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3C自动化市场发展状况分析报告
3C自动化市场发展状况分析报告
2016年5月出版
正文目录
图表目录
3C制造业工人数量庞大、重复工作多、更新速度快、有定制化需求,在中国智能制造大背景下,3C制造业对生产线自动化升级显得愈加迫切。
近几年,电子制造自动化升级需求明显上升,机器人应用逐年增长,市场处于快速发展阶段,相比于汽车等自动化应用程度较高的领域,其增长空间更广阔。
1、人口红利消失,倒逼自动化升级需求。
中国劳动力人口下降,未来将面临劳动力短缺的状况,制造业人员均工资增长,人力成本上升,人口红利随之消失。
目前最有效的方法就是进行自动化升级改造。
中国已经开始布局,近三年中国自动化市场规模平稳上升,工业机器人安装量快速增长,GARG39%。
2、3C制造业自动化改造加速发展,未来发展不可限量。
近几年,电子制造自动化升级需求明显,PCL等自动化功能部件的需求逐年上升,机器人应用显著增长,市场处于快速发展阶段。
3C产品市场存量规模庞大,年均出货总量约25亿台。
相比于汽车等自动化应用程度较高的领域,刚起步的3C行业增长空间更大。
3、自动化升级和国产替代双线并进,中国市场近5000亿。
中国是3C制造业大国,占据全球70%的产能,自动化升级市场空间最大,规模近4000亿。
零部件加工生产设备大多依赖进口,PCB和集成电路等设备国产替代空间近1000亿。
1、人口红利消失,3C自动化需求迫切
改革开放以来,中国凭借廉价劳动力优势成为全球制造业大国。
而如今人口红利正在消失,中国正面临着制造业转型重要关头。
1.1、中国人口红利正在消失,制造业自动化升级需求迫切
劳动力人口出现负增长,占总人口比例下降。
15-64岁的劳动力人口增长趋缓,2014年甚至为负增长;劳动力占总人口的比例也在下降,2014年增长率为-0.6%。
中国劳动力数量下降将是一个长期的趋势,未来中国将面临劳动力短缺的状况,人口红利将随之消失。
制造业人员人均工资持续增长,人力成本不断上升。
中国劳动力结构和劳动偏好发生了改变,80后、90后成为职场主力,他们对工作环境挑剔,不愿参加重复劳动和环境较差的工作,这一现象造成很多劳动密集型企业招工困难,同时劳动力人口数量也在下降,这两因素叠加,导致劳动力成本持续上升。
图表1:
我国劳动力人口比例在下降
图表2:
2008-2014年制造业就业人员平均工资在增长(元)
自动化市场规模趋势向上,工业机器人安装量逐年增加。
面对人口红利消失的境况,目前最有效的方法就是进行制造业的自动化升级改造。
中国已经开始在这方面布局。
近三年中国自动化市场规模逐年平稳上升。
工业机器人安装量快速增长,年复合增长率达到39%。
图表3:
2004-2014年中国自动化市场规模趋势向上(亿元)
图表4:
中国工业机器人年安装量逐年增加(台)
1.2、3C制造业自动化升级将成为智能制造领跑者
1.2.1、电子制造业自动化需求显著,市场潜力大
3C制造业产业庞大、人工数量多、重复工作多、更新速度快、定制化需求强,自动化的应用可以节省人力、提高产品良率、缩短生产周期,因此该领域对自动化具有刚性需求。
近几年,电子制造设备自动化相关功能部件增长率均
呈上升趋势,自动化升级需求明显。
同时,电子电器领域机器人应用也呈增长趋势,相比于汽车等自动化应用程度较高的领域,3C自动化市场处于快速发展阶段,增长空间更广阔。
图表5:
2011-2015年中国电子制造设备自动化增长趋势显著
图表6:
2010-2013年中国机器人在电子领域增速显著(万台)
1.2.2、中国是3C产业大国,是生产线自动化升级改造的重点区域
Gartner预计未来3C产品将继续保持增长趋势,年复合增长率2.6%。
虽然3C产品增长趋于平稳,但是市场存量规模庞大,目前年出货总量接近25亿台(包括手机、电脑、平板)。
图表7:
手机、电脑市场出货量将继续增长
中国是3C制造业大国,占据全球70%产能,并且手机制造产能最高(32%)。
这意味着3C产品的加工和组装工厂绝大部分都在中国,中国将是自动化升级重点区域。
图表8:
3C制造业产能占比情况
2、3C产业链设备自动化升级和进口替代空间巨大
2.1、3C产业链体庞大,自动化改造空间规模预计将接近4000亿
2.1.1、3C产业链体非常庞大,基本模式是零部件外包,组装代工
3C产品即电脑(Computer)、通信(Communication)和消费电子(Consumerelectronics)三类的总称。
通信主要是指手机,消费电子种类较多包括数码相机、电视机、随身听、电子辞典、影音播放器等。
3C产业链体系非常庞大,以手机为例,其组成零部件将近20种,包含触摸屏、显示面板、主板PCB、电池、中板、后盖等较大的零部件和摄像头、结构件等其他细小零部件,其中处理器和显示屏成本占比最大。
图表9:
3C产品零部件解构图(以手机为例)
图表10:
Iphone6s成本拆分
3C产业链从最上游起,大致可以分为:
1)产品设计,2)零部件制造和组装,3)整机组装三个环节。
其生产模式一般为品牌商负设计责,零部件外包,组装代工。
图表11:
3C产业链
2.1.2、3C产业自动化改造空间巨大,市场规模将接近4000亿
3C产业与汽车产业不同,涉及到的零部件基本都是非标产品,且体积小、绝对精度要求高,这导致其生产组装的自动化改造难度非常大。
因而该领域目前涉足企业相对较少,大家基本都处于同一起跑线,突破机会大。
预计,3C产业完全实现机器替人的市场规模将接近4000亿。
按从业人员3年社会平均成本估算(这是我们通过草根调研获得的自动化系统集成商给客户定价的一种方法):
市场总规模=被替代工人数*工人的3年社会平均成本。
目前3C制造业就业人数约877万,假设其中约6成的就业人员是一线生产工人(系数0.6);同时根据我们的草根调研,一条自动化生产线可以节约至少一半的工人数(系数0.5);目前制造业从业人员平均年薪在5万元左右。
按以上方法预测,市场总规模=被替代工人数*工人的3年社会平均成本=(877*0.6*0.5)万*(5*3)万元=4000亿。
图表12:
1999-2015年我国3C制造业就业人数(万人)
2.1.3、各大厂商都在加大投资,3C产品自动化升级改造已经启动
3C产品加工组装自动化升级改造已经启动。
3C终端生产商都在加大自动化升级改造的投资力度,苹果是手机之王,对产品品质要求高,去年在自动化生产线上投入了约3-5亿,今年有望翻番。
富士康是国内最大的3C产品代工商,在自动化领域也有相当大的资本投入。
国产手机龙头,全球通讯基站领先企业华为也在自动化生产线上投入了很多资金。
此外、中兴、美的、海尔、格力等都在自动化生产线升级上有很大的投入,3C自动化升级已经启动。
图表13:
厂商自动化投资和改造情况
3C产业链最大的机会在自动化升级,而自动化升级空间最大的环节是组装。
此外,零部件加工设备过度依赖进口,随着中国经济和技术的发展,国产替代需求也将日益显著。
下面我们将由下而上从组装到零部件制造依次解析整条产业链。
2.2、整机组装位于产业链最末端,人工数量最多改造空间最大,预计规模200-300亿
2.2.1、整机组装工艺流程
整机组装是把3C产品的各种零部件按照设计要求安装到一起,并保证产品的功能最终能正常使用。
3C产品整机组装需要用到的设备主要包括机械臂+夹具、检测设备和传送设备。
机械臂+夹具主要负责上下料和装配;检测设备可以分外观检测和功能检测两类;传送设备(比如自动传送带)主要负责将部件运送到不同工位。
图表14:
整机组装工艺流程
2.2.2、整机组装自动化市场空间约150-250亿,每年更换需求约60-100亿
3C产品整机组装目前主要以人工为主,是自动化改造的重点环节。
以手机通讯为例,其生产线包括组装、测试、包装3大环节,将近70-80道工序,大部分仍由人工完成。
一般一道工序配备一名操作员和检测员,假设50%的工序
由人工完成,以此计算一条生产线就需要70-80名左右的工人;如果初步实现自动化,将至少节省一半的工人,也即每条生产线可以节省35-40名的工人。
图表15:
传统生产线(一个操作员后+一个检测员)
图表16:
自动化生产线(无人化)
根据调研,一条整机组装自动化生产线的产能约为10-20s/台,良率80-90%,取上下限,并根据2015年手机、PC和超级本的年均出货量预测则,年均要达到19.4亿部手机、2.51部PC和2.63部便携本,则需要约1000-1500条整机组装自动化生产线;一条自动化程度相对较高的生产线造价约2300万左右,对应市场空间约200-350亿;中国占全球产能约70%,对应市场空间约150-250亿;每年因产品更新和设备磨损等带来的生产线的更换率约20-50%,取均值35%,对应每年更换需求约60-100亿。
图表17:
市场空间预测
注:
满产能指一年无休,实际上机器也是需要休息,并且3C产品一般集中在几个月完成生产,所以实际需要的自动化生产线会更多,对应的市场空间也更大。
2.3、整机组装自动化升级起步晚,大家都处于起同一起跑线
3C产品个体差异大,零部件种类多。
因此其组装自动化将需要非常多的非标设备,同时因为尺寸小对精度要求也更高,这是它与汽车行业最大的不同,也是最大的难点所在。
这也是3C制造自动化程度比汽车低很多的原因所在。
图表18:
3C产品特点
随着机器人技术的进步,3C自动化的升级改造已经可以实现,其庞大的体量有望成为下一个可以与汽车自动化制造相匹敌的行业,因而吸引着众多厂商进入。
目前3C自动化升级改造领域的国外公司主要是几家大的机器人公司,比如发那科;国内在该领域做的比较好的是博众精工、明匠智能(黄河旋风子公司)、富强科技(胜利精密子公司)等公司,这些企公司可以为客户提供整套解决方案,高端的机器设备大多通过采购国外的产品,公司主要负责整体方案的设计和调试,以使设备的利用率达到最高水平,同时提供非标设备。
除了以上几家外,长盈精密于去年设立了天机子公司,也将进军自动化系统集成业务。
3、LCM模组组装设备将受益于国内面板产业的扩张,未来潜力巨大
3.1、LCM模组组装是面板生产的后段工艺
液晶面板的制造过程如下图,主要分三步阵列、成盒和组装三步,在阵列和成盒工序中设备要求高,国内尚未实现技术突破,主要依靠进口,而后端模组组装技术壁垒相对较小,国内发展较为成熟。
图表19:
液晶面板加工组装工艺流程
LCM是指LCD液晶模组,根据有没有触摸屏可以分为两类,普通液晶模组(LCM)和触控型液晶模组(TP-LCM)。
,LCM模组组装即是指将液晶显示器件、IC、PCB电路板、背光源、触摸屏和其他结构件等装配在一起的过程。
LCM模组组装是面板生产的后段工艺,属于零部件的组装。
其工艺流程一般为,将芯片和PCB组装到液晶面板(LCD)上,然后组装背光源模组,最后根据是否具有触摸功能,组装触摸屏模组。
同时还需要在中间环节穿插尺寸(外观)和功能检测。
图表20:
普通液晶模组结构图
图表21:
触控型液晶模组结构图
LCM模组组装可以进一步分为LCD组装、BLU-LCD组装和TP-LCM组装。
在LCD模组组装中,设备主要包括清洗设备、ACF(异向导电胶膜)贴附设备、COG绑定设备、FOG绑定设备。
清洗设备主要用来消除LCD绑定区域表面的异物。
可以通过全自动无尘布酒精清洗功能对LCD端子部分进行清洁,同时通过等离子发生器产生的等离子气体清洗端子部位的有机物。
ACF贴附设备是将异向导电胶膜(ACF)粘贴到LCD(或FPC和PCB)上,以实现后续LCD和IC(或PCB)之间线路的连接。
主要过程包括ACF卷带、剪切、贴附、剥离和收料。
COG绑定设备主要用来将IC绑定到LCD上。
其工作过程是通过图像处理系统对LCD和IC进行精确对位,并在一定的温度和压力下实现绑定(绑定精度为3μm)。
FOG绑定设备主要用来将FPC绑定在LCD上。
主要通过图像处理系统,对LCD和FPC进行精确对位并在一定的温度和压力下实现绑定(绑定精度:
10μm)。
在BLU-LCD模组组装中的生产设备主要是BL-LCD全自动组合机。
该设备主要用来将背光源和LCD模组进行精确的组装连接,其工作过程包括背光上料、撕膜、LCD模组流水线流入和机台撕膜。
在TP-LCM模组组装中的生产设备主要是贴合生产设备。
该设备主要用来将膜材和OGS、CG、CTP、LCD等产品进行贴合。
主要通过影像系统对膜材和OGS、LCD、TP等产品进行对位,实现产品之间的精确贴合。
图表22:
LCM模组组装生产设备
3.2、下游液晶面板需求大,国内面板商扩张,设备厂商有望受益
目前液晶面板出货量已趋于稳定,年出货量维持在800-1000百万片左右,需求量非常大。
图表23:
2009-2015年液晶面板出货量(百万片)
未来随着4K电视机等新兴设备的快速发展,面板产业或将迎来新一波快速增长时期。
据IHSDisplaySearch数据显示,2015年4K电视出货量将达3200万台,同比增长170%。
美国数字娱乐集团DEG公布了一组数据,截止到
2015年第三季度,美国境内4K电视总销量达到了200万台,增速494%。
面板市场还有很大的发展空间。
我国面板产业起步晚,与国际差距大,国产化仍然是方向。
面板产业主要产地集中于亚太地区,以韩国、台湾、日本和中国为主。
我国是面板制造业最大基地,但是国产产品收入远低于韩国(三星)和台湾(友达)等,国产化仍然是方向。
从趋势上看,我国面板国产化进程正稳步推进。
以京东方为首的国内面板商正在迎头追赶,中国的平板显示市场不断的扩大。
图表24:
全球液晶面板市场竞争格局
图表25:
2011-2015年大尺寸液晶面板营收(百万美元)
为了进一步扶持国内面板产业,国家加大支持力度。
仅仅在2014年到2016年之间,中国国内新加面板生产线就达到10多条,中国面板产业进入高速扩张期。
近期,京东方科技集团(BOE)等4家中国大陆液晶厂商计划在本国内新设7处大型工厂。
3年的总投资将达3万亿日元(1500亿RMB)。
到2017年,中国将会有超过28条4.5代以上液晶面板线,其中8.5代线就达11条,有望超越韩国、中国台湾地区,形成巨大的面板装备市场空间。
1条8.5代液晶面板的建设成本约300亿元人民币。
随着国内液晶面板产能越来越大,装备市场将随之迎来发展机会。
图表26:
中国大陆液晶厂商计划在本国内新设7处大型工厂
3.3、后段设备突破技术封锁,未来潜力巨大
面板产业向中国转移,我国设备支出逐年增加,但国产化率不足30%,上升空间大。
受面板产业转移的影响,中国面板设备支出逐年增加成为全球最高,其中主流LCD生产设备占据绝大部分市场份额。
但是设备国产化率仍然不足30%,具有很大的上升空间。
同时,智能制造的趋势和面板技术工艺的更新将推动新模组设备的升级换代需求。
在中国制造2025背景下,提高制造精度、生产效率,降低人力成本成为制造业的新趋势,因此对液晶模组自动化生产设备等新兴技术装备的需求会增加。
此外,全球平板显示产业的迅猛发展,各种新技术、新工艺的不断涌现,对制造工艺提出更高的要求,传统设备将会被淘汰,这推动了对液晶模组生产设备的更新需求。
图表27:
2010-2015年我国FPD设备支出占比逐渐增加
图表28:
FPD设备销量中LCD占绝大多数
关键设备依赖进口,部分设备接近国际先进水平。
从总体上看,本土企业在整体技术能力上仍存在一些差距,关键
设备依然依赖于进口。
不过近年来,随着我国装备制造业技术水平的发展,在显示模组组装设备领域实现了重大的突破,部分国产全自动显示模组设备的技术和制造水平已经接近国际先进企业,性能已经完全可以满足目前主流模组生产工艺的需求,获得模组厂商的认同和青睐,逐渐打破了国外企业的垄断,市场份额逐步提升。
总体而言,国内显示模组设备企业目前整体仍处于小而散的局面,公司数量多但市场集中度很低。
主要参包括鑫三力、集银科技、太原风华和位于深圳的诚亿自动化、腾盛工业、鼎晶光电、联得自动化等。
图表29:
国内外相关公司
4、表面贴装是主板组装主要技术,其中AOI设备需求最大
4.1、表面贴装生产线是主板组装的主要技术
表面贴装生产线是主板组装(电子整机组装)的主要技术。
其工艺流程是将电子元器件(无源器件、有源器件或接插件等)根据设计要求准确无误的装焊到PCB基板上,并保证产品性能达到规定的标准,属于零部件组装。
表面贴装是3C产品生产过程中的关键环节,3C产品的质量水平很大一部分取决于此。
图表30:
表面贴装工艺流程
表面贴装的主要设备有印刷机、贴片机、焊接设备、检测设备和清洗设备。
印刷机是用来将焊膏或贴片胶漏印到PCB板上,为元器件的焊接做准备。
点胶机的作用是将胶水滴到PCB的固定位置上将元器件固定到PCB板上,从而防止双面贴片PCB板二次回炉时投入面的元件因锡膏再次熔化而脱落。
贴片机是用来将元器件准确安装到PCB的固定位置上。
焊接设备的作用是将焊膏融化,使表面组装元器件与PCB板牢固粘接在一起。
清洗设备的作用是将组装好的PCB板上面的焊接残留物如助焊剂等除去。
它的位置可以不固定。
检测设备的作用是对组装好的PCB板进行焊接质量和装配质量的检测。
设备类型包括放大镜、显微镜、在线测试仪(ICT)、飞针测试仪、自动光学检测(AOI)、X-RAY检测系统、功能测试仪等,其中最主要的是AOI设备。
检测设备的位置可以根据检测的需要配置在生产线合适的地方。
4.2、中国是世界第一大SMT工业国,对设备国产化和自动化率提高需求大
中国是世界第一的SMT工业大国。
中国SMT技术的应用始于1985年引进的彩电调谐器生产线,至今已经有近30年的历史。
截止2014年,中国大约有SMT生产线5万多条,成为全球最大的SMT市场。
其中最主要的设备有三类,贴片机、焊接设备和检测设备。
贴片机是SMT生产线上最重要的同时技术难度的设备,国内尚未实现技术突破。
中国贴片机的总保有量超过10万台,自动贴片机市场占全球40%,设备主要从国外特别是日本进口。
图表31:
2010-2013中国自动贴片机进口金额和数量
图表32:
2013年中国大陆进口自动贴片机来源
焊接设备相对技术难度低一点,中国已经实现突破。
据统计,目前国内有40多家3C产品焊接设备企业,其中大部分中小企业主要集中在低端市场;少部分国内企业在中高端市场打破了国外品牌的垄断。
国外主要厂商有BTU、HELLER、VIRTRONIC、REHM、ERSA等;国内企业市场份额较大是的劲拓股份、毕梯优、朗士电子、维多利绍德机械、日东电子和科隆威。
检测设备在国内生产线上渗透率仍然较低,未来发展空间最大。
中国AOI设备技术具有一定积累,国产设备已经实现在生产线上的应用,未来随着渗透率的上升,空间巨大。
此外,SMT生产线的自动化改造也存在较大空间。
目前SMT生产线上下料和各工序之间的输送仍以人工为主,这一部分将带来一定的自动化升级空间。
一条SMT需要至少2台上下料机,5万条SMT就需要10万台,一般一台上下料机价格在10-20万,对应市场空间就有100-200亿的空间。
4.3、SMT中检测设备升级空间最大,预计将有500-700亿
全国SMT生产线AOI检测设备空间在500-700亿元。
目前国内SMT上AOI透率约为20%-30%,以目前国内5万SMT条预测,也即约有3.5万条SMT未配备AOI,一般一条SMT配备3-4台AOI,即有10-14万台的需求空间,一台AOI单价以50万计,对应市场空间将有500-700亿。
图表33:
AOI放置位置
AOI检测设备扩展性强,在PCB、SMT、LCM模组组装、整机组装等各个环节都有需要,未来空间更大。
良品率在电子制造环节具有重要地位,并且随着技术的进步,产品越来越趋于微型化和密集化,人工检测已无法达到精度要求。
AOI是电子制造领域应用最广泛的检测设备,预计其将在SMT环节率先发展起来,同时在半导体、TFT-LCD、PV、触控面板等环节的需求也将越来越大。
国产AOI检测设备加速发展中,具有一定竞争力。
目前,全球市场占有率较高的AOI厂商主要集中在以色列、日本、韩国,这些厂商的主要市场是中国,并且占据了中国AOI市场60%以上的份额。
虽然国外品牌具有精度高、速度快等优点,但是价格昂贵。
国产AOI诞生于2004年,价格远低于国外品牌,发展相当迅速;到2011年,中国电子科技集团第45所与加拿大开展了国际科技合作,共同研发自动光学检测(AOI)设备,研制出了具有国际水平的自动光学检测(AOI)设备,打破了国外的垄断与技术封锁。
目前国内AOI做的比较好的是神舟视觉、深圳振华兴、劲拓股份和日联科技。
图表34:
全球及国内AOI主要公司
5、重要核心零部件加工制造设备国产替代空间大
5.1、金属机壳触发300-500亿CNC设备市场空间,国外设备商是主导
5.1.1、外观件的金属化是未来趋势
Iphone一向是手机的引领者,苹果从5就开始使用全金属后盖,随后HTC、联想、lumia、华为、小米等手机也都开始生产全金属后盖手机。
图表35:
Iphone后盖发展趋势
图表36:
其他手机后盖发展趋势
金属壳具有美观、散热好、轻巧等特点,相比于塑料后盖具有明显优势,将成为未来的主流趋势。
图表37:
不同材料结构件性能对比
手机金属壳渗透率在逐年增长,目前渗透率在25-30%左右。
金属机身受到消费者偏好,《畅销手机排行榜金属机身分析报告》显示,在上榜的机型中,金属机身占比超过一半,消费者对金属机身青睐有加,因此从需求端看,未来金属机身渗透率仍将持续上升。
图表38:
2012-2015年手机金属机身渗透率
图表39:
各品牌上榜智能手机金属机身机型占比为主
目前金属外观件在手机、电脑和平板中的渗透率还不是很高,在金属化趋势的推动下,仍具有很大的提升空间。
图表40:
金属壳渗透率还有很大上升空间
5.1.2、CNC金属加工设备市场空间约320-530亿,国外产品占主导地位
金属机壳加工工序有50多道,其中CNC加工是其中很关键的部分,其工艺流程主要包括冲压、精雕、打磨和抛光等。
图表41:
金属机壳加工工艺流程
图表42:
金属壳图示
图表43:
金属壳加工CNC部分图示
一台CNC的产能约为30-50min/片,良品率大概在60-80%(取均值70%),假设一年满产能(365天*24小时)生产,那么按目前3C产品出货量预测,当所有产品的外观件都实现金属化,就需要CNC约20-33万台,中国占全球产能70%,对应CNC需求约14-23万台。
一台CNC单价约23万,因此对应国内市场空间约320-530亿。
假设金属壳的渗透率每年增加10%,那么年新增CNC需求约1.4-2.3万台,对应市场空间约32-53亿元。
图表44:
CNC市场空间预测
受益于3C金属件的巨大需求,目前CNC保有量约10万台,年增约2万台,CNC设备需求旺盛。
目前几家大型CNC加工厂商中,可成和鸿海的产能主要供给苹果公司,三星的产能内部消化,国内CNC主要加工商比亚迪、长盈精密和劲胜精密的产能同时提供给三星和华为、小
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