《庞大的中国汽车工业,正在培育哪些本土工业机器人巨头?》

  • 来源专题:数控机床——前沿技术
  • 编译者: icad
  • 发布时间:2020-07-08
  • 作为生产车间的必需品,工业机器人与国家制造业发展息息相关。伴随中国经济纵深发展,国产工业机器人厂商也如雨后春笋般破土而出。

    庞大的汽车工业,就是国内工业机器人厂商的成长沃土。埃夫特、瑞松科技(688090.SH)、江苏北人(688218.SH)等专注于汽车及零部件制造领域的本土工业机器人厂商从幕后走向台前,希望借力资本市场,拓展更大发展空间,

    不过,市场沃土仍需尖端技术“开垦”。中国工业机器人厂商毕竟“迟到”了几十年,技术水平还难以与ABB、发那科、安川电机和库卡这“机器人四大家族”相抗衡:本土厂商大多从下游应用集成市场入手,上游的核心零部件和机器人本体技术门槛较高,国产设备尚难企及。

    技术验证依然需要产业应用的支持。中国工业机器人厂商是如何在汽车产业取得成功的?又能否根植这片沃土,在核心技术领域再进一步,乃至成长出ABB一样的业界龙头?

    汽车产业,工业机器人的发展沃土

    汽车产业的价值,首先体现在经济效益上。

    2017年,我国汽车工业总产值突破了10万亿大关,在国民生产总值占比超过十分之一。作为一个产业链非常长的工业,其上游助推了电子、冶金等产业的发展,下游也孵化出了规模超万亿的汽车后市场。

    不仅如此,汽车产业对于国家而言还有重要的战略意义。汽车是最复杂的大规模民用产品,需要实现几万个零件长达十几年的稳定协作。汽车产业对工业设计、制造水平、管理水平等层面的要求极高,代表着制造业的最高水平。

    汽车产业的变革,往往能引发人类生产方式的变革。福特的流水线模式不仅开启了美国汽车纵横全球的时代,更是改变了以往产业工人按件计工资的管理体系——不同工序有了相应的作业节拍,工人变成了产线上的“机器”,生产效率远超传统计件工作法;丰田的精益生产方式,则将库存控制、生产计划等纳入管理体系,让生产节奏贴合销售节奏,解决汽车库存管理成本高的痛点,日本汽车自然价格更优,在市场上无往不利。

    成熟的汽车产业将技术和管理经验扩散移植到其他制造业。回顾机器人四大家族的发展史,都少不了在汽车产业大展宏图的篇章。汽车产业对制造自动化的需求,为工业机器人大规模落地应用带来机遇。

    在落地实践中,机器人厂商可以不断调整设计和生产方案,从而形成技术成熟、作业稳定的工业机器人产品,再以此进入其他制造场景。时至今日,汽车产业依然是工业机器人最主要的应用领域之一。

    蓬勃发展的中国汽车产业,能否成为中国工业机器人产业的沃土?

    从销量上看,答案是肯定的。根据中国机器人产业联盟(CRIA)的统计数据,2018年,汽车制造业新增工业机器人4万余台,是我国工业机器人销量第二的应用行业。电气电子设备和器材制造业新增4.6万台工业机器人,位列第一,但其中有相当比例是小型机器人。因此,汽车制造业才是工业机器人的主战场。

    从市场竞争层面来看,答案也是肯定的。汽车制造端生产需求庞大,中国工业机器人厂商有广阔的生存空间。尽管技术水平落后于国外工业机器人巨头,但是本地化集成业务让中国工业机器人厂商从无到有落地生根,并与主机厂形成稳定业务合作。

    一些工业机器人厂商直接由主机厂孵化而来。埃夫特的前身,就是奇瑞汽车设备部下属的装备制造科,区区十人,仅负责设备选型和维护保养。因为当时奇瑞产线采用的均为进口工业机器人,设备一出现问题就需要请外国专家打“飞的”支援,时间和金钱成本居高不下,产线一停,更是损失惨重。

    因此,和大多数国内工业机器人靠应用集成立业不同,埃夫特从创立之初就以国产替代为目的,从机器人本体切入。为此创始团队奔赴全国各地寻找合作伙伴,最终和哈尔滨工业大学合作,成功研发出首款机器人本体。有了本体之后,埃夫特才考虑应用集成业务,在奇瑞实现工业机器人的国产替代。

    如今,奇瑞产线上有超过九成的工业机器人出自埃夫特之手。通用、大众、菲亚特克莱斯勒、北汽等主机厂,都是埃夫特的大客户。

    另一家工业机器人厂商瑞松科技,则与广汽紧密相连。最初,瑞松科技是松下机器人和电焊机的国内首家代理商;两年后推出首条摩托车焊接自动化生产线,开辟了工业机器人集成业务。

    瑞松科技与广汽系的业务合作已经超过十年。广汽丰田、广汽本田、广汽乘用车、广汽新能源等广汽系主机厂的焊装生产线中,有30%到50%来自瑞松科技。本次新冠疫情期间,瑞松科技就向广汽集团提供技术支持,协助其在10天内建成5条口罩智能生产线。除了广汽系外,瑞松科技的客户名单中不乏长安马自达、东风本田等知名主机厂。

    同样已经在科创板上市的江苏北人,则处于汽车零部件生产这一细分赛道。尽管购买其设备的零部件制造厂商众多,但是除了一汽业务外,其他主要客户均服务于上汽系主机厂。

    国内汽车行业近三十年来的高速发展,让诸多国内工业机器人厂商取得了业务层面的成功。可不管是技术还是企业规模,国内企业与ABB等国外厂商仍有较大差距,难以望其项背。

    2016-2018年科创板(待)上市工业机器人厂商(汽车相关业务)营业收入

    2016-2018年科创板(待)上市工业机器人厂商(汽车相关业务)营业收入

    下游降温,行业整合有望催生“本土ABB”

    ABB致力于研发、生产机器人已有40多年的历史,是工业机器人的先行者,也是世界领先的机器人制造厂商。ABB于1969年售出全球第一台喷涂机器人,1974年发明了世界上第一台工业电动机器人,拥有当今最多种类、最全面的机器人产品、技术和服务。ABB的发展历程,与本土工业的强势崛起密不可分。按照同样的产业逻辑,中国也许正在孕育自己的“本土ABB”。

    2009年,中国超过美国,成为世界汽车产销第一大国,并向汽车保有量第一大国的宝座稳步迈进。国内大大小小几十家主机厂共享市场红利,汽车产业链上下游自然也风风火火。具体到工业机器人行业,国外巨头负责本体,国内集成商负责应用集成,分工合作其乐融融。有余力的国内厂商也许能略窥上中游技术门径,只安享增长红利也无可厚非。

    2018年,连涨了28年的汽车销量首次下滑,拉开了汽车行业整合洗牌的序幕;2019年,汽车销量再度骤降8.2%,新能源汽车也在补贴退坡之后迎来了产销双降;2020年初则爆发了新冠疫情,让处在寒冬的车市又来了一次降温。在2019年,自主品牌汽车销量占比已不足四成,到2020年前两月,部分被誉为“国产神车”的自主品牌月度销量直接“归零”。

    借鉴美、日、德等汽车产业已进入成熟期的国家,自主品牌的数量不过数个。我国汽车产业洗牌整合也不过是时间问题,缺乏核心技术和产品力的二三流自主品牌,将率先成为被市场淘汰的对象。

    对于上游的工业机器人厂商来说,市场环境则可以用“温室不再,沃土依旧”来形容。

    随着主机厂淘汰之势加剧,工业机器人厂商也将逐渐告别野蛮生长的时代:2018年,中国工业机器人销量首次下滑,汽车制造机器人销量同比下滑8.1%。但与此同时,中国车市销量仍有2,500万辆,头部车企仍在执行产能扩充计划,更多年销量上百万的车企巨头将脱颖而出,它们的供应链必将孵化出工业机器人厂商巨头,后者甚至能在业务规模上比肩四大家族。

    下一轮库存周期部分车企产能扩张计划

    业务拓展和技术研发,将是本土工业机器人厂商突围的关键。

    专注于焊接工序的江苏北人,早就拓展出生产一般工业品的自动化焊接生产线,尤以游艇结构件柔性产线为代表。

    其技术实力,则体现在航空航天领域。江苏北人“运载火箭贮箱智能焊接装备与工艺”被有关机构认证为“国际先进水平”,在2016年到2018年对营收的贡献占比均超过10%。江苏北人科创板募资有2.25亿元将投入智能产线项目,除了瞄准汽车制造这一老本行外,还将继续发挥现有技术和业务优势,争夺航空航天和船舶等行业的红利。

    瑞松科技用于汽车工业以外的设备业务在2016和2017年已经占据40%的营收,业务多元化渐成气候。除了用于汽车生产制造的机器人自动化生产线之外,瑞松科技还有电梯机器人、精密电子柔性自动化装配生产线等业务。

    通过科创板上市募资,瑞松科技主要希望能通过研发调整业务结构,增强面向3C、高铁、航空、船舶等高精尖行业的产品竞争力。

    从创业伊始就参与机器人本体业务的埃夫特,则采取的是“买买买+消化吸收”的模式。通过收购CMA、EVOLUT和WFC,埃夫特坚持技术吸收和再创造战略,成功从本体业务延伸至下游应用集成领域。埃夫特还战略投资ROBOX,并在境内成立控股公司瑞博思,进入上游核心零部件赛道。

    如今,埃夫特的研发已经贯穿工业机器人的上中下游,自主化水平不断提高,其产品也拓展至航空及轨道交通、电子电器等应用领域。

    从我国工业机器人密度上看,即便是自动化、数字化程度最高的汽车产业,相较发达国家仍有较大差距;非汽车行业机器人密度与韩国、日本相比更是相差数倍。随着人口红利日渐消失,自动化设备和产线将成为我国制造业的普遍需求。

    汽车行业洗牌对于本土工业机器人厂商来说是危与机并存:实力弱小的厂商自然有淘汰之虞,但业务规模庞大的巨头将在竞争中加速诞生。集核心技术和庞大业务规模于一身的“本土ABB”不太可能诞生在温室之中,只可能出现在市场竞争的“威逼”之下。

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    • 随着机器人技术的不断发展成熟,制造业发生了巨大的变革,工业机器人逐步代替人力劳动,其应用从汽车工业扩展到电子、食品等其它领域,并彻底改变了传统工业的生产模式。去年,中国工业机器人的安装数量接近50万台,机器换人已经成为当今时代最大的趋势。 汽车工业是目前自动化程度最高的行业,工业机器人在汽车制造业中大量使用,进行冲压、激光焊接、铝点焊、热熔接、涂装等整个生产过程。由于汽车工业的快速发展,给工业机器人带来了巨大的市场空间。此外,电子工业也得到了迅猛的发展,工业机器人开始应用到物流和电子消费领域,并引发了这些行业的巨大变革。 工业机器人的发展趋势表现为从汽车工业延伸到电子工业、金属、化工、塑胶和食品等,逐步向消费领域渗透。上海发那科机器人有限公司总经理钱晖在2018年世界机器人大会上表示,机器人正在变得越来越智能,从最初的视觉机器人,到力觉传感器的引入,目前新一代机器人已经在认知和决策上面取得了极大的进步。 机器人感知能力不断提升 机器视觉在工业机器人的应用已经十分普遍,在钱晖看来,工业机器人视觉有三类:二维视觉、立体3D视觉,以及利用广域传感器技术的3D视觉,这些技术使得工业机器人识别出物体的位置、大小、颜色,包括在空间存放的位置,机器人获得了对周转的环境的感知能力。 有3D视觉,机器人功能得到进一步延伸,可以拾取杂乱堆放的工件,不再需要工人在流水线上整理工件,带有视觉的机器人能够快速地检测到现有的工件,然后识别出它的位置。除了视觉之外,机器人还需要感知周围的力,特别是装配和接触的过程中,要判断对物体施加多少力,这样的传感器是智能机器人的必要条件。 在机器人手腕上装六维力觉传感器,可以感知机器人运动过程的相关力度,机器人可以完成一些更高难度的工作。3D力觉传感器和六维力觉传感器对于机器人来说,是非常重要的传感元器件,目前发那科已经开发了大量不同系列的传感器,可以配置于不同场景的应用。 协作机器人大量走进生产线 协作机器人已经成为工业机器人的一个重要方向,在未来的制造业中,机器人将需要和人一起工作,从而更好的完成一些复杂的工作任务。不过,对协作机器人的要求比传统机器人要高。钱晖介绍,发那科的协作机器人具有三大安全功能:第一是触碰停止功能,机器人接触到人或者其它外界物体的时候感受到触碰力,机器人可以自动停止。第二是退让避让功能,就是把作业空间腾出来给人和其它设备来用。第三是触碰回退功能,机器下压的时候如果触碰到人手可以自动回退,保证手不会被挤伤,或者不会受到伤害。 如今,协作机器人正在大量走进生产线,和工人一起作战,为制造业提供更高的效率。相对于过去需要三个人,或者两个人加一台机器人的工作,现在只需要一个人加一台协作机器人就可以满足需求。协作机器人负责取放较重的工件,而人负责处理复杂或者精密的装配工作,完成工件装配后,协作机器人帮助将工件放回货架上,使得人可以腾出更多时间来做其它工作。 协作机器人弥补了传统工业机器人的不足,并逐步被导入到工厂制造环境中,其更多的应用场景正在探索当中,目前,发那科已经推出了多款协作机器人,和其它协作机器人不同,发那科协作机器人的负载最大可以达到35KG,可以进行较重的零件搬运、零件装配等工作,加上发那科为机器人配置了视觉和力觉传感器,使得机器人与人协作时更加安全。 大型工业机器人与未来的探索 在世界机器人大会上,发那科展示了一台巨型机器人,这台机器人可以举起一台完整装配的汽车,未来可以用于整车装配之后的运输。过去,汽车的搬运可能需要借助其它传动设备或者人为驾驶到展厅,以后机器人可以直接抓起汽车放到销售店的展厅上。 工业机器人将怎样改变我们的生产 发那科已经将超大型机器人纳入到发展计划当中,此次推出世界上最大的超载机器人负载可达2.3吨,可以在大型空间中搬运大型物体,如整台汽车。这是人力或者是过去其它机器人无法做到的。随着这种大型机器人的出现,其它应用场景也将进一步被探索出来,从而解决当前低负载工业机器人的不足问题。 作为全球工业机器人的领导者,发那科在自己的工厂当中大量使用机器人,进行二十四小时的无人化作业,发那科工厂的绝大部分工作都是由机器来完成,而工人更多是从事调整、维修、维护、保养,包括计划方面的工作。针对最新的工业物联网趋势,发那科提出了零停机时间(ZDT)的概念,即是通过机器和云端的连接,对于分散的机器人设备提供远程服务,包括故障预警、预防维护和远程优化等。同时,发那科正在利用工业互联网为全球用户提供远程智能化服务。 对于未来的机器人发展,发那科也做了大量的探索,例如利用人工智能的深度学习技术,结合3D视觉对工件进行准确的识别,以提高拾取的成功效率。人工智能技术或者机器学习技术赋予机器人全新的能力,随着越来越多先进技术的导入,机器人的能力会大幅提升,并将进一步改变我们的世界、改变我们的制造业。