“一塊鐵”靠什么撐起千億市場？
作者｜武靜靜
編輯｜栗子
把一粒直徑2毫米的小米粒挪動0.1毫米，單靠人手幾乎做不到。但對于工業(yè)機器人而言，這是基本技能，執(zhí)行起來小菜一碟。
“精密”是很多工業(yè)機器人的入門能力。新技術的持續(xù)創(chuàng)新下，目前在制造業(yè)的各個生產環(huán)節(jié)，都有大大小小不同機器人的身影。它們有的重復運動精度可以低于0.02毫米，能把薄薄的配料以每秒幾十毫米的速度貼裝到電路板上，這個過程看上去像在給比薩餅上放醬汁配料一樣簡單，但這是個太“精細”的活兒，人手無疑難以操作。
減速器、控制器、伺服電機是一臺工業(yè)機器人系統(tǒng)中的核心零件。在很多情況下，使用什么樣的減速器、控制器、伺服電機就決定了這臺機器人精密能力的上限，以及承重能力的上限。
一臺工業(yè)機器人中有幾十種軟件和硬件設備，這些系統(tǒng)間不同部位的彼此協(xié)同和相互作用，可以讓機械臂在無人的情況下順暢的把一個個螺絲擰緊、給手機外殼貼上薄薄一層膜。過去幾十年，成千上萬臺的工業(yè)機器人走進了不同的產線車間，成為制造業(yè)不可或缺的核心設備，讓iPhone每年如期來到，也讓如火如荼的新能源車在幾年內就走進千家萬戶。
減速器是其中最貴的零部件。制造一臺工業(yè)機器人，減速器成本超30%，之后才是機器人本體、伺服系統(tǒng)、控制器，分別占總成本的28%、20%和10%。
貴的原因很簡單，減速器很難造，技術門檻高，且越精密越難造，價格越貴，只有少數公司能造。放眼全球，過去幾十年的機器人發(fā)展過程中，作為核心的精密減速器批量化生產且性能可靠的廠商依舊被日本廠商壟斷2020 年全球精密減速器市場，排名前三的日本廠商占據了85%的市場份額，其中，日系品牌納博特斯克、哈默納科（簡稱HD）及日本住友，分別以60%、15%、10%的市占率位居前三。
政策和需求支撐下，減速器市場正受到投資人青睞。東方財富網數據顯示，6月15日開盤至27日收盤，A股減速器板塊內有18家公司股價上漲，有4家漲幅超過10%的，其中新時達、秦川機床、雙環(huán)傳動、綠的諧波累計漲幅分別為57.0%、32.6%、14.7%、12.8%。近兩日，南方精工、光洋股份等多家A股上市公司都對外披露稱正在布局減速器產品。
隨著高端制造下游行業(yè)需求爆發(fā)式增長，在智能制造的政策支持下，機器人浩浩蕩蕩進工廠的同時，精密減速器國產化正迎來新的機會窗口。據前瞻產業(yè)研究院預測，2021年我國整體減速器市場規(guī)模達1258億元，未來五年復合增長率為4-5%。精密減速器是整個市場中技術最難，機會最大的市常
眼下，精密減速器領域還存在哪些新機會？有人悲觀有人樂觀，也有人正在躬身入局。此次，「甲子光年」采訪了多位業(yè)內從業(yè)者，一探這個行業(yè)的機會、挑戰(zhàn)與趨勢。
1.減速器的大機會：精密和高端
依據市場定位，國內減速器公司主要有兩大類：中低端減速器、高端精密減速器。前者對精度要求不高，生產門檻相對較低；后者加工工藝復雜、原材料要求高，技術門檻較高。
精密減速器是市場關注的焦點。市場上常見的精密減速器有兩類：RV減速器和諧波減速器。RV減速器體積大、有大負載能力、高剛度，一般用于機器人底座及大關節(jié)；諧波減速器體積較孝傳動比高、精密度高，一般用于機器人小臂、手腕部。
“做精密減速器就是做精度”，一位投資人告訴「甲子光年」，精度越高的減速器市場機會越大，但把精度做好難度極高。
這正是中國機器人行業(yè)被卡脖子的關鍵所在：減速器表面看上去是一塊塊大小不一的金屬，但內含的器件和工藝復雜度不亞于一部手機。其中，軸承、齒輪等每一種零部件加工工藝都不同，需要反復的測試基礎材料、零部件結構和齒輪齒形，且極度依賴高端進口機床等設備。這里面每一個細節(jié)都會影響最終的精度，而精度直接決定了減速器能否被用在在流水線工作的工業(yè)機器人身上。
所以，高精度減速器被寫在政策中，成為國產替代的核心零部件之一。
《中國制造2025》指出到2025年，70%的核心基礎零部件、關鍵基礎材料實現自主保障。減速器是國產基礎零部件的關鍵之一。
此外，十三五規(guī)劃中，明確提出要構建工業(yè)機器人產業(yè)體系，全面突破高精度減速器、高性能控制器、精密測量等關鍵技術與核心零部件，重點發(fā)展高精度、高可靠性中高端工業(yè)機器人。
這意味著，高精度減速器正在成為當下高端機器人產業(yè)鏈上的關鍵議題之一。高精度減速器作為核心零部件，關系著下游機器人、機床等各種硬件設備的精度和效率，是智能制造產業(yè)升級轉型中不可或缺的一環(huán)，對產業(yè)鏈整體性能提升發(fā)展起到至關重要的作用。
另一個驅動減速器行業(yè)發(fā)展的要素是下游機器人產業(yè)的蓬勃發(fā)展。隨著下游汽車、3C電子、電器制造等行業(yè)的智能化升級，工業(yè)機器人、協(xié)作機器人等行業(yè)正在迎來新的發(fā)展機會。
咨詢公司Research And Markets發(fā)布的報告稱，2021年全球工業(yè)機器人市場總額約為339億美元，到2026年可達610.9億美元。中國已成為全球工業(yè)機器人銷量最高的市場，占全球市場銷量的近43%，也是近年來銷量增長最快的市常
下游機器人產業(yè)的發(fā)展帶動了上游作為核心零部件之一的減速器行業(yè)的不斷發(fā)展和國產化進程。此前，隨著國外減速器公司的專利到期，迅速有中國廠商迎頭跟上。國內減速器公司正站在天時地利的新機會窗口前。
2.精密減速器行業(yè)兩條路發(fā)展：模仿、創(chuàng)新齊頭并進
與機會同時擺在國產減速器公司面前的還有挑戰(zhàn)。
由于精密減速器市場長期以來一直被日本廠商占領，他們在市場和技術方面形成了領先幾十年的優(yōu)勢，國產的技術攻克和場景落地都面臨著很大的難點。根據MIR數據，我國RV減速器國產化率始終不足30%，截止2021年底，日本納博及住友的市場份額占比約為60%。
最早一批出發(fā)的減速器公司首要解決的是“從無到有”的問題。所以我們看到，當下，國內已經存在一些占有一定國內市場份額的減速器企業(yè)。中金證券的數據顯示，在工業(yè)機器人領域，2021年綠的諧波在國內自主品牌市占率約占60%。
減速器賽道火熱，不斷有新的創(chuàng)業(yè)公司加入減速器創(chuàng)業(yè)市常2019年，我國減速器企業(yè)注冊數量達到頂峰為799家。
從國內減速器公司的發(fā)展來看，技術路徑上可以分為兩類：
一類是確定性看上更高的逆向工程路線，即借鑒市場上已經成熟的減速產品架構和經驗。早期，由于缺乏資金、技術、人才等積累，從0開始造一個新結構的減速器基本難以實現，借鑒成功路徑是必走之路。所以為了快速提升國產減速器研發(fā)水平，很多國產公司選擇了這條路，加上國外的專利到期，這條路的可實現性很高。此前，中國的汽車制造也將逆向工程技術作為消化、吸收先進技術重要方法，在車身開發(fā)等方面進行研發(fā)，并取得了明顯的突破。據了解，90%的國產減速器公司都選擇了這條路。
經過20多年行業(yè)發(fā)展，部分國產減速器和日本廠商產品的性能差距已經明顯收窄。目前國產減速器通過更具性價比的產品策略，獲得了一定的市場空間，給近年中國工業(yè)機器人公司站上世界舞臺提供了產業(yè)鏈基矗
但確實這條路也在面臨現實的技術瓶頸。一位國際知名工業(yè)機器人產品負責人告訴「甲子光年」：“在RV減速器上，縱然發(fā)展了這么多年，國產公司和日本公司的差距接近一倍，短期突破難上加難。”
這是當下行業(yè)面臨的現實難題。制造業(yè)很多產品能力需要和產業(yè)需求結合，依靠日精月進的工程化積累，特別是高端制造業(yè)，更是如此。減速器也一樣，如果只是基于行業(yè)內已經完全成熟的產品架構，沿用一致的生產鏈和生產技術，很難從技術上超越先發(fā)者，也很難取得關鍵性的性能突破。背后的關鍵原因是，精密減速器的生產過程是一個系統(tǒng)工程，依托于領先的工業(yè)基礎，成熟的既有技術路線對于材料、工業(yè)母機以及工藝的要求很高，短期內實現突破面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
這種難題下，第二類路線以原創(chuàng)設計研究為核心的正向研發(fā)路線變得勢在必行，中國制造需要更創(chuàng)新的思考和新的活力，減速器市場也需要更好性能的產品響應下游產業(yè)鏈在效率和質量上提出的新需求。
創(chuàng)新是減速器行業(yè)的痛點，從減速器過去二三十年的產品發(fā)展來看，創(chuàng)新架構的設計理念少之又少，以諧波減速器為例，我們可以看到，1989年的產品和2020年的產品基本上沒有大的區(qū)別，有的只是產品變薄，有的是外殼金屬變成變輕的合金，只能說是微迭代，談不上革命性的產品創(chuàng)新。
作為一名在減速器行業(yè)耕耘多年的工程師，來自某國際知名頭部工業(yè)機器人公司的李工（化名），一直在全球尋找創(chuàng)新的減速器產品，來把公司的機器人的性能提升上一個臺階。近幾年國產替代熱潮中，他幾乎看過所有創(chuàng)新型減速器企業(yè)，最終都失望而歸。“要么弄虛作假，要么就是從某一個不知名的小廠商抄過來的，結果都不太好。”
但這條路必須要走。技術沒有捷徑，如果一味選擇借鑒國外的生產經驗，精度的背后是復雜的工藝設計與制造技術，需要長時間積淀，同質化的結構也很難突破國際領先產品的性能指標。
此外，另一個市場痛點一直存在，現有產品方案很難真正滿足各行各業(yè)處于更要的制造效率和質量需求，不斷對精密性元器件提出的新要求。就像手機廠商不停的對芯片提出新算力要求一樣，機器人公司也亟需比現有產品方案更高性能的減速器，來提升機器人性能，保證生產能夠更快更好，以此不停的滿足下游的汽車制造、3C半導體制造等產線的新需求。
李工（化名）告訴「甲子光年」，市場對減速器性能的需求一直在，未被真正的滿足。“放眼全球市場，工業(yè)機器人在減速器上面臨的普遍痛點就是減速器的背隙和精度不夠高，且重載能力、扭矩性能較強的減速器無法小型化，而小微減速器剛性、耐沖擊性不夠好。目前，國產的精密減速器性能、產能和技術水平都低于國際水平。”
這些減速器的性能直接決定了最終機械臂執(zhí)行任務能達到的精度，比如在半導體領域搬運晶圓和給汽車擰螺絲，兩者的精度要求差距就很大，對減速器的性能需求也迥異。這會直接影響機械臂在場景中的產品競爭力。他透露，目前，他所在公司的重載工業(yè)機器人到現在基本都使用日本、歐洲的減速器。
創(chuàng)新之路說起來容易做起來卻非常艱難且充滿不確定性。不僅意味著創(chuàng)業(yè)企業(yè)提出新的架構和思路，定義新產品，還需要在性能上明顯超越市場原有產品才可能會被市場接受。
3.越難的地方，機會越大
中國的機器人產業(yè)需要真正創(chuàng)新的、性能更好的精密減速器，破局當前困境。
近期，「甲子光年」關注到國內一家走正向研發(fā)路線的精密減速器創(chuàng)業(yè)公司愛磁科技。這是一家創(chuàng)立于2015年的公司，創(chuàng)立以來一直堅持走正向研發(fā)路徑，成功研發(fā)出了創(chuàng)新型的產品H3K減速器產品。
H3K減速器的出現是國產企業(yè)做減速器創(chuàng)新的一次新的嘗試和突破。這是一種創(chuàng)新結構的減速器，運用自主研發(fā)的專利技術，產品性能有明顯突破，其精度甚至超過日本減速器。愛磁科技向「甲子光年」展示的測試報告顯示，某型號H3K減速器的傳動精度做到了10角秒左右。而目前業(yè)內標桿產品只能做到30角秒左右。H3K減速器零部件數量也低于 RV，結構簡單，且不必依賴國外的生產物料和工藝。
縱觀全球減速器企業(yè)，國際上，來自斯洛伐克的Spinea減速器和德國公司Melior生產的PSC減速器也是正向研發(fā)的典型案例。他們做出了革命性的創(chuàng)新，并靠此在市場上站穩(wěn)了腳跟。
以Spinea為例，他們創(chuàng)新性的把擺線結構做到小體積的諧波尺寸，打破了擺線減速器體積大的固有印象，同時保留了擺線減速器傳統(tǒng)的精度、高剛性的優(yōu)點。創(chuàng)新讓Spinea在市場中走出了一條差異化的路。目前Spinea已經在全世界最大的軸承減速器生產商中排名前列，主要服務歐洲頭部機器人企業(yè)。
另一家德國公司Melior也是依靠創(chuàng)新的產品設計跑出了一席之地。
Melior自研的PSC減速器的結構雖然不同于RV和諧波減速器，但由于創(chuàng)新的產品設計在精度和剛性方面有優(yōu)勢，最終在歐洲市場已經取得一定的市場地位。目前，四大國際機器人公司中已經有部分在批量使用PSC減速器。
顯然，精密減速器正向研發(fā)是一條必要以及可行之路，Spinea減速器和PSC減速器就是憑借更優(yōu)的產品性能，解決了部分市場痛點，從而走出自身差異化的道路，獲得一定的市場地位。這對于創(chuàng)新公司而言是一個大的機會。H3K減速器的市場表現值得期待。
愛磁科技創(chuàng)始人凌子龍告訴「甲子光年」，愛磁有自主研發(fā)的創(chuàng)新型自消隙專利技術。“借助自研消隙技術，愛磁的減速器優(yōu)化了現有減速器結構的精度誤差，各項性能指標得到質的提升，一致性大大加強。同時，還降低了加工生產對高端工業(yè)母機的依賴。 ”
具體來看，在生產加工上，愛磁的H3K減速器80% 零件可以外協(xié)生產，充分利用國內成熟的精加工供應鏈，實現快速大規(guī)模量產。而此前，不論是諧波還是RV減速器都需要使用更高精度的加工設備生產零部件，減速器廠商需要外采進口高端設備自建產能。這些設備不僅成本高昂，且交期較長，使得減速器廠商較難快速擴產上量。
據悉，H3K減速器對標RV減速器，主要面向工業(yè)機器人廠商，以及高端數控機床、非標自動化、半導體等賽道。公司透露，目前已和多家一線機器人廠、國內高端數控機床廠商進行合作，目前公司正在快速拉升產能的階段。
此外，減速器行業(yè)是一個非常典型的因為發(fā)明專利而更有資格參與市場競爭的賽道。本質上，幾十年前，日本廠商、歐洲廠商也是在原有的基礎上對減速器結構進行了部分創(chuàng)新，繼而通過專利壁壘的保護，進行長達數十年的行業(yè)積累，不斷優(yōu)化自身產品，才能走到當下的壟斷位置，后來模仿者難以超越。所以，目前愛磁也進行了全球專利布局，已經在中國、日本、美國等地都申請了20年專利保護期。
這對于中國減速器創(chuàng)新而言算是行業(yè)在創(chuàng)新之路邁出了一小步。而這一小步也正在被更多人關注到。一個有意思的插曲是，去年 10 月，愛磁取得日本發(fā)明專利后，國際減速器龍頭 HD 公司隨即在專利上進行阻擊，提出了專利無效申請，但最終日本專利部門駁回該申請，維持了愛磁的日本發(fā)明專利。
世界正在更關注中國的創(chuàng)新技術，精密減速器的技術創(chuàng)新，在當前的制造業(yè)命題下，不僅僅意味著產品創(chuàng)新，更意味著中國在制造業(yè)一項卡脖子技術上的關鍵突破。這不只關乎一家公司能做多大走多遠，也關乎中國高端裝備在世界的發(fā)展，更可能關乎中國制造的未來。
