机械行业报告 | 把握风储高景气赛道,拥抱机器人与AI智能制造

原创 | 文 BFT机器人

01

核心观点

风电设备: 

零部件业绩拐点已现,全年装机高增行业有望迎量利齐升。2022 年受疫情、大型化零部件供应紧张的影响装机不及预期,导致产业链业绩整体承压。进入 2023 年之后,随着阻碍风电项目的因素缓解,风电装机需求开始逐步释放产业链中交付靠前的塔筒、铸锻件等零部件业绩已经出现修复迹象。

短期来看,在 2022 年创新高的招标量支撑下,23 年装机有望出现高速增长,预计行业在收入端和盈利端都将迎来改善:中长期来看,国内市场在政策支持和经济性不断提升的双重加持下需求无虞,海外市场在各国政府的规划下蓄势待发,国产风电产业链凭借着成本优势有望充分受益于全球风电需求的增长。

储能设备:

政策推动+盈利模式完善,迎接储能放量元年。在全球能源转型升级的大背景下,储能作为能有效保障电网的稳定运行的系统越来越得到全球各国的青睐,2021 年和 2022 年储能新增装机连续两年取得 100%左右的同比增速,其中电化学储能贡献了主要的增速。

从国内需求来看,发电侧强制配储政策、电网侧辅助服务及独立储能模式推进、用户侧峰谷价差持续拉大进一步提升工商业储能的经济性,从政策和市场两方面推动我国大型储能进入高速发展期。

从全球需求来看,美国实施新的 ITC 政策提升储能电站经济性,欧洲在地缘冲突、天然气价格和电价上涨的背景下户用储能开启高增长,我们预计从 2023 年开始全球储能将迎来快速发展期,将带动储能设备相关产业链的发展。

机器人与自动化: 

AI赋能智能制造,拥抱产业链投资机会。尽管目前人形机器人还面临着技术不够成熟、应用场景不足及成本较高等问题,但是随着特斯拉人形机器人以及 AI 大模型的快速发展,展现出了人形机器人产业化的可能性和潜力。

根据高盛的《人形机器人投资案例》研究报告,人形机器人市场规模有望在 2035年超过 1500 亿美元。人形机器人相较工业机器人结构更为复杂,运动模块成本占比高达整机的 50%,未来产业化将催生运动模块相关零部件的需求。

同样,在工业机器人领域,AI 能够增强机器人适应差异的能力,有助于机器人在工业领域渗透率的进一步提升。国产机器人产业链有望在自动化、智能化的浪潮中,凭借产品性价比优势获得广阔的发展空间。

光伏设备: 

游硅料价格下降刺激全球光伏装机,关注铜电镀、钙铁矿等新技术方向。光伏作为排名前 3 的低成本发电方式,随着硅料扩产落地推动上游降本,将进一步增厚光伏发电的成本优势,有利于扩大光伏发电在全球范围的接受程度,叠加国内“十四五”对集中式/分布式光伏的规划实施,刺激国内装机及海外出口对组件的需求。

“降本增效”为光伏行业不断的追求,重视硅片、电池片等环节的新技术迭代带来的设备升级机遇,我们认为铜电镀、钙铁矿等新工艺/新技术存在预期差,真空泵、真空腔体等设备零部件也有望迎业绩弹性。

02

风电设备:零部件业绩拐点已现,全年装机高增行业有望迎量利齐升

国内23 年需求释放海陆风迎双高增,政策支持+经济性凸显中长期需求无虞

受疫情及部分大型零部件产能紧张影响,22 年风电装机出现大幅下滑。

根据国家能源局统计,2022年新增风电并网装机量为 37.63GW,同比下降 20.90%,相比于 21年超过 50GW 的招标量来说,并网容量不及预期。主要原因在于,一方面 2022 年以来全国各地的疫情不断反复,使得风电项目开工及建设进度有所延后,从而影响风电产业链的交付情况: 另一方面,由于风机大型化进程仍稳步推进,叶片、铸件等零部件环节的大型化供应能力出现了一定的产能紧张情况,造成部分风机交付不及预期。

23 年装机需求开始释放,并网容量增速明显。

进入到 2023 年,随着阻碍风电项目的因素缓解,风电装机需求开始逐步释放,根据国家能源局数据,2023 年 1-4 月国内风电新增并网容量 14.20GW.同比增加 48.22%。

招标量维持高景气,为未来装机量提供支撑。

根据金风科技业绩演示材料以及我们的不完全统计,2022年国内风电新公开招标量(不含框架协议)81.98GW, 其中陆上风机64.05GW 海上风机17.93GW若增加国电投 10.5GW 海风框架招标以及中国电建 2023 年度风力发电机组 16GW 集中采购。则全年招标总量已经超过 100GW,创历史新高,对未来的装机量提供有力支撑。进入 2023 年,风机招标继续延续高景气,截至2023 年6月2日全年招标量达到 28.46GW,其中陆上风机 24.19GW,海上风机 4.27GW。按照一个风电项目的开发流程及以往的历史经验,当年招标量的 70-80%一般会在两年内转化成并网,

根据22 年的招标情况,预计 2023 年的并网量将超过 80GW,相较于 22 年实现翻倍以上的增长。

风机大型化持续推进。

风机大型化作为降低风电的度电成本的主要方式之一,风机的平均容量近几年来一直保持稳定的增长态势。据CWEA统计 2022年国内新增陆上风机平均单机容量达到4.3MW较 2010 年提升187%: 海上风机平均单机容量达到 7.4MW,较 2010 年提升 185%。其中 2022 年在新增吊装的风电机组中4.0MW 以上风电机组占比由较 2021 年的 39.94%上升至75.40%。

大型化趋势下风机价格持续下行,成本下降有望激发下游装机积极性。

随着风机容量的不断增大,风机价格不断下行,根据我们的不完全统计,陆上风电(含塔筒)的中标价格由 2022 年初的 2500元/kw左右降至 2023 年5 月份的 2100 元/kw左右,海上风机 (含塔筒) 的中标价格从 2022 年初的5000 元/kW 左右降至 2023 年4 月份的 3500 元/kW 左右,风机价格的持续下降使得风电项目的经济性进一步提升,从而充分释放下游业主方的装机积极性,为未来的招标量和装机量奠定高确定性。

“十四五”是实现碳达峰的关键时期,各省总规划超320GW,中长期需求无虞。

2022 年3 月15日,中央财经委员会第九次会议中提出:“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。

截至 2022 年 11 月底,已有多个省分、直辖市和自治区正式下发“十四五”能源发展规划,明确标注 2025 年之前的风电新增装机目标,按照各省“十四五”新能源装机要求,全国新增风电装机超过 320GW。

海外风电蓄势待发,零部件出海进程稳步推进

全球风电发展势头强劲,亚太与欧洲地区为主要的风电新增装机市场。

近年来随着全球主要国家对于发展绿色能源的重视程度加深,风电新增装机发展势头强劲。根据 GWEC 的数据,2022 年全球风电新增装机达 77.6GW,尽管受到疫情等因素的影响同比下滑 17.09%,但仍处于近几年的高位。分地区来看,亚太地区以 56%的新增装机占比遥遥领先(其中,中国新增装机占全球的 48.49%)其次欧洲新增装机全球占比为 25%,二者合计占比超过 80%,为主要的风电新增装机市场。

欧洲地区作为海外风电第一大市场,装机目标不断上调。

由于受能源危机、俄乌冲突的影响,欧洲各国加速能源转型节奏,近两年不断的上调海风装机目标。2022 年 4 月,英国调整了其于 2012 年开始实施的《能源安全战略》其中包括将英国 2030 年海上风电的发展目标从40GW 提高至 50GW.增加 12.5%。

2022 年5月,北欧四国 (丹麦、德国、比利时、荷兰) 在“北海海上风电峰会”承诺.到2030 年海风累计装机达到 65GW,到 2050 年累计装机达到 150GW。2022年8月,欧洲8国(丹麦、瑞典、波兰、芬兰、爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛、德国) 签署“马林堡宣言”表示 8 国将加强能源安全和海上风电合作,计划将波罗的海地区 2030 年海风装机突量从目前的 28GW 增加至19.6GW,年均新增装机 2.1GW。根据欧洲各国最新的海风装机目标来看,预计到 2030 年海风累计装机有望超过 130GW。

海外风电稳步增长,进入新一轮发展周期。

根据 GWEC 预测,2023-2027 年海外风电新增装机总容量将超过 300GW,复合年均增速将达到 15.26%。分地区看,主要的增量仍然以成熟的欧洲和美洲市场为主。

中国在全球风电产业链中举足轻重,且具备明显的成本优势。

据 GWEC 统计,2023 年全球风机的供应能力总量为 163GW,其中中国产能占比为 60%,占据绝对的主导地位。

此外,在关键零部件方面,例如叶片、发电机和齿轮箱等,2022 年中国的产能在全球中的占比也均超过 60%,表明全球风电产业链对于中国的依赖度较高,并且短期内这一态势不会出现明显改变。

根据彭博新能源的数据,2022 年下半年全球签订的风机合同价格为 93 万美元/MW,约合 6500 元/kW 左右,而中国得益于强大而有竞争力的本土供应链以及采用更大功率的风机型号,风机价格仅为 36 万美元/MW,国产风机产业链具备明显成本优势。

国产风电零部件已经打入全球市场,海外市场打开提供盈利弹性。

在风电的各个核心零部件中,除了轴承以外,均凭借着制造成本低、交付能力强的优势,成功进入了全球市场,其中风电主轴和铸件市场的全球产能基本被国内产业链所把控。而在盈利方面,海外业务的盈利水平普遍超过国内同类业务,将为产业链公司带来较好的利润弹性。

国产风电零部件海外订单显著提速。

根据各公司 2023 年以来的公告显示,进入 2023 年以来国内风电零部件公司接到的海外订单显著增加,尤其是塔筒和海缆,中天科技先后中标缅甸 66KkV 海缆总包,沙特 230kV高压海缆及配套附件,丹麦 Baltica2 海上风电 275KV 高压交流海缆等项目,累计订单超过 19 亿元; 

东方电缆签署英国 Inch Cape 海上风电项目 (1.08GW) 送出海缆前期工程协议,5月份中标丹麦 Baltica2 海上风电66kV 海等项目: 大金重工从 2022 年起就中标多个欧洲海上风电单桩项目,2023 年 5月再次中标 7.43 亿欧元的海风单桩订单。

03

储能设备:政策推动+盈利模式完善,迎接储能放量元年

全球储能装机快速增长,以鲤离子电池为代表的新型储能贡献主要增速

全球能源结构转型带动储能需求,全球储能市场方兴未艾。

全球能源转型升级的大背景下,新能源发电比重持续加大,由于风电、光伏等可再生能源发电的随机性、间歇性、波动性等问题,为电网的稳定性带来了挑战,储能作为能有效保障电网的稳定运行的系统越来越得到全球各国的青睐。

根据 CNESA 的数据,2021 年以前全球每年的储能项目新增装机规模基本维持在 6GW 左右,而 2022年新增装机达到 30.7GW,同比增长 99.35%,连续两年迎来增速 100%左右的大幅增长。但是从累计装机情况来看,截至 2022 年底全球已投运电力储能项目累计装机规模 237.2GW,与全球风电光伏累计约 2000GW 的装机相比,仍处于发展初期。

抽水储能是最主要的储能形式,以鲤离子电池为代表的新型储能占比提升较快。

根据技术类型的不同,以电能释放的储能方式主要分为机械储能、电磁储能和电化学储能,不同储能技术具有不同的内在特性,抽水储能凭借着其发展较早、容量大的优势目前占据主要的装机规模,截至 2022 年底全球抽水蓄能的累计装机占比达到 79.3%,值得注意的是抽水蓄能累计装机占比首次低于 80% 与 2021年同期相比下降 6.8pct,与之相对应的是以鲤离子电池为代表的新型储能占比的提升,截至 2022年底新型储能的累计装机占比达到 19.3%,相比 2021 年同期上升 7.1pct。

新型储能继续高速发展,贡献新增装机的主要份额。

以鲤离子电池为代表的新型储能凭借着能量密度高、项目周期短、响应快、受地理环境限制小等优势近几年增速明显,2022 年全球新型储能新增装机达 20.38GW,同比增长 99.01%,占全年储能新增装机的 66.39%,贡献了主要新增装机份额2017-2022 年的年平均复合增长率达到 86.06%,保持高速增长。截至 2022 年底新型储能的累计装机达到 45.75GW,同比增长 80.36%。

分地区来看,中、美、欧为全球三大储能市场。

中国、美国、欧洲是储能三大主力市场,三地区 2022年合计新增投运项目规模占全球的 86%。比 2021年同期上升 6ct,其中中国首次超过美国成为全球最大的储能市场,占比 36%: 欧洲和美国紧随其后,分别占比 26%和 24%。

国内储能保持高速增长态势。

根据 CNESA 的最新数据,2022 年中国新增投运电力储能项目装机规模首次突破 15GW、达到16.5GW,同比增长 114.29%,累计装机规模 59.8GW,同比增长 38.11%.占全球市场总规模的 25.21%,成为世界储能产业的中坚力量。

中国储能形式齐全,结构与全球类似。

从各种储能形式的占比来看,国内的结构与全球基本一致,截至 2022 年年底国内抽水蓄能累计装机占比同样首次低于 80%,与 2021 年同期相比下降 9.2pct;新型储能继续高速发展,累计装机占比达到 21.9%,同比提升 9.4pct。此外,压缩空气储能、液流电池、钠离子电池、飞轮等其它技术路线的项目,在规模上有所突破,应用模式逐渐增多。

国内新型储能装机快速发展 根据 CNESA 的最新数据2022 年国内新型储能新增规模创历史新高.达到7.35GW,同比增长 200.35%,累计装机达到 13.08GW,同比增长 128.23%。新型储能新增装机中鲤离子电池占据绝对主导地位,比重达 97%。

政策驱动+经济性提升,双轮驱动国内大储进入高速发展期

政策要求新能源发电强制配储,形成储能发电侧刚性需求。

为促进新能源配置储能、减小新能源项目对电网消纳能力的冲击,2021 年国家发改委、国家能源局发布《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》,鼓励发电企业自建储能或调峰能力增加并网规模,超过电网企业保障性并网以外的规模初期按照功率 15%的挂钩比例 (时长 4 小时以上) 配建调峰能力,按照 20%以上挂钩比例进行配建的优先并网。

在中央政策的指导下,各地有关部门因地制宜推出强制配储政策文件,促进新能源配置储能,通过要求新能源装机规模配备一定规模的储能形成大储装机刚需。当前,全国已有多个省区公布配储政策,大部分省份配储比例在 8%-30%之间,配置时长1-2 小时为主,最高可到 4 小时。

政策上修推动新型储能参与电网辅助服务,鼓励发展独立电站新商业模式解决表前储能的痛点。由于储能发展初期商业模式相对模糊,而政府倡导光储一体化,储能装机成本的承担自动落在风光电站的投资方身上。

新能源电站投资方多以达标后才能顺利安装电站为目的采购质量较差、成本相对低廉的储能装置,实际并网效果难以保证。所以为了提高新型储能的收益,探索新的储能发展模式,2022 年5月两部委印发的《“十四五”可再生能源发展规划》明确新型储能可作为独立储能参与电力市场。

加快推动独立储能参与电力市场配合电网调峰、充分发挥独立储能技术优势提供辅助服务,2022 年 11 月国家能源局发布《电力现货市场基本规则 (征求意见稿)》,首次在全国层面提及推进电力现货市场,推动储能、分布式发电、负荷聚合商、虚拟电厂和新能源微电网等新兴市场主体参与交易。

经过 2021 年的探索、2022 年调峰示范项目的实践,在各地政策的助推下,独立式储能电站已经形成了较为稳定的商业模式,现货市场+辅助服务+容量补偿的收入模式将带动国内储能行业向健康化发展。

峰谷价差持续拉大、经济性提升,表后市场工商业储能从0到1需求逐步启动。

自2021年7月国家发改委发布《关于进一步完善分时电价机制的通知》后,各省市相继出台完善分时电价机制相关政策,加强峰谷电价价差。

通常认为 0.7元/kWh 的峰谷价差是用户侧储能实现经济性的门槛价差,根据CNESA 的统计,2022 年全国一般工商业峰谷价差超过0.7元/kWh 的省市数量为 16 个,到了 2023年2月份超过 0.7元/kWh 的省份达到了 19 个,横向比较的话有 18 个省市的峰谷价差超过了其 22年的平均价差,各省市峰谷价差有持续拉大的趋势。

除了峰谷价差拉大外,浙江、广东、海南等省份的分时电价每天设置了两个高峰段,即可用工商业储能系统在谷时和平时充电,并分别于两个高峰段放电,实现每天两充两放,进而提升储能系统的利用率、缩短成本回收周期。

多地制定“十四五”新型储能发展目标 国内大储进入规模化发展阶段。

据储能电力说公众号的统计截止目前我国已有25 个省/自治区发布了“一四五”新型储能发展规划及具体目标。预计到 2025 年新型储能新增装机目标达到 67.85GW,其中青海、甘肃、山西的储能规模最大,预计新型储能装机将达到 6GW;山东、宁夏和内蒙古紧随其后,预计新型储能装机将达到 5GW。新型储能装机目标的确立,有利于调动各方投资积极性,促进稳投资稳增长,增强发展后劲,我国新型储能进入规模化开发阶段。

国内大储招标容量提升明显,23 年储能装机有望加速向上。

根据储能与电力市场公众号的统计,2022年中国储能市场共计完成超 300 次投标工作,涉及 278 个项目,总容量 44.05GWh,其中集中式框架采购和独立储能为主要项目类型。

2023 年 1 月-3 月储能招标规模分别为 2.58GWh、3.09GWh 和4.24GWh,仍保持较高水平。完成招标意味着储能项目随后进入实质性的建设阶段并有望在短期内投运,2023 年中国储能装机容量有望加速上行。

储能系统投标价格持续下行,刺激需求释放。

根据储能与电力市场公众号的统计,2022 年储能系统的价格基本上在招标的近150 个项目中 2h 的储能系统占比达 63% 平均报价 156元/Wh: 储能 EPC总承包招标的近 120个项目中,2h 的 EPC 项目占比达 77%,平均报价 1.81 元/Wh。

从时间维度上来看,2022 年储能系统报价呈现出了“两头高中间低”的特点,并且从 5 月起持续稳定在 1.5-1.6元KWh 的范围之内,而进入 2023 年之后,随着电芯主要原材料碳酸锂价格进入下行通道,储能系统报价屡创新低。

2023年3 月份 2小时储能系统的平均报价为 1.35 元/Wh,同比下降 16.60%,环比下降6.40%,最低报价低至 1.16 元/Wh,而 4 小时储能系统最低报价低至 1.07 元/Wh。随着碳酸理价格持续下跌带动储能系统价格进一步下探,将有力推动大储项目建设进程。

美国市场大储政策补贴进一步改善盈利,欧洲户储需求持续旺盛政策扶持下,美国储能装机保持高增速发展。

美国电化学储能装机早在 2015 年就实现单年新增200MW 以上的装机规模,且在 2020 年-2021 年始终保持在 100%以上的同比增速,2022 年新增电池储能装机 4.80GW/12.18GWh,增速较上一年有所放缓,系部分工程进度拖延导致。

分季度来看,2022年四季度美国市场增速放缓,主要系 3GW 电网级储能项目未能如期在年底建成有关。另外,美国储能新增装机主要来源为电网级储能,以光伏+储能项 目为主。

IITC 政策激励延长叠加光伏解绑,有望刺激美国储能快速放量。

美国联邦政府自 2006 年起开始实施投资税收抵免政策 (ITC),2022 年8 月美国通过通胀削减法案(IRA),对光伏及储能均提出新的ITC 政策支持,核心变动有二: 

1) 光伏: 法案的通过提供了长达十年的税收抵免政策,同时税收抵免比例从 26%提升至 30%,若满足相关条件,最高税收抵免可提升至 70%: 2) 储能: 除光伏配储在补贴范围内之外,IRA 首次将独立储能纳入补贴范围。此前 ITC 法案中对储能有诸多参与限制,首先需要与光伏配对,其次大部分的充电量需来源于光伏发电,导致储能的收益和商业模式受到较大限制,ITC 对独立储能的政策刺激将有效激活市场,促进多元商业模式开展。

储能税收减免提升至以 30%为基础,经济性进一步提升。此前的 ITC 政策税收抵免的基础额度为26%,现在在满足工资和学徒要求后,基础抵免可以达到 30%,另外,如果同时能够满足其他条件例如本土制作、位于能源社区等可进一步提升抵免的额度,储能电站的经济性得到进一步提升。

根据 Wood Mackenzie 数据预测,2023-2027 年间,美国新增储美国大型储能有望迎来大跨步发展。能装机规模将达 74.2GW/241.0GWh,其中大储为装机的主要增量市场装机,约占总容量的 81%。

电价上涨催化 2022 年欧洲户储装机跃升,未来有望延续高景气。

2022 年以来,受到地缘冲突下各国相互制约的影响,欧洲陷入能源紧缺局面,天然气价格高位运行带动电价快速上涨,根据可再生能源交易基础设施提供商 Level Ten Energy 的数据,2022 年可再生能源购电协议新签价格最高超过65 欧元/MWh,相比往年约 45 欧元/MWh 的价格中枢有明显涨幅。

在此背景下,得益于高电价差带来的经济性提升 欧洲户用储能市场规模在 2022 年开启翻倍式增长 在 2021年新增装机约 2.29GWh的基础上,预计 2022 年欧洲有望实现接近3.9GWh 的新增户储装机,同比增长 70%。政策层面上德国减免户用储能增值税、意大利储能税收抵免额度退坡有望继续推动欧洲户用储能的发展。

04

机器人与自动化:AI赋能智能制造,拥抱产业链

工业机器人渗透率、国产化率持续提升,静待制造业复苏

全球工业机器人安装量稳步增长,中国安装量占比过半引领全球市场。

根据国际机器人联合会 IFR发布数据显示,2021 年全球工厂安装了工业机器人 51.74 万台,同比增长 34.90%,安装量创历史新高,2016-2021 年年均增长率 11.94%。

中国作为全球最大的工业机器人单一市场,2021年工业机器人安装量 26.82 万台,同比增长 59.28%,在全球市场占比超过了 50%,2016-2021 年年均增长率达到 25.25%。

另外根据 GGII、IFR 及中国电子学会数据显示,2022 年中国工业机器人销量预计突破30 万台,同比增速超过 15%2023 年预计工业机器人销量将达到 37.5 万台,同比预计增速超 23%。未来工业机器人市场将延续增长趋势。

受国内下游需求疲软影响,国内机器人产量短期承压。

进入 2023 年,由于我国经济复苏不及预期,下游汽车、消费电子等需求持续疲软,23Q1 机器人产销同比均下滑。根据国家统计局的数据,2023年4月份中国工业机器人产量 3.81万台,同比下滑 7.40%,1-4 月份累计产量 14.22 万台,同比下滑4.40%。

主要下游固定资产投资仍处于增长区间,短期静等需求释放落地。

从工业机器人主要的下游行业汽车和3C 制造业来看,2023 年 1-4 月份固定资产投资完成额累计同比分别增加 18.50%、14.20%,仍处干较高的增长区间,下半年随着需求的逐步释放。行业景气度有望触底回升,行业增速有望提升。

我国机器人密度快速提升,仍有较大提高空间。

根据 IFR 统计,2021 年我国制造业工业机器人密度为 322 台/万人,已经超过美国位列全球第五,而与工业化较为发达的韩国、日本、德国相比仍有差距,其中密度最高的韩国达到 1000 台1万人,传统的工业强国日本和德国分别为 399 和 397 台/万人。

2023 年1月19 日,工业和信息化部等十七部门印发《“机器人+”应用行动实施方案》,提出到 2025年,制造业机器人密度较 2020 年实现翻番。如果按照 2020 年 246 台1万人的密度计算,到2025 年机器人密度要达到接近 500 台1万人,相较于现在的水平仍有较大的提升空间。

人口红利逐渐消失,“机器换人”趋势驱动机器人产业长期发展。

随着中国逐渐迈入老龄化,中国的人口红利正在快速消失,劳动力成本迅速上升。从劳动力人口结构上来看,我国 15-64 岁适龄劳动力人口占比自2009 年以来逐年下降,2020 年为 68.2%,较 2009 年下降了4.8pct,并且从制造业人力成本角度来看,我国制造业就业人员平均工资不断提高,人工成本不断攀升。

劳动力人口的快速下降与人工成本的大幅上升对制造企业的生存产生严重威胁,倒逼企业降低生产成本,提高生产效率,形成了“机器替人”的长期趋势。

政策不断出台,驱动国产机器人产业链发展。

近年来,国家先后出台多项政策,聚焦技术创新、具体应用,助力中国机器人产业发展。根据“十四五”规划,我国计划 2025 年整机综合指标达到国际先进水平,关键零部件性能和可靠性达到国际同类产品水平,到 2035 年产业综合实力达到国际领先水平。

工信部印发《“机器人+”应用行动实施方案》除了对工业机器的密度提出目标之外,还提出聚焦10 大应用重点领域,突破 100 种以上机器人创新应用技术及解决方案,推广200 个以上具有较高技术水平、创新应用模式和显著应用成效的机器人典型应用场景,打造一批“机器人+”应用标杆企业。

建设一批应用体验中心和试验验证中心。推动各行业、各地方结合行业发展阶段和区域发展特色,开展“机器人+”应用创新实践。搭建国际国内交流平台,形成全面推进机器人应用的浓厚氛围。政策不断推出,对有助于推动我国机器人产业的健康快速发展。

国产化率逐步提升,国产机器人产业链迎发展机遇。

由于我国工业机器人产业链发展较晚,与长期处于垄断地位的是 ABB、发那科等仍有差距,近几年国产化率逐步提高,根据 MIR 的数据,预计2023年我国工业机器人国产化率将达到37% 未来随着政策的扶持 技术的进步和应用经验的积累国产化率有望加速提升,国产工业机器人产业链将迎来发展机遇。

人形机器人拉开产业化序幕,驱动系统将迎新发展机遇

特斯拉提出人形机器人计划,拉开人形机器人产业化序幕。

2021年 8月,马斯克在首届特斯拉人工智能日上宣布特斯拉人形机器人计划,代号“擎天柱”(Optimus),并用图片展示了擎天柱的大致形态。随后在 2022年 10 月,特斯拉第二届人工智能日上,擎天柱首次亮相。

2023 年 5月16 日在特斯拉股东大会上,马斯克又以视频的形式展示了擎天柱在自然行走、电机扭矩控制、力度控制、环境识别及记忆等方面的进步,在最新的视频中警天柱已经能够稳定行走,并可以在工厂灵活行走、抓取物品,以及用不同力度敲击鸡蛋而保持不破碎,而 2022 年刚刚亮相时擎天柱还无法稳定行走,短短不到一年的时间警天柱能够取得如此进步,展现了人形机器人产业化的可能性和潜力。

人形机器人需求空间广阔。

在 2023 年的特斯拉股东大会上,马斯克表示特斯拉的长期价值可能来自于擎天柱人形机器人,如果人形机器人和人的比例是 2:1 左右,那么人们对机器人的需求量可能是100 亿乃至 200 亿个,远超电动车的数量。

根据高盛的《人形机器人投资案例》研究报告,预计在未来的 10-15 年,人形机器人市场规模至少达到 60 亿美元,如果克服诸如产品设计、用例、技术、可负担价格,以及广泛公众接受度等障碍,到 2035 年有望达到 1520 亿美元的市场规模,与电动汽车市场旗鼓相当,人形机器人产业链价值的潜在市场空间较为广阔。

人形机器人相较工业机器人结构更为复杂,产业化催生运动模块需求。

人形机器人的关节中数量多达 25-50 个,自由度更高,零部件类型多、用量大,成本占比高达整机的 50%。以特斯拉警天柱为例,其全身共有 40 个驱动器,其中躯干和四肢有 28 个驱动器,双手有 12 个驱动器,可实现全身200 多个自由度,手部 11个自由度。

躯干和四肢的驱动器共有6种类型,其中3 种旋转驱动器和3种线性驱动器,旋转驱动器采用谐波减速器,内部具有离合器,采用永磁力矩电机驱动: 线性驱动器采用内部旋转螺杆结构, 通过永磁力矩电机带动螺杆旋转推动执行杆 将旋转运动转为直线运动。人形机器人的产业化将催生对于运动驱动模块的大量需求,其中可能涉及的核心零部件包括谐波减速器、电机、滚珠丝杠、传感器等。

特斯拉机器人灵巧手有望带动微型驱动器需求。

特斯拉机械手的设计灵感就来自于生物学,和人手一样同样使用五个手指来驱动,单手拥有 6 个执行器,11 个自由度,支持自适应抓取,可抓起 20磅重量,既可以完成大口径物体抓取,同时也能满足抓取精巧物体的需求。

灵巧手的内部构成主要是一个微型的线性驱动器,通过高速运转的空心杯电机提供动力,搭载小模数齿轮的减速箱起到类似于旋转执行器的作用,由齿轮驱动一根金属线,通过收缩金属线来控制手指的弯曲。

刚需应用场景不足,人形机器人尚在早期阶段。

人形机器人的终端应用市场包括医疗、教育、救灾救援、公共安全、生产制造、家庭陪护等多人领域,但目前人形机器人的功能相对简单、还未达到真正的智能程度,并且已实现量产的机器人都有着明确的应用场景,例如工业机器人在工业领域实现的搬运、焊接、点胶等工艺,扫地机器人的家用功能等等,而人形机器人尚无能够大规模应用的刚需场景,尚处于早期商业化阶段。

降本为人形机器人商业化的关键之一,国内供应链完备且具备成本优势有望受益。

现阶段人形机器人的成本较高,主要是由于机械结构复杂、控制系统和传感器等部件的成本较高,导致整机成本居高不下,相同应用场景下性价比不高,例如小米发布的 Cvber One 的售价预计高达 10万美元,而马斯克表示特斯拉将致力于大规模量产并降低成本,预计最终价格不到 2 万美元。而在人形机器人降本的过程中,国产机器人零部件企业有望基于产品性价比优势获得更多参与机会。

AI赋能智能制造,解决智能化痛点有望加快机器人渗透

人工智能是机器人实现智能化的关键,机器人是人工智能的重要落地场景。

机器人可以笼统的分为两类,一类是非智能机器人,一类是有智能机器人。人工智能能够让机器人理解、推理并与物理世界互动的智能系统,不同于传统机器人仅具有“物理”执行力,大模型可通过将图像、文字、具身数据联合训练,引入多模态输入,进而提升大模型和环境的交互能力和学习能力,推动机器人向更智能、灵活和自主的方向发展。

AI帮助实现更加通用的自动化,助力机器人在工业领域的进一步渗透。

自动化主要是一个基于硬件的过程,专用的机器可以为产品生命周期长的大批量应用提供大量的生产节约。

然而,由于手动编程、重新配置和维护基于硬件的控制系统非常耗时,通常在高混合、低产量的制造业中,部署工业机器人成本高昂,这就是所谓的“灵活性差距”。制造过程中所需的灵活性越高,适应它所需的自动化就越复杂,当这种复杂性在硬件中实现时,只有大批量和长产品生命周期才能证明成本是合理的。

如今随着人工智能的发展,制造商可以通过基于软件的人工智能,运用自然语言识别处理和数字李生来有效缩短工业机器人的训练时间,通过人工演示一个与 AI控制器相结合的机器人可以在几个小时内完成训练,从而克服自动化灵活性的差距,增强机器人适应差异的能力,有助于机器人在工业领域渗透率的进一步提升。

人形机器人是AI的优秀载体,AI为人形机器人注入“灵魂”助力应用场景落地。

2023 年5月,英伟达创始人兼首席执行官黄仁勋在ITF World 2023 半导体大会上表示,人工智能的下一个浪潮将是具身智能 (Embodied AI) 。具身智能简单来说就是 AI 的大脑加上躯体。

AI 大模型将从语音、视觉、决策、控制等多方面实现同人形机器人的结合,形成感知、决策、控制闭环。在语音层面,语言大模型为机器人的自主语音交互提供了解决方案,包括上下文理解、多语种识别、多轮对话、情绪识别、模糊语义识别等通用语言任务上。

在视觉层面,通用视觉大模型的多任务训练方案能使得机器人更好地适应人类生活场景: 大模型的强拟合能力使人形机器人在进行目标识别、避障、三维重建、语义分割等任务时,具备更高的精确度;而在决策层面,基于多模态的预训练大模型将增强机器人可完成任务的多样性与通用性,让其不局限于文本和图像等单个部分,而是多应用相容,拓展单一智能为融合智能,使机器人能结合其感知到的多模态数据实现自动化决策。

报告来源:中银证券

报告编辑:智能机器人系统

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