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

中國工業(yè)機(jī)器人市場被國際巨頭占據(jù)，其中很重要的原因就是減速機(jī)、 伺服電機(jī)、 控制器等核心零部件大多依靠進(jìn)口，從而使得國產(chǎn)品牌機(jī)器人成本相比國外品牌機(jī)器人并無多大優(yōu)勢。

國產(chǎn)機(jī)器人游走中低端

自2013年以來，我國已成為全球最大的機(jī)器人消費(fèi)國，連續(xù)3年穩(wěn)居世界工業(yè)機(jī)器人市場頭把交椅;與此同時，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)量也呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長的趨勢。各地推動機(jī)器換人和自動化技術(shù)改造給工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)帶來了巨大市場，但是國產(chǎn)機(jī)器人關(guān)鍵零部件一直“受制于人”的現(xiàn)象卻始終沒有太大的突破。

業(yè)內(nèi)將機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈分成上中下三個層次：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進(jìn)口，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)全球重要專利申請人中也不見中國本土企業(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4512項專利申請位居全球前兩位，ABB有2231項、三星2016項、日立1907項。這也進(jìn)一步驗證了中國工業(yè)機(jī)器人目前產(chǎn)能相對偏中低端。對中國工業(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。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。

可喜的是，隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的蓬勃興起，我國的機(jī)器廠商逐漸意識到工業(yè)機(jī)器人核心零部件在機(jī)器人主機(jī)里的重要性和必要性，期望打破國外在此領(lǐng)域的壟斷，降低機(jī)器人主機(jī)成本，找到國產(chǎn)機(jī)器人的出路。

對于我國機(jī)器人核心零部件生產(chǎn)企業(yè)來說，還有一大利好消息。工業(yè)和信息化部副部長辛國斌表示，將進(jìn)一步整合產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新資源，推動建立機(jī)器人創(chuàng)新中心，重點支持核心零部件質(zhì)量及可靠性能的提升，同時開展機(jī)器人試點示范、推廣應(yīng)用和人才培育。另外，不少地方政府對實施機(jī)器換人和智能裝備升級都給予財政資金補(bǔ)貼。此舉可在一定程度上降低企業(yè)升級的高成本，推動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐。

三大核心零部件：控制器、伺服電機(jī)和減速機(jī)

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%。

·控制器

控制器國內(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，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)。

˙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。

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，2016年我國伺服電機(jī)企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量約374萬臺，需求量約747萬臺，國內(nèi)伺服電機(jī)銷售規(guī)模達(dá)到102.6億元。目前國內(nèi)伺服市場仍然是以國外品牌為主，主要是來自日本、德國和美國品牌，占據(jù)2014年中國伺服產(chǎn)品約56%的市場份額，而其余44%的市場份額為新發(fā)展起來的臺灣和本土伺服品牌。其中，日本品牌在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優(yōu)勢;歐美品牌在高端設(shè)備和生產(chǎn)線比較有競爭力。相比之下，國產(chǎn)伺服品牌起步較晚，多是以原步進(jìn)產(chǎn)品的供應(yīng)商及數(shù)控產(chǎn)品提供商發(fā)展而來，以低端市場為主要競爭格局，近幾年國產(chǎn)伺服產(chǎn)品銷售業(yè)績也是處在逐步上升的態(tài)勢，2016年國產(chǎn)伺服品牌市場占有率已經(jīng)達(dá)到46.8%。

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)機(jī)器人公司如新松、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，國產(chǎn)減速機(jī)無法實現(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。

國內(nèi)的秦川、雙環(huán)轉(zhuǎn)動、綠的、來福、諧波傳動等，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，但性能攻堅依然任重道遠(yuǎn)。國際上，目前日系減速機(jī)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。在國內(nèi)，也有綠的、來福、力克精密、秦川機(jī)床、南通振康、恒豐泰、雙環(huán)傳動等廠家。不過，目前國內(nèi)的減速機(jī)產(chǎn)品和進(jìn)口產(chǎn)品相比還有一定的差距。雖然近幾年我國制造業(yè)企業(yè)的實力普遍在上升，減速機(jī)生產(chǎn)廠家已經(jīng)可以購買哈默納科、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、材料、熱處理、加工工藝等方面，國內(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，諧波減速機(jī)的鋼齒輪加工工藝，哈默納科已經(jīng)做到了一分鐘(加工)兩個工件，國內(nèi)目前很多還在采用傳統(tǒng)的插齒工藝，慢絲工藝;RV減速機(jī)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，而國內(nèi)的效率還非常低，不具備量產(chǎn)的條件。但即便如此，國產(chǎn)減速機(jī)領(lǐng)域依舊存在著一批追趕者。

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。

國產(chǎn)核心零部件廠商的介紹

在國內(nèi)機(jī)器人技術(shù)的自主研發(fā)方面，我國還需加大對關(guān)鍵技術(shù)的投入和研發(fā)。

廣州數(shù)控機(jī)器人策略組建了自己的系統(tǒng)集成團(tuán)隊，直面應(yīng)用企業(yè)，以此尋求市場突破。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、不愿嘗試國產(chǎn)機(jī)器人的問題;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、減速機(jī)等機(jī)器人核心零部件自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)廠商，生產(chǎn)的各類核心部件產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在自動化控制領(lǐng)域，市占率在國產(chǎn)品牌中均名列前茅?！敖?jīng)過多年的研發(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。部分產(chǎn)品如折彎機(jī)器人及其工作單元，技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平?！卑Ｋ诡D董事長吳波說。

新時達(dá)在機(jī)器人本體的控制與驅(qū)動技術(shù)上具有自主知識產(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。公司董事長紀(jì)翌介紹，公司的SCARA機(jī)器人對標(biāo)的是國際品牌，自產(chǎn)的機(jī)器人本體今年上半年銷售數(shù)量已突破千臺，確立了在國內(nèi)機(jī)器人與運(yùn)動控制行業(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)核心零部件的對外依賴性。這既能降低國產(chǎn)機(jī)器人的成本，也將打破國外品牌的制約。

新時達(dá)發(fā)行可轉(zhuǎn)債成功募集資金8.8億元?！皬奈磥戆l(fā)展趨勢看，公司機(jī)器人產(chǎn)品產(chǎn)能不足，可轉(zhuǎn)債募投項目之一就是為了解決公司機(jī)器人產(chǎn)品產(chǎn)能不足的問題?！惫居嘘P(guān)負(fù)責(zé)人表示。不少機(jī)器人企業(yè)借助資本市場構(gòu)建了完整的產(chǎn)業(yè)鏈布局。17年6月，新時達(dá)以4.05億元收購了以研發(fā)、制造及銷售伺服驅(qū)動器及其他運(yùn)動控制系統(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)動層、執(zhí)行層、設(shè)備層、工程應(yīng)用等各個物理層，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改造等項目?！澳壳肮緳C(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。”埃斯頓董事長吳波介紹。在提升產(chǎn)能的同時，埃斯頓今年完成了全資收購英國TRIO、控股德國M.A.i.、參股美國BARRETT公司等多項海外投資并購，提前布局行業(yè)前沿技術(shù)，并開發(fā)了基于TRIO控制器+ESTUN伺服系統(tǒng)的運(yùn)動控制完整解決方案。

科大智能去年相繼收購了永乾機(jī)電、華曉精密及冠致自動化，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。

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，國家機(jī)器人減速器智能制造車間建設(shè)示范項目以及中國機(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)，因此很長時間沒有進(jìn)入大眾視野，近兩年才開始進(jìn)入民用市場。渭河工模具的機(jī)器人減速器產(chǎn)品為RV減速器，此前該公司生產(chǎn)精密齒輪，具備較強(qiáng)的研發(fā)實力。

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、智能倉儲裝備、智能檢測、換熱器專用機(jī)床設(shè)備、無人自動化生產(chǎn)線體、數(shù)控機(jī)床等10多個領(lǐng)域，超百種規(guī)格產(chǎn)品。

大族電機(jī)：大族精密傳動諧波減速器團(tuán)隊以理論計算及有限元分析為基礎(chǔ)，結(jié)合尖端的檢測系統(tǒng)獲取海量的測試數(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)計難點，研發(fā)出具有突破性的諧波減速產(chǎn)品。

臺邦：臺邦電機(jī)工業(yè)有限公司來自臺灣，其在大陸建立的銷售一部是一家集精密齒輪傳動系列產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售一體化的專業(yè)廠家。目前主營產(chǎn)品有：感應(yīng)電機(jī)、可逆電機(jī)、剎車電機(jī)、剎車調(diào)速電機(jī)、力矩電機(jī)、直流電機(jī)、蝸輪蝸桿電機(jī)等。

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，帶動了國產(chǎn)核心零部件廠商的發(fā)展，加上如此多的新興力量加入，才使得國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人未來的發(fā)展更加值得期待。不過，多位業(yè)內(nèi)人士指出，零部件國產(chǎn)替代面臨的問題一方面是市場占有率較低，另一方面則是質(zhì)量可靠性與穩(wěn)定性仍有待提高。

不過，一位大型上市公司高管表示，公司目前給高端客戶設(shè)計的完整解決方案中，采購的工業(yè)機(jī)器人核心零部件主要來自外資企業(yè)?！拔覀儫o法承受自身產(chǎn)品方案與采購的國產(chǎn)產(chǎn)品之間質(zhì)量和性能問題疊加可能引發(fā)的風(fēng)險。除非客戶明確要求國產(chǎn)化，在核心零部件上我們?nèi)詢A向于采購?fù)赓Y企業(yè)產(chǎn)品?！?/p>

但是國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品具有較高的價格優(yōu)勢，應(yīng)用于中低端制造業(yè)領(lǐng)域的規(guī)模越來越大?！皣鴥?nèi)龐大的中低端制造業(yè)市場規(guī)模為國產(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，未來中國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將繼續(xù)保持高速增長?！?/p>