我國的工業(yè)機(jī)器人三大核心零部件控制器、伺服電機(jī)、減速機(jī)是制約中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要瓶頸,占到機(jī)器人成本的70%。 機(jī)械制造業(yè)
控制器
控制器國內(nèi)外差距最小??刂破魇菣C(jī)器人的大腦,發(fā)布和傳遞動作指令。包括硬件和軟件兩部分:硬件就是工業(yè)控制板卡,包括一些主控單元、信號處理部分等電路,國產(chǎn)品牌已經(jīng)掌握;軟件部分主要是控制算法、二次開發(fā)等,國產(chǎn)品牌在穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、易用性等還有差距。
控制器的問題在于,由于其“神經(jīng)中樞”的地位和門檻相對較低,成熟機(jī)器人廠商一般自行開發(fā)控制器,以保證穩(wěn)定性和維護(hù)技術(shù)體系。因此控制器的市場份額基本跟機(jī)器人本體一致。國際上也有KEBA、倍福、貝加萊這樣提供控制器底層平臺的廠商。因此在當(dāng)前環(huán)境下國內(nèi)專業(yè)研發(fā)控制器的企業(yè)會比較艱難。
控制器的機(jī)會在于標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。現(xiàn)有的機(jī)器人控制器封閉構(gòu)造,帶來開放性差、軟件獨(dú)立性差、容錯性差、擴(kuò)展性差、缺乏網(wǎng)絡(luò)功能等缺點(diǎn),已不能適應(yīng)智能化和柔性化要求。開發(fā)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器,各個層次對用戶開放是機(jī)器人控制器的一個發(fā)展方向。我國863計劃也已經(jīng)立項。機(jī)器人接口統(tǒng)一是大趨勢,未來可能會出現(xiàn)提供控制器模塊的平臺型企業(yè)。
市場規(guī)模方面,按十三五規(guī)劃到2020年我國機(jī)器人保有量80萬臺,假設(shè)國產(chǎn)機(jī)器人占50%的份額,控制器價格1.5萬元,算上更換及維護(hù),國產(chǎn)控制器的市場規(guī)模在60-70億元。
伺服電機(jī)
伺服電機(jī)競爭激烈,外資掌握話語權(quán)。伺服電機(jī)在機(jī)器人中用作執(zhí)行單元,是影響機(jī)器人工作性能的主要因素。伺服電機(jī)主要分為步進(jìn)、交流和直流,機(jī)器人行業(yè)應(yīng)用最多的是交流伺服,約占65%伺服電機(jī)與控制器關(guān)聯(lián)緊密。
伺服系統(tǒng)外資企業(yè)占據(jù)絕對優(yōu)勢。日系品牌憑借良好的產(chǎn)品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設(shè)備制造業(yè))市場。2014年,伺服系統(tǒng)市場TOP15廠商中,前三名均為日系品牌,總份額達(dá)到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據(jù)高端,整體市場份額在30%左右。國內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%左右。
我國伺服系統(tǒng)自主配套能力已現(xiàn)雛形。較大規(guī)模的伺服品牌有20余家。國產(chǎn)產(chǎn)品功率范圍多在22KW以內(nèi),技術(shù)路線上與日系產(chǎn)品接近。從市場規(guī)模來看,2014年伺服電機(jī)在所有應(yīng)用行業(yè)規(guī)模68億人民幣,增速為8.3%;其中機(jī)器人增速高達(dá)50%,迅速成長為伺服系統(tǒng)應(yīng)用中排名第六的行業(yè),以4.2億的業(yè)績,占市場份額6.2%。
成長空間上,伺服電機(jī)整體上受宏觀經(jīng)濟(jì)影響明顯,未來5年將進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展。4軸和6軸的多關(guān)節(jié)機(jī)器人占比上升,將帶來機(jī)器人用伺服的高速增長。預(yù)計十三五規(guī)劃期內(nèi),機(jī)器人伺服系統(tǒng)占比將升至第一位,市場規(guī)模16億元。
控制器和伺服系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密,用戶選擇的排序分別是可靠穩(wěn)定性、價格、服務(wù),從服務(wù)和性價比入手是國內(nèi)企業(yè)突破的方向。但這需要對運(yùn)動控制領(lǐng)域長期深入的研究,大量資金投入和長時間的市場驗證,對技術(shù)、資金、人才要求都較高,國內(nèi)上市公司如新松、新時達(dá)、匯川技術(shù)、廣州數(shù)控、埃斯頓等具備類似的條件。
減速機(jī)
機(jī)器人減速機(jī)市場高度壟斷,普及期國產(chǎn)減速機(jī)無法實(shí)現(xiàn)全面進(jìn)口替代。減速機(jī)用來精確控制機(jī)器人動作,傳輸更大的力矩。分為兩種,安裝在機(jī)座、大臂、肩膀等重負(fù)載位置的RV減速機(jī)和安裝在小臂、腕部或手部等輕負(fù)載位置的諧波減速機(jī)。RV減速機(jī)被日本納博特斯克壟斷,諧波減速機(jī)日本哈默納科占絕對優(yōu)勢。
諧波減速機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單,僅有三個基本零部件,加上哈默納科的專利早已到期,國產(chǎn)諧波減速機(jī)跟國外相比差距不算大。無錫綠的的諧波減速機(jī)已經(jīng)在國產(chǎn)機(jī)器人上面有廣泛應(yīng)用。
RV減速機(jī)核心難點(diǎn)在于基礎(chǔ)工業(yè)和工藝。RV減速機(jī)是純機(jī)械的精密部件,材料、熱處理工藝和高精度加工機(jī)床缺一不可。我國在這幾個方面長期落后,并非單靠某個企業(yè)所能解決。要將200多個零部件組合在一起,精度要求苛刻,零部件之間的公差匹配需要多年經(jīng)驗積累。
從市場規(guī)模來看,按2020年機(jī)器人保有量80萬臺,即增量約60萬臺計,一臺多關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人按軸數(shù)不同需要4-6個減速機(jī),取中位數(shù)5個,則需要300萬個減速機(jī)。樂觀估計國內(nèi)企業(yè)拿到50%的市場份額,單臺減速機(jī)4000元計算,則規(guī)模在60億元,算上更換需求也不會超過70億元。
減速機(jī)價格呈下行趨勢。納博特斯克2013年跟上海機(jī)電合資以來,隨著國際機(jī)器人在中國產(chǎn)能加大和國產(chǎn)機(jī)器人的發(fā)展,其RV減速機(jī)價格逐漸下降。2016年常州工廠投產(chǎn),還會有進(jìn)一步下降空間。上海機(jī)電2015年年報披露,納博減速機(jī)收入1.34億元,同比增長52.3%;凈利潤3365萬元,同比增長55.5%。
綜上,我國工業(yè)機(jī)器人的三大核心零部件要想從本質(zhì)上獲得突破,都需要付出更多的耐心和投入,尤其是減速機(jī),期待越大,壓力越大,同時前景也可觀。同時我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才也很稀缺。 機(jī)械制造業(yè)