（报告出品方/作者：广发证券，孙柏阳，代川）
一、哈默纳科——谐波减速机全球龙头
（一）深耕谐波减速机，下游需求多样化
作为全球谐波减速机龙头、整体运动控制的领军企业，日本哈默纳科（HarmonicDrive）垄断了全球谐波减速机市场份额。年，哈默纳科的前身长谷川株式会社与美国USM公司开展技术合作；年，谐波传动国产1号机制成，在全球率先实现谐波传动的实际应用。年，两家公司共同出资成立哈默纳科，总部位于日本东京；同年，谐波驱动产线在日本长野县投入生产。自之后约30年间，哈默纳科逐步扩张海外版图，在美国、德国、中国、韩国分设11家子公司；当前公司拥有多名员工，于年在JASDAQ上市。
哈默纳科以谐波减速机产品起家，并在公司成立后数年间逐步开拓减速机相关领域的产品。公司围绕“整体运动控制”的产品布局主要包括两类产品：单独的减速装置及机电一体化产品：
（1）机电一体化产品结合了减速机、电机、传感器、驱动器、控制器和其他系统元件实现运动控制；
（2）单独的减速装置包括谐波减速机、行星减速机等。年起公司在全球率先生产并销售HarmonicDrive；年，公司开始投入机电一体化产品的研发和生产，整体运动控制理念初步形成；年公司谐波减速机从渐开线齿形升级为IH齿形，极大提升产品扭转刚度、疲劳强度等性能；公司于90年代开始生产、销售精密行星减速机系列，产品应用扩张至低减速比领域。
得益于轻量小型、高精度、高转矩容量等产品特性，公司谐波减速机产品被广泛应用于工业机器人、服务机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、医疗设备、精密机床等各种 领域。
伴随全球自动化浪潮，年以来哈默纳科谐波驱动销售额逐年上升，营收规模持续扩张。财年哈默纳科营业收入24.03亿元人民币，财年公司销售额41.07亿元人民币，达到历史 。按产品规模计算，年公司机电一体化产品收入占比18.9%，精密减速机业务收入占营收的81.1%，其中谐波减速机相关产品占比69.6%，行星减速机业务占比11.5%。
除了财年之外，公司的毛利率保持在45%左右，净利率保持在15%。其中年净利率突升由当年收购德国子公司所带来的投资收益；公司年订单金额超过50亿元，已接受订单与未完成订单均达到历史 值，积压订单的情况在年得到解决。年受中国制造业投资波动，下游工业机器人产量出现较大波动，同时国产品牌的减速机逐渐实现进口替代。相应的，公司订单及销售额骤减，毛利率及净利率有所下滑。
哈默纳科谐波驱动产品下游经营范围广泛，收入结构稳定。基于哈默纳科减速机及机电一体化产品小型、轻量、高精度的优势，产品应用领域全面囊括了轻载精密减速机领域。当前公司产品应用领域以工业机器人（45%）、半导体制造设备（11%）、机床（6%）、电机制造设备（6%）为主，同时广泛应用于石油挖掘设备、印刷设备、航空航天、平板显示器设备、医疗设备等领域。
（二）五十年风雨兼程，积极扩张产能
回顾公司50年的发展历史：年公司营收仅0.39亿元人民币，到年公司营收已经达到41亿元，年均复合增速10.4%。公司50年经营历程中，出现过8次经营收入规模较大或持续时间较长的波动，分别开始于、、、、、、和年。逐一分析，公司业绩下滑的主要原因来自于宏观经济的整体影响及下游产业的周期性波动。
（1）年，哈默纳科公司成立不久即遇到了全球 次石油危机，日本国内经济陷入困境，工业值下降20%以上。在此宏观背景下，公司本国订单量急剧下滑，体现到公司业绩上，、年公司收入同比下降25.0%、38.5%，近半数员工被裁，日本总部的经营困难，然而西德分公司业绩表现良好，推动公司在德国等海外市场进一步布局和建设。
（2）公司营收第二次大幅下滑出现在-日元升值阶段。汇率上升不仅使公司产品的出口受到一定冲击，也导致日本国内GDP增长率从7%降至不足3%，实业不景气致使公司产品国内需求受挫，、年公司营收同比下降11.0%、9.9%。同时，日元的升值也促进了公司对海外市场的投资，公司逐步开拓韩国、中国台湾、美国等国家和地区市场版图。
（3）80年代日元的升值导致实业回报率低下，企业资金涌入房地产市场；到了20世纪90年代初，日本房价泡沫破灭，哈默纳科公司受日本国内宏观经济波动影响，、年公司营收同比下滑11.4%、21.9%。
（4）始于年的亚洲金融危机从泰国逐步席卷日本、马来西亚、新加坡等地，对日本经济造成严重影响，哈默纳科销售额受到金融风暴波及，在年出现大幅下降，营收同比下滑26.6%。
（5）到了21世纪初，日本遭遇互联网泡沫的破灭，IT产业的萧条波及机器人产业，进而影响其上游谐波减速机的销售。年哈默纳科营业收入同比下滑40.6%，直到4年后才恢复到年的收入水平。
（6）年美国次贷金融危机引发全球性经济危机，对日本汽车、3C等出口企业产生不利影响，哈默纳科在国内及海外市场产品需求大幅缩减，公司业绩连续两年回落，、公司销售额较去年同比回落15.9%/25.4%。
（7）直到年，全球经济危机仍没有走出困境,世界经济复苏的进程放缓,进入了一个长期波动和低速增长时期。由于下游市场的需求及投资短期性波动，-年哈默纳科业绩出现小幅度下滑，/年公司销售额同比下降8.4%/10.1%。
（8）哈默纳科公司最近一次的业绩下滑出现于年，同比降幅达到44.7%。公司业绩大规模下滑的主要原因为中美 以及中国工业机器人等下游行业市场需求收缩。中国机器人市场受制造业投资回落、库存过剩等因素影响进入短暂调整期，对公司业绩产生较大影响。
下游行业的周期性波动同样是哈默纳科公司业绩波动的另一主要原因。我们发现，年以来，日本HD的收入规模与日本机器人、半导体设备销售额的波动趋势基本一致，主要在于公司接近60%的收入来自于这两个产业，受到下游行业需求的周期性影响。
为了 减少单一下游行业或需求量的波动对公司整体业绩的影响，公司持续扩大商业版图。公司将谐波减速机的下游应用扩张到各个领域，包括工业机器人、半导体制造设备、平板显示器制造设备等主要行业，以及石油挖掘设备、光学设备、印刷设备、机床、航空宇宙相关、医疗设备等精密传动应用领域。同时，公司减速机市场从日本扩张至亚洲、欧洲和北美，以减少个别国家和地区带来的影响，保证公司稳定的发展和成长。
同时，哈默纳科持续各项费用的管理，收紧生产成本及各类费用，以此来减少销售额下降对利润的影响。近年来，公司费用管理卓有成效；年以前，公司销售、综合及管理费率在25%-35%区间浮动，而当前公司的费率以稳定的下降到20%左右。17年之后费用端的大幅增长主要在于中国机器人需求的爆发。
持续扩产，未来需求展望乐观。年在中国需求爆发的背景下，公司产能明显不足，货期曾达到一年左右。为应对大量的订单积压和延迟，公司采取多方面措施进行处理：
（1）扩大各生产基地的生产能力；
（2）通过先进的生产技术和质量控制实现自动化生产和检测，提高生产效率；
（3）加强与供应商的协调和支持，以实现更强大的应对能力和关系。公司逐步实现了交货时间的正常，重新将交付周期缩短至6至8周。同时，哈默纳科决定采用新的生产管理系统，该系统通过优化从订单到装运的数据管理，适当反映客户生产数据的系统，以进一步缩短交付周期；新系统计划于财年投入运行。
截止年3月，谐波减速机的产能共有14.8万台/月（万台/年），预计到年3月，产能将扩张到24-28万台/月（-万台/年），年复合增长约27%~37%。
同时，自年以来，鉴于订单趋势，公司推迟了进一步生产设施的引进，并选择在获得安装生产设施所需的空间后计划根据需要灵活地增加设施。
二、依托自动化浪潮，谐波减速机打开下游市场
（一）无心插柳，从航空到机器人
年，马瑟以”StrainWaveGearing”（波动齿轮装置）的名称发明谐波减速机并注册专利，当时这种谐波驱动是为了解决航天探月竞赛过程中，对减速机结构紧凑、质量轻、体积小而减速比大、传动效率高、传动精度高的迫切需求设计而成。在年代的阿波罗计划中，美国国家航空航天局（NASA）十分重视这项发明，并将其作为减速机来驱动月球车的车轮。
在美国，马瑟所在USM公司于年代初将谐波驱动技术以商标HarmonicDrive投入实际使用。在日本，年长谷川齿轮株式会社社长长谷川一郎从《机器设计》中了解到谐波驱动技术，并于年从美国USM公司引进了这项技术，开始国内生产。年，长谷川齿轮与USM公司设立哈默纳科，生产谐波减速机装置。
直到20世纪70年代初，谐波驱动都仅应用于航空航天和国防领域。由于空间环境与地面使用环境有很多不同之处，主要体现在高真空、微重力、强辐射、极端温度、高低温交变、无维修性等，这些特殊环境对空间谐波减速机的润滑方式、使用寿命，以及在真空、强辐射和大温差环境下的传动特性提出了很大的挑战。
同时期，凭借谐波驱动可靠性高、低重量和紧凑的设计等独特优势，谐波驱动逐渐成为德国、美国等欧美国家紧凑、强大定位驱动器的 解决方案，应用于哈勃太空望远镜和火星探路者等项目中。同时，伴随着工业机器执行器由液压驱动转变为电动，谐波减速机应用领域的拓宽成为必然趋势。年，ABB公司率先将谐波减速机用于工业机器人，引发了其在工业机器人领域的广泛使用；20世纪80年代，谐波减速机应用范围扩展至工业机器人和机床，谐波传动成为精确定位驱动。20世纪90年代，对减速机精度和改善动态性能要求的提高使高质量的齿轮和致动器在外科机器人、测量机和半导体生产设备领域的应用迅速增加。
谐波减速机下游应用广泛，工业机器人领域创造 需求。得益于20世纪80年代开始日本机器人使用的普及和提高，日本从机器人需求大国发展为生产制造强国，哈默纳科谐波减速机产品在日本国内需求迅速增长，公司规模得到初步成长。-年工业机器人为公司营收贡献保持在50%以上，工业机器人成为谐波减速机最主要的应用领域。
减速机为工业机器人三大零部件之一，占机器人本体制造成本30%。机器人产业链由零部件厂商、机器人本体厂商、系统集成商、终端用户四个环节组成，本体厂商处于核心地位。工业机器人上游零部件环节，三大核心零部件包括控制系统、伺服系统、减速机。减速机作为动力系统子结构传动装置的核心零部件，其主要功能是达到减速增矩的作用，用于工业机器人的精密减速机主要有谐波减速机和RV减速机，在工业机器人核心零部件中，其成本价值量占本体的30%，对于成本低降低和产业链的进步有着举足轻重的作用。
（二）复盘日本，工业机器人的昔日与今朝
作为平成时代的支柱型产业之一，日本逐步从机器人的需求大国发展为生产制造强国；无论是机器人技术，还是机器人产业发展规模，日本都处于国际 水平。企业方面，日本拥有四大家族中的发那科和安川电机，还有三菱、欧姆龙、OTC、爱普生、川崎、那智等品牌。
日本工业机器人产业的发展历程大致历经历经以下几个阶段：
（1）初入阶段（-）：战后日本经济的快速增长引发国内劳动力不足，下游制造业企业对工业机器人需求扩张，日本工业机器人迅速进入实用期；80年代以前，日本工业机器人处于爆发性增长初级阶段。
（2）普及提高阶段（-）：-年日本工业机器人进入普及阶段，迎来 次工业机器人热潮。20世纪80年代中期的日本已经成为名副其实的“机器人王国”，年的日本机器人年产量已经增长至台，机器人保有量约占世界总量的56%；年日本机器人生产额达到历史 个峰值亿日元。
由于制造业劳动力的严重不足及劳动力成本的显著提升，此阶段日本生产的工业机器人主要用于满足国内企业的需求。工业机器人的大量应用有效解决了劳动力缺乏的问题，大幅度降低了生产成本，使日本劳动生产率及产品质量得到有效提升，促进和保持了日本经济增长速度和产品竞争力，为日本经济崛起奠定了良好的基础。
（3）平稳增长阶段（-）：-年为日本机器人产业的平稳发展期，此时机器人市场需求结构发生了变化，日本国内工业机器人市场趋于饱和，日本厂商开始积极开拓海外市场；由于海外出口拉动，90年代后期日本出现历史上第二次机器人热潮，出货额于年达到第二个峰值亿日元。
（4）IT成熟阶段（-），随着信息技术、编程技术的提升，工业机器人能替代人工进行的操作进一步提升，智能化趋势加深。完善的国际化产业链结构、扎实的上游零部件基础帮助日本工业机器人在工业数字化时代稳固市场地位。
（5）海外市场拉动阶段（-今），全球化策略摆脱单一市场依赖，海外投资成效显著，在此阶段工业机器人销量保持高速增长态势；伴随着中国及周边国家对高端智能制造的追求，企业自动化变革动力提高，日本工业机器人大量出口。在日本工业机器人产业不断发展和成熟过程中，伴随着产业的不断整合，市场集中度提升以及企业数量减少，企业数量由年的家下降至年的家。在大浪淘沙的阶段中，拥有自己核心竞争力的企业受到市场认可，市场份额不断提升，进入订单生产-技术突破-更多订单的良性循环中。
总结来看，日本工业机器人国内销售量在90-91年达到 个峰值，日本当时还未完全进行产业转移，国内仍然累积了大量中高端企业，拥有大量自动化改造需求；受益于数字化转型升级的需要，日本工业机器人销量在05-06年进入第二个回升周期；中国对高端、智能制造的追求，企业自动化变革动力提高，日本工业机器人大量出口中国在13-18年进入第三个回升周期。
日本工业机器人的壮大伴随着下游汽车等产业的发展与升级。20世纪70年代，日本成为全球 汽车生产国，汽车产量迅速增长，汽车行业的自动化升级为工业机器人的应用提供了广阔的市场空间，日本率先大量使用工业机器人于下游汽车工业；汽车行业的快速发展是推动日本工业机器人成长的重要力量，而工业机器人技术、规模的不断壮大也推动了下游产业效率的提升。自年日本“机器人普及元年”起，日本开始在各个领域推广使用机器人，其应用从汽车行业延伸至电子电器、金属加工、橡胶塑料和食品饮料等领域。
-年，日本工业机器人与汽车产量变化具有趋同性。年以前是日本汽车工业快速增长的阶段，而同期也是日本工业机器人产量快速增加的时期，年日本国内汽车产量达到历史 值.75万辆，而日本工业机器人国内出货量也于年达到历史 值台。
70年代日本国内经济基本处于饱和阶段，开始进行第三次国际产业转移，产业向外扩张成为发展途径，以汽车、家电、3C产业等为主的下游产业为提升全球竞争力向海外低成本地区投资和转移。海外市场成为日本机器人及零部件制造商需求增长核心驱动力。在下游产业转移、国内机器人需求固定的背景下，日本工业机器人企业积极开展海外布局作为应对，通过开拓新兴市场需求，以出口为主要销售出路，持续成长。年日本机器人外销占比仅为5.89%，年已升至74.17%。从13年开始，日本机器人外销台数基本以每年2万台数量上升，其中大多销往中国；在一定程度上，中国市场的自动化改造带来了日本工业机器人行业的一轮新春。也因此，13年以来，中国成为哈默纳科等日本精密减速机制造商业绩上升的主要推动力。
三、他山之石，哈默纳科如何实现行业垄断
（一）独创金属柔性元件，开启驱动领域新赛道
年，美国发明家C.W.马瑟开创的崭新构想与独特原理——HarmonicDrive以“Strainwavegearing”的名称发表。与以往为了实现“更加迅速、更加精密”的目标、只注重提高刚性的齿轮结构不同，马瑟的谐波齿轮装置理论运用了金属的挠性、弹性力学等原理，推出了颠覆传统的动力传递方式。
美国USM公司与HarmonicDriveSystemsInc.前身——株式会社长谷川齿轮开始尝试将这项发明付诸实践。自年开始，株式会社长谷川齿轮从美国引进USM公司的全套技术，提出“整体运动控制”的概念并逐步完成谐波减速机的标准化、系列化，由于谐波传动独有的结构特征，它具有回差小、运动精度高、传动比大、体积小、重量轻等优点，广泛应用于需要精确控制的机器人关节、半导体制造及航天、医疗等领域。
谐波齿轮减速机是一种通过利用波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波与刚轮相互作用，实现运动和动力传递的传动装置，其构造主要为带有内齿圈的刚性齿轮（刚轮）、带有外齿圈的柔性齿轮（柔轮）、波发生器三个构件：
1.波发生器形为在椭圆形的凸轮外围镶有薄壁滚珠轴承的零部件，轴承的内圈固定于凸轮上，外圈可通过滚珠产生弹性变形；通常安装于输入轴上。
2.柔性齿轮形为超薄的杯形金属弹性体零部件，开口部的外围开有齿；柔性齿轮的底部（杯形底部）称为膜盘，通常安装于输出轴上。
3.刚性齿形为刚体环状零部件，内圈开有齿，齿数比柔性齿轮多2颗；通常固定于外壳上。
刚轮和柔轮一般差2个齿。连续转动时，波发生器迫使柔轮不断产生变形并产生错齿运动，从而实现运动传递。一般情况下，波发生器为输入端，刚轮/柔轮分别为固定与输出端，两者可以互换。运动过程如下：
（1）波发生器使柔轮产生弹性变形而呈椭圆状。此时，椭圆的长轴部分与刚轮完全啮合，而短轴部分两轮轮齿处于完全脱开状态；
（2）假如使刚轮固定，波发生器顺时针旋转，柔轮产生弹性变形，与刚轮轮齿啮合的部位顺次移动；
（3）波发生器顺时针旋转度，柔轮逆时针移动一个齿；
（4）波发生器旋转一周（度），由于柔轮的齿数比刚轮少两个，因此逆时针移动两个轮齿，这样柔轮与刚轮的旋转就出现了速度差，减速在这个过程中发生。
比对精密RV减速机、谐波减速机及行星减速机的结构特征，谐波传动相较其他两者使用更少的零件，因此产品更紧凑、更轻量；同时产品零背隙的特性，满足高定位精度的需求。这些差异性确保了谐波传动在轻/无间隙/空心组合中的关键优势。精密减速机竞争格局前三位的企业中，HDSI提供17种尺寸直径从13毫米到毫米不等小型轻负载产品；而纳博特斯克的RV减速机及住友重工Cyclo减速机承载能力更大，面向中型至重型承载能力需求的市场。不同减速机有着不同的应用场景、特性和负载大小。
（二）先发优势，技术升级造就高壁垒寡头
哈默纳科在公司创立的50年时间里，积累的开发生产技术、加工组装技能、生产研发系统、人才储备是公司最为宝贵的财富。
哈默纳科致力于追求研究开发的基础技术，并积极开展新原理和新机构的研究。拉长时间线来看，哈默纳科基本保持着5%以上的研发费率，18、19年实际研发费用创下历史新高。同时，其研发人员占比也保持在10%以上，在产品、技术方面的研发投入和积累，实现了技术的不断突破，铸造行业高壁垒。
公司积极通过多种途径实现产品和技术进步，包括与客户的长期互相指导、与产官学合作进行技术开发及公司内部营业、开发、生产3部门团结一致发展新技术。与国际知名机器人企业的长期合作为公司的技术进步提供了支持。当前哈默纳科已与发那科、ABB、库卡等知名的机器人企业通过长期相互扶持、相互进步积累了丰富的经验，形成了从产品生产前的技术指导、结构设计、选型、售后的技术升级改造、产品维护为一体的服务体系。
同时，公司与产官实现加深交流，与企业、大学、公共研究机构分别承担的课题交换意见，积极推动与大学、公共研究机构的合作，通过接触 技术来确立新的技术，致力于提供更具创新性的运动控制产品。
年至今，公司在持续推出新产品系列的同时不断提升产品的各项性能，使其 化满足下游客户的需求，拓宽使用场景，提供使用便利。从公司产品线的发展历程来看，谐波减速机的强度、刚度、精度、小型化、轻量化等产品基础性能以及结构中空化、机电一体化等产品易用性是改进的重点。
通过替换柔轮制作材料，公司谐波减速机的柔轮疲劳强度得到增强。从最初的CS-2到CS-2A产品系列，柔轮的制作材料发生变更，锻造材料替换了管材和压制板材的焊接结构，一定程度解决了柔轮反复变形的问题，焊接结构强度提升，扭转刚度增强3倍。
从渐开线齿形到IH齿形的改进使谐波减速机成功突破了扭矩容量和扭转刚度的局限，是公司产品里程碑式的一次升级。
20世纪80年代初谐波减速机首次应用于工业机器人关节时，再次出现柔轮齿根和杯齿根疲劳并损坏的情况，柔轮强度亟待提高。80年代中期，公司通过FEM分析技术及车床的数控转换，成功研发出IH齿形，实现了对传统低压角30°渐开线齿形的改良。传统渐开线齿廓制造齿轮切削工具及齿轮切削更容易，但柔轮底部集中的弯曲应力更大，且啮合齿数仅占总齿数10%，谐波装置的强度受到限制。IH齿形有效增加柔轮齿槽的齿厚比，显著增加啮合齿数至总齿数的30%，减轻了柔轮齿底的应力，大大改善了柔轮疲劳极限，扭转刚度也随之提高两倍。
观察描绘齿根处断裂情况的齿底疲劳强度图，水平轴为柔轮弯曲的数量，垂直轴为负载转矩，右向箭头表示柔轮处于疲劳极限扭矩以下，不再发生断裂。通过改善齿形，疲劳极限扭矩已加倍，柔轮齿底的应力幅度显著降低。
通过固定波发生器，将向前、向后的负载扭矩施加到柔轮，绘制出磁滞曲线；横轴为转矩，纵轴为扭转角度，斜率表示谐波减速机的扭转刚度；通过改善齿形，扭转刚度几乎翻倍，齿形的改进没有增加静摩擦。
公司年所开发柔轮杯部向外敞开的SH型中空结构谐波减速机，是公司产品系列的又一大进步。开发之初产品的柔轮主体和展开的膜片连接处集中较大的应力，公司通过有限元分析进行应力松弛设计、数控车床进行精确减薄，使其比杯型更坚固。90年代中期，中空技术的发展使缩短柔轮的轴向长度成为可能，从而使减速机更加紧凑。此外，工业机器人中驱动每个关节的电动机电线之类的布线穿透减速机的内部，可以制造出更智能的机器人、使布线的弯曲最小化并延长布线的寿命。在实际应用中，减速机的中空结构可以使轴穿过或插入其他机械零件，产品使用便利性也随之提升。
通过改进加工设备、加入支撑轴承结构，公司有效减少了加工误差及变形误差，实现了产品的高精度和统一化，提高角度传递精度，产品将应用于需要高定位精度或具备微小角度定位的各类装置。
谐波减速机齿轮误差主要由产品制造时的加工误差及机器人组装时的变形误差产生。柔轮及钢轮的齿轮误差常常会引起减速机旋转不均匀，进而引发工业机器人长臂 振动的问题。由于谐波减速机产品主要应用于小臂、腕部等轻量关节，其精度要求更高。
依赖于公司金属切割等精密加工技术及工艺的积淀，加工机、加工夹具和齿轮切削刀具等加工设备精度及不断提升，公司谐波减速机产品的加工误差减少近2/3。谐波减速机零部件（尤其是钢轮）在机器人组装环节出现的齿轮精度下降、振动甚至损坏等变形误差问题在公司开发的新单元结构中得以解决，结构中集成的输出支撑轴承使谐波减速机的性能得以充分发挥并更易于组装。
谐波减速机的批量生产对公司前期资本、技术的投入要求较高。由于谐波减速机订单小批量和按订单生产的特质、产品组件和材料组装的复杂性，谐波减速机生产设置的变化频繁(即，由于产品或制造过程的变化，需要重新加工)，生产线难以实现批量化、自动化生产，这造成了相对较高的固定成本基础，并严重限制行业内公司的规模生产能力。近年来，哈默纳科持续提高各生产基地的生产能力，并通过先进的生产技术和质量控制促进公司自动化生产能力，有效提高公司的生产效率。
（三）突破重围，绿的谐波技术破局行业垄断
哈默纳科所形成谐波减速机核心技术壁垒主要包括谐波传动技术及生产加工技术两方面。谐波传动技术包括谐波传动理论、啮合数学建模、齿轮齿形设计等一系列理论和设计工作；生产加工技术主要包括材料分析和处理、精密加工和装配及综合性能测试等。
数理模型是谐波减速机行业 进入门槛，制造商需要考虑：
(1)柔性变形机构件和刚轮产生啮合的运动轨迹；
(2)传递运动主要在于特殊钢材薄璧件上；因此，要如何保证运动模型在波发生器、刚轮、柔轮上长期稳定运行是核心因素。
数理模型中的复杂计算、齿啮合轨迹的计算机模拟和详尽的测试为齿轮齿廓的设计提供了基础。哈默纳科于年获得专利的IH齿廓实现了产品性能跳跃式的提升：
（1）齿轮扭转刚度主要取决于啮合齿数：齿啮合面积增加导致齿轮的扭转刚度加倍。
（2）齿轮工作寿命由波发生器轴承决定：轴承负载更均匀，进而导致使用寿命加倍。
（3）IH轮廓的较大齿根半径降低了柔轮中的临界应力，因此在相同的齿轮包络内导致扭矩容量的显著增加。
绿的谐波开发的“P型齿”实现与IH齿形差异化的独特设计，获得自主专利。公司突破了以传统Willis定理为基础的渐开线齿轮设计理论，提出了基于曲面几何映射的非共轭谐波啮合齿形设计方法，以自主开发的“P”型齿数学模型、3D仿真软件、误差修正方法、动态补偿方法、寿命预测模型为基础，建立全新齿形设计理论体系，与国外主流齿形技术路线实现了差异化。
“P型齿”具有如下优势：
（1）齿高较低，不需要很深的啮合距离就可以获得较大啮合量，可承受较大的扭矩；
（2）齿宽较大，齿根弧度增大，减少发生断裂失效的风险；
（3）由于所需柔轮变形量较小，可使柔轮的寿命得到极大提高；
（4）多达20%-30%的齿参与啮合，齿面比压较小。
随后，公司推出新一代N系列、Y系列谐波减速机，这两种齿形在P型齿的基础上进行进一步优化设计，产品性能持续提升。以Y系列为例，该系列减速机拥有全新的结构和齿形设计，三次谐波取代二次谐波，使其扭转刚度、传动精度相较其他型号大幅提升。公司产品竞争力处于行业 地位。
不同的齿形设计对加工设备及其投资提出不同要求。比对绿的谐波和哈默纳科固定资产与总资产比率以及固定资产周转率，除去年哈默纳科业绩下滑造成总资产下降的因素，绿的谐波固定资产比重高于哈默纳科；同时，绿的谐波年以来固定资产周转率要低于于哈默纳科年以前的水平。这主要是因为绿的谐波“P型齿”产品的生产对加工设备要求更高，公司前期固定资产的投入也更高。
绿的谐波研发团队在董事长左昱昱带领下，自年以来进行谐波传动的理论与技术研究，形成较强的研究能力和理论水平。公司通过啮合刚度、啮合阻尼、摩擦系数、侧隙参数的敏感性分析，分析振动噪声产生机制，根据指标要求，得出各参数的优选区间。产品在实现额定寿命大幅提升的同时，在传动误差、背向间隙、空程误差、传动效率、噪声、壳体 温度等关键性能指标上打破了国际品牌的垄断。
谐波减速机关键材料、部件、加工设备是行业第二道技术壁垒。谐波减速机对材料和加工设备要求极高，主要体现在：
(1)由于柔轮在工作中高频周期性变形，还要承受一定扭转和弯曲，容易导致轮齿疲劳破坏及齿根部疲劳裂纹；
(2)谐波减速机启动力矩大、装置发热量高，都加大了设计计算难度和复杂性及加工制造的难度。
以哈默纳科谐波减速机最为核心的最为核心的零部件交叉滚子轴承为例：轴承主要用于汽车和其他机器中，使轴准确、平稳地旋转；一般为“滚珠轴承”，中间为主轴，围绕一个使其平滑旋转的球形机构。由于滚珠轴承接触面触面是一个点，无法单独支撑，因此常常采用将两个滚珠轴承组合以支撑它们的方法。为了增加相对于轴的径向刚度，必须保持两个滚珠轴承支点之间的距离较长。但这就导致整个装置变大，难以满足小型化的需求。
因此，哈默纳科提出一个划时代的想法：交叉滚子轴承。交叉滚子轴承的外部特征是它使用圆柱滚子而不是球形滚珠。这些圆柱滚子在90度V形槽中交替排列，这样可以使接触面成为直线而不是点，从而可以牢固地承受各个方向的载荷。因此，交叉滚子轴承具有了在保持紧凑的同时又能获得较高的刚度的优势，其刚性是组合角接触球轴承的四倍以上；同时，与滚珠相比，滚子的接触面积更长，因此承载能力大大提高。交叉滚子轴承是弯曲关节的零件的理想选择，例如工业机器人手臂、类人机器人和长期护理的机器人防护服。
作为谐波减速机最为核心的部件，交叉滚子轴承在任何工厂都无法仅凭借生产设备进行制造。多年来，哈默纳科致力于研究交叉滚子轴承的制造技术，并积累了包括质量控制在内的各种专业知识。在切削和磨削技术中，公司不影响精度的情况下将精度提高到0.5μm的单位。此外，公司积累了大量的精密技术，例如将顶部插入的凹槽的90°角精确地分成45°的专有技术。
因此，哈默纳科公司生产的谐波减速机具有以下优势：
（1）出色的旋转精度：哈默纳科的交叉滚子轴承在生产过程中受到完整的保措施护，以防止滚子旋转时翻倒以及滚子之间的相互摩擦。因此，它具有低扭矩旋转和高精度旋转运动的特点。
（2）易于处理和机械设计：产品配置可以在满足所有需求的同时 地提高设计的自由度。
基于抗磨新材料、润滑新技术、轴承优化、齿廓修形等技术，绿的谐波已实现专用交叉滚子轴承的自主生产。
日本成熟的精密齿轮加工设备供应商为哈默纳科提供得天独厚的条件。在日本，哈默纳科、纳博特斯克、住友重工等具有设备业务需求的公司，有着专业、成熟的供应商体系为其提供 越的加工设备：卡希富基公司占据日本滚齿机市场50%以上份额；神崎高级机械制造有限公司在剃齿（长袖机、珩磨机）领域占据国内80%以上的市场份额；福越株式会社在胸针和拉刀工具日本国内市场份额达到90%。这些公司与供应商联盟，被称为GPA（齿轮生产联盟），以提供全方位的支持和服务。
谐波减速机高精度定位的特性使公司对专业的装配、检测人员产生极大的需求。由于将弹性体用于啮合的内齿以产生金属变形，因此难以量化诸如齿轮切削之类需要微米和亚微米精度的加工过程，仅通过对机床进行编程就无法获得该精度；同时，谐波减速机须在每次加工后测量误差并进行校正；此外，调整零件的啮合的最终组装过程只能通过一只手巧妙地改变齿轮切割位置来完成。因此，谐波减速机 一道装配线需要靠手工才能完成，这充分考验老师傅的精湛的工艺和经验。组装过程中，负责人使用“停转法”而非流水线工作，每台机器从始至终由一个负责人装配完成。为了留住熟练的装配工作人员，哈默纳科实习终身雇佣制，以便使这些熟练工人可以安心地长时间工作。该公司的注册总部位于东京都品川区，本地员工的保留率很高，这同样有助于员工经验、技术的形成和流传。
由于订单小批量、多单次的特点，谐波减速机对实现自动化生产有着较高的固定资本和技术基础的要求。年，公司在穗高工厂投资约20亿日元，通过搬迁生产线，一个人可以操作多台机器。年，公司出现订单大量积压的情况，因此哈默纳科持续提高各生产基地的生产能力，并通过先进的生产技术和质量控制促进公司自动化生产能力，有效提高公司的生产效率。
凭借子公司恒加金属多年精密零部件加工所得经验和工艺理解，绿的谐波得以突破材料、加工的技术壁垒。没有成熟的材料、部件、加工设备供应商，中国企业在材料与加工上有天然的劣势。经过多年生产技术、管理经验的积累，恒加金属加工的精密零部件产品种类众多，在加工产品精度要求高、公差范围小、工艺多样化的基础上，恒加金属具备了小批量、多批次加工能力，并且能够出色地保证产品质量的可靠性、一致性和稳定性。恒加金属较强的精密零部件机加工能力以及稳定的质量控制水平，为谐波减速机的大规模生产奠定了坚实的基础。
通过前期研发和投入，绿的谐波已基本实现谐波减速机自动化、规模化生产。公司在大规模生产过程中引入基于WMS/MES/ERP和机器人柔性化作业的软硬件结合、网络数字化控制、在线快速检测等技术，提高产品及其部件的一致性、稳定性，通过设计和制造专用液压/气动高精度专用工装、非标特殊轴承自制技术、核心零部件超精密加工方式、整机高效模块化装配技术，大幅提高生产效率，构建闭环质量控制体系，提高精密减速机的加工精度与品质稳定性和生产效率，实现了谐波减速机的规模化制造及质量的稳定性控制，公司核心技术实现了产业化。
绿的谐波对人工依赖程度较高，自动化水平有待继续加强。-年哈默纳科人均产值3.36/3.70/2.19百万人民币/人，绿的谐波0.31/0.37/0.34百万人民币/人。比对两家公司主营成本结构，哈默纳科直接材料占比远高于绿的谐波，主要原因为公司使用了本国更高纯度、更昂贵的原材料。哈默纳科直接人工、制造费用（车间管理租赁、设备折旧修理费等）占比均低于绿的谐波。
四、以史为鉴，复盘哈默纳科突破路径
（一）应用领域横向拓宽，打开成长空间
纵观哈默纳科公司年以来历年收入情况，长期来看公司保持着持续成长的趋势，其主要驱动因素为公司谐波减速机产品终端应用领域的不断扩张。
谐波驱动自年发明后的数年中一度没有找到它的应用场景及实际用途。虽然哈默纳科公司年成立，但直到20世纪70年代末，公司的谐波驱动及减速机产品才开始广泛应用于机床及工业机器人领域。其时，德国库卡和瑞典ABB公司推出了全球最初以电动取代液压操作的工业机器人，在其中采用并推广了谐波减速机。20世纪90年代开始，谐波减速机开始应用于半导体制造设备；21世纪初，哈默纳科谐波减速机产品随着平板显示器和汽车生产中应用的新需求而得到更广泛地使用。
伴随着市场对轻负载精密减速机的需求产生和公司自身的积极拓展，公司谐波减速机产品对在轻负载精密减速机应用范围内实现了主导地位，下游应用领域扩张，新的市场空间由此打开。基于哈默纳科减速机及机电一体化产品小型、轻量、高精度的特点，公司的谐波减速机产品除了应用于工业机器人、半导体制造设备、平板显示器制造设备等主要行业，亦适用于其他精密传动领域，其中包括石油挖掘设备、光学设备、印刷设备、机床、航空宇宙相关、医疗设备等广泛下游行业。公司当年谐波减速机产品最多应用于工业机器人行业，占比达到44.9%；其后为半导体制造设备、机床、电机制造设备、光学设备、平板显示器制造设备等，占比分别为11.2%、6.4%、5.7%、3.4%、3.2%。
机器人驱动谐波减速机销量增长。观察哈默纳科产品的应用领域变化，从年到年，机器人的营收及占比明显增加，收入从2.5亿增长到15.7亿（CAGR25.8%），占比从26.4%提升到53.3%，同期，全球机器人销量从12万上升到42万（CAGR17.02%），减速机机器人方面的营收明显快于机器人行业。其他下游领域营收中，除半导体设备增长比较明显外，均表现为周期性波动，市场未见明显增长。因此，机器人市场的扩张是驱动谐波减速机营收增加的首要因素。
逐步丰富的产品布局是哈默纳科公司横向扩张下游领域的一大途径。依托于谐波驱动业务的技术优势，公司逐步向减速机相关的领域扩张，包括行星减速机以及直驱电动机、旋转执行元件、AC伺服电动机、伺服驱动器谐波线性和微型编码器等机电一体化产品。
哈默纳科将公司产品主要包含两大类别：单独的减速装置及机电一体化产品。在减速机装置方面，公司以谐波减速机为起点，并逐步发展了行星减速机及相关系列产品；产品定位具有小型、轻量化、高精度减速机需求的各个领域，产品型号涵盖各行业减速比需求。同时，公司自年开始逐步探索、研发精密减速机的高附加值应用产品——机电一体化产品，公司当前机电一体化产品包括直驱电动机、旋转执行元件、伺服电动机、伺服驱动器、编码器、光学扫描仪等一系列产品，由此公司成功打开半导体、光学、测量等下游市场。
精密行星减速机将公司的精密加工技术应用至低减速比领域，使公司产品全面覆盖轻负载精密减速机市场。
自20世纪70年代公司成立起，HarmonicDrive系列谐波减速机品牌即投入研发和生产，产品实现了高减速比和高精度定位，广泛应用于需要高精度、小型、轻量化的工业机器人及宇航相关领域。为了将公司的精密加工技术应用至低减速比领域，90年代初公司推出同时实现了高精度、高刚性和低减速比的行星减速机。
公司谐波减速机产品减速比在1/30-1/区间内，而行星减速机将减速比范围覆盖至1/3-1/45，保证了在高速运转下的稳定性、同步 度和长久精确度。同时，相较于通用行星减速机0.5°以上的背隙，公司的精密行星减速机背隙仅在0.05°-0.25°的范围内，继承谐波减速高精度的特性。行星减速机不仅拓宽了公司精密减速机产品器人技术、自动化技术和机械手技术上低减速比范围内的应用，如传动轴和工位控制装置等各种机器人及其辅助轴上；同时将公司下游经营范围扩展至机床和制造系统、自动切割设备、印刷机和造纸设备、注塑机设备、食品和包装机械等邻域。
哈默纳科公司作为提供“整体运动控制”的企业，自年开始研发、制造机电一体化产品。公司机电一体化产品将具有高竞争力的谐波减速机、行星减速机等精密减速机以及可 限度发挥其性能和特点的独创性电机、传感器进行组装，融合整体运动控制的构成技术实现协同效应，形成区别于其他公司的高附加值机电一体化产品。产品当前主要用于半导体生产、光学、检测设备等 技术领域。
机电一体化产各类组件中，控制器依靠开关和传感器来捕捉来自各种输入设备的输入信号，并使用基于程序的输出设备(执行器)来响应这些数据；执行器由减速机和电机组成，类似于人体肌肉和关节的综合使用和功能；而传感器用于测量定位、距离、压力、速度等变量，然后将该数据传输到控制器。一般来说，减速机的购买者会在部件上增加一个电机和/或传感器，以形成一个致动器。
公司机电一体化产品根据其运动类型的不同可以大致分为四类：旋转型、直线型、振荡型和复合/模块型；不同的运动类型使公司的机电一体化产品能够 化其下游应用范围。其中，旋转型产品应用量 ，销量 ，主要应用于平板显示器及测量实验设备；直线型产品运用于需要直线运动的设备，如半导体生产设备的精密XY工作台。振荡型机电一体化产品也称为光学扫描仪，这种类型能够在有限的角度内快速来回移动，通常用于激光标记。复合/模块型产品并不只进行单一的运动，而是在多个轴上进行复杂的运动。例如，通过公司的技术和东京大学石川教授的研究产生的视觉传感器的结合所开发的一种高速三指机器人手。
为了主动开发而非被动满足下游市场的需求，哈默纳科近年来开始努力提高其提案能力，从而提高客户满意度；同时加强自己的开发和销售团队之间的协调，以组织一个能够灵活响应客户需求的支持系统。因此，公司在开发一系列领域新应用的产品方面取得了进展，包括高级医疗保健(如手术机器人)、动力辅助设备(如动力辅助服)、下一代移动性和航空航天。
公司将进一步扩大产品在以下用途的市场：工业线下机器人；越来越小型、节省空间的新一代生产设备；航空、宇宙相关产品；对检查与治疗技术提出更高要求的医疗设备；研究、试制活动蓬勃发展，已接近实用化的服务型机器人；以太阳能为中心的环境与能源相关领域等。
（二）紧跟国际产业转移浪潮，扩张海外版图
下游应用领域拓宽之外，哈默纳科成长空间的打开主要通过海外市场的扩张。20世纪70年代开始，日本国内企业展开了第三次国际产业转移，大批下游企业向海外迁移，日本机器人向海外大量售出。为了紧跟国际产业转移的浪潮，自-年，公司完成了从日本到中国台湾、韩国、美国、德国、中国大陆的子公司全面布局，满足当地客户生产、销售、研发、技术服务等全方位的需求。集团公司由母公司、10家合并结算子公司、1家适用权益法的关联公司构成。
当前，哈默纳科已经占领日本及亚洲、北美、欧洲等国家和地区的版图，海外地区收入快速上升。年以来，哈默纳科日本地区营收占比呈逐年下滑趋势，海外市场营收持续上升，逐步成为公司收入的主要来源。年公司日本地区营收占比78.9%，而年日本地区营收占比仅为37.5%。此外，中国地区自动化浪潮的掀起和机器人需求的飞速上升也是公司日本地区销售额快速上涨的一大原因；年，中国机器人市场由于制造业投资波动进入短暂调整期，公司日本地区销量出现严重下滑。
为了全面覆盖全球客户的需求，提供全方位服务，公司在海外主要市场采取代理商渠道销售制度，在当地设立分公司或办事处对当地代理商进行统一的开发、培训和管理。通过当地代理商代为销售，公司既可以借助代理商在本地较为广泛的销售经验、销售渠道，又可以在对代理商进行培训、考核后，给当地客户提供及时的售前咨询、售后维修服务。以中国区为例，哈默纳科除在上海设立总公司外，同时在深圳、重庆设分公司，建立华南、西南地区客户与上海总公司乃至日本总社的沟通渠道。这些公司协同代理商，共同进行产品的设计和推广，提供产品的售前售后、设备维护服务。
在海外地区市场方面，公司同样实现销售、开发、生产3部门为一体，建立满足客户要求的体制。在市场销售业务方面，日本公司负责日本、韩国、中国台湾、东南亚市场；中国大陆市场主要由子公司哈默纳科(上海)商贸有限公司负责，北美市场由子公司HarmonicDriveL.L.C.负责，欧洲、中东、非洲、印度、南美市场由子公司HarmonicDriveSE负责。此外，公司海外地区分公司分别负责了产品的研发、生产等业务，以通过 的项目解决对策提案，开拓新市场、新用途。
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