机械一周解一惑系列：人口压力&产业升级，机器人产业快速发展

本周关注：联赢激光、精测电子、苏试试验、三一重工 本周核心观点：关注国家投资为主的经济复苏主题，如地产、煤矿等产业链相关设备，同时关注成长板块底部修复机会 工业机器人：智能制造的关键环节。工业机器人现已被广泛应用于码垛、冲压、分拣、焊接、切割、喷涂、上下料等工业场景中，极大提高了生产效率、安全性以及智能化水平。参考《中国机器人产业发展报告（2021年）》，2021年我国机器人市场规模约839亿元，其中工业机器人市场规模约为445.7亿元，占53.1%；服务机器人市场规模约393.3亿元，占36.9%，特种机器人市场规模约为90.7亿元，占10.8%。据IFR统计，2021年，我国工业机器人销量中，多关节、SCARA、坐标机器人占比分别为67%、23%、6%。我国拥有工业机器人完整产业链，在这条产业链中，真正能够帮助本土工业机器人实现根本突破的是上游的控制器、减速机、伺服电机的进步，以及本体制造+针对高新技术行业（汽车、电子、新能源、光伏等）的集成能力的提升。 我国成长中的机器人行业。对标日本，我国工业机器人处在日本90s-00年阶段。劳动力短缺叠加劳动力成本增长，推动工业机器人产业发展。从制造业从业人员的绝对数来看，2013年开始我国制造业的从业人数开始减少，从峰值的5258万下降为3828万，减少1430万人。2021年，我国65岁以上人口比例达到14.2%（类比日本1994年）。根据IFR的统计，2021年我国工业机器人密度为百万人276台，大约相当于日本的90s-00年水平。我们预计23-25年我国工业机器人销量同比增速在20%-30%。 我国工业机器人需求占全球50%，产业链国产替代进行时。自2013年起，中国成为全球最大的工业机器人应用市场，2021年，我国工业机器人销量达27.1万台，占全球销量的比例达52.4%。2013-2021年我国工业机器人年销量复合增速达30.1%，明显高于同期全球复合增速14.1%。工业机器人的核心零部件包括控制器、伺服系统、减速器，决定了工业机器人的精度、稳定性、负荷能力等重要性能指标。核心零部件是产业链中壁垒最高的环节，占机器人成本的70%。控制器是工业机器人的“大脑”，一般占总成本的15%左右；伺服系统是工业机器人的“动力源”，一般占总成本的20%左右。减速器是工业机器人的“关节”，减速器一般占总成本的35%左右。其中，机器人控制器和本体绑定效应强，单纯做控制器难以突围，欧美厂商、日韩厂商等凭借着在机器人核心技术领域的深厚积淀，牢牢把控着中国工业机器人控制器市场的大部分份额。 伺服系统是指可以精准输出运动状态的驱动系统，主要由驱动器、伺服电机和编码器组成，编码器通常内嵌于伺服电机之中，从目前国内竞争格局来看，我国伺服电机行业65%左右的份额都是由外资品牌所占据，日系技术全球领先，中国处于追赶状态。应用于机器人领域的减速器主要有两种：RV减速器和谐波减速器，全球超过85%的减速器市场份额被日本厂商占据，但国内也诞生了绿的谐波、双环传动、中大力德等优质的供应商。 风险提示：1）行业竞争加剧的风险；2）产业政策及行业技术变化；3）原材料价格波动的风险。 1工业机器人：智能制造的关键环节 1.1工业机器人：智能制造的关键环节 工业机器人是自动化产线的重要环节之一。成套装备是指以机器人或数控机床为核心，以信息技术和网络技术为媒介，将所有设备高效连接而形成的大型自动化柔性生产线。其中，工业机器人是一种通过编程或示教实现自动运行，具有多关节或多自由度，并且具有一定感知功能，如视觉、力觉、位移检测等，从而实现对环境和工作对象自主判断和决策，能够代替人工完成各类繁重、乏味或有害环境下体力劳动的自动化机器。成套设备由工业机器人和完成工作任务所需的外围及周边辅助设备组成的一个独立自动化生产单元，最大限度地减少人工参与，提高生产效率。 表1：工业机器人产品优势 工业机器人是一种能自动定位控制、可重复编程的、多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业。工业机器人现已被广泛应用于码垛、冲压、分拣、焊接、切割、喷涂、上下料等工业场景中，极大提高了生产效率、安全性以及智能化水平。 表2：工业机器人应用领域情况 根据中国电子学会发布的《中国机器人产业发展报告（2021年）》，2021年我国机器人市场规模约839亿元，其中工业机器人市场规模约为445.7亿元，占53.1%；服务机器人市场规模约393.3亿元，占36.1%，特种机器人市场规模约为90.7亿元，占总市场规模的10.8%。 图1：2021年全球机器人市场品类结构 图2：2021年中国机器人市场工业机器人占比最高 从机械结构来看，工业机器人主要包括：多关节机器人、SCARA机器人、坐标机器人及DELTA机器人。工业机器人被设计为不同的形态主要是为了适应不同应用场景的需求，据IFR统计，2021年，我国工业机器人销量中，多关节、SCARA、坐标机器人占比分别为67%、23%、6%。 垂直多关节机器人：通常为4~6轴，工作范围广且具有高灵活性，能够实现上下料、质检、装配、喷涂、点胶、包装、打磨、焊接等复杂功能。 SCARA机器人：有3个轴线平行的旋转关节，在平面内进行定位和定向，另一个关节是移动关节，用于完成末端件在垂直于平面的运动，具有结构紧凑、速度较快的优势，特别适合零部件的搬运、装配等工作。 协作机器人：其结构以及功能场景与垂直多关节机器人相同，且可以在没有防护栏的情况下与人近距离协同工作。 Delta机器人：典型的空间三自由度并联机构，重复定位精度高，尤其适合轻质产品的分拣、装配等应用。 图3：工业机器人分类 图4：2021年我国工业机器人销量占比 1.2我国拥有工业机器人完整产业链 工业机器人产业链较长，下游应用广泛。整体上行业可以分为上游、中游、下游及终端（即为各大应用领域），上游主要包括原材料及零部件供应，其中零部件又可以细分为减速机、伺服电机以及控制器等；中游包括本体制造商及系统集成制造商，前者包括4大机器人、新松机器人、埃斯顿、拓斯达、埃夫特、哈工智能等，又包括图灵、欢颜、伯朗特这样的新秀，系统集成商则将机器人本体与具体使用场景相结合，提供配套的软件开发、工作站等；下游应用包括汽车、电子、食品饮料、锂电池、光伏、家电等。我们认为在这条产业链中，真正能够帮助本土工业机器人实现根本突破的是上游的控制器、减速机、伺服电机的进步，以及本体制造+针对高新技术行业（汽车、电子、新能源、光伏等）的集成能力的提升。 控制器、伺服电机以及减速器所占成本超70%，是构成工业机器人的三大核心零部件。三大核心零部件的性能、稳定性很大程度上决定了工业机器人的性能与稳定性。由于核心零部件的生产技术壁垒较高，大多关键技术被少数公司垄断，使得机器人生产商在采购时议价能力不足，采购价格较高。 图5：工业机器人产业链涉及广 2我国成长中的机器人行业 2.1他山之石：日本工业机器人出货量占全球一半 日本工业机器人出货量占全球一半。工业机器人的概念是美国人在1954年提出的,并在1962年生产出世界第一台使用机器人。而如今机器人产业在日本得到了很好的发展,日本成为当今世界最大的工业机器人生产王国。从20世纪70年代以来，日本对于机器人的需求不断加大再加上人口老龄化以及劳动力成本的不断提高，进一步促进日本工业机器人的技术不断创新与提升，进而很早就形成完整的工业机器人产业链。在这样的时代背景和契机下，日本的工业机器人迎来黄金发展期。具体来看，日本工业机器人的发展大致可以分为五个阶段，分别是摇篮期（1967-1970年）、实用期（1970-1980年）、普及提高期（1980-1990年）、平稳成长期（1990-2009年）和再发展期（2009-2021年）。从核心零部件（减速机、控制器、伺服）到整机以及系统集成，在全球范围处于领先地位。 表3：日本工业机器人的发展历史 图6：日本工业机器人出货量占全球比例较高 图7：日本工业机器人国内需求和出口量情况 图8：日本:65岁及以上人口:占总人口比重（%） 图9：日本人均工业机器人台数（台/万人） 2.2对标日本，我国工业机器人处在日本90s-00年阶段 2.2.1劳动力短缺叠加劳动力成本增长，推动工业机器人产业发展 在经济保持增长的同时，我国的制造业劳动力相对短缺的问题逐渐开始显露。 从制造业从业人员的绝对数来看，2013年开始我国制造业的从业人数开始减少，从2013年峰值的5258万下降为2021年的3828万，减少1430万人。而不断攀登的老龄人口比例是未来劳动人口短缺的一个先行指标。2021年，我国老龄人口比例达到14.2%，且这一数据将随着时间推移继续上升。持续上涨的老龄化比例与长期较低的人口增长率意味着国内劳动力短缺的问题将会进一步加剧。 图10：中国经济高增长同时劳动力逐渐短缺（单位：万人，%） 制造业平均工资在不断的上升，工业机器人为目前最佳方案。工业机器人不但可以在恶劣环境下进行高精度、快速、重复的工作，另一方面随着科技的不断进步，起工作效率也在不断的提升，“机器换人”的效用逐渐显现，加上疫情期间对于无人自动运转的工业机器人是目前的首选。在国内劳动力供给出现短缺的情况下，制造业同时还面临着教育水平的提升，新生劳动力普遍认为制造业钱少事多且累，不愿意进入制造业。这导致制造业平均工资水平不断提升，制造业从业人数不见增长的原因。 图11：制造业平均工资在不断提升（单位：元/年，%） 2.2.2下游汽车与电子将作为重要推动力 汽车(整车及零部件)、3C电子制造规模大/附加值高，自动化程度最高，是工业机器人最大的两个下游。按照国际机器人联合会统计的安装量来分析，2020年电气与电子安装量最高，63000台，其次是汽车板块27000台，从趋势而言，近些年来电子行业成为了工业机器人应用的“新贵”，汽车应用在不断变弱，预计后续新能源汽车持续放量，汽车领域对于工业机器人的需求将不断提升。 图12：2020年下游行业工业机器人安装量占比情况（单位：%） （一）疫情影响逐步减弱，3C有望恢复 电子行业为工业机器人最大下游行业。随着科技的不断进步与生活的智能化，人们对于手机、电脑、智能穿戴等电子设备的需求量也在不断的上升；另一方面我国作为世界电子产品的代工厂，全球大部分的电子产品均由中国生产与制造，虽然近期有部分企业向东南亚转移的趋势，但是短期无法影响该现状。据工信部披露，2021年我国电子制造业营收超14万亿元，占GDP总量的12%，由此可见该行业的市场空间巨大。 智能手机整体出货量增速放缓，5G手机出货量和占比提升。智能手机经过多年快速发展，近几年出货量都趋于平稳、增速放缓，2015-2020年全球智能手机出货量CAGR为-2.10%，中国智能手机出货量CAGR为-6.53%。中国是世界最大的智能手机生产基地，虽然近年来手机产量的增速有所下滑，但绝对值还保持着较高水平，2021年全年我国智能手机产量达到了12.7亿台。我们预计未来全球每年维持10亿以上智能手机出货量，手机最底层需求总盘基本稳定。 高劳动密集度促进智能手机制造“机器换人”。过去由于我国人力成本较低，各大厂商纷纷在中国设置代工厂，最为出名的为苹果代工厂富士康，劳务人数超百万。但是随着中国经济的不断发展，生产资料成本也在不断提升，公司为了缩减成本，“机器换人”成唯一出路。 图13：中国手机产量与增速（单位：万台，%） 图14：中国智能手机产量与增速（单位：万台，%） （二）新能源汽车或将成为新的突破口 整体汽车行业存量巨大，存量市场需求仍具韧性。接下日本汽车行业的接力棒，我国在经济快速发展以及国家政策驱动下，汽车产量从金融危机之后一直处于全球领先位置，从2005年的570万辆到2017年的2901万辆，之后汽车产量维持2600万辆左右高产量，2021年我国汽车产量达到世界总产量的32.5%，巨大的市场以及需求给工业机器人很大的空间， 新