证券研究报告 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明 table_research 行业深度报告 机械军工 行业 2021 年 02 月 02 日 table_main 公司深度报告模板 “温故知新”系列之工业机器人行业复盘 （二） ： 从美国 汽车行业“ 2mm 工程”看工业机器人国产化空间 工业机器人 推荐 维持 评级 投资要点 工业机器人汽车行业应用领域保持下游需求规模第一位。 工业机器 人下游应 用广泛，主要应用行业包括汽车、电子电器、 化学橡胶塑 料、 金属制品、食品制造等行业。 根据 IFR 统计， 2019 年全球 范围 内工业机器人在 汽车和电子电气 中的应用占比 达 28.15、 23.59， 合计 占据工业机器人需求超过 50%。其中 工业机器人在 汽车行业 中 的 应用比例 ，受电子行业规模扩张，基数变大的影响略有下滑 ，但 汽车行业 以其庞大的行业规模基础和较高的自动化率， 我们预计 汽 车行业工业机器人下游需求规模仍将 稳居 高位 。 20 世纪 90 年代美国汽车市场发起“ 2mm 工程”以应对日系车对市场 份额的威胁 。 20 世纪 70 年代之前，美国三大车企福特、通用、克 莱斯勒常年占有美国汽车销售市场份额的 80%以上。两次石油危机 之后，日系车迅速抢占美国汽车市场，本田、丰田、日产共获得美 国汽车市场份额的 18.03%， 日系车在美畅销的一大原因在于其车身 尺寸误差小， 整车质量高 、 返修率低 。 为提高美国汽车 品质 以与日 系车抗衡，美国汽车行业开展了 “2mm 工程 ”， 该工程 已成为系统性 工程并延续至今 ，其 主要目标 就是将白车身 的 综合误差 指数提升至 日 系车水平 ， 从而提升汽车整车 的 质量 ，追回失去的市场份额 。 “2mm”的 尺寸偏差 涉及多项工艺、涉及与操作等领域， 工业机器人 对产成品的精度影响 仅占 一 小 部分 。 空间工序上的误差累积、设备 磨损与误操作以及设计水平与装备水平等多方面都会对产成品造 成尺寸误差， 美国汽车行业为提高汽车质量而发起的“ 2mm 工程”提 出应 重点控制 冲压件尺寸偏差、焊接变形、 人工 操作 等因素 ，相较 之下 ，对 零部件加工精度的 要求是 低 于工业机器人可实现的重复定 位及加工精度范围， 工业机器人 加工产生的尺寸误差 的仅为 整个生 产过程中 尺寸误差链中的一环。 国产汽车机器人精度紧跟国外，或迎百亿市场空间 。 本文通过查阅 公司官网与产品手册，以“ 2mm 工程”中工业机器人主要涉及的工序 为分类基础，比较同等负载量级下国内外机器人精度与其他参数， 我们 认为国产机器人在焊接、折弯等领域精度已经接近国外同类型 产品 。 一方 面 ， 我国工业机器人行业明显呈回暖趋势，汽车行业边 际改善，汽车行业工业机器人 的使用需求量存在提升空间 。 另一方 面，我国国产工业机器人的渗透率 仍有很大提升空间 ， 跟随中国工 业机器人市场规模的扩大，并叠加国产工业机器人渗透率的提升， 我国国产工业机器人 2022 年预期对应的市场规模区间在 143.6165.7 亿元 ， 年均增速预计可达 30%以上 。 投资建议。 在行业景气度复苏时，我们认为具备核心技术、不断拓 展下游市场应用的公司有望脱颖而出，公司配置方面，我们推荐埃 斯顿（ 002747.SZ）和机器人（ 300024.SZ），关注拓斯达（ 300607.SZ）。 风险提示 ： 下游行业投资不及预期 的风险 、 需求大幅下滑的风险等。 分析师 李良 ：（ 8610） 8092 7657 ： 分析师登记编号： S0130515090001 范想想 ：（ 8610） 8092 7663 ： fanxiangxiang_ 分析师登记编号： S0130518090002 行业数据 2021.02.02 table_report 资料来源： Wind，中国银河证券研究院 相关研究 【银河机械军工】行业点评 _机械设备行业：工 程机械全年销量超预期，预计 21 年春季开工依 然旺盛 _20210113 【银河机械军工】行业月度动态报告 _机械行业 _制造业恢复势头继续巩固，中欧协定推动全球 化进 _20210105 【银河机械军工】行业深度 _工业机器人：“温故 知新”系列之工业机器人行业复盘：从日德韩发 展历程看中国工业机器人的未来 _20200611 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 机械指数 沪深 300 行业深度研究报告 /机械设备行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 1 目录 一、回顾美国汽车行业的 “2mm 工程” . 4 （ 1）美国汽车工业成熟发达，千人汽车保有量世界第一 . 5 （ 2） 90 年代高质量日系车抢占市场，美国“ 2mm 工程”应运而生 . 6 （ 3） CII 指数法控制误差，“ 2mm 工程”成效斐然 . 8 二、尺寸偏差源于多方面，工业机器人仅为因素之一 . 9 （ 1）冲压件尺寸偏差影响整体尺寸精度 . 11 （ 2）焊接夹具或是制造缺陷的重大因素 . 11 （ 3）焊接变形难以定量计算 . 12 （ 4）人工操作亦影响零部件尺寸 . 12 三、国产汽车机器人精度紧跟国外，或迎百亿市场空间 . 14 （ 1）国产工业机器人精度及各项指标不逊于国外品牌 . 14 （ 2）汽车工业边际改善，产量销量有望回升 . 19 （ 3）工业机器人市场回暖趋势明显，国产汽车工业机器人空间广阔 . 20 四、投资建议 . 24 （ 1）埃斯顿 . 25 （ 2）机器人 . 28 （ 3）拓斯达 . 32 五、风险提示 . 36 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 2 图表目录 图 1：美国机动车产出占制造业行业增加值比例（ 1967-2019 年） . 5 图 2：美国千人汽车保有量 . 5 图 3：主要国家千人汽车保有量（ 2019 年） . 5 图 4：美国机动车产出占制造业行业增加值比例（ 1967-2019 年） . 6 图 5： 美、日主要车企在美汽车销售市场份额之和（ %） . 7 图 6：汽车白车身关键测点的总波动 (6) . 8 图 7：“ 2mm 工程”中 CII 指数应用流程 . 9 图 8：车身制造尺寸偏差影响因素 . 10 图 9： 迈腾左后门轮廓功能尺寸 . 10 图 10：压合产品出现的局部缺陷 . 11 图 11：冲压件出现的部分缺陷 . 11 图 14：焊接变形的多种情况 . 12 图 16： 外表面精测样架 . 13 图 17： 内表面精测样架 . 13 表 18：工业机器人应用于汽车生产的领域 . 14 表 19：工业机器人负载级别划 分标准 . 15 表 20：国内外焊接机器人产品性能对比 . 16 表 21：国内外折弯机器人产品性能对比 . 17 表 22：国内外冲压机器人产品性能对比 . 18 表 23：国外品牌机器人厂商及其在汽车行业客户、特点分析情况 . 18 图 24：汽车制造业工业增加值当月与累计同比（ %） . 19 图 25：汽车制造业 PPI 累计同比与环比（ %） . 19 图 26：乘用车销量及同比情况 . 20 图 27：乘用车销量累计销量及同比情况 . 20 图 28：中国工业机器人当月产量及当月同比 . 20 图 29：中国工业机器人累计产量及累计同比 . 20 图 30：制造业劳动力成本 不断提高（单位：元 /月） . 21 图 31： 2011-2019 年中国工业机器人密度（台 /万名工人） . 21 图 32： 2019 年工业机器人下游需求结构 . 21 图 33： 2015-2018 年工业机器人下游需求结构变化 . 21 图 34： 2017-2022 年中国工业机器人市场规模情况 . 22 表 35：我国汽车工业机器人市场规模测算（单位：亿元） . 22 图 30：按照 应用功能的国产化率 . 23 图 31：按照机械结构的国产化率 . 23 表 35：国产工业机器人市场规模测算（单位：亿元） . 23 图 36：中国工业机器人产量增速（单位： %） . 24 表 37：可比上市公司估值 （截至 2021 年 1 月 15 日、 *为 WIND 一致预期） . 24 表 38：埃斯顿主要业务 . 25 图 39：埃斯顿 2015-2019 年营收结构（单位：亿元） . 25 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 3 图 40： 埃斯顿 2015-2019 年毛利率变化 . 25 图 41：埃斯顿近年外延并购事项 . 26 图 42：埃斯顿现金流情况（单位：百万元） . 27 图 43：埃斯顿 2015-2019 年研发费用变化 . 27 表 44：埃斯顿各项业务预测（单位：亿元） . 28 表 45：机器人主要业务 . 28 图 46：机器人近年业务收入结构（单位：亿元） . 29 图 47： 2020H1 机器人业务结构 . 29 图 48：机器人产业布局 . 30 图 49：机器人近年营收及同比情况（单位：亿元） . 30 图 50：机器人近年归母净利润情况（单位：亿元） . 30 表 51：机器人 智能物 流装备产品 . 30 表 52：机器人各项业务预测（单位：亿元） . 31 表 53：拓斯达 主要业务与产品 . 32 图 54：拓斯达近年业务收入结构（单位：亿元） . 33 图 55： 2020H1 拓斯达业务结构 . 33 图 56：拓斯达近年营收及同比情况（单位：亿元） . 34 图 57：拓斯达近年归母净利润情况（单位：亿元） . 34 图 58：拓斯达业务毛利率（单位： %） . 34 图 59：拓斯达产品产销情况 . 34 图 60：拓斯达研发支出情况（单位：亿元） . 35 图 61：拓斯达预收账款情况（单位：亿元） . 35 表 62：拓斯达各项业务预 测（单位：亿元） . 35 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 4 1961 年，工业机器人率先在通用汽车的生产车间里 投入 使用。 随 后，工业机器人下游应 用日趋广泛， 逐渐延伸至 汽车、电子电器、金属制品、化学橡胶塑料、食品制造等行业 。但 工业机器人在 汽车行业 中的 应用 依然 以其庞大的行业规模基础和较高的自动化率，常年稳居 工业机器人下游需求规模第一位。 图 1： 一台可编程工业机器人“ Unimate” 资料来源： OFweek，中国银河证券研究院 汽车行业是美国制造业的支柱产业，机动车产出占制造业行业增加值 15%25%，然而 自 20 世纪 70 年代开始，美国汽车行业因车身精度不足，受到高质量、价格低、油耗低的日 系汽车冲击，至 20 世纪 90 年代被日系车抢占了近 20%的市场份额。为挽回因车身尺寸精度 不及日系车而失去的市场份额，美国汽车行业提出了旨在提高汽车质量的“ 2mm 工程”，在 其开展的 3 年中，美国汽车质量明显提高，取得良好效果。 反观我国工业机器人发展水平，工信部部长苗圩在 2019世界机器人大会开幕式上表示， 2018 年我国工业机器人全球产量占比近四成。虽然我国工业机器人在铸造、喷涂、包装方面 不如国外“四大家族”机器人，但是在汽车加工的生产环节，如焊接、折弯等领域已经 基本 能满足生产需要。 在我国工业机器人市场回暖趋势明显、 汽车行业工业增加值与固定资产投 资完成额边际改善的情况下 ，我们认为中国汽车工业机器人市场规模仍有广阔空间， 同时 国 产替代能力正逐步增强 ，市场渗透率有望进一步提高 。 一、回顾美国汽车行业的 “ 2mm 工程” 20 世纪 90 年代，为应对日系汽车在美市场份额扩大的挑战，美国汽车行业开展了“ 2mm 工程”，取得了良好的成果。 美国是车轮上的国家，汽车工业是美国制造业的支柱产业，机 动车产出占制造业行业增加值的 15%25%。在 20 世纪 70 年代之前，美国三大汽车公司市 场占有率总和高于 80%。 20 世纪 70 年代开始，日系车进入美国市场，市场份额快速上升，迅速抢夺了美国汽车 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 5 市场约 20%的份额。日系车在美畅销， 除了制定了正确的营销策略顺应了石油危机的影响和 迎合了消费者的需求外， 其主要原因 在于 日系汽车 的质量明显高于车身精度较低、尺寸偏差 较大的美国汽车。为了应对市场份额流失， 20 世纪 90 年代，美国汽车行业发起了旨在提高 汽车质量、降低车身误差、挽回市场份额的“ 2mm 工程”。在“ 2mm 工程”开展的 3 年 （ 1992-1995），美国汽车质量明显提高，工程取得良好成果。 图 1： 美国机动车产出占制造业行业增加值比例（ 1967-2019 年） 资料来源： Wind，中国银河证券研究院 （ 1） 美国汽车工业成熟发达，千人汽车保有量世界第一 美国被称为“车轮上的国家”，汽车工业成熟且发达。 美 国密集的公路是人流、物流的 重要运输命脉，同时也促使了美国汽车行业的崛起。美国汽车产业自 20 世纪以来发展至今， 已经经历了完整的起步、成长、成熟阶段 。 图 2：美 国千人汽车保有量 图 3： 主要国家千人汽车保有量（ 2019 年） 资料来源：世界银行，中国银河证券研究院 资料来源：世界银行，中国银河证券研究院 汽车制造业是美国制造业的支柱，机动车产出占制造业行业增加值常年稳定在 15%25% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 0 500 1000 1500 2000 2500 1967 1971 1975 1979 1983 1987 1991 1995 1999 2003 2007 2011 2015 2019 美国 :行业增加值 :制造业 机动车产出占制造业行业增加值比例 700 720 740 760 780 800 820 840 860 837 173 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 美国 澳大利亚 意大利 加拿大 日本 德国 英国 法国 马来西亚 俄罗斯 巴西 墨西哥 沙特 土耳其 伊朗 南非 中国 印度尼西亚 尼日利亚 印度 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 6 的区间，对维持制造业产出起到了重要的作用。同时，美国汽车的总保有量与人均保有量也 长期稳居世界 第一，根据世界银行 2019 年公布的数据，美 国每千人汽车保有量 837 辆，几 乎人均配有一辆汽车。 （ 2） 90 年代高质量日系车抢占市场，美国“ 2mm 工程”应运而生 20 世纪 70 年代日系汽车大举进军美国市场，严重侵蚀美国市场份额。 20 世纪 70 年代 之前，美国三大车企福特、通用、克莱斯勒常年占有美国汽车销售市场份额的 80%以上，而 日系汽车在美市场占 有率几乎为 0。 两次 石油危机之后（ 1973-1974 年、 1979-1980 年），低油耗、高质量的日系汽车迅速抢 占美国汽车市场，本田、丰田和日产于 1990 年共获得了 18.03%的美国汽车销售市场份额， 而与之相对的则是美国车企市场份额的迅速下降，福特、通用、克莱斯勒的市场份额之和从 1965 年的最高值 90.60%下降至 1990 年的 70.96%，失去了近 20%的市场份额。这对美国汽 车制造业产生巨大冲击，并在相当程度上影响了美国整个国民经济的发展。 图 4： 美国机动车产出占制造业行业增加值比例（ 1967-2019 年） 资料来源： Wind，中国银河证券研究院 20 世纪 90 年代，为提高美国汽车质量使之能与日系汽车抗衡，美国汽车行业开展了 “ 2mm 工程”。 日系汽车之所以能迅速获得美国汽车市场份额，除了其价格低、油耗低的特 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 196 1 196 3 196 5 196 7 196 9 197 1 197 3 197 5 197 7 197 9 198 1 198 3 198 5 198 7 198 9 199 1 199 3 199 5 199 7 199 9 200 1 200 3 200 5 200 7 200 9 201 1 201 3 201 5 美国 :汽车销售市场份额 :福特 美国 :汽车销售市场份额 :通用 美国 :汽车销售市场份额 :克莱斯勒 美国 :汽车销售市场份额 :本田 美国 :汽车销售市场份额 :丰田 美国 :汽车销售市场份额 :日产 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 7 点之外，还有一个重要的原因就是质量高。 20 世纪 80 年代末，日本依靠全面质量管理（ TQC） 使其品牌产品的车身制造综合偏差控制在 2mm 以内，为日本轿车产品全面占领欧美市场奠 定了基础。 1991 年，美国密西根大学（ University of Michigan）吴贤明教授提出了命名为“ 2mm 工 程”的计划构想，从系统的观点出发对汽车产品采用车身制造综合误差指数（ continuous improvement indicator），即“ 6”来控制车身制造质量，从而 得以 用最经济的制造成本提 高汽车产品的整体质量 。当时，日本汽车白车身（即不包括附件及装饰件的未涂漆的车身） 尺寸误差综合指数控制在 2mm 以内，欧 洲汽车控制在 2.53mm 以内，而美国汽车仅某些车 型控制在 4mm 以内，部分车型误差值高达 56mm。 图 5： 美、 日主要车企在美汽车销售市场份额之和（ %） 资料来源： Wind，中国银河证券研究院 白车身通常是指尚未装配门盖和发动机罩的未涂装的车身基本骨架，轿车白车身通常由 前围、后围、左右侧围、车顶、底板等几大部分组成， 在轿车车身生产中，白车身的装配质 量很大程度上影响到最终整车性能， 车身的精度也直接影响到整车的外观、使用性能和其商 品价值。 1美国汽车车身尺寸误差较大，直接影响了美国汽车的质量，降低了美国汽车的竞 争力。 汽车 白车身精度的控制涉及冲压工艺分析、冲模结构的构思、总成件检具的使用、焊接 工艺分析 、焊接夹具机构的构想、零部件公差的正确选取与合理分配等众多方面。 一般而言， 典型的轿车车身由 400 多个零件，经过 200 多道装配工序， 2500 个工装定位点，由 4000、 6000 个焊点焊装而成。白车身产品结构和制造工艺都非常复杂，工艺质量控制十分困难。 车 身尺寸控制的好坏不仅能反映在整车外观及装配性的优劣，影响到顾客对产品的评价 及汽车产品的市场前景，而且车身尺寸偏差还与整车性能息息相关，影响到产品的密封、噪 音、寿命、动力性等性能。根据 J.D.Power 全世界汽车产品质量关键问题调查评估的报告显 示：有 41%的汽车产 品质量问题由车身制 造尺寸偏差所造成。因此，对车身制造尺寸偏差的 1 张勤梅 ,雷冬雪 ,张春雷 . 汽车白车身精度控制思路与方法的探讨 A. 中国汽车工程学会 .2010 中国汽车 工程学会年会论文集 C.中国汽车工程学会 :中国汽车工程学会 ,2010:6. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 196 1 196 4 196 7 197 0 197 3 197 6 197 9 198 2 198 5 198 8 199 1 199 4 199 7 200 0 200 3 200 6 200 9 201 2 201 5 福特、通用、克莱斯勒市场份额之和 本田、丰田、日产市场份额之和 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 8 研究及控制尤为重要。 2 为改变在质量上落后的局面，美国汽车行业在美国密歇根大学华裔教授吴贤名和倪军的 倡导下，联合通用、克莱斯勒等车企以及美国商务部等政府部门，与美国密歇根大学等科学 院所共同投资，开展了一项旨在提高车身制造质量的全面计划，目标是将美国汽车的白车身 尺寸误差降低至日系车水平，这就是“ 2mm 工程” (2mm Project)。 （ 3） CII 指数法控制误差，“ 2mm 工程”成效斐然 1992 年，“ 2mm 工程”正式启动。 吴贤名 教授 Michigan 大学团队、通用、克莱斯勒、 等 八家供应商、两所大学（密大和韦恩州立大学）向美国国家标准局（ NIST）提出成立“车体 精密制造联盟”（ Auto Body Consortium）的提案，目标就是利用各个汽车装配厂测量机的 海量数据，由大学团队下工厂，提供数据分析支持，与车 厂和供应商人员组成多个混合团队， 集思广议，挖质量问题根源，提出 测试和落实解决质量改进方案。这个提案在 1992 年得到 批准，并得到三年 （ 1992-1995） 约一千四百万美元的资金。 “ 2mm 工程”的核心目标是降低车身制造误差，控制车身制造质量，主要的测评 方法 是 CII 指数法。 CII 指数（ Continuous Improvement Index，持续改进指数）是 Michigan 大学 吴贤名 先进制造技术研究中心提出的质量评价指标，它的计算方法是：在一定的时间段内， 对车身全部测量点进行尺寸误差测量，计算 6（均方差的六倍），并从小到大进行排序，取 第 95%测点的 6值作为白车身的 CII 值。例如，假设有一串共 100 个数字由小到大排序 0.01、 0.02、 0.03 1.00，代表了车身上 100 个测量点的尺寸误差 6 值，第 95%测点的 6 值为 0.95，则 0.95 就是当次生产 车身的 CII 值。对尺寸误差大于该 CII 值的测量点所在区域，需 要重点进行质量控制。将车身精度控制在“ 2mm”，是指车身至少 95%的测量点的尺寸误差 6 值小于 2mm，不可将其简单理解为接缝的宽度小于 2mm。 图 6：汽车白车身关键测点的总波动 (6 ) 资料来源：内燃机与动力装置学刊，中国银河证券研究院 运用 CII 指数，可以直接寻找车身尺寸误差严重的区域并进行控制。 CII 指数 具有的重 2 叶德昭 .车身制造尺寸质量的控制方法 J.装备制造技术 ,2013(06):155-160. 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 9 大创新意义，不仅在于提出了新的车身 尺寸波动水平的度量 指标 ， 更在于通过锁定尺寸误差 最大的 5%的测点 所在位置，可以 明确 需要重点质量控制的区域 。应用 CII 指数时，大体上 需要经过如下几个步骤：（ 1）测量车身 各处误差 ，求出每个测点的 6 值并 由大到小进行排 序 ，取第 95%的测点的 6 值，即为 CII 值；（ 2）确定 6 值大于 CII 值的测点，并判断造 成尺寸波动的区域和需要控制的对象；（ 3）列出所有可能产生此问题的原因，根据数据分 析和实际经验确定各原因的权重；（ 4）针对问题提出改进措施，并争取获得其他部门支持； （ 5）重复上述步骤 ， 确定新的波动控制点，再进行 改良。 如此不断改进 ， 车身的整体尺寸 质量就会达到很高的 水平。 图 7：“ 2mm 工程”中 CII 指数应用流程 资料来源：工程与技术学刊，中国银河证券研究院 1992-1995 年的“ 2mm 工程”，在提高车身质量和创新运营模式两方面取得了优秀的成 绩。 自 1992 年启动，历经 3 年努力的“ 2mm 工程”很快显现出了效果，参与 其中的两大主 机厂 （通用和克莱斯勒） 将 CII 值成功地控制在了 2mm 以内，车身质量得到显著提高。 同 时，一方面精度的提高减少了返修的发生，从而降低了生产成本；另一方面误差小了也就减 少不必要的耗材，质量精度提高带来的技术性研发费用也可以通过量产来抵消，因而从这 一 方面来说也是对成本有很好的消减作用 。 “ 2mm 工程”的成功之处不仅在于提高了白车身的制造质量，而且在于形成了一种提高 产业精度的可行运营模式。在 1995 年，由于“ 2mm 工程”的重大成功，及密大团队其它的 项目业绩，美国国家标准局（ NIST）批准并赞助了汽车机械加工精度有关的 14 个联盟项目， 工作范围扩大至喷漆、焊接、轻金属加工、薄板冲压等领域，同时也和非 汽车产业公司如波 音、 GE 等进行合作。若干制造业中心也用类似的运营模式，这些联盟一定程度上增强了汽 车业的技术能力，改善了汽车工业的质量。 二、 尺寸偏差源于 多方面 ， 工业机器人仅为因素之一 实施“ 2mm 工程 ”的难点主要体现在冲压件尺寸偏差、焊接夹具、焊接变形、零部件及 操作四个方面， 影响整个车身制造尺寸偏差的影响因素多种多样，因此我们 也可以理解为仅 有一小方面的误差来源于 汽车行业 工业机器人的加工精度 。 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 10 图 8： 车身制造尺寸偏差影响因素 资料来源： 2010 中国汽车工程学会年会论文集 ，中国银河证券研究院 白车身总成件是轿车车身的基础，典型的车身由若干个冲压件经过焊接、压合、粘接、 铆接等工艺过程合成分总成件，分总成又合成为总成零件，最后组装成汽车白车身。 在零部 件制造的过程中，零部件装配总成的过程中，加工及装配的尺寸误差会不断累积，工人操作 技能也会最终反馈到白车身的误差当中。 图 9： 迈腾左后 门轮廓功能尺寸 资料来源： 汽车白车身精度控制思路与方法的探讨 ，中国银河证券研究院 根据汽车白车身精度控制思路与方法的探讨，以大众公司的迈腾汽车的左后门 轮廓尺寸 为例 （图 9），在测量零件、总成和车身时，根据零件的统一基准按六点定位准则直接建立在 测量坐标系上， 检验 RPS 点尺寸合格后就可以进行零件单点尺寸的测量 。 迈腾左后车门的部 分功能尺寸被要求 控制在所在坐标系平面、所在轴向距离 1.0mm 或 +1.5/-0.5mm 范围内， 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 11 此精度要求是远高于工业机器人可实现的重复定位及加工精度范围，多余的精度误差范围可 留给其他的尺寸偏差影响因素。 （ 1） 冲压件尺寸偏差 影响整体尺寸精度 冲压件的尺寸误差将在工件相互压紧时，产生变形，影响车身尺寸的精度。 车身是由成 百上千的冲压件互相连接、组焊形成的，在各件之间都会有贴合面或焊接面，这些面被称为 搭接面，工件的尺寸精度通过这些搭接面传递形成车身的尺寸精度。假设在某一工序中的冲 压件尺寸发生了偏差，导致在装配时工件搭接面之间间隙或干涉，过渡不协调，在夹具上用 较大的压紧力强行把工件搭接在一起时，工件之间将产生强制变形，必然会造成装焊误差， 影响车身尺寸的精度及稳定性。 图 10： 压合产品出现的局部缺陷 图 11： 冲压件出现的部分缺陷 资料来源：汽车车身冲压件搭接过程，中国银河证券研究院 资料来源：汽车车身冲压件搭接过程，中国银河证券研究院 以下方法和途径 可有效 提高冲压件尺寸的精度和稳定性。 （ 1） 产品结构的控制 。一是 简化产品结构，降低冲压工艺难度，提高工件的成型性和稳定性；二是采用整体冲压工艺， 如“整体门框”、“整体侧围”等；三是为工件定位设置专用的定位孔和定位面，提高工件 在夹具定位时的重复定位的精度；四是为工件增加拉伸筋，用于收料和提高工件的强度，提 高工件在大批量生产时的一致性。（ 2） 模具的保证 。模具的精度要高，材质必须耐磨，保 证模具在大批量生产时的耐用性和制件稳定性；定期进行模具维护，并且在维护后进行冲压 件的检测，以保证冲压件的一致性。（ 3） 冲压机床的保证 。各模具在制件时，尽量使用相 同的机床；其模具在冲压机床 中的摆放位置、摆放的方向尽量一致，以使模具的平行度尽量 一致。（ 4） 板材 。钢板在使用前，应先检测其性能，根据不同的性能用于不同的工件。 （ 2） 焊接夹具 或是制造缺陷的重大因素 焊接夹具与汽车制造的精度具有很大的关系。 焊接夹具在车身生产中的作用是：通过夹 具上的定位销、基准面、夹紧臂等组件的协调作用，将工件安装到工艺设定的位置上并夹紧， 不让工件活动位移，保证车身焊接尺寸精度的一致性和稳定性。夹具定位不可靠、夹具磨损、 定位松动、夹紧失效等问题必定会造成工件焊接位置偏差，而导致分总成尺寸偏差，影响到 车身总成的尺寸偏差。 美国 2mm 工程报告指出，有 75%的制造缺陷和夹具失效有关 。 从焊接夹具设计、制造精度、调整、使用和维护等几方面 可对 进行 精度 控制。 （ 1） 夹 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 12 具设计 。夹具设计从以下几个方面考虑：一是汽车焊接夹具的设计中，方式定位采用“ N-2-1” 定位原理；二是焊接夹具设计基准与车身设计基准、冲压基准、检测基准统一；三是夹具设 计时要求夹具定位结构规范化，便于调试及维护；四是辅助支撑设置要合理，避免过定位。 （ 2） 夹具制造精度 。夹具的精度应能确保零件在夹具上自由服帖，当所有夹紧点夹紧 后工件不会有松动窜动的现象 ； （ 3） 夹具调整 。夹具调整前要分析是否会造成其他影响， 调整时要进行试验，验证合格后方能进行调整，调整后要时下工序做好跟踪验证，如 出现其 他问题时需要马上恢复夹具，夹具调整需要做好更改及验证记录； （ 4） 夹具使用和维护 。 操作者要按照标准化操作正确使用夹具，定期对夹具进行点检和维护；定 期使用检测设备对 夹具进行测量，以确定夹具是否需要维修和精度恢复 。 （ 3） 焊接变形 难以定量计算 焊接变形引起的焊装误差一般比较难于定量计算 ，对焊接工件造成的尺寸误差也可能较 大 。 焊接变形量的确定应通过理论分析与实际测量相结合，对不同的部位、不同的焊接方法 、 焊接规范和不同的焊接顺序等都要具体分析。 一般可通过 以下几方面控制焊接变形量 。 （ 1） 焊接方法 。汽车车身焊装所采用的焊接 方法以电阻点焊为主， CO2 保护焊为辅。采用先进焊接设备，如机械手、自动焊、引出焊等， 这些设备不仅能使车身焊接时焊点均匀，点焊顺序稳定，而且能提高焊接速度，最大限度减 少车身焊接变形量。（ 2） 焊接工艺 。在定位夹具夹紧的状态下设定定位焊点，在补焊台实 现补焊。这要求在工艺文件上对焊点位置、数量、间距和点焊顺序都应明确规定，并且要求 操作者严格执行。（ 3） 焊接规范 。汽车点焊采用强规范，即用大电流和短时 间焊接，使薄 板件的焊接变形较小。合理设置焊接参数，调试焊接压紧力，减少焊接变形。 图 12：焊接变形的多种情况 资料来源：内燃机与配件，中国银河证券研究院 （ 4） 人工 操作亦影响 零部件尺寸 零部件的质量、包装和人工操作也会对车身质量产生影响。 零部件尺寸不合格会造成焊 接误差，从而影响车身尺寸偏差。所谓零件尺寸不合格，是指零件实物尺寸和产品设计图纸 不一致。在整车所包含的零部件中，有很多是由不同的供应商提供的，因存在技术水平上的 差异，提供的零部件质量也存在一定的差异，这些差异在整车制造过程中产生累积误差，影 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 13 响车身尺寸精度及整车品质。物流包装影响零部件不同的包装方式及运输方式会对零部件尺 寸和变形产生不同的影响，而零部件定位孔、搭接边变形会影响车身尺寸偏差。人工操作过 程产生的误操作也会对车身精度产生影响。 因此，必须要严格控制零部件尺寸精度，所有焊接零件 必须检验合格才能投入使用，特 别是车身上一些主要的装配孔、工艺孔的位置尺寸和搭接面尺寸是必须控制的；必须改善各 供应商的零部件包装及物流方式，将物流过程中的零部件状态变化纳入质量管理范畴，防止 运输过程中零部件之间的碰撞变形；必须正确评估分总成的转运工具和吊装工具对尺寸和变 形的影响，操作者要严格按照操作规范来操作，操作过程中保证焊钳与工件垂直，减少操作 不规范、不正确带来的随机的制造误差。 监控质保部门进行尺寸监控。 通过建立功能尺寸系统，掌握总成尺寸监控点的位置，定 期对车身结构尺寸进行测量监控，及时发现问题，并进行 反馈整改。 内 外表面精测样架。 汽车内饰由部件构成并且任意点都为零基准。用于测量零件几何尺 寸和功能检验。可以对内饰件的装配和零件之间的匹配进行评价，也包括对天窗、前后风窗 的匹配尺寸评价等。对车身外覆盖件的总成匹配进行评价，包括从白车身到总装的外表面件。 在首批样件的检验和认可中做测量分析，对压合件和冲压单件的轮廓尺寸进行评价，为下一 步尺寸改进确定优化方向。 图 13： 外表面精测样架 图 14： 内表面精测样架 资料来源： 2010 中国汽车工程学会年会论文集 ，中国银河证 券研究院 资料来源： 2010 中国汽车工程学会年会论文集 ，中国银河证券研究 院 生产过程中的检测手段。 （ 1） 使用辅助检具样板。 在产品研发初期，先期采购定制的辅 助量、检具，包括：车身四门两盖检具、前后风窗检具、天窗检具、 后尾灯 检 具 、 前端 检具、 间隙平度测量两块等。在生产过程中，根据实际需求可自制检具，检查实车功能尺寸状态， 出现问题及时与上下道工序沟通反馈，及时整改。（ 2） 匹配尺寸监控。 根据产品匹配数据要 求，确定匹配检查控制项目及检查频次，监控车身尺寸状态。（ 3） 激光在线测量技术。 通过 在线检测，可以测量车身特征部位的三维坐标值，综合精度不低于 0.1mm。测量公差可根据 需要自行设定，出现偏差自动报警，实现尺寸控制的自动化。 简 而言之， 美国汽车行业为提高汽车质量而发起的“ 2mm 工程”，其难点在于空间工序 上的误差累积、设备磨损与误操作以及设计水平与装备水平等方面，相较之下对工业机器人 行业研究报告 /机械行业 请务必阅读正文最后的中国银河证券股份公司免责声明。 14 的要求并非极高。 不论是广泛到 “ 2mm 工程”的实施 还是具体到迈腾左后 车门的轮廓尺寸， 汽车白车身或其他工业品的加工总成都涉及多项加工工艺、工艺流程设计、作业者操作等多 方面 ， 在整个过程中误差会不断累积，因此， 相对来说 工业机器人对零部件加工工序仅为其 中的一环， 对工业机器人的 加工要求 并非极高。 三 、 国产汽车机器人精度紧跟国外， 或迎百亿市场空间 影响汽车制造精度的因素多种多样，处于制造环节的工业机器人是其中重要的一环，为 研究国产汽车工业机器人能否满足汽车生产的要求，我们对比了国内外汽车工业机器人在 “ 2mm 工程”中主要运用到的工序（焊接、冲压、折弯）的精度与其他参数， 我们认为 国 产汽车工 业机器人的精度虽做不到极致，但在满足焊接和折弯领域的汽车加工工艺上，已经 可以达到要求的加工精度 。 2020 年，我国工业机器人行业销量明显呈回暖趋势，同时汽车行业存在边际改善，应用 于汽车行业的工业机器人需求空间大。经测算，我们认为中国汽车工业机器人市场规模达 百 亿元 ， 市场空间广阔但国产机器人的渗透率仍然较低，未来随着国产工业机器人在汽车制造 业逐步得到认证，国产替代空间有望进一步打 开。 （ 1） 国产工业机器人精度及各项指标不逊于国外品牌 工业机器人在汽车制造生产中的运用广泛，包括焊接、喷涂、冲压、搬运、装配、折弯 等 ，在“ 2mm 工程”中主要涉及的运用工序有焊接、折弯和冲压。本文通过查阅公司官网与 产品手册，以不同工序为分类基础，在同等负载量级的情况下，将国内部分工业机器人公司 的产品精度 及其他参数与国外机器人“四大家族” ABB、安川、库卡、发那科的工业机器人 进行对比。 表 15：工业机器人应用于汽车生产的领域 点焊机器人 适用于底板线、总拼工位、补焊工位、侧围及一些分拼工位等 弧焊机器人 适用于车身底板及车体内部等的焊接 喷涂机器人 适用于车体、车顶盖及侧围等 部件的搬运作业 行业研究报告 /机械行业 请务