中國機器人產業發展瓶頸 來自三大核心零部件


2018-10-11 13:49:00
中海重工
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控制器

 

控制器國內外差距最小。控制器是機器人的大腦,發布和傳遞動作指令。包括硬件和軟件兩部分:硬件就是工業控制板卡,包括一些主控單元、信號處理部分等電路,國產品牌已經掌握;軟件部分主要是控制算法、二次開發等,國產品牌在穩定性、響應速度、易用性等還有差距。

 

控制器的問題在于,由于其“神經中樞”的地位和門檻相對較低,成熟機器人廠商一般自行開發控制器,以保證穩定性和維護技術體系。因此控制器的市場份額基本跟機器人本體一致。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。因此在當前環境下國內專業研發控制器的企業會比較艱難。

 

控制器的機會在于標準化和開放性。現有的機器人控制器封閉構造,帶來開放性差、軟件獨立性差、容錯性差、擴展性差、缺乏網絡功能等缺點,已不能適應智能化和柔性化要求。開發模塊化、標準化機器人控制器,各個層次對用戶開放是機器人控制器的一個發展方向。我國863計劃也已經立項。機器人接口統一是大趨勢,未來可能會出現提供控制器模塊的平臺型企業。

 

市場規模方面,按十三五規劃到2020年我國機器人保有量80萬臺,假設國產機器人占50%的份額,控制器價格1.5萬元,算上更換及維護,國產控制器的市場規模在60-70億元。

 

伺服電機

 

伺服電機競爭激烈,外資掌握話語權。伺服電機在機器人中用作執行單元,是影響機器人工作性能的主要因素。伺服電機主要分為步進、交流和直流,機器人行業應用最多的是交流伺服,約占65%伺服電機與控制器關聯緊密。

 

伺服系統外資企業占據絕對優勢。日系品牌憑借良好的產品性能與極具競爭力的價格壟斷了中小型OEM(設備制造業)市場。2014年,伺服系統市場TOP15廠商中,前三名均為日系品牌,總份額達到45%。西門子、博世、施耐德等歐系品牌占據高端,整體市場份額在30%左右。國內企業整體份額低于10%左右。

 

我國伺服系統自主配套能力已現雛形。較大規模的伺服品牌有20余家。國產產品功率范圍多在22KW以內,技術路線上與日系產品接近。從市場規模來看,2014年伺服電機在所有應用行業規模68億人民幣,增速為8.3%;其中機器人增速高達50%,迅速成長為伺服系統應用中排名第六的行業,以4.2億的業績,占市場份額6.2%

 

成長空間上,伺服電機整體上受宏觀經濟影響明顯,未來5年將進入穩定發展。4軸和6軸的多關節機器人占比上升,將帶來機器人用伺服的高速增長。預計十三五規劃期內,機器人伺服系統占比將升至第一位,市場規模16億元。

 

控制器和伺服系統關聯緊密,用戶選擇的排序分別是可靠穩定性、價格、服務,從服務和性價比入手是國內企業突破的方向。但這需要對運動控制領域長期深入的研究,大量資金投入和長時間的市場驗證,對技術、資金、人才要求都較高,國內上市公司如新松、新時達、匯川技術、廣州數控、埃斯頓等具備類似的條件。

 

減速機

 

機器人減速機市場高度壟斷,普及期國產減速機無法實現全面進口替代。減速機用來精確控制機器人動作,傳輸更大的力矩。分為兩種,安裝在機座、大臂、肩膀等重負載位置的RV減速機和安裝在小臂、腕部或手部等輕負載位置的諧波減速機。RV減速機被日本納博特斯克壟斷,諧波減速機日本哈默納科占絕對優勢。

 

諧波減速機結構相對簡單,僅有三個基本零部件,加上哈默納科的專利早已到期,國產諧波減速機跟國外相比差距不算大。無錫綠的的諧波減速機已經在國產機器人上面有廣泛應用。

 

RV減速機核心難點在于基礎工業和工藝。RV減速機是純機械的精密部件,材料、熱處理工藝和高精度加工機床缺一不可。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驗積累。

 

從市場規模來看,按2020年機器人保有量80萬臺,即增量約60萬臺計,一臺多關節工業機器人按軸數不同需要4-6個減速機,取中位數5個,則需要300萬個減速機。樂觀估計國內企業拿到50%的市場份額,單臺減速機4000元計算,則規模在60億元,算上更換需求也不會超過70億元。

 

減速機價格呈下行趨勢。納博特斯克2013年跟上海機電合資以來,隨著國際機器人在中國產能加大和國產機器人的發展,其RV減速機價格逐漸下降。2016年常州工廠投產,還會有進一步下降空間。上海機電2015年年報披露,納博減速機收入1.34億元,同比增長52.3%;凈利潤3365萬元,同比增長55.5%

 

綜上,我國工業機器人的三大核心零部件要想從本質上獲得突破,都需要付出更多的耐心和投入,尤其是減速機,期待越大,壓力越大,同時前景也可觀。同時我國的工業機器人技術人才也很稀缺。

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