产业链分析:挖掘机器人产业投资(VC/PE)

主要结论
  • 执行力强、体系健全的国家产业政策(顶层设计)对机器人产业发展起先导作用,本国发达的民族制造业起强力拉动作用;




  • 中国是世界人口大国,当前及今后很长时期劳动力仍富足,随着城镇化(尤其市民化)进程加快,“促就业,惠民生”仍是我国宏观调控主要目标,难以规模“机器换人”;




  • 我国经济结构调整以“激活力、促内消”为主,同时 “世界大工厂”格局难以短时打破,而战略性新兴产业仍处于培育期,导致承载机器人规模应用的有效市场有限;




  • 机器人研发是一项涉及基础理论、工程材料、加工工艺、应用技术等的系统工程,局限于诸多环节的巨大差距和应用性人才的紧缺,我国突破及掌握机器人关键技术将面临长期艰难挑战;




  • 基于我国实际,虽不能遍地开花、但能点线击破,机器人有望在细分行业或环节,以及多行业融合领域取得突破。



投资策略
  • 上游:重点挖掘有高校、科研院所背景支撑的传感器、精密轴承、驱动器、伺服电机、控制元件、微电子等细分领域,以及识别技术、环境感知、触控感知、人机交互等集成化、模块化系统开发领域的高精专科技型企业;




  • 中游:重点挖掘有比较优势的关键元件和零部件配套及解决方案提供商,以及有本体外资独家代理及解决方案提供,并开始国产化的成长型企业;




  • 下游:重点关注与节能环保、电子信息、高端装备制造、新材料、新能源等知识、技术密集型且发展较好的战略性新兴产业融合和专注有害环节作业的工业机器人;与公共安全、物流、医疗等领域融合的专用机器人;与智慧关联、科技教育、科技娱乐、养老服务等刚性消费领域融合的个人/家庭服务机器人。



前言

2013年,全球工业机器人总装机量达17.9 万台,同比增长12%;其中,中国市场规模最大且增速最快,共销售3.7万台,同比增长60%,跃居世界最大机器人销售市场;2014年上半年中国工业机器人进口数量高达3.5万台,同比增长92%,进口金额达4.57亿美元,同比增长57%。


据IFR报告,预计从2013年到2016年,全球工业机器人市场将以年均6%的速度增长,中国年均增长率将达15%。又据业内测算,2014年以后,中国工业机器人年销量约为3.5万套,市场规模达到100亿元,考虑到机器人为给制造业做配套,起到辅助和提升产能的作用,其带动产业集群的规模将达到800到1000亿元。


对于服务机器人,据预计,2012-2017年全球服务机器人市场规模复合增速将达到17.4%,到2017年达到461.8亿美元。另外,随着我国互联网及物联网的快速发展和人们生活水平的不断提高(特别是一线城市居民),中国作为后来者,增速将更快,巨大的机器人市场潜力激发了一级及二级市场投资狂热。


本文旨在对机器人产业通过宏观背景和产业链分析,特别是着重对比国内外技术现状,以研判机器人产业发展态势,深层挖掘各环节投资机会。


一、宏观层面

本部分内容包含机器人产业国内外发展现状和市场驱动因素分析,以便认知机器人产业发展的宏观背景逻辑。


(一)产业现状

  • 国外

【美国】基础扎实。美国主导高端机器人。美国基础研究实力突出,研究方向集中在机构学、控制理论、计算机科学、人工智能(尤其视觉识别方向),为发展机器人奠定了坚实基础(符合Google物联网终端投资布局);工业机器人主要应用于汽车等制造业领域;服务机器人大量应用于国防、医疗、服务和空间探索等领域。

【德国】精密制造。德国拥有全球四大机器人巨头库卡(KUKA),是机器人的主要生产国,本国工业大量应用机器人。除汽车等工业领域外,机器人已大范围应用于非汽车行业,具体包括焊接、转配、机械加工等环节。另外,德国“产-学-研”体系最为均衡,且发展初期国家政策强制规定有毒、有害的岗位必须使用机器人,有力推动了机器人产业快速发展。目前带有视觉系统的机器人已成为热点研究方向。

【日本】应用领先。与汽车产业发展模式相似,通过短暂引进后快速国产化和自主创新。目前,日本拥有全球四大机器人中的发那科(数控系统和工业机器人突出)和安川(伺服电机及驱动系统突出)。当前服务机器人得到快速发展,特别是个人/家庭服务机器人。

【韩国】政府主导。到上世纪90年代末,韩国仅用了10 年时间就建立了完善的工业机器人体系;2003年开始,韩国又把服务机器人列为未来国家发展的重点产业,现在已经主导全球服务机器人标准。在政府强力资助和引导下,韩国机器人渗透率位列全球第一,汽车和电子领域应用最广泛



  • 国内

国内机器人产业总体严重落后于国外,关键技术和核心零部件高度依赖进口,研发人员奇缺,低端机器人出现产能重复建设。从2012年开始我国才逐步出台相关产业政策。2014年被业界认为是机器人元年,产销大幅上升至世界第一,但比日本滞后近30年。


从企业实力看,目前,国内机器人企业总量已超过350家(80%以上是新涉入企业),代表有沈阳新松、安徽埃夫特、广州数控,但本土企业90%以上做系统集成,伺服电机、控制器、减速器等核心部件依赖进口,仅减速器就约占一台机器人成本的35%。而具有基础研发能力的也大都为少数高校、科研院所(如中科院、北京航天大学等等),“产-学-研”脱钩,成果转化及产业化程度低。


从市场占比看,中国虽为全球最大机器人市场,但约90%市场份额被外资企业占据,仅发那科、安川、库卡、ABB等四家全球最大公司合计占比就高达65%。且外资机器人以6轴及以上、多关节型高端机器人为主,垄断了焊接、装配、洁净、加工等中高端应用领域,进而控制了汽车、电子、金属制造等行业,而国产机器人主要以三轴、四轴为主,主要产品是坐标型机器人。主要用于涂层与胶封、物料搬运等低端环节作业,应用较集中在食品、塑料等行业。


(二)驱动因素

根据韩国、日本、德国、美国等先进国家经验,执行力强、配套体系完善的国家产业政策和规划对机器人产业发展起到先导作用,同时本国夯实的社会经济实力和发达的民族制造业起到强力拉动作用。机器人源于美国,传播于其他国家,均经历了应用于本国发达汽车行业延伸到非汽车行业延伸的过程,可以说机器人能被规模推广应用得益于本国发达的制造业。


下面就我国机器人产业发展的驱动因素进行简要分析:

【政策】近年来,我国相续出台了《工业转型升级“十二五”规划》(2012)、《智能制造科技发展“十二五”专项规划》(2012)、《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》、《关于组织实施2013 年智能制造装备发展专项的通知》(2013)、《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》等系列产业政策,且机器人产业“十三五”重大专项规划也有望出炉。当前全国各地争相上马,已建或拟建机器人相关产业园(基地)已经超30 个,规划面积超2.8 万亩,到2020 年规划投资额超5000 亿元。产业集群规划有益于机器人产业上下游产生协同效应。


风险:中国配套政策出台晚,基础研究、标准体系、资金扶持等政策体系和工业体系尚未建立。当前,产业园遍地开花,零散政策自成一家,且仅有上海、重庆有清晰、具体规划,其他仍在研究探索。顶层设计欠缺,规划产能存潜在过剩危机且上游受制国外,警惕重蹈风电、光伏产业旧辙。


【经济】经济增长“三驾马车”,出口、投资已倒下,消费又无力,“稳增长、调结构”,产业转型升级势在必行。低端劳动密集型制造业转移至东南亚等低成本市场,高端技术密集型制造业回归发达国家(美国“制造业回归”,欧洲“再工业化”,日本“产业复兴”),倒逼我国产业转型升级,加快培养中高端高附加值的新经济增长点。导致信息化、工业化“两化”融合需求空前强烈,机器人特别是工业机器人潜在市场容量诱人。


风险:宏观经济进入经济增长速度换挡期、结构调整阵痛期、前期刺激政策消化期的“三期叠加”阶段,将呈现长期低迷“新常态”。当前乃至今后时期我国经济机构调整将以“激活力、促内消”为主,同时我国制造业基础薄弱且处于低端环节,“世界大工厂”格局难以短时间突破,而高端制造业培养周期长、投资大,目前七大国家战略性新兴产业仍处于培育期,相关产业的规模、带动力和辐射力远不能形成机器人规模应用的有效市场。


【人口】“人口红利”消弱,“刘易斯拐点”显现,劳动力成本大幅上升,“用工荒”问题频现(特别是沿海地区);人口自然增长率下滑(目前低于0.9%),老龄化加剧(65 岁以上老人占人口比重已达到8%),为“机器换人”创造了巨大潜在空间。


风险:我国是世界人口大国,当前及今后很长时间劳动力仍富足,特别是随着城镇化(尤其市民化)进程加快,“促就业,惠民生,保和谐”仍是我国宏观调控主要目标,机器人难以大规模应用。


【技术】目前,我国在减速器(谐波减速器、RV减速器)、控制器、伺服电机等机器人关键部件取得一定进步,部分已实现国产化,涌现了诸如沈阳新松、苏州绿的、汇川技术等一批自主品牌企业。另外,以高校、科研院所为首的中国机器人产业联盟已经成立,随着国家及社会投资加大,有望进一步缩小我国机器人技术差距。


风险:机器人研发具有投入大、周期长、产出低等特性,目前本土企业相关技术大多处于测试阶段,性能不确定性大;同时关键技术的突破是一项系统工程,而受制于我国设计研发、制造工艺等诸多环节的落后,机器人特别是上游零部件及原材料难免高度受制于国外风险,突破和掌握机器人关键技术仍将面临长期艰难挑战。


【人才】虽然我国机器人产业起步晚,投入少,机器人产业从业人员紧缺,但部分高校、科研院所积累了一定基础研究实力及成果。且中国机器人产业联盟成员包括了从事机器人产业研究开发、生产制造、应用服务的企事业单位、大专院校、科研机构、用户单位及其他相关机构自愿组成的非营利性社会团体。至此,正式搭建起了“产、学、研”行业协同工作平台,为机器人产业中长期的发展奠定了基础。

风险:因机器人产业是技术、知识密集型行业,在我国现行重理论轻实践的人才培养模式及体制下,应用性产业人才特别是研发人才缺口短期内难以得到缓解。


表1:中国机器人产业联盟主要代表成员
国内企业
沈阳新松、广州数控、安徽埃夫特、南京埃斯顿、哈尔滨博实、唐山开元、昆山华恒、固高科技、国机集团、上海电气。
外资企业
库卡、史陶比尔、柯马、爱德普、安川、川崎、那智、不二越、欧地希、欧德神思
科研机构
哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学、沈阳自动化所、北京自动化所


二、微观层面

本部分内容包含机器人产业链分析和相应环节投资策略。

机器人分为工业机器人和服务机器人。其中,工业机器人定义为:在工业自动化中使用的,固定式或移动式,具有三轴及三轴以上可重复编程、多用途的自动控制操作机;服务机器人定义为:除从事工业生产以外的半自主或全自主工作的多用途机器人,包括个人/家庭服务机器人和专业服务机器人。服务机器人不仅着眼于感知、决策与执行,高技术完成服务人类的工作,而且具有很强的技术辐射性与带动性,对促进智能制造装备发展、提高应急处理突发事件能力、发展医疗康复设备、增强军事国防实力等都具有重要意义。


从产业链看,机器人产业分为:上游,传感器、减速器、伺服系统和控制系统;中游,本地生产装配制造商;下游,系统集成和应用。


(一)零部件

  • 减速器

精密减速器用于在伺服电机和机器人关节间匹配转速、传递转矩,其技术壁垒在核心零部件中最高,目前,两家日本公司占有全球约70%市场份额。机器人减速器主要分为:RV 减速器,主要应用在负载25KG 以上工业机器人关节处和6-25KG 工业机器人三个大型关节处;谐波减速器,主要应用在负载3KG 以下工业机器人关节处和6-25KG 工业机器人三个小型关节处。

RV减速器由行星齿轮减速机前级和摆线针轮减速机后级组成,具有结构紧凑、传动比大、自锁功能、振动小,噪音低,能耗低等特点。日本纳博占有全球60%的市场份额,全球四大机器人制造商都是它的客服;日本住友占30%,主要面对中低端市场;欧洲斯洛伐克国家的SPINEA公司及其他公司占10%。国内,南通振康、浙江恒丰泰已实现小批量生产,并有少量销售,但质量有待市场验证。

谐波减速器由谐波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件组成,靠谐波发生器使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力。目前,日本Harmonic Drive占全球市场份额80%。国内苏州绿的取得技术突破,已完成测试。

由于RV减速主要运用于大型机器人,应用领域为汽车等大型制造企业,而谐波减速器主要用于小型机器人,使用领域广泛。电子、3C、食品、包装等非汽车行业对小型机器人的需求快速增加和服务机器人加快发展,谐波减速器有望超越RV 减速器成为主流。


  • 伺服系统

伺服系统是指精确地跟随或过程复现的反馈控制系统,由伺服驱动(控制信号传输)和伺服电机(转化电信号为动能,控制机器人关节的位置、速度和力矩)组成,可分为液压伺服系统、气动伺服系统和机电伺服系统。其中,机电伺服系统因能源(电能)利用灵活方便,且电动机可按特定需求设计、选配,系统性能也优异,因此成为机器人应用最为广泛的伺服系统。

目前,全球市场被欧美和日本垄断。其中,欧系机器人伺服系统定位高端,电机及驱动部件负载能力、动态响应好,代表公司有伦茨、LUST、博世、力士乐等;日系机器人伺服系统定位中高端,电机及驱动开放性稍差,部分只具备模拟量和脉冲控制方式,代表公司有安川、松下、三菱、三洋等。

机器人伺服系统要求高精度、高动态响应、高刚性、高负载能力和高可靠性。目前,国内因自适应机械共振抑制技术、自适应低频震动抑制技术、惯量动态前馈技术等技术还未掌握,产品定位低端,只有部分企业初步实现产业化,但工艺、功能、性能均与欧系、日系产品相差甚远。代表公司有汇川技术、华中数控、埃斯顿、广州数控等。


  • 控制系统

机器人控制系统主要是控制运动位置、姿态和轨迹,操作顺序及动作时间,具有编程、软件菜单操作、人机交互界面、在线操作提示等功能。控制系统的核心是控制器,直接决定了机器人性能,因此控制器一般由机器人厂家自主设计研发,所以控制器的市场占比分布基本和机器人一致。目前,国外控制器均是在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发的,各品牌机器人有自主控制系统与之匹配。

目前,国内呈现传统数控设备生产企业开始向开发机器人专用运动控制器,转型进军机器人本体和系统集成公司方向发展,如华中数控、埃斯顿、广州数控;机械设备制造商也开始使用通用运动控制系统,并从事专业机器人运动控制器开发,如固高科技、众为兴、卡诺普。总体而言,国内机器人控制器硬件平台与国外差距微小,但因控制理论等基础弱,软件相差甚远,特别是控制算法和二次开发。

今后,机器人将趋向多关节、多自由度柔性化方向发展,位移精准度要求更高,对控制器提出了更高要求。

投资策略:

  • 重点关注具有高校、科研机构背景支撑的传感器、精密轴承、控制元件、微电子等细分领域企业,以及识别技术、环境感知、触控感知、人机交互等集成化、模块化系统开发的具有自主产权的高精专科技型企业。

(二)系统集成

系统集成包括单项系统集成和综合系统集成。相对而言,机器人系统集成市场规模最大,十倍于其他环节,据业内预测全球市场规模达2360亿元,中国市场达400亿元。目前,全球四大机器人人企业占据了绝对领导地位,在我国也占据了65%的本体市场。我国本土系统集成领域小公司众多,代表有沈阳新松、埃夫特、博实股份等。

面对中国机器人产业链中上游被垄断和下游应用需求旺盛的现况,采用“零部件向单项集成”和“本体向综合集成”发展模式的企业前景看好。

投资策略:

  • 重点关注具有关键元件比较优势的零部件配套及解决方案提供商,以及具有本体外资独家代理及解决方案提供,并开始国产化的企业。

(三)应用领域

从机器人发展趋势看,工业机器人已从汽车行业向电子、食品、塑料等非汽车行业延伸,服务机器人开始从国防及专业作业行业向个人/家庭服务领域延伸。今年以来,我国电子、锂电池、LED、食品、金属加工等行业开始广泛应用机器人。


从市场分布看,工业机器人和服务机器人仍是国外企业占据垄断地位,但服务机器人,因起步较晚、技术涉及面广、应用领域多等特性,各国之间差距相对较小。结合我国自身优势产业,细分行业潜在机会大,有望得到突破。


根据我国情况,工业机器人方面,汽车行业已经被外资垄断。随着高端装备制造业辐射能力和带动能力的增强,有望在高铁、通航、船舶、轨道交通、节能设备及电子信息等辐射行业细分产业链上寻求突破,特别是高危、有害等作业环节;服务机器人方面,综合考虑“十二五”服务机器人规划、现代物流等重大专项规划,以及国家公共安全领域的迫切需要(我国是自然灾害多发国),专业服务机器人有望率先得到发展,如公共安全机器人、物流机器人、医疗康复机器人、仿生机器人等。而个人/家庭服务机器人,考虑到我国贫富差距较大,中低层人群占绝对主体,大众生活水平及质量仍不高,仅处于小康阶段,远未及发达国家富裕程度,个人/家庭服务机器人难以广泛应用,将长时间处于培养期。但随着互联网特别是移动互联网、云计算、大数据和物联网的快速发展,个人/家庭服务机器人有望在多产业交叉融合点获得生机,如智能家居、智慧社区、数字校园、智慧城市、素质教育、文化娱乐、信息服务、医疗健康等领域。


投资策略:

  • 工业机器人重点关注和节能环保、电子信息、高端装备制造、新材料、新能源等知识、技术、资本密集型且发展较好的战略性新兴产业融合领域,以及有害、污染环节;
  • 服务机器人重点关注与公共安全、物流专用融合领域,以及智慧关联、科技教育、科技娱乐、养老服务等刚需消费领域。

  • (锐意青年投资家俱乐部)
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