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我国机器人核心技术久攻不克 研发制造水平仍处劣势

数读市场中国仪表网2015年01月19日 10:34人气:5373

  【中国仪表网 数读市场】我国目前已成为全球第一大机器人市场,但本土机器人研发制造水平在国际竞争中仍处于劣势。其中,核心零部件关键技术久攻不克,严重阻滞我国机器人产业良性发展,并加剧产业“国退洋进”风险。
  

  国际机器人联合会统计显示,2013年外资企业在华销售工业机器人总量超过27000台,较上年增长20%,占据中国市场70%以上的份额。
  
  核心零部件短板
  
  减速器、控制器和伺服电机被称为机器人的三大核心零部件,这三大核心零部件再加上本体,就可以成为一台完整的工业机器人。虽然当下我国本土机器人企业众多,但RV减速机、谐波减速器、伺服电机与驱动、控制器等工业机器人核心零部件技术仍跟国外品牌有相当差距,不少企业依赖进口。
  
  比如,中国企业制造工业机器人所需的减速器很大部分向日本减速器生产商购买,有代表性的是日本的纳博特斯克和哈默雷科,这两家的减速器在市场上占有绝对主导地位。伺服电机以欧美品牌最为高端,日本安川则是世界上最大的伺服电机供应商。
  
  据业内人士介绍,核心零部件之所以如此重要,是因为它跟机器人性能息息相关。以核心零部件中最关键的减速器为例,精密减速器使机器人伺服电机在一个合适的速度下运转,并精确地将转速降到工业机器人各部位需要的速度,提高机械体刚性的同时输出更大的力矩,因此机器人关节减速器要求具有传动链短、体积小、功率大、质量轻和易于控制等特点。
  
  与国外产品相比,国产核心零部件仍有不少差距。中国工程院院士、哈尔滨工业大学机电控制及自动化系教授蔡鹤皋表示,我国核心零部件,特别是减速器的寿命、性能、噪音控制等都不行。“例如,机械臂运动很复杂,有快有慢有正有反,我们的减速器就达不到要求,可靠性和质量也不行。我们减速器噪音大,人家的很安静。”
  
  哈尔滨工业大学机器人研究所副所长李瑞峰表示,国外机器人经过了大量验证,而国产机器人的稳定性、寿命、精度等往往达不到预期。机器人要求高性能动态过程,只有在不断试验中才能对性能做测试,静态是很难测的。
  
  “人家的都经过了大量验证,你这个刚生产,能保证几年不坏吗?所以它必须有口碑支持,要等待示范运用。”李瑞峰说。
  
  这在东莞盈动高科自动化有限公司的经历中体现得尤为明显。该公司是国家“千人计划”专家、美国堪萨斯州立大学工程学院材料科学博士庄德津及其团队领衔成立的,企业进驻广东东莞松山湖仅数年便成功申请了6项专利,其中3项为发明专利。
  
  经过多年的潜心攻坚,庄德津及其团队研发出达到世界领先水平的绝对值编码器,这是跟伺服电机紧密相关的一个基础核心零部件,打破了国外行业巨头对该领域的垄断局面,产品不仅获得了包括来自德国等地行业权威的认可,且销售价格仅为国外行业巨头的几十分之一。
  
  然而,公司副总经理罗日辉在将拥有自主创新技术的领先产品拿到东莞一家大型制造企业推广时却碰了壁。
  
  该大型制造企业主直言,其所使用的机器人设备每台价值数百万元,核心零部件全部来自国外厂家,而盈动高科生产的编码器没有经过长时间稳定测试,企业不可能为了节省编码器这一核心零部件的成本,冒上整套设备可能因盈动高科提供的编码器不匹配而损坏的风险。该企业主提出,除非盈动高科能够拿出长期测试稳定的报告,不然即便编码器的质量再好,价格再便宜,他们也无法使用。
  
  产业竞争力削弱
  
  目前国内机器人本体公司中只有广州数控、南京埃斯顿、沈阳新松机器人等少数公司在进行控制系统、驱动和伺服电机等核心零部件自主研发。不少国内企业只是购买进口零部件后集成组装机器人,缺乏核心技术。业内人士担忧,长此以往,“核心零部件之短”将致本土企业生存空间被挤压,“国退洋进”风险放大。
  
  由于缺乏核心零部件技术,我国企业在采购中议价空间狭窄,导致成本居高不下,市场竞争力不强。
  
  中国科学院深圳先进技术研究院智能仿生中心副主任、广东省机器人与智能系统重点实验室副主任吴新宇表示,在工业机器人成本中,成本占比最高的为减速机,约占35%,伺服电机约占25%,控制器约占15%,机器人本体在总成本中占比不到25%。若缺乏核心技术,本体机器人企业可掌控利润着实有限。南京某机器人生产企业,电机、控制器、减速机均从日本进口,因成本过高入不敷出。
  
  与国内机器人企业核心零部件严重依赖进口形成鲜明对比,国际品牌工业机器人厂商很多本身就是核心部件的提供商,如日本发那科是世界上最大的专业数控系统生产厂商,安川和松下都是全球最大的电机制造商之一,这使得他们在成本上具有天然优势。此外,国外工业机器人厂商还通过与主要核心零部件厂商的长期合作关系行成了战略默契,因采购量大而得以拿到更加优惠的价格。
  
  “种种因素加起来,导致自主品牌工业机器人厂商对核心零部件的采购价通常远高于国际品牌工业机器人厂商,传递到终端就是价格竞争力并不是很强或者只能选择性能难以保证的自主品牌零部件。”业内人士称。
  
  缺乏核心技术,本土企业难进主流市场。调研发现,与国外产品相比,目前国产机器人大多为非标产品。
  
  “核心零部件拿不下,生产非标只是权宜之策。虽然能适应国内中小企业复杂多变的需求,但难以量产,10%的市场份额,有100多家企业激烈竞争,很难产生巨头企业。”高工产业研究院机器人高级分析师陈超鹏说。
  
  天津一家机器人生产企业的总经理直言,囿于成本等考虑,企业退而求其次使用国产减速器,无论精度还是寿命都难与国外产品媲美,这决定了产品只能走中低端路线。
  
  另外,核心零部件难以自产还致使后期维护受制于人。2009年,上海振华重工的迪拜自动化码头某国外品牌减速器出现大面积故障,收费昂贵、维修效率低下让企业十分被动。工作人员何钢说,现在振华使用的减速器由自己生产,单算制造的经济账确实不如全球采购实惠,但加上国外减速器高昂的售后成本来看,自己生产还是划算的。
  
  而在运用端,这种负面效果也显现出来。中节能太阳能科技(镇江)有限公司眼下使用的30多台机器人价值4500余万元,无一例外是国外品牌。该公司设备管理部副部长徐利民说,这些国外品牌的机械手极大节省了人力成本,提高了公司生产率。但是,由于技术壁垒的存在,后期维护很多时候都要寻求这些厂商的支持,而每一次都是收费的,这导致使用机器人成本居高不下。但是,相比较这种维护成本担忧,他更担忧的是使用稳定性未经过验证的国产机器人产品而出现问题。
  
  “工业机器人如果安装在生产线上,一旦坏掉,就意味着整条生产线都会受影响,这是我们无法承受之重。所以现在使用国外品牌机器人,也是无奈之举。”他说。
  
  就在国内机器人企业处处受制的同时,外资机器人厂商已开始在国内大举“攻城略地”。目前,ABB、库卡、发那科、安川等国际机器人龙头企业加快在我国设立或扩大直属工厂的步伐。库卡2012年在上海开设其在德国以外的全球首家海外工厂,年生产能力5000台,占其全球产量的三分之一。
  
  技术攻关竹篮打水
  
  早在20世纪80年代中期国家863计划启动之初,机器人就被列入重点攻关领域;“七五”以来,机器人产业亦始终榜上有名,“十二五”规划中更将其列为国家战略性新兴产业。但近30年过去,机器人核心零部件技术却依然攻而不克、制而不精。
  
  对此,多位业内人士直言难以理解:“核心零部件搞了多轮技术攻关,钱也投了不计其数,为什么到头来却竹篮打水一场空?”
  
  一名参与过863计划机器人项目的科学家说,863计划在推动机器人发展中有积极作用,不过也走了不少弯路。
  
  他说,863计划一开始定位是跟踪国外先进水平,追求高性能、高指标,对国内需要什么并没有太多关注,后来指导思想有所转变,提出了“要跟踪也要沿途下蛋”。现在的指导思想是要为国家经济发展重大需求服务,很多项目要以企业为主导,要产业化。
  
  “中国一开始搞机器人就是学外国,20世纪80年代才列入计划,但日本80年代已经产业化了。过了30年,我们的产业化程度还没有日本元年的程度高,我们比人家慢。有人说2014是我们的机器人元年,我们其实起码慢走了30年。”他说。
  
  除了发展方向上曾经走过偏差外,研发和运用脱节严重也是长期制约核心零部件攻关的重要原因。一位机器人厂商直言,对一些高校和企业而言,科研项目就是拿钱工具。“我们曾与某高校合作,项目到手就开始分钱,真正用于研发的不足一成,效果可想而知。”
  
  南京埃斯顿自动化股份有限公司总工程师王杰高认为,研发成果“下不去实验台,迈不进市场”现象普遍,长期以来一些重大科技专项课题成果均出自高校和研究所,科研机构往往关注成果鉴定和评奖,而不是市场。发表一篇论文,老师评职称、学生得学位,唯一想不到的就是如何面向应用。
  
  “研究所出来的机器人乍一看能走能动,但真正需要它精密焊接时,却对不准焊点。技术创新不是做个样品,而是要制成商品,技术转化为产品同样存在‘最后一公里’,我们恰恰在这个环节差了一口气。”昆山华恒焊接股份有限公司副总经理钱鲁泓说。
  
  核心零部件技术长期上不去,也跟整个国家工业体系基础薄弱有关系。多名业内人士表示,机器人的发展依赖于国家装备制造业整体的提高,这是一个系统性的问题。即便是该领域的巨头,也是在一个技术共享平台上才能持续推进。
  
  比如,减速机和伺服电机对轴承、齿轮的精度要求非常高,国内材料也无法满足机器人的要求,而齿轮的加工精度取决于高端数控机床的能力,与数控机床等设备的精度密切相关,在数控机床领域,中国尚处于技术追赶阶段。加工工艺的差距涵盖了基础材料和制造工艺水平两方面差距。
  
  未来我国工业机器人对核心零部件需求巨大。受访企业及专家认为,在创造良好的市场环境,让机器人企业得到健康发展的同时,国家也要推动完善多层次的研发体系,加快基础性研究,另一方面宜尽快出台机器人产业及相关技术的国家标准,助推核心技术研发攻关。
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