为什么大家宁愿买进口二手工业机器人,也不买国产机器人

 新闻资讯     |      2019-02-13 14:50
“工厂里一百多台‘四大家族’设备,一年也出不了几次故障;如果用国产机器人,故障率可能是人家几倍。咱们是刚从驾校领到驾证的新手,而人家是一个具有多年经验的赛车手。”

“就算用进口二手工业机器人,也不用国产机器人。”某民营企业老板。

“好的算法,几千行就能让机器人稳定运行不出故障;差的算法,几万行也达不到人家的水准,”核心算法差距过大,导致国产机器人稳定性不佳,故障率居高不下。“参数自整定,抑震算法,转矩波动补偿……差距还很大。” 某国内机器人企业技术总监说。

这些话听起来很扎心,毕竟咱们大国重器,很多领域全球前三都有我们的席位,但在哈工共哲机器人看来,对于机械制造业,尤其是工业机器人这个细分行业,这样扎心的评论并非毫无根据,接下来,哈工共哲和您一起探究个中缘由:

先看看在全球市场和中国市场中,国外品牌和国内品牌的市场份额比重:

2016年,被称为工业机器人“四大家族”的发那科、ABB、安川、KUKA 在全球市场中的市占率合计达58%,加上爱普生、 欧地希、川崎、松下等其他国际品牌机器人,份额已占足了90.3%,对比之下,国内品牌机器人在全球范围内市占率合计仅9.7%。

国内竞争格局与全球情况大致相似,2016年,“四大家族”在我国的市占率合计达57.4%。18年,KUKA、安川、川崎和那智仍然计划在中国增加产能和新建工厂。

三大核心部件:起决定性作用

工业机器人是一种融汇了机械制造、电子电气、材料科学、计算机编程等学科技术的产品,控制系统发出动作指令,控制驱动器动作,驱动器带动机械系统运动,使末端操作器到达空间某一位置并实现某一姿态,进而实施一定的作业。

如果将工业机器人与人对比,机械系统相当于人类的骨骼,驱动系统相当于肌肉,控制系统相于大脑,感受系统相当于神经,交互系统相当于传播信息的嘴巴和耳朵,多个系统密切协作,才能完成各种精密、准确和复杂的动作。

工业机器人制造存在较高的技术壁垒,最核心的技术即是三大核心零部件:分别是控制系统中的控制器、 驱动系统中的伺服电机和机械系统中的精密减速器。

一台工业机器人的成本构成中,减速器、伺服电机、控制器分别占总成本的35%、20%、15%,合计占总成本的70%,是工业机器人最重要的组成部分,三大核心部件之于机器人,像极了发动机之于汽车的重要位置。



一、伺服电机:技术性能存差异

目前我国工业机器人用伺服系统主要为国外品牌,其中日系品牌约占50%,欧美品牌30%,台湾品牌及大陆企业均只有10%。日系企业主要是小型功率和中型功率产品;欧美系品牌在大型伺服具有优势地位;国产品牌主要包括汇川、台达、埃斯顿等公司,主要为中小型伺服。

整体上看,我国伺服电机与日系和欧美品牌仍然存在差距,主要表现为:

大功率产品缺乏

我国伺服电机行业早期模仿日本产品,因而以中小功率为主,功率多在3KW以内,缺乏5.5-15KW的中大功率伺服,导致某些需要大功率伺服电机和驱动配套的系统无法提供。

小型化不够

小功率产品往往追求精细化,目前松下A6和安川的Σ7电机短小精致,而国内伺服电机普遍偏长,小型化不够。

信号接插件不稳定

国产信号接插件的不够稳定,随着接插件的小型化、高密度化趋势,未来需要不断提高接插件的可靠性。

高精度编码器缺乏

工业机器人需要用多圈的绝对编码器,目前该类产品严重依赖进口,是制约我国高档伺服系统发展的重要瓶颈。



二、减速机:受制于人难突破

如果以上这些不足以显示国产和进口的差别,那么深入了解不同品牌减速器在机器人中的使用,则会让人陷入沉思。

在工业机器人的每个关节处,都有一个电机, 每个电机配套使用一个减速器。减速器的核心性能参数是传动比,其他参数如噪音、寿命、回差(由于设备刚性不足导致的误差)等也十分重要。

全球工业机器人的减速器市场分布高度集中,其中日本纳博特斯克和哈默纳科分别在 RV 减速器领域和谐波减速器领域处于绝对垄断地位,两家合计占全球市场的75%左右。

工业机器人对精密减速器的要求是长时间、高精度的运行。拿RV减速器来说,结构复杂,零部件数量多,要保证长时间高精度运行,要求每个元器件都有很高的加工精度,某一个零部件加工精度稍有偏差,在减速器开始使用时或许察觉不到,但长时间运转后,整个减速器的运行就会产生明显的震动或噪音,并且影响到工业机器人工作的精度。

全球工业机器人用减速器生产厂家

这种对精度的高要求,带来了对加工机床的高要求,因此,生产精密减速器所需要的设备投资往往很大。

在保证加工精度的前提下,精密减速器制造还面临来自材料科学的挑战,质量过关的精密减速器在长时间运行后,零件不会发生明显变形和磨损,这与各零部件所选用的材料及后续的热处理工艺都密切相关, 而这种后续的处理工艺往往是一个厂家的商业机密。

国内工业机器人用减速器生产厂家

减速器市场的技术垄断导致了国内本体厂商的采购弱势,国内品牌机器人出于价格因素考虑,往往选用国内品牌减速器,作为关键部件的减速器的性能影响着工业机器人整体的性能表现,也是在情理之中。



三、控制系统:看家本领需自强

衡量机器人优劣有两个重要标准:稳定性和精确性。核心控制器是影响稳定性和决定机器人性能的关键要素,是工业机器人的“大脑”,。

“大脑”接收来自其他各组元的信号、根据已编程的系统进行处理后,向各组元发出指令,从而控制各组元的运行。“大脑”的想法要想传递出去,需要底层核心算法。硬件部分的工业控制板卡、减速器、编码器等关键部件可以从市场上采购得到,但“四大家族”对核心算法一直秘而不宣,绝不外泄。

未来各本体制造商之间的差异化也将越来越显著,这种差异化最主要体现在控制系统的差异上。控制系统的表现是一家工业机器人厂商设计理念的集中体现,成熟的机器人厂商一般自行开发控制器和伺服系统,从而保证机器人的稳定性和技术体系。因此,全球控制系统的市场份额与工业机器人本体份额占比情况十分接近。

任何一台机械设备,总是面临着负载、速率和稳定性三者之间相云妥协和平衡的问题,高负载高速率则难以保证稳定性, 高速率高稳定性运转则要求负载不能太高,工业机器人是一种柔性度很高的设备,这大大提高了数控系统找到载重、速率和稳定性三者之间平衡点的难度,考验开发设计者对运动学、力学、数学的理解。

对于单台伺服系统,国产机器人动态与静态精度都很高,但现在的工业机器人一般同时有6台以上伺服系统,多台伺服系统需要“大脑”提前进行计算。通过底层算法,国外核心控制器可以通过伺服系统的电流环直接操作电机,实现高动态多轴非线性条件下的精密控制,因此“四大家族”的机器人响应速度更快、定位更准确。

奋起直追不怠慢

当然,随着国内厂商技术的逐步积累进步,控制系统与国外产品的差距将会逐步缩小。国内知名的工业机器人厂商均自主研发了自家的控制系统,也诞生了一批专业的控制系统服务商。我们正奋起直追,依照《机器人产业发展规划(2016-2020 年)》,2017-2020 年,我国自主品牌工业机器人销量的复合增速将达到37%,我们拭目以待。