激光焊接系列专题报告一：钢构焊接产业化持续推进，领先布局者有望受益

2024年04月11日 激光加工设备 钢构焊接产业化持续推进，领先布局者有望受益——激光焊接系列专题报告一 首选股票 688188柏楚电子 目标价（元）评级 324.96 买入-A 行业专题 证券研究报告投资评级领先大市-A首次评级 钢构智能化焊接产业化持续推进，行业放量可期。 2024年4月，鸿路钢构相继发布机器人行走轴地轨、弧焊机器人清 激光加工设备 沪深300 31% 21% 11% 1% -9% -19% -29% -39% -49% 2023-042023-082023-122024-04 行业表现 枪器、机器人水冷焊枪招标公告，招标数量各为2000套，此次鸿路钢构招标采取分项招标的模式，我们预计后续一系列分项招标项目，包括视觉控制系统、焊接电源等或将跟进落地。根据产业链调研，目前钢构焊接主要解决角焊缝的工艺场景，随着多层多道焊、全熔透等厚板焊接技术逐步突破，行业有望从1到N进入非线性放量阶段。 市场空间：焊接需求量庞大，机器替人市场空间广阔。根据我们测算，远期钢构焊接控制系统存量市场空间约160亿元。目前焊接机器人开始向船舶、桥梁、工程机械等领域延伸，若考虑以上应用场景，市场空间或更大。 1)自下而上：2023年8月，鸿路钢构发布焊接机器人招标公告，针对角焊缝免示教焊接机器人招标1500套。根据产业链调研，角焊缝占钢构焊接工艺比例约为15%。由于钢结构非标化特性，焊接工序上达到80-85%渗透率即完成了钢构焊接智能化改造，我们假设远期焊接机器人渗透率为80%，则鸿路对钢构焊接机器人总需求有望达到8000台。根据中国钢结构协会数据，2022年我国钢结构产量10140万吨，2022年鸿路钢构钢结构产量约350万吨，则鸿路钢构市占率不足5%，即钢构领域对焊接机器人的远期需求至少16万台。按单套焊接控制系统10万元计算，远期钢构焊接控制系统市场规模超160亿元。 2)自上而下：根据中国钢结构协会数据，2022年我国钢结构产量10140万吨，根据柏楚电子增发预案及高工机器人，钢构焊工每人每年的焊接能力约400吨，对应每年的焊工需求约25万人。按单套焊接机器人替代1.2-1.3人，渗透率80%计算，钢构焊接机器人的远期存量需求约16万套。按焊接控制系统10万元计算，则焊接控制系统远期存量需求约160亿元。 资料来源：Wind资讯 升幅% 1M 3M 12M 相对收益 -9.0 -24.5 -26.7 绝对收益 -9.3 -16.9 -40.9 郭倩倩 分析师 SAC执业证书编号：S1450521120004 guoqq@essence.com.cn 陈之馨联系人 SAC执业证书编号：S1450122060030 chenzx@essence.com.cn 相关报告 竞争格局：产业链齐发力，行业先行者有望优先受益。 钢构产业链各环节企业加快布局智能化焊接。按产业链拆分，下游钢构企业包括中建钢构、鸿路钢构、八方钢构、杭萧钢构、富煌钢构等；焊接机器人本体包括新时达、库卡、大族机器人、凯尔达、中集飞秒、钱江机器人、倍可机器人、行健机器人、CLOOS机器人、埃夫特、固建机器人等；上游零部件企业包括柏楚电子、知象光电、微视传感、麦格米特等。目前鸿路钢构已发布两轮焊接机器人招标，积极推动钢构焊接智能化改造，行业放量可期，相关布局企业有望充分受益。 投资建议： 传统人工焊接方式弊端突出，钢结构和船舶等领域对自动化改造需求迫切，有望催生百亿焊接机器人市场空间。截至目前鸿路钢构已发布两轮免示教焊接机器人招标，标志着产品技术成熟以及商业模式跑通，行业放量可期。重点推荐【柏楚电子】：激光切割控制系统龙头，看好焊接新业务打开成长天花板，建议关注【埃斯顿】、【埃夫特】等。 风险提示：焊接机器人产业化进度不及预期，产业链布局者研发进度不及预期，行业竞争加剧。 内容目录 1.钢构+船舶对焊接智能化改造需求迫切，机器替人大势所趋4 2.市场规模：焊接机器人百亿蓝海，行业放量可期6 3.竞争格局：产业链共同推进，看好国产厂商脱颖而出7 4.投资建议10 5.风险提示10 图表目录 图1.2022年钢结构占粗钢比例达到10.31%4 图2.中国船舶新承接订单量的全球份额持续提升4 图3.免示教焊接机器人示意图5 图4.鸿路钢构安徽基地的焊接机器人5 图5.预计2027年3D视觉在焊接机器人领域的数量将达到8020套6 图6.焊接控制系统底层技术包括CAD、CAM、NC、视觉传感器、硬件设计技术等6 图7.柏楚电子具备全模块开发能力，提供整体解决方案9 图8.中集飞秒和克鲁斯共同研发焊接工作站10 表1：免示教焊接机器人更适合小批量、多品种工件的柔性加工5 表2：鸿路钢构发布两轮免示教焊接机器人招标公告6 表3：免示教焊接机器人供应商梳理8 表4：免示教焊接机器人方案主要分为“模型驱动”和“视觉驱动”8 表5：焊接机器人产业链相关标的盈利预测表10 1.钢构+船舶对焊接智能化改造需求迫切，机器替人大势所趋 需求端：钢构+船舶领域前景广阔，对焊接智能化改造需求迫切 1)钢结构行业：2020年7月住建部联合多部委印发《绿色建筑创建行动方案》，提出“大力发展钢结构等装配式建筑，新建公建原则上采用钢结构”。根据中国钢结构协会数据，2013-2022年，钢结构产量由4000万吨增至10140万吨，2022年钢结构占粗钢比例达到10.31%，较发达国家比重有较大差距。根据《钢结构行业“十四五”规划及2035年远景目标》，到2025年底，全国钢结构用量达到1.4亿吨左右，钢结构建筑占新建建筑面积比例达到15%以上；到2035年，我国钢结构建筑应用达到中等发达国家水平，钢结构用量达到每年2.0亿吨以上，钢结构建筑占新建建筑面积比例逐步达到40%，基本实现钢结构智能建造。钢结构市场潜力较大，焊接的需求将随着钢结构的需求逐步增加； 2)船舶行业：2023年3月，国家市场监督管理总局制定并修订了共计6项船舶工业相关国家标准计划，新国标将为船舶行业焊接市场带来更大发展空间。根据工信部数据，2023年，全国造船完工量4232万载重吨，同比增长11.8%；新接订单量7120万载重吨，同比增长56.4%；截至12月底，手持订单量13939万载重吨，同比增长32.0%。目前主流船厂首次订单基本排到2027年、2028年，船东大量订造符合绿色环保要求的双燃料船，有望促进船舶需求持续增长。造船厂亟需更高效、高质量的生产方案，以按时按量完成订单交付。 图1.2022年钢结构占粗钢比例达到10.31%图2.中国船舶新承接订单量的全球份额持续提升 12000 10000 8000 6000 4000 2000 我国钢结构产量（万吨）占粗钢比例（%） 12% 10% 8% 6% 4% 2% 3000 2000 1000 80% 中国新承接船舶订单（万修正总吨） 中国新承接全球份额（修正总吨计）60% 49%50% 42%41%39% 36%39% 40% 30% 32%33% 60% 40% 20% 00% 20182019202020212022 00% 201220132014201520162017201820192020202120222023 资料来源：建设通大数据院，国投证券研究中心资料来源：中国船舶工业协会、克拉克森、国际船舶网，国投证券研究中 心 供给端：焊接自动化程度较低，传统人工焊接痛点突出 1)焊接工人短缺：焊工工种在国内普遍短缺，根据人社部发布的《2022年四季度全国“最缺工”的100个职业排行》，焊工排名12。根据高工机器人，焊工平均年龄超过45岁，焊接工况的恶劣环境，使新一代产业工人不愿从事焊接职业，焊工出现年龄断层现象； 2)焊工成本高涨：根据看准网统计数据，1个成熟焊工的年人工成本不低于8万元，随着焊接经验的增加，焊工的人工成本不断增加，同时培训一名成熟焊工的成本越来越高； 3)焊接质量要求提升：以钢结构为例，加工涉及组立、矫正、装配、打磨、抛丸、表面防腐等多道工序，随着对焊接产品的质量要求提升和产品升级速度加快，传统手工焊接作业方式对生产进度、质量和异常的处理缺乏信息化管控，产品交付时常延期，已难以满足焊接产品制造的自动化、柔性化要求。 钢结构焊接非标属性强、轨迹复杂、对焊接质量要求高。区别于传统汽车、3C等标准化加工，钢构焊接属于非标加工，具有以下技术难点：①非标小批量模式：钢结构大多为非标设计，工件为小批量、多品种，焊缝无统一标准，传统的示教在线型焊接机器人自适应性不足；②钢结构工况复杂：钢结构件主要针对中厚板，板材装夹和电流大功率工况下容易导致板材应力变形，采用机器人进行厚板焊接无法根据板材应力应变做出轨迹调整，导致焊接轨迹正常但是接口变形，无法保证焊接质量；③焊接工序复杂：钢结构件领域因为高楼大厦对承重要求高，焊接工艺包括多层多道焊，焊接后还需要进行后期探伤、焊缝质量检测，不能有沙眼，依赖专业人员校准+庞大工艺数据库支撑，导致钢构焊接较难实现自动化改造。 钢结构领域主要采用免示教焊接机器人。 示教机器人：通过实时在线示教程序实现，需要人工操作引导，可以重复、精确、高效地完成焊接任务，一般应用于汽车、3C、锂电等标准化行业。但在非标准化行业中，示教机器人的示教过程耗时较长，操作复杂。 免示教机器人：免示教智能焊接机器人通过机器视觉和路径规划控制系统，实现焊接路径的自动识别和规划，无需人工操作引导，降低对工装夹具以及摆放工件的精度要求，进而提高工作效率并节约成本，适应小批量、非标工件的柔性加工，例如钢结构、铁塔、船舶、重工等行业。 表1：免示教焊接机器人更适合小批量、多品种工件的柔性加工 维度 示教焊接机器人 免示教-智能焊接机器人 智能化功能 根据人工示教、调试 免示教、离线编程 加工特点 标准工件、批量加工 小批量、多品种工件柔性生产 应用行业 汽车、摩托车加工等 钢结构（及其他柔性生产场景） 工作效率 对于非标工件需要调试时间较长 智能识别之后，大幅缩短调试时间 配套要求 对配套的工装夹具精度要求较高 对配套工装夹具的精度要求较低 资料来源：柏楚电子公告，国投证券研究中心 免示教焊接机器人主要由控制系统、视觉系统、地轨、机器人本体、焊枪等组成。工业机器人整机主要包括机器人手臂及机器人控制器；焊接设备主要包括焊接电源及其控制系统、送丝装置、焊枪等。工业机器人整机的稳定性、精确性与运动速度决定了焊枪运动的效果，并最终影响焊接效率和效果；焊接设备的起弧成功率、焊接速度、焊接飞溅量控制、焊缝成形效果、粘连情况反馈、焊接专家数据库的丰富程度决定了焊接成功率、焊接效率、焊接效果、安全性以及针对不同焊接材料焊接的扩展性，二者协同配合，共同决定焊接机器人的性能。 图3.免示教焊接机器人示意图图4.鸿路钢构安徽基地的焊接机器人 资料来源：柏楚电子公告，国投证券研究中心资料来源：中集集团公众号，国投证券研究中心 免示教焊接机器人核心难点在于3D视觉技术+系统（焊接模型）。 1)视觉为焊接机器人的“眼睛”，首先，焊接机器人要完善感知与定位技术，通过激光传感器、视觉系统等技术，实现对焊接场景的感知和定位，确保焊接机器人能够准确地找到焊接点和焊缝。该技术以识别算法为核心，但国内3D工业视觉市场处于早期发展阶段，产业链尚不成熟，国内企业多为初创企业，算法迭代仍需大量数据反哺。 2)系统为焊接机器人的“大脑”，其次，焊接机器人需要提升路径规划与控制技术，通过路径规划算法和动态控制策略，实现在复杂的焊接场景中自主导航和运动。焊接控制系统以CAD（计算机图形软件）+CAM（计算机辅助制造软件）+NC（数控软件）等工业软件算法为核心，以大量数据积累为基石，构建全新符合焊接行业的产品和工件模型，从而适应焊接工艺的需求，能够根据不同的焊接材质和工艺，准确控制焊接位置和力度，实现焊接的准确性、稳定性和牢固性。发展难点在于跨学科技术+数据积累，技术壁垒较高。