不知道大家有没有参观过一些汽车整车厂，或者在网上看他们小轿车生产流程的视频？是否有过这样的感觉，除了对工业制造的力量表示震撼外，其中最值得我们感兴趣的东西便是那些正在作业的工业机器人了。
没有人类直接参与下，里面的机器手臂在工作的时候井然有序，令人赏心悦目。它们在抓取工件时，如同放大的人类手臂那样，无论动作、速度还是定位方面，都显得极具平稳性、灵活性，并带着精确度。
那么，工业机器人到底是一种怎样的设备呢？或者说它的存在对工业制造的意义在哪？下面这篇4000字长文将帮助大家对这个行业形成一个小小的认知。
01
工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。
主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。
关于工业机器人最早的设想来自于1920年捷克作家卡雷尔.查培克笔下的《罗萨姆的万能机器人》。剧中描绘的便是一个具有人的外表，特征和功能的机器，是一种人造的劳力。
自此，对于这个奇妙而科幻的玩意，更多人开始有了关心与关注。直到1959年，Unimation终于在美国研制出了第一台工业机器人，开创了机器人发展的新纪元，并快速在全球范围流行和发展。
相较于人力，工业机器人具有可编程、精密化等多方面优势。因此在工业生产中，工业机器人能代替人类做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，比如冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工以及简单装配等。
02
工业机器人的产业链可分为上游零部件制造，中游机器人本体制造，下游系统集成和应用。
上游零部件的性能决定工业机器人的整体性能，尤其核心零部件具有技术含量高、利润高的特点，其成本大约占到工业机器人总成本的约70%左右。因此，核心零部件供应商具有很强的议价能力。
三大核心零部件分别是减速器、伺服系统和控制器。
减速器：
工业机器人主要使用两类减速器，RV减速器和谐波减速器，消费比重大致为7:3。它们的作用是负责将转速降低到工业机器人各关节所需的速度，同时输出最大扭矩。RV减速器适用于重载工业机器人（20kg以上），而谐波减速器一般放置在小臂负载较轻的轻型工业机器人（20kg以下）当中。因此，相比于谐波减速器，RV减速器具有抗疲劳和刚度强的特点。
目前，工业机器人用到的减速器基本由哈默纳科和纳博特斯克两大日系企业垄断，市占率合计约70%。因此，我国工业机器人使用到的减速器大多数需要从他们手中进口过来。
伺服系统：
伺服系统是工业机器人的动力来源。目前，我国工业机器人用到的伺服系统也是由外资品牌垄断。从伺服系统市场占比来看，日系企业约占50%，欧美约占30%，我国大陆及台湾约占10%。从事生产和研发工业机器人伺服系统的主要是汇川、台达、埃斯顿等。
控制器：
控制器是伺服产品的上位机，是指令的发起者，包括硬件和核心算法。关于硬件，PLC是中小型伺服系统最为经济的驱动器，目前我国头部PLC厂商生产出来的产品性能基本上接近国际水平，实现对外资品牌的替代。核心算法主要有机器人本体制造商自主设计研发的，各大品牌机器人供应商，如ABB、库卡、新松、新时达等，均采用自己的独有编程语言和开发环境。
总体而言，我国工业机器人上游核心零部件基本上由外资品牌占据，虽然国内有3000多家工业机器人生产的相关企业，但是他们基本上都是从事相对低端零部件的生产、代工。
工业机器人中游是本体制造商，通过利用核心算法，并对机器人的支柱、手臂、底座与减速器等零部件进行组装成品和销售。由于工业机器人具有较强的软硬件结合能力，因此可以很有效地整合上游和下游资源，尤其对下游拥有较强的议价能力。
工业机器人商业模式大致有两种：直接销售给集成商和直接销售给终端客户。
工业机器人的下游主要是系统集成和各行业应用。系统集成商需要为终端客户设计解决方案。根据客户需求把不同功能汇聚到工业机器人上，之后再应用到不同领域。从下游应用领域来看，汽车和3C电子是最重要的两个应用领域，占比分别为34.7%和25.1%。其次是金属制品、塑料及化学制品、食品饮料，依次为12%、8.3%、2.6%。
目前工业机器人下游应用行业逐渐由汽车向一般工业如金属加工、食品医疗、日化、光伏、通讯等行业进行渗透，细分行业带来新的增量市场。
03
进入21世纪，全球工业机器人行业尤其自2012-2018年这一时间段发展最为迅速。根据国际机器人联合会统计，2018年全球工业机器人销量创出新高，达到42.4万台，其中2012-2018年的CAGR达到17.62%。
人口结构变化和劳动成本的激增是推动工业机器人需求快速增长重要原因之一。这也是社会文明不断演进下追求效率和效益共同决定的。
只要经济高速增长，就必定会需要更多的劳动力数量支持。但是，如果人口数量跟不上经济的步伐，或者说人口结构变化出现了失调，青壮年人口过少造成无法满足日益增长的用劳需求。那么，工业机器人作为劳动力的替代品便应运而生。与此同时，用劳成本激增作为劳动力供需矛盾的结果还会持续推动企业进行自动化改造，最终工业机器人数量表现持续增长。
要论证的话，我们可以从德国和日本这两个国家工业机器人的发展窥探一二。
德国之所以被称为全球工业制造强国，其自动化程度与工业机器人使用息息相关，这一切的根源也是人口结构变化加速带来高用劳成本的冲突所致。
早在上世纪80年代，德国就开始了“机器换人”的过程。1985-2000年，德国工业机器人保有量增长迅速，从8800套增长至91184套，CAGR达16.87%。2000年以后，人口结构变化加速，叠加用劳成本的增加，德国工业机器人持续平稳增长，2015年保有量增至18.3万套，CAGR为4.75%。
日本是当前仅次于中国拥有工业机器人数量最多的国家。对于日本工业机器人的发展，则要追溯至二战后的日本。
二战后，日本一贫如洗，不过在美国的扶植下还是实现了经济高速增长。整个过程，工业生产的快速发展，日本对劳动力的需求不断扩大。
1960-1980年，日本的GDP从443亿美元上升至11054亿美元，CAGR高达17.45%。
经济繁荣，生活富裕，人口结构迅速向发达国家演进。随着50年代后期至60年代那一波婴儿潮逐渐褪去，日本65岁以上老年人口数量的比例在1970年更是已经超过7%。供不应求的劳动力使制造业用劳成本随之提高，工业机器人作为劳动力替代品便因此脱颖而出。
70年代，日本经济蒸蒸日盛，人们一齐向好由此还推动了股市和房地产泡沫。80年代，“广场协议”刺破了这一幻想，市场向均衡回归。从经济衰退后成长起来的日本年轻人目睹了父母一辈从暴富到打回原形的全过程，又接受了未来不会变得更好的预期，整个国家陷入低欲望社会。
自此，低欲望社会下，日本人口结构严重失调，大量劳务需求与短缺劳动人数形成的冲突导致劳动力成本快速上升，迫使企业越发加大工业机器人的使用比例，作为降低生产成本的解决方案，最终成为当时世界上使用工业机器人最多的国家。有数据统计，2005年之前，日本工业机器人保有量大约40万台，占了世界工业机器人保有量的40%。
04
再看我国。
我国工业机器人起步比较晚，在改革开放下，经济腾飞，工业生产需求旺盛才出现的。当时受全球高新技术浪潮的冲击，国家开始重视工业机器人技术的研究。20世纪90年代，我国先后研制出了一批装配、喷漆、切割、包装、码垛等工业机器人。
然而，其实早期国内的工业机器人市场增长并不迅速。由于之前开放生育所带来人口膨胀所带来的，因此我国拥有比其他国家人口甚至机器人更具优势的劳动力成本，反而对工业机器人的需求没有那么明显。同时，这也是为什么欧美等发达国家仍要陆陆续续将大量产业转移到我国的原因。
直到进入2000年经济迎来高速增长，与此同时计划生育使得我国也开始面临着人口老龄化及用劳成本高企的问题，工业机器人的优势才真正得到体现并快速发展。
2001年，我国工业机器人保有量为1630套，到2018年，工业机器人保有量已提高到了64.9万套，CAGR高达47.01%。
05
目前，我国早已经成为全球最大的工业机器人消费市场。但是与发达国家的差距还是显而易见的。
首先，我国的工业机器人密度仍远低于主要发达国家。据IFR数据统计，2018年中国工业机器人密度仅有140，而美国为217，日本为327，韩国更是高达774。
其次，我国工业机器人在设计理论和应用开发方面是不足的，绝大多数仅停留在仿制层面这些低端领域，而中高端领域则由外资品牌垄断。数据显示，我国机器人企业主要是一些技术壁垒低、市场竞争激烈、低附加值的机器人系统集成商。他们的数量占到了机器人企业数量的90%以上。
因此，虽然你看到了我国是全球第一大工业机器人消费市场，但是市场供应几乎主要由外资企业完成。目前工业机器人最具代表性的厂商便是来自国际机器人四大巨头——发那科、ABB、安川、库卡。四大巨头基本上占据了全球工业机器人约60%的市场份额。
近年来四大巨头纷纷抢滩中国工业机器人市场使得本土机器人厂商面临非常大的竞争压力。本土机器人厂商，如埃斯顿、拓斯达等，不得不依靠产品和服务的性价比优势去争夺更多的市场份额。例如，以6轴机器人为例，四大巨头的机器人售价在15万至20万/台，但国内机器的售价一般在10万元左右，有30%-50%的价差。此外，国内机器人企业还向购买该机器人的企业提供更快速和便捷的服务。
06
受2019年宏观经济不景气影响，汽车、电子两个主要行业表现低迷。2019年，全球工业机器人装机量37.3万台，同比下降11.6%，其中中国销量14万台，同比-8.8%，展现出强韧性。
通过复盘IFR公布的2001年至2018年的工业机器人销量历史数据，全球工业机器人和中国工业机器人的销量增速有着较为相似的变化趋势，表现出3年左右的周期性。从增速低谷到下一个周期低谷的时间段分别为：2002-2006年，2006-2009年，2009-2012年，2012-2015年。如果周期性继续延续，现在机器人销量增速应该处于另一个周期性低谷，销量增速将迎来拐点，机器人行业复苏。
也正如规律所言，国内工业机器人产量从2018年9月开始，受到宏观经济下行的影响，在经历了连续13个月的下滑，自2019年10月转正，随后增速逐月增加。尤其自2020年3月份以来，工业机器人的月产量同比增速更是均保持在两位数以上，直至9月我国工业机器人产量2.31万套，同比大增51.4%。
除了工业机器人行业高景气度外，还有人口结构的变化推动人力成本的上升，机器人密度低于主要发达国家，中国2025制造以及国内机器人性价比突出带来进口替代，也是我国工业机器人市场接下来成长的逻辑。未来这几年，国产工业机器人市场空间发展潜力非常巨大。有相关测算表示，2020-2022年，国内工业机器人将达到千亿市场规模。
目前，国内工业机器人仍处于加强研发和提升市占率的阶段，不过它们在进口替代的大背景下弹性只会显得更大。
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