表1:进口与国产工业机器人成本分解与比较

工业机器人最重要的核心零部件:精密减速器、驱动及控制器、伺服电机,其中减速器是制约国内工业机器人技术发展最为重要的因素。对比进口与国产工业机器人制造成本的价差,发现减速器是制约降低国产工业机器人成本的第一因素。
图1:安川电机ES165D成本组成

图2:国产工业机器成本组成

虽然近十年来我国涌现出了几家具备一定实力的工业机器人研究、制造企业,但从产业化的角度来说,我国工业机器人至今还没有产业化,具体表现为:一、在国内巨大的市场中,国内企业的市场份额很小,企业产量不高;二、产业链上游无核心零部件制造商支撑,核心零部件主要依赖进口;三、至今尚未形成行业龙头企业以引领工业机器人产业化进程。精密减速器占国产工业机器人的成本接近三分一,由于依赖进口,且采购规模不够大,国内企业很难以优惠的价格采购国外的精密减去器。精密减速器的价格降不下来,国产工业机器人的成本不会大幅的下降,这无疑将限制处于劣势的国产工业机器人扩大市场份额。
目前市场占有率最高的Harmonic Drive和帝人RV减速器的专利有效年限分别于2008年和2012年到期成为了公开性技术,国内外其它厂商也陆续投入减速器产品的开发。实际上,国内部分企业已对减速器技术进行了改良及创新,未来有望借助快速增加的需求与政策的扶持加快研发精密减速器。南京工艺装备制造有限公司作为国家级滚动功能构件产业化基地,已经能够提供高性能精密滚珠丝杠副等。北京谐波传动技术研究所研制出的R系列谐波减速器速比范围为40~300,输出扭矩可达2~4000N·m,最高精度可达1′。在国家自然科学基金和国家高技术研究发展计划支持下,国内早已经研制出了RV-250AⅡ减速器样机。
据了解,随着国内工业机器人的逐渐升温,国家的相关扶持政策也在不断跟进。2006年,智能服务机器人被列入国家中长期科技发展纲要;2011年,工信部正式发布智能制造装备产业规划;2012年,国家发布服务机器人科技发展“十二五”专项规划:攻克工业机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等核心部件的共性技术,自主研发工业机器人工程化产品,实现工业机器人机器核心部件的技术突破和产业化。
2013年7月初在上海举办的国际工业机器人会展期间,国家工信部装备工业司副司长透露说,经过前期对上海、沈阳、重庆、哈尔滨等地的机器人产业调研与座谈,《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》正式上报给发改委和科技部等部委,指导意见可能很快会正式发布,下一步要加大对机器人产业的支持力度。国家将集中力量来推进机器人的核心技术,关键零部件的研发和产业化,大力支持标准体系,创新能力的平台建设,以及重大应用示范工程建设。同时还将完善投融资政策,鼓励金融资本、风险资本,以及民间资本向工业机器人领域投入;对于那些技术先进、优势明显的企业,优先给予信贷支持,同时鼓励符合条件的机器人企业到资本市场直接融资。
国家对包括工业机器人在内的智能装备的政策支持是有力的和持续的,但这种支持范围还限于对工业机器人的制造企业。期待将来国家出台一些鼓励与促进用户使用工业机器人的政策,特别是鼓励重点行业的用户使用国产工业机器人的政策,例如,价格补贴、允许企业对工业机器人设备加速折旧等。期待国家制定详细的工业机器人国产化路线图,并加大力度支持上游核心零部件企业攻克精密减速器。
工业机器人核心零部件主要有三部分:精密减速器、驱动及控制器、伺服电机,其中减速器是制约国内工业机器人技术发展的最为重要的因素。
伺服电机的主流供应商有日系的松下、安川和欧美系的倍福、伦茨等,国内汇川技术等公司也有一定的市场份额;控制器的主流供应商主要有美国的Delta Tau和Gail、英国的TRIO和中国的固高、步进等公司。相对来说这两个核心零部件的紧缺性并不那么强。首先,伺服电机与控制器的供应商之间实力较为均衡,可选择的供应商相对较多;其次,几个品牌都在中国建立了分工厂,采购产品不存在进口关税;最后,经过多年的发展国内已涌现出了相关的公司,其产品质量正在追赶国际广商,例如汇川技术、华中数控、广州数控、英威腾等。
表2:国内外工业机器人核心零部件供应厂商

但在精密减速器方面,全球75%的市场份额由两家日本公司垄断,分别为提供RV摆线针轮减速机的Nabtesco和提供高性能谐波减速机的Harmonic Drive;包括 ABB、FANUC、KUKA、安川等国际主流机器人厂商的减速机基本上均由这两家公司提供。此外,韩国的SEJINIGB生产的RV减速器结构紧凑,质量可以和Nabtesco(帝人)相比,在中国也建有组装生产公司,但主要供给韩国企业和用于军用方面。与国内机器人公司选择的通用机型有所不同的是,国际主流机器人厂商均与上述两家公司签订了战略合作关系,提供的产品大部分为在通用机型基础上根据各厂商的特殊要求进行改进后的专用型号,这也是外资品牌主机品质优于国产主机的原因之一。
国内在高精度摆线针轮减速机方面研究起步较晚,仅在部分院校、研究所有过相关研究,据了解目前尚无成熟的国产RV减速器应用于工业机器人。这是因为精密减速器的设计、研发和制造过程中需要对相关的材料、零件结构和齿轮齿形进行反复的测试与修正,这一过程需要经验与技术的积累。
近年来国内部分厂商和院校致力高精度摆线针轮减速机的国产化和产业化研究,如浙江恒丰泰、重庆大学机械传动国家重点实验室、天津减速机厂、秦川机床厂、大连交通大学等;部分企业现已研发出样机,或已在进行可靠性试验与检测。而在谐波减速器方面,国内已有可替代产品,如北京中技克美、北京谐波传动所和苏州绿的,虽然相应产品在输入转速,扭转刚度,传动精度和效率方面与日本产品还存在差距,但整体的质量品质还在提高,也逐渐地应用在关节型工业机器人中。面对未来在国内巨大的需求,精密减速器国产化也只是时间长短的问题,进口替代的雏形已现。
浅谈我国核心零部件产业发展前景:http://www.tianinfo.com/news/news6101.html


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