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【热点】机器人关键零部件发展概述

2019-06-03 14:00栏目:投资
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  在本年度的4月,工信部、发改委、财政部联合印发,并于近日公开发布《机器人产业发展规划(2016-2020 年)》,十三五期间,机器人产品性能和质量达到国 际同类水平,关键零部件取得重大突破。中国庞大的机器 人产销量规模下,被视为产业短板的核心技术也将迎 来突破。规划提出,到2020年,机器人主要技术指标达到国外同类产品水平。以人工智能为代表的新一代机器人技术取得突破,智能机器人实现创新应用。包括伺服电机及 驱动器、控制器在内的关键零部件取得重大突破。

  众所周知,机器人的核心技术包括程序技术、控制技 术、应用作业技术等,关键部件有驱动器、伺服系统、高 精度的减速器等。然而多年以来,国产机器人对于进口核心硬件的依赖使我们失去了很大比例的市场利润,对于关键零部件的技术突破在十三五规划期间更显急迫。在机器人产业增长放量期的到来之际,让我们再次盘点一下 机器人关键零部件产业的发展现状与未来。

  机器人市场规模 国际机器人联合会(IFR)近日发布最新报告称,未来 工业机器人需求仍将加速增长。2015年全球工业机器人市 场销量进一步增长,比2014年至少增长15%,2015年2017 年年平均增长率将达12%。其中,汽车产业和电气、电子 产业是其增长主要驱动力。

  该机构此前发布的数据显示,2010年到2014年,工业 机器人年均复合增长率为17%。在此之前,工业机器人安 装量的增速从未如此迅速。2005年至2008年,工业机器人 年均销售量约为11.5万台。从2010年到2014年,这一数字增 长至17.1万台,增长量约48%。

  2013年,中国以3.7万台的销售量,首超日本全球排名第一。2014年,全球工业机器人销量增长了29%,共计 229261台。其中,来自中国的销量就达到5.7万台,站稳全球最大工业机器人市场的领先地位。

  2014年,我国自主品牌工业机器人销量达到1.7万台, 较上年增长78%。2015年,自主品牌工业机器人销量为 22257台,同比增长31.3%。然而,在高速成长的同时,我 国机器人产业核心部件空心化、应用低端化、主流市场边 缘化三化风险却引起了行业的高度重视。 赛迪智库1月底发布的机器人专题报告指出,核心部 件长期依赖进口的局面依然难以改变,企业成本压力大。 2015年,约75%的精密减速器从日本进口,伺服电机和驱 动超过80%依赖进口。 根据《规划》,十三五期间,我国将大力发展机 器人关键零部件。全面突破高精密减速器、高性能伺服电机和驱动器、高性能控制器、传感器和末端执行器五大关 键零部件。

  机器人核心零部件现状 国家工信部副部长辛国斌认为,我国机器人产业发展 面临的新问题,

一是机器人关键零部件虽然有所突破,但是高端产品还较缺乏,目前,高精度减速器、伺服电机和 控制器等价值量约占工业机器人70%的关键部件,仍然依 赖跨国公司。

二是部分产品接近世界先进水平,但是创新 能力亟待加强。

三是各地机器人产业发展迅速,但是低水 平重复建设的隐患逐步显现。

四是龙头企业正在崛起,但 是小、散、弱等问题仍然还没有得到根本改变。五是第三 方检测机构虽然已经建立,但是机器人的标准、检测认证 体系还需要进一步健全。

  机器人《机器人产业发展规划(2016-2020年)》也给我们指明了发展的未来,然而仍任重道远。对于国外众 多机器人关键零部件技术成熟、市场稳定的品牌来说,国产关键零部件产业的发展与竞争都面临着强大的生存发展困境。但是无论如何,中国关键零部件产业在近年来市场需求的催生与发展的需求下,也在突破技术品牌的壁垒之 路上,一路风雨,一路晴。

  减速机的市场现状

  目前应用于机器人领域的减速机主要有两种,一种是 RV减速器,另一种是谐波减速器。在关节型机器人中, 由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度,一般将RV减 速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置,而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。对于高精度机器人减速 器,日本具备绝对领先优势,目前全球机器人行业75%的 精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断(业 界俗称RV减速机和谐波减速机),包括ABB、FANUC、 KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司 提供。其中HarmonicDrive在工业机器人关节领域拥有15% 的市场占有率。

  据行业人士介绍,一台精密减速器四大国际巨头采购 价为3万元~5万元,卖给国内关系好的客户约7万元,关系一般的普通客户约12万元,内资企业采购精密减速机的成 本比国际巨头贵一倍还多,可见其间的利润差别有多大。

  2013年全球工业关节类机器人减速器的出货量为73万 台,同比增长6%。目前全球精密减速器市场基本上被日本 的纳博特斯克和德国的Harmonicadrive所垄断。据上海机电 的公告,日本的纳博特斯克2012年销售收入约30亿、全球 市场份额稳居60%。

  值得一提的是,日本纳博特斯克公司从1980年代初提 出RV型设计到1986年RV减速器研究获得实质性突破,花了6-7年时间;而国内率先出结果的南通振康和恒丰泰花费时 间也为6-8年;可以看出,技术是没有捷径可走的。换句话 说,国内RV减速器现在的发展水平还停留在日本八十年代后期。

  据行业内不具名人士透露,ABB、发那科、安川、库卡等国际主流机器人整机厂商均由以上两家日本公司提供减速机,并且与两家公司有着非常苛刻的合作条件,即在使用这两家公司产品时不能再使用别家的产品,否则将解除合作关系。

  南通振康2013年的年产量是200多台,产品已被多家机 器人厂商试用,包括国外的ABB、KUKA、发那科以及国 内的埃夫特、埃斯顿等企业等。其中,埃夫特已经通过试 用后购买了几百台RV减速器产品。 核心零部件一直限制这中国机器人的快速发展,因此 早日实现加速器的国产化至关重要。 秦川发展机器人减速器,减速器项目总规划18万套, 将分期实施,一期2015年达产,争取实现替代进口,在 一定程度上改变我国机器人关键部件受制于国外的局面。

  公司国家863项目-机器人用250AII减速器于1999年通过鉴定。工业机器人项目将从关键零件关节减速器做起,逐步介入伺服机、驱动器以及机器人整机。

  上海机电携手工业机器人核心部件-精密减速机的全球 领先者日本纳博,发展精密减速机在中国业务并探索和开 拓具有中国特色的工业机器人市场,为精密减速机及相关 产品在中国研发、组装生产、制造及服务打下基础。

  伺服系统市场

  工业机器人产业的快速增长,在一定程度上刺激了伺 服电机市场发展,按工业机器人中90%使用伺服电机及单 位工业机器人配置伺服电机平均台数推算,2014年中国工 业机器人伺服电机新增需求在23.1万台左右,预计到2019年将达到73.7万台。

  目前,中国85%的工业机器人伺服电机市场被外资品 牌占据,主流供应商有日系的松下、安川、三菱和欧美系 的伦茨、博世力士乐等,其中日系品牌市场份额最高, 2015年约50.0%。而中国本土企业大部分仍处于研发测试 阶段,基本没有能够实现产业化的工业机器人伺服电机产品。

  为改变现状,近年以埃斯顿、汇川技术等为代表的少 数本土企业不断攻克技术瓶颈,加大产品研发和产业化项 目的建设。

  汇川技术:2010年开始工业机器人伺服产品研发。截至2015年底,公司已研发出IS620N系列的基于EtherCAT总线的伺服驱动器以及带绝对值编码器的伺服电机等产品。

  埃斯顿:截至目前,公司已推出可用于工业机器人的 EMJ型交流伺服电机,同时公司拟建机器人专用伺服系统项目,计划2017年达产。

  华中数控:2012年通过收购华大电机和登奇机电开始 生产交流伺服电机产品,2015年5月,设立佛山登奇机电技 术有限公司布局工业机器人伺服电机相关产品。

  机器人控制器市场

  控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一,必将受惠工业机器人的快速增长,但作为关键核心零部件的控 制器市场,也同样被外企所占据。

  工业机器人控制系统的主要任务是控制机器人在工作 空间中的运动位置、姿态和轨迹,操作顺序及动作的时间等。它同时具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

  机器人自由度的高低取决于其可移动的关节数目,关节数愈多,自由度越高,位移精准度也愈出色,然所须使用的伺服电机数量就相对较多;换言之,愈精密的工业型 机器人,其内的伺服电机数量愈多,一般每台多轴机器人 由一套控制系统控制,也意味着控制器性能要求越高。

  控制器、软件与本体一样,一般由机器人厂家自主设 计研发。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发,各品牌机器人 均有自己的控制系统与之匹配。因此,控制器的市场份额 基本和机器人保持一致,国内企业控制器尚未形成市场竞 争优势。

  近年来,国内运动控制(包括CNC)技术有了较快的发展。一些传统生产数控设备的厂家开始研制具有运动控制 特征的产品。为了提高机械设备的生产效率和产品质量, 越来越多的机械设备制造厂商开始使用并且逐渐熟悉通用 运动控制系统,使得通用运动控制产品在很多原来运用不 多的领域开始扩展开来。

  同时,部分数控设备厂家进行了机器人专用运动控制产品的开发和行业应用的推广,并逐渐走向成熟和产业化。这类企业以广州数控、广泰数控、埃斯顿等为代表, 他们不只开发出来机器人专用的控制系统,而且还借此进 入机器人行业,并成为国产机器人企业中的代表。

  随着我国制造业市场的全球化,对制造业的技术和装 备提出了更高的要求,这给运动控制技术的推广和高水平 应用带来了契机。在此背景下,国内逐步成长了一批专业 的运动控制企业,他们开始逐步向市场提供机器人专用控制器。这类企业以固高科技、卡诺普、众为兴等为代表, 固高科技是国内较早实现六轴机器人控制系统产业化的企 业之一,目前主要向机器人集成商提供控制系统平台,而 卡诺普和众为兴的控制系统则在自己的机器人上获得了较 好的应用经验。于此同时,不少国内机器人企业也陆续开发自己的控制系统。

  经过多年的沉淀,国内机器人控制器所采用的硬件平台和国外产品相比并没有太大差距,差距主要体现在控制 算法和二次开发平台的易用性方面。随着技术和应用经验 的积累,国内企业机器人控制器产品已经交为成熟,是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件。未来几年中国国产机器人将得到快速发展,国产机器人控制器应用市场面临较好的发展契机,尤其是在运动控制领域深耕多年的企业。

  面对中国这样一个未来庞大的机器人消费市场,国 外的机器人零部件厂商以及国内制造厂商都已开始摩拳擦 掌,要占领技术市场至高点,然则关键零部件为全球机器 人四大品牌abb、安川、发那科和德国库卡已经占市场份 额超过50%。对核心零部件的研发作为国内十三五规划高 端装备重点之一,也通过《机器人产业发展规划(2016- 2020年)》的实施,必将给核心零部件技术的研发进行重点培育。通过一些组合拳的方式会让我们的核心技术得到 突破,特别是一些核心的部件也能够得到解决,这可能是 未来让我国摆脱严重依赖进口的很重要途径。同时,之前一些核心技术和生产的脱节主要在于我们的创新链和产业链脱节,现在有更多的机制和体制来促进科研,将会使其 更好的转化为生产力。

  有专家预计,到2020年,我国将拥有30万台机器人,机器人及系统产值约1000亿元,有望带动3000亿元零部件市场。未来国产机器人在核心部件领域有望迎来发展机遇。