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2017中国伺服系统市场研究报告

文: | 2018年第二期 (0) | (0)

    伺服系统的特性一直是影响系统加工性能的重要指标,围绕伺服系统动态特性与静态特性的提高,近年来发展了多种伺服驱动技术。可以预见,随着超高速切削、超精密加工、网络制造等先进制造技术的发展,具有网络接口的全数字伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业关注的热点,并成为伺服系统的发展方向。

(1)交流化

    伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。从目前国际市场的情况看,几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达国家,AC伺服电机的市场占有率已超过80%。国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多,正逐步超过生产DC伺服电机的厂家。可以预见,在不远的将来,除了在某些微型电机领域之外,AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。

(2)全数字化

    采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的伺服控制单元将全面代替以模拟电子器件为主的伺服控制单元,从而实现完全数字化的伺服系统。全数字化的实现,将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制,从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进算法(如:最优控制、人工智能、模糊控制、神经元网络等)成为可能。

(3)采用新型电力电子半导体器件

    目前,伺服控制系统的输出器件多采用开关频率很高的新型功率半导体器件,主要有大功率晶体管(GTR)、功率场效应管(MOSFET)和绝缘门极晶体管(IGBT)等。这些先进器件的应用显著降低了伺服单元输出回路的功耗,提高了系统的响应速度,降低了运行噪声。尤其是,最新型的伺服控制系统已开始使用一种把控制电路功能和大功率电子开关器件集成在一起的新型模块,称为智能控制功率模块(IntelligentPowerModule,简称IPM)。这种器件将输人隔离、能耗制动、过温、过压、过流保护及故障诊断等功能全部集成于一个不大的模块中。其输入逻辑电平与TTL信号完全兼容,与微处理器的输出可直接接口。它的应用显著地简化了伺服单元的设计,并实现了伺服系统的小型化和微型化。

(4)高度集成化

    新的伺服系统产品改变了将伺服系统划分为速度伺服单元与位置伺服单元2个模块的做法,代之以单一、高度集成化、多功能的控制单元。同一个控制单元,只要通过软件设置系统参数就可改变其性能,既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统,又可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度的全闭环调节系统。高度的集成化还显著缩小了整个控制系统的体积,使伺服系统的安装与调试工作都得到简化。

(5)智能化

    智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势,伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置也不例外。最新数字化的伺服控制单元通常都设计为智能型产品,其智能化特点表现在:

    ①都具有参数记忆功能。系统的所有运行参数都可通过人机对话的方式由软件来设置,保存在伺服单元内部,通过通信接口,这些参数甚至可以在运行途中由上位计算机加以修改,应用方便;

    ②都具有故障自诊断与分析功能。无论什么时候,只要系统出现故障,就会将故障类型及可能引起故障的原因通过用户界面清楚地显示出来,这就简化了维修与调试的复杂性;

    ③有的伺服系统还具有参数自整定的功能。众所周知,闭环调节系统的参数整定是保证系统性能指标的重要环节,也是需要耗费较多时间与精力的工作。带有自整定功能的伺服单元可通过几次试运行,自动将系统的参数整定出来,并自动实现其最优化。对于使用伺服单元的用户来说,这是新型伺服系统最具吸引力的特点之一。

(6)模块化和网络化

    在国外,以工业局域网技术为基础的工厂自动化(FactoryAutomation,简称FA)工程技术在近10年来得到了长足发展,并显示出良好的发展势头。为适应这一发展趋势,最新的伺服系统都配置了标准的串行通信接口(如RS一232C或RS一422接口等)和专用的局域网接口。这些接口的设置显著增强了伺服单元与其它控制设备间的互联能力,从而,与CNC系统间的连接也变得简单,只需1根电缆或光缆就可将数台,甚至数十台伺服单元与上位计算机连接为整个数控系统。也可通过串行接口与可编程控制器(PLC)的数控模块相连。

新兴市场以及趋势

    伺服系统广泛用于机床工具、纺织机械、印刷机械、激光雕刻机等传统OEM行业。机器人、机床、电子半导体以及风电太阳能等新能源对交流伺服的需求增长较快,不同细分领域的竞争格局差异较大。现代交流伺服系统最早被应用到宇航和军事领域,比如火炮、雷达控制等,后来逐渐进入到工业领域和民用领域。

a)电子机械

    由于中国逐渐发展为制造业大国,在电子行业尤其如此,中国已经成为各类消费电子产品如电视、手机、电脑等的世界制造工厂。因此产生了大量电子产品加工机械的需求。自动邦定机、固晶机是其中发展较快的两类产品。这两类机械通常一台机械配有3~6轴伺服,有些厂家一年就可生产上千套机器,因此对伺服产品需求量巨大。但这两类机械通常要求伺服快速、定位精度要求非常高,这就要求伺服产品具有小功率、小惯量、高精度的性能,适用伺服产品的功率范围一般在1KW以下,但精度通常要求达到17位编码器反馈。集成电路封装机、自动点胶机也是电子行业发展较快的分支产品,但对伺服精度要求较低,通常11位编码器反馈即可。目前此行业中松下伺服产品得到广泛应用。

b)检测试验机械

    在OEM行业,最终用户对机械生产产品质量要求越来越高,因此也产生了一类新的设备,即对产品质量的检测或试验设备。此类设备中对伺服有大量需求的机械有材料试验机(用于生产出的材料测试)、飞针测试机(用于对电子线路板质量测试)、光学检测设备等机械。这类设备对伺服的要求通常功率在5KW以下,位控精度要求较高,目前此行业中,安川伺服产品得到广泛应用。

c)风力发电

     2016年中国风电并网装机超过1.49亿千瓦,居全球首位。作为后起之秀,2005年中国风电总装机占全球装机仅为2.0%,仅仅十年时间中国风电累计装机占全球装机比例已达25.9%。风电的迅速发展向不仅中国各地输送了绿色清洁能源,同时也催生了中国风电产业链的繁荣发展。

    风电开发要实现大中小、分散与集中、陆地与海上开发相结合,通过风电开发和建设,促进风电技术进步和产业发展,实现风电设备制造自主化,尽快使风电产业具有市场竞争力,力争2020年我国风电技术达到世界领先水平。在“三北”(西北、华北北部和东北)等风资源富集地区,建设大型和特大型风电场,同步开展电力外送和市场消纳研究。发展海上风电,坚持海洋规划先行,避免无序发展。坚持统一规划,加快制定相关政策措施,促进低风速地区资源开发,因地制宜地建设中小型风电场,采用低速风机,就近上网本地消纳。在偏远地区,因地制宜发展离网风电。规划2020年风电装机总量为1.8亿千瓦。

    伺服系统主要应用于风机变浆系统,路斯特伺服产品由于针对风电行业单独定制,因此在风电行业被广泛使用。

d)包装机械

    包装机械行对于伺服产品是潜力非常大的行业市场。2016年包装机械行业工业总产值同比去年增长1.6%。

    金融危机从某种程度上,算得上是我国包装机械行业的利好消息。因为在宏观经济不景气的态势下,国外的包装工业企业为了节约成本,纷纷采用较为廉价的中国设备来替代发达国家的昂贵设备。那么全球经济的逐步回暖,我国包装机械自动化水平不高的劣势将显露无疑。因此,提高产品的自动化程度已经成为我国包装机械行业的当务之急。国内厂商可多关注出口较多的包装机械企业,寻求新的市场突破口。

伺服市场规模与细分

A.2015-2020年中国伺服市场规模预期

    2015年机床、纺织等OEM行业出现萎缩,对伺服市场产生巨大影响,整体市场再次出现下滑。2016年实现复苏,增长8%。“十三五”期间,随着国家利好政策的实行,经济环境将有所改善,伺服市场有望快速回升。(见表1)

B.2016年中国伺服市场规模细分—供应商

    目前,国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额,他们来自日本和欧美。其中,日系产品以超过60%的市场份额雄踞首位,其著名品牌包括安川、松下、三菱电机、山洋、富士等,其产品特点是技术和性能水准比较符合中国用户的需求,以良好的性能价格比和较高的可靠性获得了稳定且持续的客户源,尤其在中小型OEM市场上具有垄断优势。

    在欧美品牌中,美国以罗克韦尔(Rockellautomation)、丹纳赫(danaher)、帕克(parker)等闻名,而德国则拥有西门子(siemens)、伦茨(Lenze)、博世力士乐(boschrexroth),法国有施耐德(schneider)等品牌,英国的ControlTechnology、SEW也有相当的优势。这些欧美品牌总的市场占有率大约在20%。

    除日本、欧美伺服品牌外,以东元(TECO)和台达(Delta)为代表的台系伺服在中国市场的推广也如火如荼,其技术水平和价格水平居于进口中端产品和国产品牌之间,市场占有率从几年前的微不足道提高到大约10%。值得注意的是,这两个厂商的目标客户均属于机械行业,这将加剧与同将目标市场定位于此的南京埃斯顿等国产品牌之间的竞争。

    中国国内的品牌主要有汇川、埃斯顿、华中数控、广数控、英威腾等,粗略计算,宣称推出伺服产品的国产厂家不下20个。国产品牌产品功率范围多在5KW以内,技术路线上与日系产品接近,目前总市场占有率在10%左右。

    展望未来,随着伺服价格的不断下降、伺服市场接受度不断上升,中低端市场有非常大的增长空间,因此本土厂商仍将有很大作为。同时台湾、日本厂商也将在整个市场的扩大中获益,欧美品牌的市场占有率将逐渐下降,但仍将保持很高的毛利水平。(见表2、图1)

C.2016中国年伺服市场规模细分—行业

    伺服产品主要用于OEM市场,其中机床工具、电子机械、纺织机械、包装等传统行业仍然是伺服的主要市场。

    2016年,机床依然是伺服应用最多的行业。但是机器人、锂电池和电子设备制造是整个伺服市场增长较为迅猛的行业,2016年中国机器人销量同比增长31%左右,其伺服市场占到9.0%,首次进入伺服市场前三,未来在国家政策扶持下,预计仍会继续保持较高的增速。(见表3)

D.2016中国年伺服市场规模细分—区域

    从区域上看,华东区和华南区是伺服市场的主要集中地。这与两个地区的经济发展是有密切关系的。华东区是国内私有中小企业的集中地,而且从事制造业的企业居多,因此是伺服的主要市场。另外,东北区是老工业基地,具有非常大的发展潜力,而西南区资源丰富,水电、风电产业发展潜力巨大。(见表4、图2)

 

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