自动化行业研究

自动化行业研究周瑞骞2014年4月14日1.投资方向&研究思路2.机器人3.3D打印4.供电/配电自动化目录昊君重点投资领域新一代信息技术物联网/大数据/云计算先进制造精密制造/机器人/3D打印新能源新能源；页岩气；储能；节能；电动车；能源互联网寻求“中国制造业产业升级”当中的投资机会！增量升级——制造业向高科技的转型。投资标的为高附加值、高成长性的新型高科技制造企业。具体指以整合计算机软件、电子信息、光学、新材料、节能环保等高新技术，以及先进的管理理念，从而实现智能化、自动化、信息化、柔性化、生态化生产，并最终取得良好经济效益的新型科技型企业。主要涉及物联网、自动化、新能源环保等细分领域。先进制造：代表中国工业产业升级的方向，是最需要、也是有基础的发展领域，是未来科技产业化的基础。新一代信息技术：为人类生活、生产方式带来巨大改变的产业。互联网思维。新能源：新时代的主旋律，社会与经济发展的大前提。存量升级——制造业的整合与并购。中国目前有很多产业“传统，但非夕阳”，市场规模大，在世界上具有一定的竞争力，但具体企业面临产能过剩、过度分散、没有规模效应、技术创新能力不足等困难。对这些产业进行一定的整合将极大改善企业的盈利能力，从而通过管理提升、提高持续研发与环境保护的投入，促进企业乃至整个行业的升级转型。智慧地球智慧城市传统制造业的整合与并购精密制造/机器人产业全球产业现状：美国掌握最先进技术；欧日美掌握整机及关键零部件的高端制造（伺服电机、伺服驱动器、高精度减速机、高精度传感器……）；市场增长潜力巨大。国内产业发展情况：中国正进入机器人需求爆发期；技术模仿与追赶，产业化有所突破，产业链逐步完备；贴近客户，服务优势，价格优势；整机公司实力不强，批量小，集中在特种设备的应用开发，品牌认可度不足；基础工业“欠账多”，关键部件依赖进口。标的的考察：综合能力“研发与技术+市场销售+内部管理+团队”，关注短板。前端研发•原理创新与设计•人工智能技术•运动控制技术•语言算法•结构设计关键部件•伺服系统•RV减速机•精密工件•高精度/运动/传感器•核心芯片•运动控制系统整机集成•软硬件集成•应用开发•组装整机组件生产•功能组件•工装夹具•电源系统•应用软件应用服务•制定系统解决方案•整机与工作台整机测试、优化、改装精密制造、机器人产业链示意图精密制造/机器人产业工信部2013年12月30日发布《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》机器人产业发展目标是：到2020年，形成较为完善的工业机器人产业体系。工业机器人行业和企业的技术创新能力和国际竞争能力明显增强，高端产品市场占有率提高到45%以上，机器人密度（每万名员工使用机器人台数）达到100以上，基本满足国防建设、国民经济和社会发展需要培育3-5家具有国际竞争力的龙头企业培育8-10个配套产业集群选择汽车、船舶、电子、民爆、国防军工等重点领域，根据用户需求，开展工业机器人系统集成、设计、制造、试验检测等核心技术研究，攻克伺服电机、精密减速器、伺服驱动器、末端执行器、传感器等关键零部件技术并形成生产力是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。自动化（Automation）1.投资方向&研究思路2.机器人3.3D打印4.供电/配电自动化目录工业机器人（按运动类型分类）常见工业机器人的应用领域常见工业机器人的应用领域(续)专业(服务)机器人机器人行业国内外主要厂商机器人的组成及构造机器人本体机座、臂减速机伺服电机驱动系统动力装置传动系统控制系统(传感器)机器人核心零部件及主要供应商机器人成本结构机器人本体,35%减速器,30%伺服系统,25%控制系统,10%机器人成本结构机器人本体减速器伺服系统控制系统核心零部件——减速器核心零部件——减速器(续)减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速。机器人驱动系统要求传动系统间隙小、刚度大、输出扭矩高以及减速比大，常用的减速机构有：1）RV减速机构；2）谐波减速机械；3）摆线针轮减速机构；4）行星齿轮减速机械；5）无侧隙减速机构；6）蜗轮减速机构；7）滚珠丝杠机构；8）金属带／齿形减速机构；9）球减速机构。核心零部件——减速器(续)RV减速机由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成，RV减速器具有结构紧凑，传动比大，以及在一定条件下具有自锁功能的传动机械，是最常用的减速机之一而且振动小，噪音低，能耗低。并且：(l)传动比范围大；(2)扭转刚度大，在额定转矩下，弹性回差小；(3)高精度和小间隙回差；(4)传动效率高；(5)传递同样转矩与功率时的体积小核心零部件——减速器(续)核心零部件——减速器(续)安川电机ES165Kg成本组成某国产工业机器人成本组成核心零部件——伺服电机核心零部件——伺服电机(续)•伺服系统（servomechanism）又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输入的位移（或转角），其结构组成和其他形式的反馈控制系统没有原则上的区别。•伺服电机（servomotor）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。核心零部件——伺服电机(续)伺服系统最初应用于船舶驾驶和火炮控制，后来逐渐推广到很多领域，如天线位置控制、制导和导航、数控机床和机器人等。采用伺服系统主要是为了达到下面几个目的：(1)以小功率指令信号去控制大功率负载。火炮控制和船舵控制就是典型的例子。(2)在没有机械连接的情况下，由输入轴控制位于远处的输出轴，实现远距离同步传动，例如轧钢机和长距离多段传送带的运动控制系统。(3)使输出机械位移精确地执行某控制器发出的运动指令，这些指令可以是预先编制的，也可能是随机产生的，如数控机床和行走机器人。核心零部件——控制器核心零部件——控制器(续)•控制器（英文名称：controller）是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。•机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置，它是机器人的“大脑”核心零部件——控制器(续)控制器主要功能•多任务功能一台机器人可进行多个任务的操作；•网络功能具有丰富的网络通信功能：RS-232、RS-485、以太网通信功能，机器人动作与通信并行处理，无通信时间的浪费，生产效率更加提高；•操作历史记录功能可记录机器人的工作情况，以便于机器人的管理和维护；•海量存储大容量存储器可存储更多的程序和更多的历史使用信息；•用户接口丰富具有鼠标、键盘、显示器和USB接口，控制器可作为一台电脑使用，方便用户操作；工业机器人控制器操作方式•（1）使用手编器操作机器人；•（2）直接在机器人控制器上外接鼠标、键盘、显示器，通过鼠标和键盘来控制机器人；机器人整机供应商机器人技术发展方向机器人技术发展方向市场规模2011年全球新安装工业机器人应用领域分布2011年中国安装工业机器人应用行业分布未来全球市场规模(1)预计到2017年全球工业机器人销售量将达25万台/年从2008年第四季度起，全球金融风暴导致工业机器人的销量急剧下滑。2010年全球工业机器人市场逐渐由2009年的谷底恢复。2011年是全球工业机器人市场自1961年以来的行业顶峰，全年销售达16.6万台。2012年全球工业机器人销量为15.9万台，略有回落，主要原因是电气电子工业领域的销量有所下滑，但汽车工业机器人销量延续增长态势。随着全球制造业产能自动化水平提升，特别是中国制造业升级，预计到2017年全球工业机器人销量达到25万台，年复合增长率9.5%。数据来源：机器人网未来全球市场规模(续)(2)预计到2017年全球工业机器人市场容量2700亿2012年全球机器人本体市场容量为530亿元，本体加集成市场容量按本体大约三倍算，估计1600亿元。估计2013年至2017年，包含本体和集成在内的全球工业机器人市场，年复合增长率约为11%。预计2017年全球工业机器人市场容量将达到2700亿元。(3)预计到2017年全球服务机器人市场容量接近500亿根据IFR数据，2012年全球个人(或家庭)用服务机器人市场容量为73亿元，公共服务机器人市场容量为208亿元。目前看公共服务机器人产业化走在前面，市场容量更大。预计2013-2017年个人(或家庭)用服务机器人市场容量增长率为7%，公共服务机器人市场容量年均复合增长率为17%。到2017年，全球服务机器人市场容量将接近500亿元。如果智能家居算是广义的服务机器人，服务机器人市场容量会大很多。数据来源：机器人网国内主流应用领域及用途2011年全球主要制造业国家工业机器人密度（台/万名制造业工人）比较未来中国市场需求强劲1.经济效益：智能设备相对人工的经济效益日益显著2.人力短缺：未来制造业用工受劳动力人口下降和劳动力向服务业转移双重挤压3.提高品质：工业机器人制造的产品，效率和质量都优于人工操作4.“工程师红利”：中国近五年科研人员年平均增长率为20%，新型人口红利愈加明显。接受高等教育、具备创新能力的中高端人才正在迅速增加，有望取代过去依赖低成本的劳动竞争模式未来中国市场规模竞争策略：国内企业必须先占领中低端市场1.国内超过80%的市场份额被外资品牌常年占据2.中低端市场量大但不集中，外资品牌很难顾及全面3.先通过集成应用积累经验，以非标切入广阔的“中低端”市场，扩大市场份额4.再形成自主品牌的机器人主机，进而以“量”带动产品品质的提升，最终角逐“高端市场”。•2012年国内工业机器人市场竞争格局各地机器人产业规划各地机器人产业规划(续)上海机器人产业园上海机器人产业园(续)上海机器人产业园(续)行业内上市公司并购案例——科大智能5亿收购永乾机电进军工业机器人领域•2013年11月18日，科大智能披露重大重组方案：公司拟通过发行股份结合现金支付的方式以5.26亿元的价格收购永乾机电100%股权。•公告显示，公司将向蔡剑虹、珠联投资等11名交易对象以11.18元/股的价格发行3999.28万股，并支付7888万元现金完成交易。此外，公司还将向特定对象黄明松发行1565.30万股，募集配套资金1.75亿元，其中的7888万元用于支付上述现金价款，剩余的9612万元则用于增资永乾机电补充其营运资金。•据悉，永乾机电主要从事工业生产智能化，产品包括智能移载系统、智能输送系统、智能装配系统与智能仓储系统等，在工业生产机器人应用方面处于国内先进水平，产品广泛用于汽车