机械行业：“温故知新”系列之工业机器人行业复盘（三）：从零部件国产化看产业链协同发展

“温故知新”系列之工业机器人行业复盘（三）：从零部件国产化看产业链协同发展 核心观点： 产业链条：核心零部件是带动产业链发展的关键。工业机器人产业链主要由零部件（上游)、机器人本体（中游）、系统集成（下游）以及行业应用等几个环节组成。成本结构中，上游技术壁垒较高的核心零 部件占比较高，伺服系统、控制器与减速器成本占比超70%，其中减速器则占到一半，而本体制造仅占15%。而我国工业机器人的核心零部件仍处于不能完全自给自足的局面，进口依赖度仍然不低。近年来，随着工业机器人、高端数控机床等智能制造领域的快速发展，谐波与RV减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器。随着国家对智能制造领域的大力投入，我国核心零部件的研究领域取得了一定成效，涌现出了一批快速进步的精密减速器制造企业，他们作为工业机器人产业链上的关键，或将带动工业机器人产业链一起再次成长。 链条传导：三大因素驱动工业机器人主机销量，核心零部件配套增长。从历史发展经验来看，我们认为推动工业机器人发展的三大底层驱动因素包括人口结构改变、用劳用工成本的增加和下游应用产业的突出 需求。而精密减速器作为工业机器人的核心零部件之一，与工业机器人的产销量息息相关。一台六轴机器人一般来说共需要使用6个减速 器，其中底座、肩部使用2个RV减速器，其余部分使用谐波减速器4个。将减速器主要厂商的销售额与全球工业机器人销售量进行对比发现，两者呈现一个正相关的趋势。基于这种较强的相关性，我们可以将驱动工业机器人销量增长的三大底层因素，与工业机器人订单变化趋势，以及减速机的销量变化趋势联系到一起，并观测行业的发展趋势。 协同共赢：产业链上下游协同发展，打开互惠共赢局面。从全球工业机器人产业链的历史发展角度来看，RV减速器龙头纳博特斯克和工业 机器人主机厂安川曾在日本工业机器人销量快速增长的阶段内实现了共赢，双方毛利都因彼此的协同而得以提升。从我国工程机械行业的发展来看，上下游厂商的协同效应也曾使得各厂商实现了互惠共赢的局面。在实现核心零部件国产化后，中游机器人本体的成本将有下行空间，产品竞争力可有效提升，本体成本的降低将带动系统集成解决方案价格的降低，从而缩短应用端工业自动化生产设备改造投资回收期，使得工业机器人在制造业的渗透率提升，需求也相应增加。终端客户需求大幅增长将传导至中上游形成规模效应，进一步促进全产业链互惠共赢。我们认为，在我国的核心零部件厂商也不断进步的过程中，上下游产业链协同发展，互惠共赢，增厚盈利的成长期将不日到来。 投资建议。在“十四🖂”机器人产业发展规划等行业政策的引领下，叠加人口问题的不断突出，我国工业机器人销量走回正增长区间，自动 化改造意愿逐渐回归。我们认为具备核心技术、不断拓展下游市场应用的主机厂有望受益，推荐关注埃斯顿（002747.SZ）和关注拓斯达 （300607.SZ）；具备国产替代能力、核心产品过硬的零部件厂商有望受益，推荐关注绿的谐波（688017.SH）。 风险提示：下游行业投资不及预期的风险，工业机器人需求大幅下滑的风险，行业竞争加剧的风险。 机械行业 推荐维持评级 分析师鲁佩 ：021-20257809 ：lupei_yj@chinastock.com.cn 分析师登记编码：S0130521060001 范想想 ：010-80927663 ：fanxiangxiang_yj@chinastock.com.cn 分析师登记编码：S0130518090002 行业数据2022.12.02 资料来源：iFind，中国银河证券研究院整理 相关研究 1.【银河机械军工】“温故知新”系列之工业机器人行业复盘：从美国汽车行业“2mm工程”看工业机器人国产化空间 2.【银河机械军工】行业深度_工业机器人：“温故知新”系列之工业机器人行业复盘：从日德韩发展历程看中国工业机器人的未来 行业研究报告●机械行业 2022年12月02日 www.chinastock.com.cn证券研究报告请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明 目录 一、产业链条：核心零部件是带动产业链发展的关键2 （一）上游：核心零部件占比较高，生产成本较高3 1.上游核心零部件1：减速器4 2.上游核心零部件2：伺服电机8 3.上游核心零部件3：控制器9 （二）中游：机器人本体9 （三）下游：机器人集成系统10 二、链条传导：三大因素驱动主机销量，核心零部件随之增长11 （一）底层三大驱动因素促进核心零部件产销量增长11 （二）核心零部件产销量增长与工业机器人主机销量12 三、协同共赢：产业链上下游协同发展，打开互惠共赢局面14 （一）零部件成熟发展，促进工业机器人上中游毛利率提升14 （二）工程机械行业上中游协同发展效应显著：三一重工与恒立液压15 （三）国产核心零部件成本降低，机器人主机厂和零部件厂商共赢16 四、政策利好助力下，国产替代推动工业机器人再成长17 （一）人口红利逐步消退，政策频出支持发展18 （二）工业机器人产业链国产化率提升，国产替代将是必然趋势20 1.绿的谐波21 2.中大力德22 3.双环传动24 4.秦川机床26 �、风险提示28 2022年9月10月，中国工业机器人产量同比重新恢复到正增长区间，受宏观经济因素、机械子行业周期波动、下游自动化需求乃至疫情等多方因素刺激，我国工业机器人的产量自2015年有统计数据以来，年度产量已从2015年的32996台，增长至2021年的36.6万台，可谓是经历了一轮最初的成长。 近两年来，在自动化改造需求升级和疫情压制固定资产投资意愿的冲突下，我国工业机器人的销量同比数据经历了一轮小波动，而站在当下，我们仍旧对国产工业机器人及其产业链的前景持有乐观预期。本文将从工业机器人核心零部件——精密减速器的角度展开，详解工业机器人产业链，预测未来国产工业机器人的发展路径。 图1：中国工业机器人销量及增速情况 产量:工业机器人:当月值产量:工业机器人:当月同比 50000 45000 40000 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 0 120 100 80 60 40 20 0 -20 2016-03 2016-06 2016-09 2016-12 2017-03 2017-06 2017-09 2017-12 2018-03 2018-06 2018-09 2018-12 2019-03 2019-06 2019-09 2019-12 2020-03 2020-06 2020-09 2020-12 2021-03 2021-06 2021-09 2021-12 2022-03 2022-06 2022-09 -40 资料来源：iFind，中国银河证券研究院整理 一、产业链条：核心零部件是带动产业链发展的关键 在新一轮技术革命和产业变革的时代背景下，全球各主要经济体积极围绕以工业机器人为主的智能制造业展开激烈竞争。顺应趋势，我国工业机器人的理论研究以及生产、实践不断推进，已建立起相对完整的工业机器人产业链。 而我国对工业机器人的核心零部件，如精密减速器的研究相比国外较晚，技术尚未达到完全成熟，与国外先进技术存在一定差距，形成了核心零部件不能完全自给自足的局面，进口依赖度仍然不低。但近年来，我国涌现出了一批发展迅猛、技术实力过硬的零部件企业，他们或将和工业机器人产业链一起再次成长。 图2：我国工业机器人产业链 资料来源：中国银河证券研究院整理 工业机器人产业链主要由原材料、零部件（上游)、机器人本体（中游）、系统集成（下游）以及行业应用等几个环节组成。工业机器人的生产成本结构中，上游核心零部件占比较高，伺服系统、控制器与减速器成本占比超70%，这其中减速器则占到一半，而本体制造仅占15%。究其原因，工业机器人的驱动与控制功能均来自核心零部件，与本体制造相比，核心零部件的技术壁垒更高，因此生产成本占比高。 核心零部件国产化程度低在一定程度导致其生产成本占比高。以减速器为例，减速器国产化率较低，该市场主要依赖于进口。中国工业机器人制造企业在采购减速器时，由于采购数量较少，难以产生规模效应，面临国际供应商议价权过高问题，相同型号用减速器，中国企业采 购价格是国际知名企业的两倍。 图3：2020年工业机器人成本结构图4：2019-2021年工业机器人核心零部件国产化率 本体 15% 其他 15% 减速器 35% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 201920202021 控制器 15% 伺服电机 20% 10% 5% 0% 40.6% 36.5% 30% 31.2% 25% 33.6% 22% 27.2% 24.5 % 减速器 伺服系统 控制器 资料来源：OFweek，中国银河证券研究院整理 （一）上游：核心零部件占比较高，生产成本较高 3 上游零部件环节主要包括：控制器、伺服电机、减速器以及执行系统等。其中，控制器、伺服电机和减速器是生产工业机器人的关键零部件，也是国内外工业机器人着力打造的核心竞争力之所在。就开发的难易程度而言，控制器是工业机器人开发的配套设备，开发难度中等； 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 伺服电机是工业机器人的核心驱动机构，开发难度中上；减速器是封闭在工业机器人刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，开发难度最高。 1.上游核心零部件1：减速器 在机械传动领域，减速器是连接动力源和执行机构的中间装置，减速器一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电动机、内燃机或其他高速运转的动力通过减速器输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的。 目前的工业机器人所使用的减速器主要是精密减速器。精密减速器具有传动比大、精度高、承载能力大、效率高等特点，除机器人外，精密减速器还广泛应用于航天、能源、电子、石油、军工、仪器等行业。而在工业机器人用到的精密减速器大部分来自日本厂商，虽然国产减速器近些年也在不断进步，但在工业机器人中的应用仍然占比不高。 工业机器人的减速器主要有三种类型，分别是:谐波减速器、RV减速器和行星减速器。谐波减速器的结构简单，传动精度高，传动比大，传动效率可以达到90%以上，在对机器人控制精度要求较高的场合经常用到。RV减速器的结构紧凑、震动小、能耗低，具有两级减速、圆盘稳定性较强的特点。比起单纯的摆线针轮行星传动，其体积较小，而且过载能力强，输出轴的刚性大，是目前被广泛的应用于机器人的减速器之一。行星减速器主要有摆线针轮行星减速器和精密行星减速器两类，行星减速器体积较小，携带负载大，运行平稳，使用寿命长，是一种加工精度较高的减速器系统，可以达到军用的精度要求。由于其造价不高，也在工业生产中得到了广泛的应用。 （1）谐波行星减速器通常由波发生器、柔轮、刚轮和柔性轴承等零部件构成。由WCMUSSER于20世纪50年代早期开发的典型驱动装置，由3个基本的同心部件组成：刚性圆柱齿轮G、柔性圆柱齿轮R、波发生器H。 图5：谐波减速器图6：谐波减速器工作原理 资料来源：《机器人用精密减速器类型及精度研究进展》，中国银河证券研究院整理 资料来源：《工业机器人精密减速器综述》，中国银河证券研究院整理 谐波传动具有运动精度高、传动比大、质量小、体积小、较小的传动惯量等优点。最重要的是能在密闭空间传递运动，这一点是其他任何机械传动无法实现的。其缺点为在谐波齿轮传动中柔轮每转发生两次椭圆变形，极易引起材料的疲劳损坏，损耗功率大。 全球减速器市场中谐波减速器行业龙头为哈默纳科，国内的主要生产厂商有绿的谐波等。虽然绿的谐波较早地完成了工业机器人谐波减速器技术研发并实现规模化生产，实现了对进口产品的替代，但分析其减速器产品出口均价我们可以发现，公司销售给境外的谐波减速器平均价格低于销售给境内的客户，主要原因是销往境外的产品主要是UniversalRobots购买的小型谐波减