减速器行业深度:性能指标、壁垒分析、竞争格局、产业链及相关公司深度梳理

财富   2024-11-14 12:01   河北  


减速器是一种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减速传动装置;广泛应用于各种机械设备中,尤其是机器人、数控机床等高端领域。减速器种类多样,主要分为通用减速器、专用减速器和精密减速器,其中精密减速器在机器人行业中尤为重要,能够实现精准控制并直接影响机器人的性能。

围绕减速器,下面我们从其分类及产业链构成等方面进行梳理:精密减速器作为人形机器人的核心部件,具体包括哪几种,分别作用于哪些部位,减速器在生产过程中存在哪些壁垒,当前国际国内的竞争格局是怎样的,国内厂商可以从哪些方面作为突破口实现国产替代,未来市场空间有多大,相关公司又有哪些,未来升级及发展趋势又在哪些方面。循着这些问题我们来了解减速器相关知识。

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减速器概述


1.减速器

根据兆威机电官网,减速器是一种由封闭在刚性壳内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件,常用作原动件与工作机之间的减速传动装置。减速器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。

减速机齿轮箱内部原理是利用各级齿轮驱动来达到降速的目的,减速器就是由各级齿轮副组成的。比如用小齿轮带动大齿轮就能达到机械减速的目的,如果采用多级这样的结构,就能够大大的增加机械的减速作用,增大扭矩的作用。当电机的输出转速从主动轴输入后,带动小齿轮转动,而小齿轮带动大齿轮运动,而大齿轮的齿数比小齿轮多,大齿轮的转速比小齿轮慢,再由大齿轮的轴(输出轴)输出,从而起到输出减速的作用。减速机作为一种动力传达机构,利用齿轮的速度转换器,将电机(马达)的回转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的机构。在目前机械行中,用来传递动力与运动的机构中,减速机的应用是广泛的一种。

2.减速器分类

根据科峰智能招股书,减速器按照使用场景分为伺服(精密控制)用减速器和一般传动减速器。精密减速器具备体积小、重量轻、精度高、稳定性强等特点,能够对机械传动实现精准控制,主要用于机器人、新能源设备、高端机床、电子设备、印刷机械等高端制造领域。一般传动减速器可以分为通用减速器和专用减速器:通用减速器通常以中小型为主,可广泛应用于各个行业,包括蜗轮蜗杆减速器、圆柱齿轮减速器等;专用减速器通常以大型、特大型为主,多为非标、行业专用产品,包括船用齿轮箱、冶金齿轮箱、风力发电齿轮箱、工程机械齿轮箱等。

此外,减速器按照传动级数不同可分为单级和多级减速器;按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥、圆柱齿轮减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。

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减速器产业链及性能分析


1.产业链构成

我国减速器行业产业链可以分为上中下游三部分:1)上游为原材料等,参与者主要为对应的提供商;2)产业链中游为减速器本体的制造,参与者为减速器生产商;3)下游则是具体的应用领域,包括工业机器人、精密机床、工程机械等高端产业。

根据工业机器人制造产业的总成本显示,2022年我国机器人三大核心零部件精密减速器、伺服电机、控制器的占比分别为32%、22%和12%,核心零部件制造成本占工业机器人总制造成本的近70%。精密减速器的性能直接决定了机器人的整体性能水平。

2.减速器性能指标

精密减速器的性能指标可以分为静态特性和动态特性两部分。静态特性包括:1)扭转刚度;2)传动效率;3)空程;4)传动误差;5)启动扭矩;6)背隙;7)传动精度;动态特性包括:1)固有特征;2)动力稳定性;3)动态响应;4)系统参数。

3.减速器测试方法

根据人形机器人联盟,目前减速器精度测试主要采用两种方法:1)实验台模拟。在实验台上连续运行,模拟长时间工作负荷,同时运用过载试验手段来缩减测试时间;2)实地测试。将减速器直接安装于机器人上,使其持续运转直至出现失效迹象,此时再进行重复定位,评估减速器精度衰减情况。此类实地测试的累计运行时间可长达一年,周期较长、测试结果更为严谨,同时成本消耗更高。

根据昊志机电官网信息,以谐波减速器为例,各项性能参数中使用寿命是一个综合参数也是最难突破的技术关键点。在减速器的使用寿命评估过程中,其寿命会因产品的性能需求不同而各异。如在使用条件比较恶劣的情况下,大多数用户会用耐冲击能力来考量使用寿命,这就对柔轮和柔性轴承的耐冲击性能要求比较高;对定位精度要求比较高的用户,一般会用精度寿命来考量使用寿命;对齿隙比较敏感的用户,会用刚度寿命来考量使用寿命。

(1)耐冲击寿命测试。向谐波减速器施加瞬间允许最大转矩,直至减速器破坏无法转动,考量减速器的耐冲击次数,它等于使用波发生器的变形次数。

(2)精度寿命测试。向谐波减速器输出端施加持续的额定负载转矩,输入端以1000RPM连续运转,考量不同运转时数之后的传动精度。

(3)刚度寿命测试。向谐波减速器输出端施加持续的额定负载转矩,输入端以1000RPM连续运转,考量不同运转时数之后的减速器扭转刚度值K1。

在设计合理(特别是齿形设计)的情况下,影响寿命的关键因素主要有:钢材的选择、材料的热处理工艺、材料的表面处理工艺、润滑脂的选择。以谐波减速器为例,谐波减速器的三大核心零部件包括柔轮、刚轮和波发生器,其寿命与这三大零部件息息相关。具体到各大零部件,其性能要求有:1)柔轮:材料芯部柔韧,耐冲击,表面(特别是齿面)耐磨,材料表面具有自润滑功能则更优;2)刚轮:齿面耐磨,表面具有自润滑功能则更优;3)柔性轴承:变形疲劳强度高,耐冲击,表面耐磨,材料表面具有自润滑功能更优;4)润滑脂:耐极压,耐摩擦,易渗透易缠绕。

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精密减速器:机器人旋转环节核心零部件


减速器主要用于匹配转速和传递转矩,精密减速器回程间隙小、精度较高、使用寿命长,稳定性高,在人形机器人等高端领域有明确应用场景。精密减速器主要分为谐波减速器、行星减速器、RV减速器等。

谐波减速器传动比大,精度高、体积小,在人形机器人小臂、腕部等部位有较强优势;精密行星减速器体积小、寿命高,一般单级减速比小;RV减速器具备高精度、大速比、高刚性、高疲劳强度特点。整体来看,减速器在人形机器人等高端领域有明确应用需求(以特斯拉Optimus为例,预计规模化量产后减速器占单台人形机器人成本约15%-20%)。减速器是工业机器人三大核心部件之一,成本占比约3-4成。

近年随工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域快速发展,谐波、RV减速器已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速器(二者合计占全球工业机器人减速器市场约80%)。目前精密减速器已经被应用于人形机器人的旋转关节中,但技术路径尚未收敛。各人形机器人厂商基于不同减速器的特征、成本等因素的考量,采用不同的技术路径。

1.RV减速器

RV减速机具高精度、大速比、高刚性、高过负载及长寿命、高疲劳强度特点,且振动小,噪音低,能耗低,常用于扭矩较大的机器人关节(腿腰肘三大关节),负载大的工业机器人,一二三轴一般都用RV减速机。由于RV减速器传动比范围大、精度较为稳定、疲劳强度较高,并具有更高的刚性和扭矩承载能力,在机器人大臂、机座等重负载部位拥有优势。

2.谐波减速器

谐波传动减速器具有传动比大并且范围广、精度高、体积小、重量轻、传动平稳、噪声小、可向密封空间传递运动等特点。与一般减速器相比,在输出力矩相同时,谐波减速器的体积更小,重量更轻,这使其在机器人小臂、腕部、手部等部件具有较强优势。但随使用时间增长,运动精度会降低,一般用于负载小的工业机器人或大型机器人末端几个轴。

3.行星减速器

行星减速器以其体积小、寿命高等诸多优点,而被广泛应用于伺服、步进、直流等传动系统中。但行星减速器单级减速比小,想要提供高扭矩需要采用多个行星减速器进行多级减速,从而导致长度和重量增加。特斯拉Optimus机器人将行星减速器用于灵巧手部位,而部分机器人厂商则将行星减速器用于腿部、髋部。

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减速器壁垒分析


减速器制造整体是一个“系统工程”,在研发设计、材料处理、设备采购、工艺制造、装配成组、稳定批产等多环节均存在较高壁垒。整体而言,不同减速器的壁垒难点也各有侧重:RV减速器主要难点在于大量高精度的零部件需极高的加工精度与装配技术,以及设备资金投入的高门槛;谐波减速器主要难点在于选择合适的柔轮材料、齿形与加工工艺(热处理等)以保证柔轮的使用寿命;行星减速器主要难点在于对加工精度要求高。

国内生产高性能减速器的精密加工设备主要来自日本、欧洲等国外厂商,设计、材料、热处理、加工工艺、齿轮、轴承、密封、装配工艺、零件检测、成品检测等一系列环节均存在瓶颈。下面从材料选择、设计、加工工艺、设备资金等方面深度研究了精密减速器的技术壁垒。

1.材料选择

减速器的齿轮材料不合适可能导致零件过早磨损。齿轮材料选择时应保持较高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度,从而使齿面有足够的硬度和耐磨性,芯部有一定的强度和韧性。以谐波减速器为例,柔轮周期性发生变形,其材质直接影响谐波减速器的使用寿命。目前国内使用材料的型号与海外厂商基本一致,但国内热处理工艺不够完善,材料杂质含量较高,材料性能与国外相比仍有提升空间。

2.元件加工

减速器制造壁垒在于各项工艺配合,包括齿面热处理、加工精度、零件对称性、噪音控制、先进设备等。1)机器人运作对传动准确性要求极高,关键部件(如摆线轮、曲柄轴等)加工精度要求高(通常需达微米级);2)减速器持续工作能力(耐磨+精度保持+寿命)影响人形机器人成本,要求较高;3)国外先进加工和检测设备购置成本较高,且对设备调教能力和效率提升均有较高要求。

3.成组技术

减速器内部零件较多(尤其是RV减速器),多个零部件装配于同一外壳内,零部件在啮合程度、体积大小等方面具有一定关联性(如RV减速器行星齿轮机构要求相位一致),对高精度装配、高精度检测技术提出了极高的要求。

4.批量生产

机器人的操作需要具有高度的稳定性和一致性,因此对减速器大批量产品的稳定性和一致性上有较高的要求。精度保持性、产品一致性、减速器与机器人算法结合,是三项最核心的技术要求,一般需长达10年的基础理论和经验数据积累。

5.设备资金

减速器的高精度特性对制造设备和检测设备要求高,包括磨齿机、插齿机、滚齿机、磨床等,目前高端精密加工设备主要依赖进口,购置成本较高,具体来看:1)资金需求高:据GGII,在有一定技术积累情况下,RV减速器设备投入至少需2亿以上,核心零件针齿壳和摆线轮的加工设备从欧洲进口,单台均价超过1500万元;谐波减速器生产设备费用占整体投入70%-80%左右,5000万左右的设备投入才能实现小批量生产。2)到货周期长:部分减速器的设备交付期约1年左右,特殊设备则需要14个月甚至更长时间才能到货,对厂商的资金要求高。

以上我们从材料选择、设计、加工工艺、设备与资金等方面梳理了精密减速器的技术壁垒。基于技术难度进行总体排序,我们认为RV减速器与谐波减速器整体制造壁垒相对更高,整体而言不同减速器的壁垒难点也各有侧重:1)RV减速器主要难点在于大量高精度的零部件需要极高的加工精度与装配技术,以及设备资金投入的高门槛;2)谐波减速器主要难点在于选择合适的柔轮的材料、齿形与加工工艺以保证柔轮的使用寿命;3)行星减速器主要难点在于加工精度要求高。

05

减速器市场格局分析


凭借技术专利以及在工业机器人的应用带来的先发优势,外资品牌如哈默纳科(谐波减速器全球份额80%+)、纳博特斯克(RV减速器全球份额60%+)目前主导精密减速器市场,国内厂商+虽起步相对晚,但已逐步具备一定规模和技术实力,与国际头部厂商差距逐渐缩小,后续在主机厂降本诉求+自身品质提升+合作响应高效的三重奏下,国产替代趋势逐渐明晰;当下减速器行业两大趋势持续演进,1)横向(负载谱系拓展+迭代产品性能):①开拓不同负载等性能指标的减速器产品;②升级当下减速器指标性能;③推进新型减速器产品创新(新材料、新结构);2)纵向(机电一体化):将减速器与电机、编码器、制动器、传感器等组合,提供高附加值模块化产品,打开半导体、光学、测量等下游市场。机电一体化供货有望成为未来的趋势。

1.格局梳理:先发优势下外资品牌主导减速器市场

四大家族占据工业机器人半壁江山,国产厂商不断缩小差距。2020年我国新装工业机器人全球占比43.8%;外资工业机器人品牌起步早,在技术、规模方面具较强优势,在我国长期维持60%以上市占率,其中以ABB、发那科、库卡安川为代表的四大家族厂商份额约5成。近几年受物流、疫情、缺芯影响,外资货期延长+产品涨价,内资在本土供应链、货期、价格等方面逐渐掌握一定优势,且在产品质量、定制方面与一线品牌差距逐渐缩小。国产工业机器人龙头以埃斯顿、汇川等为代表,已具备一定规模和技术实力。国内工业机器人对本土供应链的庞大需求驱动内资减速器品牌发展。

减速器市场当下主要由日系等外资品牌主导。精密减速器作为技术密集型行业,材料、设计、加工工艺、加工设备等方面均存在较高技术壁垒,因此先进入者具备先发优势。得益于在工业机器人领域的领先优势,德日等外资品牌主导精密减速器市场,外资品牌如日系龙头哈默纳科、纳博特斯克分别占据谐波减速器、RV减速器市场60%以上的市场份额,两者产品定位高端,品牌效应明显,与下游客户厂商深度绑定。

2.趋势演绎:国产厂商不断缩小差距,国产替代正当时

近年国产减速器厂商已具备一定规模和技术实力,国产替代趋势明显。我国减速器行业起步慢,但内资品牌不断实现技术突破,随着国内制造业智能化、自动化转型升级加快,工业机器人市场规模不断扩大,带动精密减速器行业市场需求持续增长,国内减速器玩家配合下游需求持续扩充产能,逐渐开始切入下游客户,内资份额开始明显提升。据GGII,目前我国超100家本土企业涉足精密减速器生产,企业数量逐渐增多,且技术和研发实力逐步提升,部分厂商已实现量产并逐步推向市场,精密减速器的国产替代进程逐步体现效果。2013-2023年,国内减速器行业实现一定的技术和品牌积累。

工业机器人三大环节中伺服系统、控制器目前国产化程度已较高,国产减速机也得到一定规模应用,如埃斯顿工业机器人产品核心部件自主使用率超80%。我们认为未来减速器实现国产替代是必然趋势,将在降本诉求+品质提升+响应高效的三重驱动下逐渐兑现:1)降本:降本诉求下零部件国产化成为首选;2)品质:经国内多年科技创新及技术经验积累,国产减速器质量不断提升,与进口产品差距逐渐缩小;3)响应:工业机器人需求增长的背景下,对减速器厂商服务响应的要求提升,国产减速器的高性价比、短交货期、快速响应服务等优势愈发凸显。

我国现阶段机器人精密减速器制造与国际头部厂商差距逐渐缩小,国产替代有望进一步突破市场份额。

3.国内进展:技术持续突破,中高端+多品类推进

国内减速器厂商技术持续突破,开始向中高端减速器市场进发。近年,国内减速器企业取得了显著进步和发展,不仅在产品布局方面日臻完善,同时在市场占有率上也实现显著提升,逐渐向日系厂商垄断的中高端市场推进。

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减速器市场空间分析


1.减速器市场规模增速较快,但体量稍小,属于利基市场

无论是谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器,当前全球市场规模均在20亿美元以下,近年中国市场规模也分别在25亿、43亿、36亿元人民币左右,呈现出小而精赛道的特征。

2.中国市场均占全球市场一半左右

近年谐波减速器、RV减速器、精密行星减速器的中国市场分别占全球市场的57%、42%、42%左右,谐波减速器、精密行星减速器的市场份额更高主要得益于中国的工业机器人产业近年发展更快所致。

3.减速器最大下游为工业机器人

根据绿的谐波、哈默纳科的财务数据可知,其至少有50%及以上的产品需求下游集中在工业机器人领域。工业机器人尺寸相较于工业设备而言较小,因此机器人的旋转关节及负载部位均需要精密减速器。

工业机器人增速整体趋于平稳,2021-2022年较大上行周期后,增量对减速器需求的拉动有限。近年国内相对较成熟的工业机器人已经度过快速成长期,逐步具有周期性。上一轮周期增速顶点为2021年,国内工业机器人产量达到36.6万台,同比增速高达44.9%;当前2024年前4个月工业机器人产量达到17.1万台,增速高达9.9%。当前处于小型上行期,后续增长峰值或低于前波峰。GGII数据显示,2023年汽车整车及零部件、3C电子、锂电、光伏行业机器人销量占比分别为32.17%、18.79%、9.36%、8.40%,以上领域合计占据近70%工业机器人下游的应用份额。

4.近年新兴产业对工业机器人拉动明显,带动减速器出货量

根据高工研究院,2022年对工业机器人出货量带动最明显的行业是光伏、汽车电子、半导体,同比分别为90%、18%、16%左右。当前光伏、电动汽车下游需求度过快速增长期,增速放缓,对工业机器人出货拉动有限;同时全球半导体拐点已现,但上行周期开启的时间和幅度上暂不确定。综合来看,工业机器人出货量短期或难出现大的产业趋势带动,呈现稳步增长的态势。

后续存量替换对减速器需求拉动或将明显。综合来看,工业机器人的替换需求在2015年达到8.9万台,2022年为11.85万台,存量替换需求占总需求的比重从37.96%降至10.78%的历史较低水平。主要系2021-2022年工业机器人出货量受下游新兴产业拉动快速增长,增量需求增长明显,存量替换未明显增长。后续两年,前期新增的机器人刚好到了减速器更换周期节点,工业机器人减速器的存量替换或可能成为新的助力。

5.预计下全球人形机器人减速器中期规模约200亿元

随着人形机器人和大模型等技术的持续突破,我们预计人形机器人的逐步放量将为精密减速器带来广阔的增量需求。我们测算人形机器人关节用精密减速器的市场空间,假设如下:1)需求假设:根据特斯拉财报电话会信息,预计特斯拉Optimus2025年销量为千台级别,主要用于特斯拉自身工厂,26年逐步对外销售,预计后续人形机器人需求有望提速,假设中性预测下2030年全球人形机器人需求为百万台级别;其他机器人玩家比如Figure、智元、宇树、傅里叶等玩家也将陆续放量。2)配套假设:目前单台特斯拉Optimus需14个旋转关节,对应14台减速器需求,假设皆为谐波方案;其他主机厂假设单台机器人需35个减速器,但部分国内机器人方案选择行星减速器,设置当前谐波减速器与行星减速器在传统方案里占比为5:5,后续谐波减速器在传动方案中的渗透率逐步提升,升至6:4。3)单价假设:参考绿的谐波、科峰智能公告及行业信息,假设人形机器人用谐波减速器单价为2000元,行星减速器单价为1000元,并以年度10%速率降本。根据以上假设,我们测算得到:乐观情形下,2030年全球人形机器人用谐波减速器预计市场空间269.4亿元,行星减速器39.6亿元,合计约309亿元,2025-2030年复合增长率221%。中性情形下,2030年全球人形机器人用谐波减速器预计市场空间175.7亿元,行星减速器25.8亿元,合计约201.5亿元,2025-2030年复合增长率212%。悲观情形下,2030年全球人形机器人用谐波减速器预计市场空间82亿元,行星减速器12.1亿元,合计约94.1亿元,2025-2030年复合增长率204%。综上,在中性预期下,2030年全球人形机器人的放量能够为精密减速器带来市场规模约200亿元,可见人形机器人的兴起为减速器注入新的强心剂,催生精密减速器庞大增量需求。

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减速器相关公司


1.绿的谐波

公司是国内为数不多可以自主研发并实现规模化生产的谐波减速器厂商,领先布局机电一体化产品结构,深耕二十余年打破国外技术垄断。苏州绿的谐波传动科技股份有限公司成立于2011年,是一家致力于精密谐波传动装置研发、设计、生产和销售的高新技术企业。公司的核心业务包括谐波减速器、机电一体化执行器及精密零部件,这些产品广泛应用于工业机器人、服务机器人、数控机床、医疗器械、半导体生产设备及新能源装备等高端制造领域。作为机器人核心部件的谐波减速器,被比喻为“运动关节”,绿的谐波在该领域的国内市场占有率超过60%(自主品牌机器人用),打破了国际品牌的垄断,被誉为“机器人关节第一股”。公司自2003年起,核心团队便专注于机器人用精密谐波减速器的基础理论研究,并在国内率先突破技术瓶颈。绿的谐波已入选国家第一批专精特新“小巨人”企业和国家制造业单项冠军示范企业,于2020年8月28日成功在上交所科创板上市。

公司发展归纳为三个阶段:1)初创期(2003-2009):跳出传统渐开线齿形设计理论,运用有限元设计方法对谐波传动进行数学建模,将3D仿真引入谐波齿形设计,制造出第一台谐波减速器的原型机,并建立企业检验测试中心,开始对谐波减速器进行评价和测试。2)成长期(2009-2019):主持编制GB/T30819-2014《机器人用谐波齿轮减速器》国家标准并于2014年底正式实施;相继推出精密谐波减速器产品系列19个,完成10万台产销目标;年产50万台的生产基地开始动工。3)扩张期(2019-至今):新一代三次谐波减速器“Y系列”问世;2020年在科创板上市;2023年提交定增计划,计划募集20.3亿元,建设100万谐波减速器产能,20万机电一体化产品产能。

从技术层面来看,公司在谐波减速器的结构设计、齿形研究、啮合原理、传动精度、疲劳寿命、振动噪声抑制及精密加工等方面持续投入研发。同时,公司在抗磨新材料、润滑新技术、轴承优化、齿廓修形和材料处理等领域拥有核心技术。研发能力方面,公司已通过ISO9001及ISO14001国际质量体系认证,拥有117项发明专利和126项实用新型专利,并且是多项国家精密减速器标准的主要起草单位。公司与上海交通大学、浙江大学苏州工业技术研究院、东南大学等合作,设立了浙大绿的谐波传动实验室、机器人驱动技术联合工程研发中心、机器人与数控机床技术联合研发中心,并建立了江苏省博士后创新实践基地等研发机构。

在产品扩建和研发方面,公司计划通过上市募资,投资6.31亿元用于年产50万台精密谐波减速器的生产扩建,以升级生产线,降低开发和制造成本;同时,投入0.83亿元用于研发中心升级,以全面提升公司的研发能力。

公司谐波减速器或机电一体化执行器的主要终端客户包括新松机器人、华数机器人、新时达、埃夫特、广州数控、遨博智能、亿嘉和、埃斯顿、优必选、配天技术、Universal Robots、Kollmorgen、Varian Medical System等国内外知名品牌及制造商,公司也是ABB(ABB.N)、通用电气(GE.N)、那智不二越(6474.T)、阿法拉伐(ALFA.ST)等诸多国际高端装备制造企业的精密零配件供应商。

从技术水平看,公司通过自主研发、自主创新逐渐掌握了多项核心技术,关键技术具有自主知识产权。在谐波减速器结构设计、齿形研究、啮合原理、传动精度、疲劳寿命、振动噪声抑制、精密加工等方面持续进行研发投入。在抗磨新材料、润滑新技术、轴承优化、齿廓修形、独特材料处理等领域拥有核心技术。

从研发能力来看,公司积累了成熟的自动化产线建设和项目经验,沉淀了先进的生产管理理论,形成了一套科学全面的质量管理体系。在精密加工环节,公司建立起高度自动化的流水生产线,提高了规模化制造效率及稳定性,大幅提升产品的一致性与稳定性。另外,公司在谐波减速器和机电一体化产品领域获得一系列资质认证,具有领先的生产管理水平。

公司从基础原材料的研究和选择、零部件粗加工、精密加工到谐波减速器整机的装配均可自主完成,成为行业中少数能够实现减速器产品全产业链覆盖的生产商,不仅可以充分的管控产品性能和质量,更是大大降低了生产成本,在确保质量不输进口同类产品的前提下,具备了更优的性价比、更强上下游协同开发能力、更快服务响应速度和更短的订单交期。随着国家对智能制造产业的支持和下游市场的需求,公司通过积极研发生产高功率密度电机、伺服驱动、电液伺服阀等机电一体化产品主要核心部件,使其能够在全产业的价值链内更好地配置生产资源,丰富产品结构,提高营运效率和灵活性,增强竞争力和抗风险能力。

2.双环传动

深耕传动部件四十载,专注齿轮研发与制造。双环传动成立于1980年,2010年于深交所上市,创立至今40余年持续专注于机械传动行业,是国内头部专业齿轮产品制造与服务商。公司齿轮产品实现汽车、工程机械、机器人、电动工具等多领域覆盖,并在国内大功率新能源车齿轮市场占据70%以上份额。公司凭借领先的工艺技术、品质管理、精密制造、批量化供应能力,持续突破国内外优质客户。2022年双环传动营收68亿元,同比+27%,净利润5.8亿元,同比+78%。

打造高精齿轮平台化供应体系。公司专注于齿轮传动零部件的研发、制造与销售,其齿轮产品主要于乘用车、商用车、工程机械、摩托车以及电动工具等领域。乘用车业务是公司的核心板块之一,2022年公司乘用车齿轮营收36.5亿元,同比+49.7%,营收占比53.4%;电动工具齿轮营收1.4亿元,同比-20.6%,营收占比2.0%;工程机械齿轮营收7.4亿元,同比-7.0%,营收占比10.8%;摩托车齿轮营收1.2亿元,同比-18.6%,营收占比1.7%;商用车齿轮营收5.1亿元,同比-34.6%,营收占比7.5%;民生齿轮营收2.0亿元,占比3.0%;钢材销售业务营收10.2亿元,同比+29.4%,占比15%。

优质客户矩阵加持,客户集中度逐年提升。1)乘用车领域:双环拥有众多新能源汽车产业链标杆客户,包含整机厂及Tier1供应商,如全球领先电动车制造企业、比亚迪、广汽集团、丰田、采埃孚、蔚来、日电产、舍弗勒、汇川、博格华纳等;此外公司为传统巨头大众、采埃孚、通用、福特、丰田、爱信、上汽、一汽、广汽等已稳定配套多年;2)商用车领域,双环与采埃孚、康明斯、伊顿、玉柴等核心零部件企业建立稳定合作关系;3)工程机械领域:卡特彼勒和约翰迪尔为代表性客户。2022年公司客户CR5为33.8%,同比+4.5pct,客户聚焦度逐步提升,彰显公司配套能力及客户合作深度。

双环传动2013年组建高精密减速器核心创始团队,在国家“863计划”和工信部智能制造专项支持下,经历样机开发、小批k量试制、批量化产业能力建设,突破设计理论、制造关键工艺、检测测试、高精密装配和专用装备开发等关键核心技术,已形成工业机器人用全系列RV减速器产品,2019年实现国内RV减速器份额首位,并于2020年注资成立浙江环动机器人关节科技有限公司(“环动科技”),专门从事机器人关节高精密减速机、高精密液压零部件的研制及产业化等业务,截至2022年5月实现突破10万台减速机产能。

企业对自动化改造诉求增加,而国外机器人零部件企业在国内销售遇到一些瓶颈,资源不足导致供货不及时,此外随下游国产机器人企业整体能力提升,国产化率逐步提高,给国产机器人零部件企业带来很大的机会,公司相关减速器业务显著提升。环动科技倾力为客户提供覆盖3-1000KG负载机器人所需的高精密减速机整体方案。

3.中大力德

公司是从事机械传动与控制应用领域关键零部件的研发、生产、销售和服务的高新技术企业,主要产品包括精密减速器、传动行星减速器、各类小型及微型减速电机等,为各类机械设备提供安全、高效、精密的动力传动与控制应用解决方案。

公司是国内综合性精密减速器厂商,布局三大精密减速器。公司前身为宁波中大力德传动设备有限公司,成立于2006年,于2017年成功上市。自成立以来,公司一直从事减速器、减速电机的生产和销售,并不断结合市场需求,借鉴国内外先进经验,加大研发投入,相继推出微型无刷直流减速电机、精密行星减速器、滚筒电机、RV减速器等新产品,实现产品结构升级,现已成为国内机械传动与控制应用领域关键零部件厂商。公司是业内少有的同时具备三种精密减速器量产能力的减速器制造商,其中2021年公司RV减速器国内销售额市占率为4%。

从产品结构来看,公司产品体系不断升级,智能执行单元增量明显。公司主要产品包括减速器、减速电机、智能执行单元,对应2023H1营收占比分别为22.78%/30.93%/44.63%。智能执行单元为公司2021年新拓品类,主要包括叉车驱动总成、无刷电机+无刷驱动器、电机+减速器一体机、“半个机器人”等产品。该业务营收增长迅速,2023H1实现营收2.41亿元,已成为公司营收占比最高的业务。

公司拥有减速器、电机、驱动器一体化的完整产品线,细分产品已达上千种,广泛应用于工业机器人、太阳能光伏跟踪系统、电动叉车、AGV无人搬运车、自动分拣系统等高端领域。

精密减速器技术含量高,生产工艺复杂,存在较高的进入壁垒,主要包括精密行星、RV和谐波减速器三大类。公司凭借其在精密减速器领域的长期专注与深耕,已经发展出能够量产三大精密减速器的强大能力。

深耕精密减速器领域,固投储备优势显著。公司本着“以进口装备生产替代进口产品”的理念,高起点参与市场竞争,不断引进国际先进的生产和检测设备,形成了以日本“三菱”和德国“卡帕”为主体的齿轮加工系列装备;以日本“牧野”和德国“德玛吉”为主体的壳体加工系列装备;以德国“蔡司”和瑞士“海克斯康”为主体的三坐标测量装备;以德国“克林贝格”为主体的锥齿轮磨齿和产品检测系列装备。公司因长期稳定的固投而拥有充足储备,有望凭多品类零部件快速扩产的能力率先受益于国产核心部件增量需求,扩大规模效应,提升利润水平。

“减速器+电机+驱动器”一体化产品框架顺应行业趋势。机电一体化技术大幅提高了机械产品的性能,在当前制造业中展现出显著优势。传统上,为了实现机械产品的变速控制,一般都要对电机、减速器等进行结构化设计,然后采用人工操作的方法对其进行控制。而机电一体化技术的兴起,使传统的需要人工操作的机电结构被变频调速电子装置所代替,提高了其控制性能和集成度。公司前瞻性的“减速器+电机+驱动器”一体化产品架构完美契合了人形机器人市场对于小型化、集成化及一体化化产品的诉求。通过整合核心零部件系统,围绕工业自动化和工业机器人,公司推出了“精密行星减速器+伺服电机+驱动”一体机、“RV减速器+伺服电机+驱动”一体机、“谐波减速器+伺服电机+驱动”一体机等模组化产品,实现产品结构升级。

4.丰光精密

公司深耕精密零件制造领域,业务规模持续扩张。丰光精密公司成立于2001年,是一家以高精密部品的加工和组装,以及铝制品铸造为核心技术和核心产品的国家级高新技术企业。经二十余年的发展,公司业务不断扩大。公司现有三个生产工厂,并在美国设立全资子公司,近期即将投产的上合工厂占地达到10万平方米。

公司研发能力强劲,产品质量可靠,拥有众多稳定客户。公司曾被评为国家专精特新“小巨人”企业、山东省企业技术中心等;并先后通过了国际质量管理体系、ISO9001认证和汽车行业生产件与相关服务件质量管理体系、IATF16949认证等管理体系;公司以优质的产品赢得了众多国际各行业顶尖制造商的认可,并与之发展成为长期战略合作伙伴,如THK集团、安川电机、埃地沃兹、费斯托、山洋电机、盖茨集团、中国中车、阿尔斯通、均胜、日本电产岱高公司以及阿特拉斯等。

谐波减速器业务蓬勃发展,打造企业第二增长曲线:谐波减速机主要应用于工业机器人、服务机器人、数控机床、光伏设备、医疗器械等多个行业和领域。国内谐波减速机产品已经长期应用于国防工业和一些民用机械产品中,部分产品已经拓展至国外市场,并开拓出了固体润滑谐波传动和短杯谐波传动产品领域。公司不断加大谐波减速器的投入,开拓市场发掘客户,使得自身竞争力持续增强。2024年,公司拟投入2.5亿元用于“年产30万套谐波减速器生产项目”,完成谐波减速器领域量产突破,打造公司第二增长曲线。

08

减速器升级及发展趋势分析


减速器是执行器中较高附加值、较高供货壁垒的环节,具备减速器能力的供应玩家将在执行器中占据重要地位,减速器具备两大潜在的行业演进方向:升级和延展。

1.横向(负载谱系拓展+迭代产品性能)

①继续开拓不同负载等性能指标的减速器产品;

②升级当下减速器指标性能(扭矩、精度、效率、体积、重量等);

③推进新型减速器产品创新(新材料、新结构),以及布局高精密减速器在更多领域的应用探索。

2.纵向(机电一体化)

国内外领跑企业纷纷开发一体化模块。国际谐波减速器厂商提出“整体运动控制”,国内龙头品牌绿的谐波、双环传动也在推进机电一体化布局,将谐波减速器与电机、编码器、制动器、传感器等组合,提供高附加值模块化产品,打开半导体、光学、测量等下游市场。机电一体化供货有望成为未来的趋势。

09

参考研报


1.慧博智能投研-国产替代系列二:人形机器人孕育市场蓝海,减速器行业迎发展良机
2.慧博智能投研-减速器行业深度:成长赛道、国产替代、发展趋势、产业链及相关企业深度梳理
3.国信证券-汽车行业人形机器人系列专题之减速器:国产品牌有望迎来产业升级机遇
4.国联证券-人形机器人行业系列报告(七):人形机器人扩容市场,国产减速器进军国际
5.招商证券-机械行业机器人系列报告(十):细数谐波减速器行业核心玩家
6.甬兴证券-人形机器人行业深度报告(二):精密减速器,人形机器人核心零部件,国内厂商迎来长期成长空间
7.平安证券-中大力德-002896-以减速器为核心完善产品结构,延伸布局机电一体化
8.长城证券-通信行业精密减速器:机器人核心部件,有望持续受益人形机器人产业带动
9.国元证券-绿的谐波-688017-公司首次覆盖报告:谐波减速器领军企业,有望迎来星辰大海
10.江海证券-绿的谐波-688017-首次覆盖:国内谐波减速器龙头企业,设备更新升级预期下助力业绩增长
11.渤海证券-机械设备行业专题报告:人形机器人发展预期向好,减速器需求有望提升
12.国信证券-双环传动-002472-以车端与机器人业务为核,打造精密齿轮平台型供应体系
13.银河证券-丰光精密-430510-首次覆盖报告:政策助力发展,谐波减速器打造第二曲线
14.光大证券-人形机器人行业跟踪报告(五)之减速器行业深度报告:工业机器人核心零部件,人形机器人打开精密减速器增量空间
15.华安证券-绿的谐波-688017-新产品+新场景,引领机电一体化行业发展


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