AI和机器人兴起新材料迎来大发展.pdf
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1、证券研究报告2023年07月17日产业研究新材料产业深度报告:新材料产业深度报告:AI和机器人兴起,新材料迎来大发展和机器人兴起,新材料迎来大发展新材料产业框架之二新材料产业框架之二李永磊(证券分析师)S杨仁文(证券分析师)S国海证券研究所陈凯(联系人)S请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明2核心总结核心总结 AI+机器人:机器人:硬件是硬件是AI机器人的核心竞争力。机器人的核心竞争力。减速器、伺服电机、控制器、传感器、AI芯片、PCB共同构成的上游关键硬件,为机器人保驾护航。减速器:减速器:安装在机器人的关节,用于精确控制机器人动作、传输更大的力矩,主要分为RV减速机和谐波减速器。据华经
2、产业研究院数据,2020年RV减速机需求量为47.5万台,同比增长11.2%。市场集中度较高,其中日本企业博纳特斯克市场占有率位居第一(53%),具有绝对优势。除双环传动以外,其余厂商市场占有率均未超5%。2021年我国机器人用谐波减速器市场规模为12.1亿元,主要厂商有哈默纳科、日本新宝、绿的谐波、中技克美等。国内头部厂商近年来市占率逐年提升。减速器上游结构件主要由钢材、铜、铝等金属加工而成,目前我国谐波柔轮材料(40Cr合金钢)依赖进口,部分厂家开始研发球墨铸铁材料用于谐波钢轮。伺服电机:伺服电机:伺服系统是机器人实现精准定位、精准运动的必要途径,主要由伺服驱动器、伺服电机和编码器组成。据
3、工控网数据,2022年中国伺服电机市场规模达181亿元,预计2023年市场规模将增长至195亿元。伺服电机市场集中度较高,2021年上半年国内厂商汇川技术市场份额占比第一,达15.9%,排名靠前的厂商依然以日本和中国台湾为主。稀土磁材是伺服电机制造过程中的重要原材料,供应厂商包括中科三环、金立永磁、正海磁材、宁波韵升、英洛华。控制器:控制器:相当于机器人的大脑,负责向机器发布和传递指令动作,控制机器人在工作中的运动位置、姿态和轨迹。据中商产业研究院数据,中国工业机器人用控制器市场规模由2017年的10.5 亿元上升至 2021 年的 14.7亿元,CAGR 为 8.8%,预计2022年市场规模
4、有望达到16.2亿元。2021年日本发那科在国内市场份额为 18%,国内企业尚未形成市场竞争力,控制器国产率不足20%。中游本体厂商倾向于自研控制器&伺服系统,包括海外三大机器人巨头:日本发那科、日本安川、瑞典ABB。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明3核心总结核心总结 传感器传感器:分为内部传感器和外部传感器,内部传感器包括位置、速度、力、加速度等物理的传感器,主要用于测量机器人自身状态,外部传感器模仿人类感官,包括视觉、触觉、听觉、嗅觉、味觉、接近觉等传感器。根据YOLE数据统计,2015-2021年无人机及机器人传感器市场从3.51亿美元增长至7.09亿美元,复合增长率高达12.4
5、%,其中光学传感器占比达74%。传感器原材料供应位于产业链最上游。国内供应商主要包括光纤材料:有研新材、锐科激光;陶瓷材料:风华高科、国瓷材料、顺络电子、三环集团、中瓷电子;半导体材料:江丰电子、阿石创、沪硅产业、三安光电、北方华创、鼎龙股份;金属材料:宝钢股份、江西铜业、紫金矿业。AI芯片:芯片:包括GPU(图形处理器)、FPGA(现场可编程逻辑门阵列)和ASIC(专用集成电路)。据中商产业研究院统计,2022年全球AI芯片市场规模约在361亿美元。随着人工智能技术日趋成熟,大算力基础设施不断完善,AI商业化应用将加速落地,AI芯片需求将持续上升。PCB:在电路中起固定各种元器件,提供各项元
6、器件之间的连接电路,由绝缘隔热、一定强度的材质制作而成的板材,是关键电子互联件,被誉为“电子产品之母”。随着AI技术的快速普及,对智能设备的数量与性能提出了更高的要求,将同步驱动PCB需求的提升。根据Prismask预测,2027年全球PCB产值将达到983.9亿美元。风险提示:风险提示:AI技术发展和需求增长不及预期;新建项目投产进度不及预期;新建项目投产进度不及预期;行业竞争加剧;国际局势动荡。请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明4相关公司相关公司硬件上游相关材料相关公司减速器 RV减速器:博纳特斯克(日本)、双环传动(002472.SZ)、日本住友、飞马传动、中大力德(002896.
7、SZ)、南通振康、智同科技、秦川机床(000837.SZ)谐波减速器:哈默纳科(日本)、日本新宝、绿的谐波(688017.SH)、来福谐波、中技克美(871601.NQ)、福德机器人、大族传动钢材中信特钢(000708.SZ)、河钢股份(000709.SZ)、抚顺特钢(600399.SH)、西宁特钢(600117.SH)、方大特钢(600507.SH)、南钢股份(600282.SH)、广大特材(688186.SH)铜合金有研粉材(688456.SH)、斯瑞新材(688102.SH)、江西铜业(600362.SH)、海亮股份(002203.SZ)、楚江新材(002171.SZ)、博威合金(601
8、137.SH)、金田股份(601609.SH)、众源新材(603527.SH)、鑫科材料(600255.SH)、电工合金(300697.SZ)齿轮双环传动(002472.SZ)轴承五洲新春(603667.SH)润滑材料统一石化、龙蟠科技(603906.SH)、中国石化(600028.SH)、中国石油(601857.SH)伺服电机汇川技术(300124.SZ)、日本安川、台达(中国台湾)、日本松下、日本三菱稀土永磁材料中科三环(000970.SZ)、正海磁材(300224.SZ)、宁波韵升(600366.SH)、英洛华(000795.SZ)硅钢材料宝钢股份(600019.SH)、望变电气(603
9、191.SH)、首钢股份(000959.SZ)控制器/海外:日本发那科、德国库卡、瑞士ABB、日本安川国内:埃斯顿(002747.SZ)、新时达(002527.SZ)、汇川技术(300124.SZ)、信捷电气(603416.SH)、英威腾(002334.SZ)、雷赛智能(002979.SZ)、固高科技(A21624.SZ)传感器光纤材料有研新材(600206.SH)、锐科激光(300747.SZ)陶瓷材料国瓷材料(300285.SZ)、风华高科(000636.SZ)、顺络电子(002138.SZ)、三环集团(300408.SZ)、中瓷电子(003031.SZ)、麦捷科技(300319.SZ)金
10、属材料宝钢股份(600019.SH)、江西铜业(600362.SH)、紫金矿业(601899.SH)资料来源:Wind,华经产业研究院,中商产业研究院,前瞻产业研究院,国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明5相关公司相关公司硬件上游相关材料相关公司芯片硅片海外:信越化学、SUMCO(日本)、世创电子(德国)、SK Siltron(韩国)国内:沪硅产业(688126.SH)、TCL中环(002129.SZ)、神工股份(688233.SH)、立昂微(605358.SH)、中晶科技(003026.SZ)、众合科技(000925.SZ)、扬杰科技(300373.SZ)、环球晶圆、有研半
11、导体、上海合晶电子特气海外:空气化工(美国)、林德集团(德国)、液化空气(法国)、太阳日酸(日本)国内:昊华科技(600378.SH)、巨化股份(600160.SH)、雅克科技(002409.SZ)、硅烷科技(838402.BJ)、杭氧股份(002430.SZ)、凯美特气(002549.SZ)、和远气体(002971.SZ)、金宏气体(688106.SH)、华特气体(688268.SH)、正帆科技(688596.SH)、南大光电(300346.SZ)、侨源股份(301286.SZ)、胜华新材(603026.SH)湿电子化学品海外:海外:巴斯夫、默克(德国)、霍尼韦尔、英特格(美国)、住友化学、
12、三菱化学、关东化学、Stella(日本)国内:江化微(603078.SH)、格林达(603931.SH)、晶瑞电材(300655.SZ)、飞凯材料(300398.SZ)、新宙邦(300037.SZ)、光华科技(002741.SZ),西陇科学(002584.SZ),巨化股份(600160.SH),多氟多(002407.SZ)、兴发集团(600141.SH)、上海新阳(300236.SZ)、安集科技(688019.SH)CMP抛光材料海外:Cabot(美国)、日立、Fujimi(日本)、Versum(德国)国内:安集科技(688019.SH)、鼎龙股份(300054.SZ)、江丰电子(300666
13、.SZ)光刻胶海外:东京应化、JSR、住友化学、DONGJIM、富士胶片(日本)、杜邦(美国)国内:彤程新材(603650.SH)、晶瑞电材(300655.SZ)、万润股份(002643.SZ)、久日新材(688199.SH)、八亿时空(688181.SH)、雅克科技(002409.SZ)、容大感光(300576.SZ)、强力新材(300429.SZ)、上海新阳(300236.SZ)、南大光电(300346.SZ)、飞凯材料(300398.SZ)、广信材料(300537.SZ)光掩模板海外:Photronics(美国)、DNP、TOPPAN(日本)国内:清溢光电(688138.SH)、路维光电
14、(688401.SH)、华润微(688396.SH)PCB电子树脂环氧树脂中化国际(600500.SH)、宏昌电子(603002.SH)、东材科技(601208.SH)、圣泉集团(605589.SH)聚四氟乙烯巨化股份(600160.SH)、昊华科技(600378.SH)、鲁西化工(000830.SZ)液晶高分子LCP 普利特(002324.SZ)、金发科技(600143.SH)、沃特股份(002886.SZ)电子铜箔诺德股份(600110.SH)、嘉元科技(688388.SH)、中一科技(301150.SZ)电子玻纤纱中国巨石(600176.SH)、中材科技(002080.SZ)、宏和科技(
15、603256.SH)、长海股份(300196.SZ)硅微粉联瑞新材(688300.SH)、华飞电子(雅克科技全资子公司)(002409.SZ)PI薄膜瑞华泰(688323.SH)、国风新材(000859.SZ)资料来源:Wind,贤集网,飞鲸投研,前瞻产业研究院,国海证券研究所请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明6目录目录1.AI机器人:人工智能的终极形态机器人:人工智能的终极形态2.减速器:日系厂商竞争优势高,壁垒在于原材料减速器:日系厂商竞争优势高,壁垒在于原材料3.伺服电机伺服电机&控制器:国内厂商已建立优势控制器:国内厂商已建立优势4.传感器:视觉传感器或将率先受益传感器:视觉传感
16、器或将率先受益5.AI芯片:智能化的核心,带动半导体材料大发展芯片:智能化的核心,带动半导体材料大发展6.PCB:AI浪潮下,浪潮下,PCB产业有望迎来重塑产业有望迎来重塑7.风险提示风险提示请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明7人工智能:驱动新一轮科技革命和产业变革人工智能:驱动新一轮科技革命和产业变革 人工智能(Artificial Intelligence,AI)是利用机器学习和数据分析方法赋予机器模拟、延伸和拓展类人的智能的能力,实现听、说、读、写、学习、行动等功能,本质上是对人类思维过程的模拟,是多学科交叉融合的前沿技术。资料来源:OFweek维科网,PixelSquid,国海证
17、券研究所图表:人工智能的本质与技术要素图表:人工智能的本质与技术要素听听语音识别机器翻译人机对话看看图像识别文字识别视频识别思考思考定理证明逻辑推理人机对弈医疗诊断创作创作语音合成图像合成文字合成音频合成学习学习机器学习知识表示行动行动机器人自动驾驶无人机学科基础学科基础 数学 计算器科学 控制科学 脑与认知科学 语言学 材料科学AI核心技术核心技术 机器学习 知识图谱 类脑智能计算 计算机视觉 自然语言处理 智能语音 智能无人系统 生物特征识别 VR/ARAI外延技术外延技术 数据库 数据挖掘 人机交互 物联网 可视化 芯片技术 计算机系统请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明8发展历程:
18、处于爆发增长的新浪潮发展历程:处于爆发增长的新浪潮 1956年达特茅斯会议上首次提出“人工智能”概念至今,人工智能已发展60余年,经历三次全球发展浪潮,目前正处于第三次发展浪潮之中。资料来源:OFweek维科网,人工智能发展报告2011-2020清华大学人工智能研究院,新华网,国海证券研究所AI诞生并快速发展模型突破,初步产业化创新研究加速,技术进一步实用化1956年年达特茅斯会议提出了人工智能概念1957年年心理学家罗森布拉特发明感知机的模型1982年年Hopfield神经网络模型提出1986年年Hinton等提出反向传播算法2006年年Hinton提出深度学习算法模型2012年年深度学习算
19、法在语音、图像识别上取得重大突破2016年年Deepmind公司开发的AlphaGo战胜人类顶级围棋选手李世石2020年年AI助力疫情防控2023年年OpenAI发布的ChatGpt受到广泛关注,成为史上用户增速最快的消费级应用程序让机器具备逻辑推理能力解决特定领域问题的“专家系统”机器学习+深度学习+大数据第一次寒冬第一次寒冬1974-1980年年受限于机器算力,AI研究遇冷第二次寒冬第二次寒冬1987-1993年年专家系统的应用场景局限性高,升级难且维护费用高昂,各界对于AI的高预期落空图表:人工智能发展的三次浪潮图表:人工智能发展的三次浪潮第一次浪潮:1956-1974第二次浪潮:198
20、0-1987第三次浪潮:1993-20112011年至今请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明9基础层是基础层是AI产业发展的底层基石产业发展的底层基石人工智能产业链可分为上游基础层、中游技术层和下游应用层。基础层是人工智能产业的基础,主要提供算力、算法和数据;技术层是人工智能产业的核心,将基础能力转化成人工智能技术;应用层是人工智能产业的延伸,将AI技术落地到细分行业与场景。图表:人工智能产业链图表:人工智能产业链资料来源:中商产业研究院,国海证券研究所基础层AI芯片智能传感器云服务数据服务5G通信AI模型生产等技术层关键领域技术计算机视觉自然语言处理等语音识别关键通用技术机器学习知识图谱
21、等应用层产品服务应用场景智能机器人智慧城市无人机等智慧医疗智慧金融智慧交通智能家居智慧零售智慧物流智能安防等云服务语音识别请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明10传统机器人:可分为工业、服务与特种机器人传统机器人:可分为工业、服务与特种机器人 国际机器人联盟(IFR)根据应用环境,将机器人分为工业机器人与服务机器人两大类。其中工业机器人是指应用于生产过程与环境的机器人;服务机器人是指除工业机器人以外,用于非制造业并服务于人类的各种机器人,可分为个人/家用服务机器人和专业服务机器人。根据我国机器人市场现状,中国电子学会则进一步将机器人分为工业机器人、服务机器人、特种机器人三类。图表:机器人分
22、类图表:机器人分类 图表:图表:2022年机器人市场结构预测年机器人市场结构预测机器人工业机器人服务机器人特种机器人搬运机器人焊接机器人喷涂机器人加工机器人等家用服务机器人医疗机器人公共服务机器人救援机器人军用机器人等资料来源:中国机器人产业发展报告(2022年)中国电子学会,2021年中国机器人行业研究报告36氪,国海证券研究所38%50%42%37%20%13%全球中国工业机器人服务机器人特种机器人请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明11机器人市场规模逐步扩大机器人市场规模逐步扩大 据中国电子学会数据,2022年全球机器人市场规模预计达到513亿美元,其中工业、服务、特种机器人市场规模
23、分别达到195亿美元、217 亿美元和101亿美元。预计到2024年,全球机器人市场规模将有望突破650亿美元。资料来源:中国机器人产业发展报告(2022年)中国电子学会,国海证券研究所图表:全球工业机器人销售额及增速图表:全球工业机器人销售额及增速 图表:全球服务机器人销售额及增速图表:全球服务机器人销售额及增速 图表:全球特种机器人销售额及增速图表:全球特种机器人销售额及增速 16316513813917519521023024%1%-16%1%26%11%8%10%-20%-15%-10%-5%0%5%10%15%20%25%30%0501001502002502017 2018 201
24、9 2020 2021 2022E2023E2024E市场规模(亿美元)年增长率669511613817221725029041%44%22%19%25%26%15%16%0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%50%05010015020025030035020172018201920202021 2022E 2023E 2024E市场规模(亿美元)年增长率384353668210112014026%13%23%25%24%23%19%17%0%5%10%15%20%25%30%0204060801001201401602017 2018 2019 2020 2021 202
25、2E2023E2024E市场规模(亿美元)年增长率请务必阅读报告附注中的风险提示和免责声明12历经三代演进,历经三代演进,AI机器人崭露头角机器人崭露头角资料来源:2021年中国机器人行业研究报告36氪机器人主要经历了三代发展历程,即程序控制机器人、自适应机器人和智能机器人。第一代:程序控制机器人第一代:程序控制机器人。完全按照事先装入到存储器中的程序步骤进行工作,如果任务或环境发生变化,就要重新设计程序。这类机器人主要模拟人的运动功能,执行拿取、搬运、包装、机械加工等固定工作。第二代:自适应机器人第二代:自适应机器人。配备了传感器,通过视觉、触觉、听觉等传感器获取作业环境和操作对象信息,由计
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