發(fā)展工業(yè)機(jī)器人必須突破機(jī)器人核心零部件技術(shù)難題
中國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)被國(guó)際巨頭占據(jù)，其中很重要的原因就是減速器、 伺服電機(jī)、 控制器等核心零部件大多依靠進(jìn)口，從而使得國(guó)產(chǎn)品牌機(jī)器人成本相比國(guó)外品牌機(jī)器人并無(wú)多大優(yōu)勢(shì)。
國(guó)產(chǎn)機(jī)器人游走中低端
自2013年以來(lái)，我國(guó)已成為全球最大的機(jī)器人消費(fèi)國(guó)，連續(xù)3年穩(wěn)居世界工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)頭把交椅；與此同時(shí)，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量也呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)的趨勢(shì)。各地推動(dòng)機(jī)器換人和自動(dòng)化技術(shù)改造給工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大市場(chǎng)，但是國(guó)產(chǎn)機(jī)器人關(guān)鍵零部件一直“受制于人”的現(xiàn)象卻始終沒(méi)有太大的突破。
業(yè)內(nèi)將整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分成上中下三個(gè)層次：上游是核心零部件，主要是減速機(jī)和控制系統(tǒng)，這相當(dāng)于機(jī)器人的“大腦”；中游是機(jī)器人本體，即機(jī)器人的“身體”；下游則是系統(tǒng)集成商，依賴(lài)上游和中游的核心設(shè)備做集成品。
不僅高中端核心零部件依賴(lài)進(jìn)口，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)全球重要專(zhuān)利申請(qǐng)人中也不見(jiàn)中國(guó)本土企業(yè)的身影。據(jù)了解，日本的安川電機(jī)公司和發(fā)那科公司分別以5823項(xiàng)4512項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)位居全球前兩位，ABB有2231項(xiàng)、三星2016項(xiàng)、日立1907項(xiàng)。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了中國(guó)工業(yè)機(jī)器人目前產(chǎn)能相對(duì)偏中低端。對(duì)中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)而言，還需在技術(shù)和產(chǎn)品上優(yōu)化升級(jí)。若想要在核心零部件方面要想從本質(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(shí)前景也可觀。
可喜的是，隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起，我國(guó)的機(jī)器廠商逐漸意識(shí)到工業(yè)機(jī)器人減速機(jī)在機(jī)器人主機(jī)里的重要性和必要性，期望打破國(guó)外RV減速機(jī)的壟斷，降低機(jī)器人主機(jī)成本，找到國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的出路。
對(duì)于我國(guó)機(jī)器人關(guān)鍵零部件生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，還有一大利好消息。工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌表示，將進(jìn)一步整合產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源，推動(dòng)建立機(jī)器人創(chuàng)新中心，重點(diǎn)支持關(guān)鍵零部件質(zhì)量及可靠性能的提升，同時(shí)開(kāi)展機(jī)器人試點(diǎn)示范、推廣應(yīng)用和人才培育。另外，不少地方政府對(duì)實(shí)施機(jī)器換人和智能裝備升級(jí)都給予財(cái)政資金補(bǔ)貼。此舉可在一定程度上降低企業(yè)升級(jí)的高成本，推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐。
控制器、伺服電機(jī)和減速器
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(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的主要瓶頸，占到機(jī)器人成本的70%。
控制器
控制器國(guó)內(nèi)外差距最小。控制器是機(jī)器人的大腦，發(fā)布和傳遞動(dòng)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(hào)處理部分等電路，國(guó)產(chǎn)品牌已經(jīng)掌握；軟件部分主要是控制算法、二次開(kāi)發(fā)等，國(guó)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(wèn)題在于，由于其“神經(jīng)中樞”的地位和門(mén)檻相對(duì)較低，成熟機(jī)器人廠商一般自行開(kāi)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(chǎng)份額基本跟機(jī)器人本體一致。國(guó)際上也有KEBA、倍福、貝加萊這樣提供控制器底層平臺(tái)的廠商。因此在當(dāng)前環(huán)境下國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)研發(fā)控制器的企業(yè)會(huì)比較艱難。
控制器的機(jī)會(huì)在于標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放性。現(xiàn)有的機(jī)器人控制器封閉構(gòu)造，帶來(lái)開(kāi)放性差、軟件獨(dú)立性差、容錯(cuò)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(kāi)發(fā)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)器人控制器，各個(gè)層次對(duì)用戶(hù)開(kāi)放是機(jī)器人控制器的一個(gè)發(fā)展方向。我國(guó)863計(jì)劃也已經(jīng)立項(xiàng)。機(jī)器人接口統(tǒng)一是大趨勢(shì)，未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)提供控制器模塊的平臺(tái)型企業(yè)。
伺服電機(jī)
伺服電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)激烈，外資掌握話(huà)語(yǔ)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(duì)優(yōu)勢(shì)。日系品牌憑借良好的產(chǎn)品性能與極具競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格壟斷了中小型OEM(設(shè)備制造業(yè))市場(chǎng)。2014年，伺服系統(tǒng)市場(chǎng)TOP15廠商中，前三名均為日系品牌，總份額達(dá)到45%。西門(mén)子、博世、施耐德等歐系品牌占據(jù)高端，整體市場(chǎng)份額在30%左右。國(guó)內(nèi)企業(yè)整體份額低于10%左右。
我國(guó)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(guó)產(chǎn)產(chǎn)品功率范圍多在22KW以?xún)?nèi)，技術(shù)路線上與日系產(chǎn)品接近。從市場(chǎng)規(guī)模來(lái)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(zhǎng)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(jī)，占市場(chǎng)份額6.2%。
控制器和伺服系統(tǒng)關(guān)聯(lián)緊密，用戶(hù)選擇的排序分別是可靠穩(wěn)定性、價(jià)格、服務(wù)，從服務(wù)和性?xún)r(jià)比入手是國(guó)內(nèi)企業(yè)突破的方向。但這需要對(duì)運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域長(zhǎng)期深入的研究，大量資金投入和長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)驗(yàn)證，對(duì)技術(shù)、資金、人才要求都較高，國(guó)內(nèi)上市公司如新松、新時(shí)達(dá)、匯川技術(shù)、廣州數(shù)控、埃斯頓等具備類(lèi)似的條件。
減速機(jī)
機(jī)器人減速機(jī)市場(chǎng)高度壟斷，普及期國(guó)產(chǎn)減速機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)全面進(jìn)口替代。減速機(jī)用來(lái)精確控制機(jī)器人動(dòng)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(duì)優(yōu)勢(shì)。
諧波減速機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，僅有三個(gè)基本零部件，加上哈默納科的專(zhuān)利早已到期，國(guó)產(chǎn)諧波減速機(jī)跟國(guó)外相比差距不算大。無(wú)錫綠的的諧波減速機(jī)已經(jīng)在國(guó)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(guó)在這幾個(gè)方面長(zhǎng)期落后，并非單靠某個(gè)企業(yè)所能解決。要將200多個(gè)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(yàn)積累。
國(guó)內(nèi)的秦川、雙環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)、綠的、來(lái)福、諧波傳動(dòng)等，在近些年在研發(fā)技術(shù)已取得一定的自主研發(fā)的創(chuàng)新成績(jī)，但性能攻堅(jiān)依然任重道遠(yuǎn)。國(guó)際上，目前日系減速器的知名度最高，除卻排名分列一二的哈默納科和納博特斯克外，還有住友、新寶等品牌同樣頗受歡迎。在國(guó)內(nèi)，也有綠的、來(lái)福、力克精密、秦川機(jī)床、南通振康、恒豐泰、雙環(huán)傳動(dòng)等廠家。不過(guò)，目前國(guó)內(nèi)的減速器產(chǎn)品和進(jìn)口貨相比還有一定的差距。雖然近幾年我國(guó)制造業(yè)企業(yè)的實(shí)力普遍在上升，減速器生產(chǎn)廠家已經(jīng)可以購(gòu)買(mǎi)哈默納科、納博特斯克使用的高端加工設(shè)備，但業(yè)內(nèi)人士表示，在設(shè)計(jì)、材料、熱處理、加工工藝等方面，國(guó)內(nèi)廠家還存在不足。
南京斯瑞恩機(jī)電總經(jīng)理侯松川曾表示，諧波減速器的鋼齒輪加工工藝，哈默納科已經(jīng)做到了一分鐘(加工)兩個(gè)工件，國(guó)內(nèi)目前很多還在采用傳統(tǒng)的插齒工藝，慢絲工藝；RV減速器擺線的加工，納博特斯克使用了最新的成形磨和展成法，每分鐘可以加工兩至三件產(chǎn)品，而國(guó)內(nèi)的效率還非常低，不具備量產(chǎn)的條件。但即便如此，國(guó)產(chǎn)減速器領(lǐng)域依舊存在著一批追趕者。
綜上，我國(guó)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(shí)前景也可觀。同時(shí)我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)人才也很稀缺。
國(guó)產(chǎn)機(jī)器人企業(yè)
在國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)的自主研發(fā)方面,我國(guó)還需加大對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的投入和研發(fā)。
廣州數(shù)控機(jī)器人策略。廣州數(shù)控的策略是組建自己的系統(tǒng)集成團(tuán)隊(duì),直面應(yīng)用企業(yè),以此尋求市場(chǎng)突破。此舉,一方面利于解決系統(tǒng)集成商從慣性上青睞外資品牌、不愿嘗試國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的問(wèn)題;另一方面,接通機(jī)器人企業(yè)和應(yīng)用企業(yè)的溝通橋梁,利于調(diào)整機(jī)器人研發(fā)生產(chǎn)。
埃斯頓公司是為數(shù)不多的具有控制器、交流伺服、減速器等機(jī)器人核心零部件自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)廠商，生產(chǎn)的各類(lèi)核心部件產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，市占率在國(guó)產(chǎn)品牌中均名列前茅。“經(jīng)過(guò)多年的研發(fā)和投入，公司的工業(yè)機(jī)器人及智能制造系統(tǒng)產(chǎn)品在焊接、碼垛、上下料、折彎等領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢(shì)。部分產(chǎn)品如折彎?rùn)C(jī)器人及其工作單元，技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。”埃斯頓董事長(zhǎng)吳波說(shuō)。
新時(shí)達(dá)在機(jī)器人本體的控制與驅(qū)動(dòng)技術(shù)上具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，自主研發(fā)了六自由度工業(yè)機(jī)器人、SCARA、網(wǎng)絡(luò)型伺服系統(tǒng)等創(chuàng)新產(chǎn)品。公司董事長(zhǎng)紀(jì)翌介紹，公司的SCARA機(jī)器人對(duì)標(biāo)的是國(guó)際品牌，自產(chǎn)的機(jī)器人本體今年上半年銷(xiāo)售數(shù)量已突破千臺(tái)，確立了在國(guó)內(nèi)機(jī)器人與運(yùn)動(dòng)控制行業(yè)的技術(shù)領(lǐng)先地位。“目前核心零部件的關(guān)鍵技術(shù)正在取得重大突破，部分實(shí)現(xiàn)了小批量的行業(yè)應(yīng)用，減輕產(chǎn)業(yè)核心零部件的對(duì)外依賴(lài)性。”國(guó)內(nèi)某減速器廠家負(fù)責(zé)人表示，這既能降低國(guó)產(chǎn)機(jī)器人的成本，也將打破國(guó)外品牌的制約。
- 新時(shí)達(dá)發(fā)行可轉(zhuǎn)債成功募集資金8.8億元。“從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，公司機(jī)器人產(chǎn)品產(chǎn)能不足，可轉(zhuǎn)債募投項(xiàng)目之一就是為了解決公司機(jī)器人產(chǎn)品產(chǎn)能不足的問(wèn)題。”公司有關(guān)負(fù)責(zé)人表示。不少機(jī)器人企業(yè)借助資本市場(chǎng)構(gòu)建了完整的產(chǎn)業(yè)鏈布局。今年6月，新時(shí)達(dá)以4.05億元收購(gòu)了以研發(fā)、制造及銷(xiāo)售伺服驅(qū)動(dòng)器及其他運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)品起家的之山智控，貫通了智能制造裝備領(lǐng)域控制層、驅(qū)動(dòng)層、執(zhí)行層、設(shè)備層、工程應(yīng)用等各個(gè)物理層，打造“核心部件—本體—應(yīng)用—信息化”的完整產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展格局。
埃斯頓2016年通過(guò)定增融資9.5億元，用于機(jī)器人智能制造系統(tǒng)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化、機(jī)器人智能化工廠升級(jí)改造等項(xiàng)目。“目前公司機(jī)器人本體產(chǎn)能大約在2000套/年，在手訂單充足，但出現(xiàn)產(chǎn)能緊張的情況。公司已為快速擴(kuò)張的市場(chǎng)做好了產(chǎn)能準(zhǔn)備，正在建設(shè)中的180畝工業(yè)機(jī)器人和智能制造產(chǎn)業(yè)園產(chǎn)能規(guī)劃為15000套機(jī)器人。”埃斯頓董事長(zhǎng)吳波介紹。在提升產(chǎn)能的同時(shí)，埃斯頓今年完成了全資收購(gòu)英國(guó)TRIO、控股德國(guó)M.A.i.、參股美國(guó)BARRETT公司等多項(xiàng)海外投資并購(gòu)，提前布局行業(yè)前沿技術(shù)，并開(kāi)發(fā)了基于TRIO控制器+ESTUN伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制完整解決方案。
此外，科大智能去年相繼收購(gòu)了永乾機(jī)電、華曉精密及冠致自動(dòng)化，完成了“智能移載機(jī)械臂(手)—AGV(腳)—柔性生產(chǎn)線(身)”于一體的完整產(chǎn)業(yè)鏈布局。
近兩年，工業(yè)機(jī)器人下游需求火爆，本體生產(chǎn)制造商規(guī)模日益增大，帶動(dòng)了國(guó)產(chǎn)核心零部件廠商的發(fā)展，不過(guò)，多位業(yè)內(nèi)人士指出，零部件國(guó)產(chǎn)替代面臨的問(wèn)題一方面是市場(chǎng)占有率較低，另一方面則是質(zhì)量可靠性與穩(wěn)定性仍有待提高。
一位大型上市公司高管表示，公司目前給高端客戶(hù)設(shè)計(jì)的完整解決方案中，采購(gòu)的工業(yè)機(jī)器人核心零部件主要來(lái)自外資企業(yè)。“我們無(wú)法承受自身產(chǎn)品方案與采購(gòu)的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品之間質(zhì)量和性能問(wèn)題疊加可能引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。除非客戶(hù)明確要求國(guó)產(chǎn)化，在核心零部件上我們?nèi)詢(xún)A向于采購(gòu)?fù)赓Y企業(yè)產(chǎn)品。”
不過(guò)，該人士表示，國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品具有較高的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于中低端制造業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模越來(lái)越大。“國(guó)內(nèi)龐大的中低端制造業(yè)市場(chǎng)規(guī)模為國(guó)產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人發(fā)展提供了機(jī)遇。加上高端領(lǐng)域局面逐漸打開(kāi)，未來(lái)中國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持高速增長(zhǎng)。”
國(guó)產(chǎn)減速機(jī)公司：
渭河工模具
陜西渭河工模具有限公司是陜西省機(jī)器人減速器工程中心，國(guó)家機(jī)器人減速器智能制造車(chē)間建設(shè)示范項(xiàng)目以及中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員單位。由于該企業(yè)曾為軍工企業(yè)，因此很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有進(jìn)入大眾視野，近兩年才開(kāi)始進(jìn)入民用市場(chǎng)。據(jù)介紹，渭河工模具的機(jī)器人減速器產(chǎn)品為RV減速器。
格力智能裝備技術(shù)研究院
珠海格力智能裝備有限公司是格力電器旗下的全資子公司，成立于2015年9月，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、服務(wù)于一體的智能裝備生產(chǎn)企業(yè)。目前，格力智能裝備的產(chǎn)品覆蓋了伺服機(jī)械手、工業(yè)機(jī)器人、智能倉(cāng)儲(chǔ)裝備、智能檢測(cè)、換熱器專(zhuān)用機(jī)床設(shè)備、無(wú)人自動(dòng)化生產(chǎn)線體、數(shù)控機(jī)床等10多個(gè)領(lǐng)域，超百種規(guī)格產(chǎn)品。其研發(fā)的RV減速器也多次在各大展會(huì)中展出。
大族電機(jī)
大族精密傳動(dòng)諧波減速器團(tuán)隊(duì)以理論計(jì)算及有限元分析為基礎(chǔ)，結(jié)合尖端的檢測(cè)系統(tǒng)獲取海量的測(cè)試數(shù)據(jù)利用多目標(biāo)回歸優(yōu)化手段，成功突破雙圓弧的非標(biāo)設(shè)計(jì)難點(diǎn)，研發(fā)出具有突破性的諧波減速產(chǎn)品。
臺(tái)邦
臺(tái)邦電機(jī)工業(yè)有限公司來(lái)自臺(tái)灣，其在大陸建立的銷(xiāo)售一部是一家集精密齒輪傳動(dòng)系列產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售一體化的專(zhuān)業(yè)廠家。目前主營(yíng)產(chǎn)品有：感應(yīng)電機(jī)、可逆電機(jī)、剎車(chē)電機(jī)、剎車(chē)調(diào)速電機(jī)、力矩電機(jī)、直流電機(jī)、蝸輪蝸桿電機(jī)等。
據(jù)了解，渭河此前生產(chǎn)精密齒輪，具備較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力；而格力、大族、臺(tái)邦擁有雄厚的資金實(shí)力和大規(guī)模生產(chǎn)的能力，時(shí)機(jī)成熟就可以大批量生產(chǎn)，對(duì)于國(guó)產(chǎn)減速器行業(yè)來(lái)說(shuō)都是不可多得的生力軍。
正因有如此多的新興力量加入，才使得國(guó)產(chǎn)減速器未來(lái)的發(fā)展更加值得期待。即使現(xiàn)階段國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品還存在諸多不足，但業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為在2至3年內(nèi)，國(guó)產(chǎn)減速器就可以完全達(dá)到日系產(chǎn)品的水平。