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總體來說,工業機器人在近幾年的發展速度十分可觀,一直呈現上升趨勢,從當前市場估計,2020年的工業機器人市場有望達到63億元左右。
國產機器人市場概況
據了解,現階段在工業機器人本體市場上,歐洲和日本是工業機器人本體主要供應商,以”四大家族”為代表的外資品牌在精度和承載能力等技術指標方面處于領先水平,2017年,ABB、庫卡、發那科、安川電機占據全球工業機器人本體超50%的市場份額。
我國市場也被以”四大家族”為代表的外資企業占據。2013-2016年,國產品牌占有率持續攀升,增長率快于外資品牌。2017年外資品牌加大中國區域布局,或者成立合資公司,2017年國產品牌市場份額由2016年的33.2%下降至27.3%,國產機器人銷售增長率被外資趕超;但在偶然因素消除且國產品牌大力發展的背景下,2018年上半年國產機器人本體銷量有所回升,達到29.5%,沙利文預測未來國產品牌占有率將逐漸回升。
核心部件存在較大差距
我國工業機器人產業整體技術水平較低,關鍵核心部件研發亟待突破。在關鍵核心部件上,我國企業需攻克長期依賴進口、一直受制于人的伺服電機、精密減速器、伺服驅動器、控制器等關鍵核心部件的技術難題。
工業機器人成本鏈中,上游核心零部件成本占比最高,占到整體生產成本的60%以上;減速器、伺服系統和控制器分別占約31.2%、19.6%、10.4%;本體成本占比23.6%;系統集成的成本約占14.1%。中國精密減速器、控制器、伺服系統以及高性能驅動器等機器人核心零部件大部分依賴進口,控制器和伺服電機進口比例約為80%,減速器進口比例約為75%,因此生產成本相較國外企業更高,產品價格居高不下。
除了核心零部件技術缺失的短板之外,系統集成能力不足也是造成國產機器人差距的重要因素。在上海機器人產業技術研究院副院長、上海大學教授郭帥看來,“工業機器人除了精度、速度、剛度性能指標外,機器人的安全性和可靠性尤為重要”。郭帥舉例子說,根據統計,國內工業機器人平均無故障時間是8000小時,而四大家族則高達8萬小時。機器人可靠性的提升,不僅僅靠幾個關鍵部件就能保證的,而是靠機械、軟件、電氣、控制和傳感等一系列的集成方案。事實上,盡管采用同樣的關鍵零部件,國內也難有廠商可以做出媲美四大家族的機器人。在汽車產線中需要數百臺工業機器人協同工作,機器人故障率差距使得汽車生產線很少大批量用國內的機器人。因此可靠性方面,整體上國內和四大家族的差距遠遠不止一個數量級。
算法發展限制了應用
國內工業機器人和四大家族不只是硬件有差距,“軟件”上的差距也同樣不容忽視。
控制器相當于機器人的“大腦”,而軟件相當于語言,把“大腦”的想法傳遞出去,伺服電機相當于肌肉,執行來自大腦的指令。機器人完成每一個動作,都需要控制器、控制軟件和伺服電機三方協同作戰。高端機器人一般同時有6臺以上伺服系統,通過底層算法,實現高動態多軸非線性條件下的精密控制,機器人響應速度更快、定位更準確。雖然四大家族的伺服系統、減速器等關鍵部件對全球市場都是開放的,但對核心算法一直秘而不宣。曾有人將2015年國產機器人與ABB在2005年生產出的產品進行比較,得出的結果是:ABB產品在某些方面更突出。由于我國始終未能掌握工業機器人核心控制器的核心算法,導致國產工業機器人“大腦”不夠聰明,在穩定性、故障率、易用性等關鍵指標遠不如四大家族。國產機器人對那些不需要高精度的機器人產品來說尚可使用,但是如果想要應用到航天航空、軍工、汽車制造等高端領域,國產機器人就難免心有余而力不足。
工業機器人的發展方向
目前國內工業機器人控制器領先企業可以分為兩種發展路徑:一是以數控設備起家,涉足工業機器人領域的企業:廣州數控、新時達、埃斯頓、匯川技術、華中數控;二是運動控制技術的推廣和高水平應用下成長起來的專業運動控制企業,代表企業為固高、卡諾普,他們已經開始向市場提供機器人專用控制器。
隨著工業機器人控制技術的發展,針對結構封閉的工業機器人控制器的缺陷,開發具有開放式結構的模塊化控制器,由通用語言模塊化編制形成的專用工業語言,各個層次對用戶開放是當前工業機器人控制器的一個發展方向。
人工智能是國產機器人發展的重要機會。在傳統機器人領域,準確、穩定、可靠是關鍵,國產品牌在該領域發展不及國外。而在適應協作和智能制造需求的領域,在機器人的柔性,與人和環境的協作,在智能制造過程的不同層級輔助做決策等能力上,國內外機器人品牌的起點相近。
隨著技術更迭,針對結構封閉的工業機器人控制器的缺陷,開發具有開放式結構的模塊化、標準化工業機器人控制器,控制器的產銷將更加市場化,機器人核心零部件的生產專門化也有望實現,加上國家政策的大力支持,工業機器人控制器行業格局將被改變,性價比相高的國產控制器前景廣闊。
隨著近幾年的市場發展,對于技術的要求也在相應提高,在這樣巨大的市場需求面前,加大技術研究和提升成為必經之路。
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