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減速機資料

減速器與工業機器人最新趨勢分析報道

如今,工業機器人在汽車、金屬制品、電池、橡膠及塑料等行業得到了廣泛的應用,隨著性能的不斷提升以及各種應用場景不斷明晰。

作為工業機器人核心零部件的精密減速器,與通用減速器相比,機器人用減速器要求具有傳動鏈短、體積小、功率大、質量輕和易于控制等特點。精密減速器使機器人伺服電機在一個合適的速度下運轉,并精確地將轉速降到工業機器人各部位需要的速度,提高機械體剛性的同時輸出更大的力矩。

減速器成本占機器人成本的35%左右,是工業機器人生產的主要成本之一,也是制約機器人產業發展的關鍵因素。由于減速器供應商較少,近乎壟斷,故國內機器人本體的減速機采購價格更高,減速機占本體比例可達40%-50%。目前主流精密減速器包括RV減速器和諧波減速器,我國精密減速器產品短期內仍主要依賴進口。

大量應用在關節型機器人上的減速器主要有兩類:RV減速器和諧波減速器。一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置,即主要用于20公斤以上的機器人關節;而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部,即20公斤以下機器人關節。另外,行星減速器一般用在直角坐標機器人上。

 

RV減速器和諧波減速器是主流的精密減速器

RV減速器和諧波減速器是現階段工業機器人精密減速器的主流產品,二者合計占有全球工業機器人減速器市場份額的80%。其中RV減速器具有較大的傳動比、較高的傳動效率、較大的剛性、較高的可靠性,能夠為工業機器人本體提供較高的運動精度,能夠在工作運行中保持較小回差、保持較低振動。

RV減速器適用于在重載機器人。一般應用于重載機器人的腿部腰部和肘部三個關節。RV減速器的關鍵在于加工工藝和裝配工藝。

在目前已有的關節機器人產品中,RV減速器主要安裝在機座等高負載位置,RV減速器價格貴、制造難,我國目前主要依賴進口;諧波減速器相較RV減速器尺寸更小、所需零件較少,本身具有較高的傳動比及傳動效率,通常用在關節機器人的手部或腕部。

日系品牌主導精密減速器市場,短期內中國市場仍需依賴進口

從全球精密減速器市場來看,日系品牌哈默納科和納博特斯克壟斷了近75%的市場份額,其中納博特斯克生產的RV減速器,約占60%的份額,哈默納科生產的諧波減速器,約占15%的份額,ABB、Yaskawa、KUKA、FANUC等國際主流機器人整機廠商均由以上兩家日本公司提供精密減速器。整個機器人板塊都是被納博特斯克和哈姆尼克兩家公司減速機產品幾乎是壟斷了市場,但是近兩年國內也有一些品牌開始崛起,做的不錯的像蘇州綠地、南通振康也都是形成了對國外品牌壟斷的打破,不論從價格、產品質量,各個方面市場反饋還是比較好的,這是國內做的較好的兩家零部件企業。還有一些在上升趨勢的,國內做諧波減速機的國內不少于20家,像RV減速機也不少于20家,做的人比較多,這樣也會形成一定的進口代替,尤其是在今年整個上半年市場都是處于缺貨的一種狀態,尤其是像進口機器人也是出現了零部件缺貨,所以這個也是給了很多國內廠商一個機會。甚至國內零部件好一些的品牌也出現缺貨,所以這也給了二線品牌一些機會。所以前段時間我們可以看到有一些其他的做減速機,像來福,或者其他品牌也在市場上開始嶄露頭角,開始做融資、擴產等等一系列動作。

對于機器人用諧波減速器,HarmonicDrive幾乎壟斷了整個工業機器人諧波減速器領域。目前全球市場占有率高達80%。日本是于70年代引進美國的諧波技術,1978年,HarmonicDrive在嘗試將諧波減速器使用到工業機器人當中時,為了滿足工業機器人對于壽命、精度的極高要求,公司通過改良,將諧波齒形設計出IH齒形,使諧波減速器能夠適應工業機器人的要求。

從國內市場發展趨勢來看,近五年來進口精密減速器占國內工業機器人減速器總銷量的比重呈現逐年下降趨勢,國產精密減速器占國內工業機器人減速器總銷量的比重逐年趨增。造成這一現象的主要原因如下:一是,國內工業機器人整機廠商通過進口獲取精密減速器的價格較高,通常是ABB、Yaskawa、KUKA、FANUC等國際主流機器人整機廠商所支付價格的數倍,處于成本收益角度的考量,國內機器人整機廠商不得不選擇國產精密減速器;二是,國內工業機器人產量逐年趨增,近五年CAGR高達15.11%,高速增長的工業機器人產量拉升了精密減速器的市場需求,如此巨大的市場需求需要較高的精密減速器生產能力及較短的供貨周期來滿足,現階段日系品牌減速器出現明顯的供貨周期延后,最長供貨周期超6個月,其中日本納博特斯克的精密減速器供貨周期已經從以前的2-3個月延長到現在的4-6個月,國內機器人整機廠商為滿足工業機器人市場需求,轉而選擇國產品牌;三是,近年來國產精密減速器技術不斷成熟,國產機器人整機廠商開始越來越多的采購國產精密減速器產品。

五年來,中國機器人產業規模年均增速接近30%,2017年達到近70億美元,其中工業機器人產量超過13萬臺。近年來,機器人價格降的很快,從幾十萬、到十幾萬,最近六軸的機械臂已經降低到了五六萬,做產品可能以后也不再賺錢,更多要靠軟件和方案來賺錢了。但有一點是肯定的,老板們在考慮用人還是用機器人,以后會越來越傾向于用機器人了。\

國內外精密減速器技術仍存在差距

原材料及熱處理工藝制約國產諧波減速器發展。諧波減速器主要由柔輪、波發生器、剛輪、軸承四部分構成,由于柔輪減速傳動過程中需要承擔較大的交變負荷,為避免出現損壞,對于制作柔輪所需材料的抗疲勞度、加工和熱處理工藝均有十分嚴苛的要求,因此柔輪成型工藝是諧波減速器生產中最大的技術難點。現階段我國諧波減速器相關工藝及技術已經有顯著突破,國產諧波減速器質量提升明顯,國有品牌市場競爭力提升迅速,其中蘇州綠的在2017年所生產的諧波減速器銷量僅次于哈默納科。未來隨著我國軸承生產技術的提升,國產諧波減速器在精度、壽命、可靠性等方面與國外先進產品的差距將不斷縮小。

磨損快、精度保持性差、壽命短是制約國產RV減速器發展的主要因素。目前國內已有加工方式的表面質量不能達標,加之國內主要RV減速器生產商目前還缺少能夠有效提高RV減速器關鍵部件耐磨性的應對方式,由于RV減速器只能采用油脂潤滑方式,所以連續運轉后產生的熱量短時間難以傳散。由于曲拐軸承滾針具有較高的自轉轉速,在此過程中產生大量熱能,如果難以及時散熱,滾針軸承壽命將顯著縮短。

國產RV減速器關鍵零部件的加工精度有待提升。從RV減速器結構來看,第一級漸開線行星齒輪傳動與第二級少齒差擺線針輪行星傳動共同安裝在同一個針齒殼內,為超靜定結構,多個零件的相關尺寸互相關聯,且機器人運行過程中對于傳動誤差有著極高的要求,因此對RV關鍵零部件(如擺線輪、針齒殼、曲柄軸、支撐盤等)的加工精度要求十分嚴苛,通常需要達到微米級。目前我國通過進口的高精度通用加工和檢測設備單價昂貴,價位通常在千萬元以上,較高的購置成本使得很多國內企業無法購買相應設備,而且進口高精度通用加工和檢測設備加的工效率相對較低,目前尚且無法完全滿足國內廠商批量生產的要求。

機器人價格降的太快了,從幾十萬到十幾萬到現在幾萬塊的產品鋪天蓋地。過去十年機器人價格平均下降了30%。目前全球制造業已擁有180萬個工業機器人,擁有350億美元的全球市場,中國現已成為全球最大的機器人市場。預計到2030年,由機器人承擔的生產任務將從目前的10%增加到25-45%。

亞太地區未來仍然是自動化設備的主戰場,IDC預測,亞太區企業對工業機器人的支出在2022年將達到1,294億美元,約相當于2018年的3倍,由此推算,2018~2012這5年間的支出年復合成長率(CAGR)將達到25.2%。IDC的研究顯示,2019年亞太區的機器人支出主要仍會是在像是組裝等離散(discrete)制造和封包等流程(process)制造這兩大領域,估計約占去總額的58.1%。

除了工業機器人還有無人機,IDC特別指出,無人機的市場潛力不容小覷。2018~2022年間的相關支出CAGR估計可望高于其他所有機器人領域的支出,像是送貨無人機的CAGR便上看高達126.4%。

日本機床出口中國在2018年下半年出現了明顯的下滑趨勢,但在最后一季度似乎出現明顯的觸底反彈,有機構判斷中國制造業走衰,但我判斷中國對美日韓的機械設備進口在未來三五年內仍將保持平穩,反過來看德國的數據,在最近三年內呈現明顯的上揚態勢。目前我國已經成為德國機械制造業最大出口市場,2018年進口增速超過10%。

IFR預測:到2020年,將增加170萬臺工業機器人改造世界工廠。預計到2020年,全球投入使用的工業機器人將從如今的1,828,000增加至3,053,000臺。這意味著2018年至2020年間年平均增長率為14%。其中在亞洲投入使用的機器人預計將達到190萬臺,這幾乎與2016年全球機器人數量持平。IFR認為,“簡單易用”將成為工業機器人市場的主要趨勢,未來將會有越來越多的中小型制造商實現自動化。機器人企業除了在模式上創新,例如考慮租賃模式,同時需要研發出更易于使用和編程的機器人。

根據國際機器人聯合會(InternationalFederationofRobotics,IFR)2018年5月30日在德國法蘭克福發布的數據,到2020年,全球將有300多萬臺工業機器人投入使用。這意味著運營工業機器人數量將在七年內(2014-2020)增長超過一倍,即由2014年的147.2萬臺增加至2020年的305.3萬臺,其中2017-2020年均復合增長率約為14%,即由2017年的205.5萬臺增長至2020年的305.3萬臺。

美國制造業工人的年化平均雇傭成本在十幾年前已經超過工業機器人的平均使用成本,當前美國制造業工人每年的雇傭成本約為工業機器人的3倍,每小時雇傭成本約為工業機器人機器人的5倍,隨著工人成本的逐步上漲和技術的不斷進步,工業機器人的優勢將更加明顯。

從2013年開始,實際上中國成為了全球最大的機器人市場,連續五年復合增速超過了30%這樣的一個大的增速,2013年中國成為全球最大的市場,連續五年,去年2017年的增速就更多了,快到70%。并且中國機器人的市場占到全球總量的三分之一,一個產業的發展離不開大的后面大的背景的支撐。

中國電子行業已經成為工業機器人最大應用領域,超過汽車工業占機器人行業35%的市場份額,而汽車行業占比縮減到了30%。當然,汽車行業的市場總量仍舊在上升。但是比重已經發生了變化,這在其它任何一個國家都是沒有發生的,針對電子產業的自動化課題方面中國絕對是領先的地區。


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