為製造升級蓄力，工業機器人大有作為
導讀
工業機器人作為製造業的構成部分，與製造業發展的經濟規律密切相關，因此研究工業機器人需首先對製造業的發展歷程和發展趨勢有清晰的認識。凱泰資本基於行業研究，通過分析主要回答了以下問題：1、工業機器人的普及應用有哪些規律，哪些行業在用、用來做什麼、怎麼用；2、工業機器人在中國製造業的中長期發展中承擔了什麼角色，短期的應用切入點在哪些環節；3、國內的工業機器人產業如何突破國外壟斷，從哪些行業、哪些環節、以什麼方式實現突破；4、國內的工業機器人產業的投資機會在哪些方面。
我們希望藉此拋磚引玉，能夠與同行和創業者共同探討行業未來。凱泰資本將對本行業保持關注和研究，文末附作者聯繫方式，歡迎進一步溝通與交流！
備註：動圖來源於網路，汽車領域的工業機器人。
一
當我們談論工業機器人的時候
其實是在談論製造業
1.1、 工業機器人的定義
工業機器人在世界各國的定義不完全相同，但是含義基本一致: 即擁有多個可編程軸，能夠實現自動控制、再編程、多功能用途的操作機，可廣泛應用於搬運、裝卸、焊接、噴塗等現代製造業。製造業的細分行業眾多，所用到的自動化設備種類繁多，工業機器人只是其中一類，除此以外還包括大量的專機設備等。相比專機設備，工業機器人具備較好的柔性、通用性等特徵，尤其適用於空間移動工序較多的製造行業，目前規模化應用的主要是汽車、3C電子、家電等製造行業的裝配組裝、焊接噴塗、搬運裝卸等局部環節。
1.2、工業機器人屬於製造業的構成部分，研究工業機器人需要關注製造業的發展規律。
從整個製造業系統來看，工業機器人僅是其構成的一部分，且具備顯著的區域性、階段性特徵。製造業是個泛稱的概念，不同國家和地區、不同發展時期的製造業內涵也不同:當前階段對於美國，製造業更多是指汽車、飛機、醫藥、軟體、計算機與電子、軍工航天等行業；對於日本，製造業更多是指汽車、化工醫藥、高端材料、精密機械、電子產品等行業；對於韓國，製造業更多是指智能電子產品、集成電路、液晶屏幕、存儲器、半導體、汽車、造船等行業；對於台灣，製造業更多是指集成電路、液晶屏、電子產品、機電產品等行業。對於當前階段的中國，製造業更多是指汽車、家電、3C電子、造船、機械等；向前10-20年的發展階段，中國的製造業更多是指機械、家電、冶金、建材、鋼鐵、煤炭、紡織服裝等。由於規模化應用工業機器人的製造行業相對固定，因此研究工業機器人行業需要特別關注製造業在不同國家地區、不同發展階段的特徵，尤其需要關注中國製造業的發展趨勢。
從全球的角度來看，傳統的製造升級更多的是指產業轉移的過程，是比較優勢理論的具體實現過程，即引進高附加值、高技術含量的高端製造業，同時將低技術含量、高能耗污染的低附加值製造業轉移出去。目前階段的國內製造業以汽車、家電、3C電子、機械、造船等製造業為主，製造升級即向上突破晶元、集成電路、半導體、液晶屏、存儲器、生物醫藥、材料化工、精密機械、航空航天等高端製造業，這是中國製造升級的主題之一。這類高端製造業更多的處於製造產業鏈的上游，其構成以高附加值的專機設備和生產工藝為主，市場空間巨大，對比其中的工業機器人市場規模相對小、機會不多。
經濟的持續成長、城市化的推進，尤其是國內互聯網及移動互聯網的發展深度激活了終端消費商業生態，消費者對於商品的功能、品質、差異化、多樣化和個性化的要求越來越高，這對中間的商品製造環節提出了較高的要求，小批量、多批次的定製化生產趨勢已日趨明顯。因此以定製化生產為目標的智能製造是中國製造升級的另一主題，這種製造端與消費端的協同聯動將會創造更大的商業價值，並且極大拓展了製造業的概念邊界。商品的定製化製造要求生產線首先實現自動化、柔性化和智能化，能夠做到針對需求快速調整生產工藝工序，工業機器人的柔性、通用性等優勢特徵明顯。因此當前階段研究國內的工業機器人行業需要重點關注汽車、家電、3C電子等消費商品的製造業。
1.3、工業機器人在未來中國製造業中承擔的角色及短期的切入環節
長期來看，定製化的智能製造實現還相對較遠；短期來看，製造業的自動化才是切入點，但需明確自動化不是最終目的，自動化是為未來實現定製化打下基礎。對於製造企業來說，成本壓力是其自動化普及的充分條件，但是僅由成本驅動的自動化所承載的價值空間受限: 1、歐美日韓等國家的發展歷程表明，全球比較優勢理論下總有部分地區的生產成本要低於本國的人力成本和自動化成本，對於以成本優先的普通消費商品製造來說，自動化是無法全面阻擋產業轉移趨勢的，緊貼消費市場需求的定製化製造才有可能；2、本土區域內低端的傳統製造業附加值較低，自動化升級僅是人工替代或局部效率的提升，可挖掘的價值空間受限。
以智能手機為例，傳統功能機時代手機更新換代慢、功能差異小、結構功能相對簡單，製造產業依比較理論優勢轉移，自動化的需求相對弱；目前國內的智能手機更新換代周期已縮短至1-1.5年，市場的功能需求頻繁多變，少批量、多批次的定製化趨勢一方面要求製造端貼近消費市場；另一方面要求製造端實現自動化、柔性化和智能化。因此當前階段需要以智能製造的角度來看待工業機器人在製造業自動化中的普及。
備註：動圖來源於網路，家電領域的工業機器人。
二
工業機器人
誰在用？用來做什麼？怎麼用？
2.1、 工業機器人在製造業中的普及應用需符合經濟學規律
工業機器人的發展起於1970年代，至今已有近50年的歷史，隨著計算機控制、電子、材料等技術的迭代進步，工業機器人的性能已達到較高的水平。但從應用來看，全球範圍內工業機器人並未全面滲透所有行業所有環節，即使發達國家也是如此。
美國目前約有23.3萬台工業機器人正在使用，其中超過一半集中在中西部、南部的10個州。在這些州當中，密西根州、俄亥俄州和印地安納州是應用工業型機器人最多的地區，其中密西根州有約 2.8 萬台，佔了近全美總數的 12%；相較之下，美國西部所有州的加總也只有13%。若從城市來看，汽車製造中心的底特律是所有大城市應用最多的地區，共有約 1.5 萬台機器人在此工作，幾乎是其他城市地區的 3 倍以上。這充分反映了工業機器人在全美國的分布情況就像過去許多經濟趨勢一樣，自動化並不會以完全相同的方式襲擊所有地區，而是會在全球價值鏈的運作下，依照經濟學規律在不同行業、環節和區域內發展。
成本永遠是製造企業自動化升級的充分條件，這裡成本更多的是綜合成本，既包括人工成本、原料成本、管理成本、品控成本等，也包括產線效率成本、安全成本等。1、從市場角度看，大規模的自動化滲透往往首先集中在產品附加值高、市場集中度高、產線規模化標準化程度高的行業；2、從技術角度看，工業機器人作為自動化設備的一種，其更側重於空間移動較多的工序，如裝配組裝、焊接噴塗、搬運裝卸等環節。
根據 IFR （國際機器人聯合會）的數據， 2015年全球工業機器人銷量 24.76 萬台，同比增長8%；其中中國工業機器人銷量6.6萬台，佔比約27%。國內製造業的自動化處於快速成長階段，因此工業機器人市場規模維持年均20%以上的高速增長率，遠高於歐美等國家。全球 75 %的工業機器人被銷往五個國家 ：中、韓、日、美、德，中國是全球最大的工業機器人市場。汽車行業是工業機器人應用最早、應用數量最多、應用能力最強的行業。全世界有超過50%的工業機器人應用在汽車行業；其次應用於電子製造業，佔比達到30%；其他如金屬加工、橡膠塑料、食品醫藥等製造業等，但這類更多作為輔助環節，並未形成規模需求。
備註：數據來源於公開資料
備註：數據來源於公開資料
2.2、 製造行業需要的不是工業機器人，而是基於機器人的自動化集成產線
工業機器人最早應用於汽車製造行業，以整車製造過程中的焊接、噴塗、組裝環節為主，以六軸串聯重載工業機械臂為主；電子製造業中裝配檢測、包裝分揀等環節應用較多，包括輕載串聯機械臂、直角坐標機器人、圓柱坐標機器人、並聯機器人等；金屬加工、食品醫藥等工業機器人一般多用於物料搬運等輔助環節。對於汽車、電子等規模化應用的製造行業，工業機器人不是直接需求，基於工業機器人實現的自動化生產線解決方案才是。工業機器人的應用需要供應商在充分理解垂直製造行業工序工藝的基礎上，進行自動化生產線的集成。這類似於食材與做菜的關係，好食材以外，具備工藝集成能力的「廚師」才是重點。
三
國內工業機器人產業
先有蛋還是先有雞？
3.1、 本土工業機器人產業處於被國外廠商全面壟斷的格局
全球範圍內的工業機器人以六軸串聯機械臂為主，其次包括四軸串聯機械臂、圓柱坐標機器人(SCARA)、直角坐標機器人、並聯機器人等。不同工業器人在性能(負載能力、精度、速度、壽命、穩定性等)、技術難度、成本等方面各不相同，適用的行業和場景也各不相同。從產業鏈的角度看，工業機器人分為核心零部件、本體設備和集成應用三大環節，其中核心零部件包括電機、驅動器、控制器、減速器等。
國內的工業機器人從上游市場到下游市場均處於國外廠商壟斷的局面：1、本體設備和應用層面，發那科、庫卡、ABB、安川四大巨頭佔據國內50%以上的份額，外資品牌總計佔據近70%。國產的本體設備在負載能力、精度、壽命、穩定性等方面存在顯著差距，應用層面自然也差距更大；2、核心零部件層面，國產機器人所用減速器進口比例75%、伺服電機進口比例80%、控制器進口比例80%。本土的工業機器人廠商多數不具備核心技術環節，更多的是設備集成的角色，產品應用場合低端、分散，利潤率水平較低。
備註：數據來源於公開資料
備註：數據來源於公開資料
3.2、 國內工業機器人產業突破從應用層開始，需經歷「借蛋生雞、養雞生蛋」的過程
當前部分主流觀點認為：國內工業機器人產業的上游核心環節技術不足，導致本體設備性能差、成本高，進而導致國內工業機器人市場應用的競爭力不足，因此國內工業機器人產業的發展首先需要突破上游的核心技術環節。從技術產業鏈的角度來看，這種觀點某種程度上是對的，但其更多的是產業發展至今而形成的現象，而非本質原因。國內工業機器人產業先突破核心環節還是先做集成應用是一個先有蛋還是先有雞的問題。從全球工業機器人的發展歷程和其他行業的發展經驗來看，我們認為國內工業機器人產業的突破應該是逆向的，即先從應用集成開始。
沒有本土化的應用產業生態支撐，工業機器人的發展無從談起。汽車行業是工業機器人應用最早、應用數量最多、應用能力最強的行業，全球工業機器人產業的發展與汽車製造行業密不可分。國內汽車製造現代工業的建立始於改革開放，採取了以技術換市場的合資模式，直至現在合資車企及合資車型仍舊是國內汽車製造業和汽車消費市場的絕對主體。國內的合資汽車製造企業自動化率已高達90%，汽車製造體系由國外整體導入，因此對應的製造標準、工藝工序、裝備產線等也來自國外。以四大巨頭為首的外資工業機器人品牌已經形成了從核心零部件到本體設備再到集成系統的成熟產線方案，建立了較高的技術壁壘並且在規模化成本上具備明顯優勢，本土廠商突破困難。嚴格意義上來說，過去的數十年間國內的汽車製造業僅僅做到了產能的本土化，而非產業的本土化，這對國內包括工業機器人行業在內的眾多汽車製造配套行業極為不利，本土工業機器人未來要在汽車行業突破需要著重關注本土的自主車型、新能源汽車、零部件製造等方向。
應用集成是工業機器人產業中利潤率最高、市場空間最大的環節，核心零部件的利潤率高但細分專業技術壁壘高、市場規模受限。從工業機器人核心構成的毛利率來看：減速器最高達到 40%、伺服系統35%、控制器25%、本體設備15%；從市場規模看：工業機器人的應用市場規模中本體設備僅佔30%-40%左右；在本體設備中核心零部件佔比在70%，其中減速器最大達到35%、伺服電機25%、控制器15%。2016年全球工業機器人應用的市場規模1000億元左右，其中機器人設備的規模在400億元左右；對應中國工業機器人應用的市場規模在340億元左右，其中機器人設備的規模在150億左右。本土機器人品牌滲透率30%左右，根據市場數據測算2016年國內的減速器市場規模16億、伺服電機市場規模11.4億、控制器市場規模6.8億。總結來說，只有應用產業生態實現本土化才能培育上游配套零部件及設備環節，在產業發展早期做系統集成必然無法避免外購本體設備及核心零部件。
備註：數據來源於公開資料
備註：數據來源於公開資料
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3.3、重點關注家電、電子等本土化的產業應用需求，產業鏈的投資邏輯需謹慎
全球汽車製造業發展較早，且國內汽車製造業發展初期差距較大，因此形成了外資佔據主導地位的產業格局；相比之下3C電子製造國內外的發展差距不大，且相關產業已全面實現了本土化。全球3C電子製造產能的70%集中在國內，這為配套的工業機器人產業提供了龐大的應用生態和市場空間。
與汽車製造的工業機器人自動化產線不同，3C電子製造的自動化產線中工業機器人僅是其中的一小部分，還需要整合集成大量的功能模組、專機設備等，這對工業機器人的集成應用提出了更高的要求。不同於互聯網產業的發展歷程，本土區域內的工業機器人產業乃至整個製造業的發展過程中，各產業鏈環節不是共振的，產業發展逐步由應用端向上游環節傳遞，且這種傳遞是存在滯後周期的，這與互聯網生態下的產業鏈投資邏輯存在較大差別。
作者簡介
陳曦，凱泰資本投資經理，主要關注高端製造等技術產業領域。陳曦先生畢業於上海交通大學機器人研究所，工學碩士。
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