 AI 算法将從内部優化機器人運動精度、運動規劃和智能決策等能力，推動伺服系統和控制器的智能化以及軟硬件工藝的成熟。
目前，我國在機器視覺算法上具備一定的優勢，因此在控制算法取得突破後，國産廠商必然能夠在機器人智能化時代具備比較強的競争力，從而實現進一步的國産替代。
中遊本體：攻克高附加值制造業場景，需彌補本體産品類型的短闆，六軸機器人性能提升成攻克重點
中遊本體制造廠商将聚焦大六軸機器人等當前較爲薄弱的領域。目前，大六軸機器人主要用于下遊對機器人載重、精度、穩定性等性能要求較高的場景。該産品技術壁壘較高，目前也主要被 " 四大家族 " 所壟斷。
根據 IFR 數據，我國 2022 年大六軸機器人的國産化率僅爲 17%，遠低于其他類型機器人。在邁向國産化的路徑中，産品性能要不斷精進，由小規模走向大體量，由低端走向高端，大六軸機器人的國産替代勢在必行。
下遊集成：利用本土優勢，實現應用集成标準化，部分領域彎道超車
就前文所述，集成商普遍面臨應用非标的問題，形成開發成本與滿足客戶訴求之間的矛盾。
解決上述問題有兩種路徑可選。第一種是紮根于某一個或某幾個行業領域，不斷深耕，通過項目案例的積累來覆蓋掉絕大多數的定制化場景，将這些定制化需求 " 标準化 "；第二種則是将各個行業的基礎性、通用性能力 " 标準化 "，并以此覆蓋更多行業及場景，有助于實現解決方案快速部署，降低成本的同時，降低開發應用門檻，僅對特定行業訴求進行定制化開發。
從實際成本和商業模式來看，更多廠商選擇第二種方式來降低工業領域應用的複雜性和多樣性，在定制化中逐漸提煉出 "4S"（性能、穩定性、安全性、智能性）等标準化内容，以降低集成商方案開發和客戶使用的門檻。在标準化達到一定程度後，國産廠商會在各個領域快速擴張，加速國産化率。
另外，近年來，锂電、光伏等新能源行業興起，同時國外又發展緩慢，對于此類行業，外資品牌的優勢并不大，國産品牌有望利用本土化的服務與資源優勢，彌補在技術或産品性能上的不足，在锂電、光伏等行業實現彎道超車。
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