日本是全球公认的机器人制造强国。在全球十大机器人公司中,日本的机器人竟然占据了5位:比如发那科(FANUC)、那智不二越、川崎机器人、爱普生机器人、安川(Yaskawa)。尤其是发那科机器人经常排名全球榜首。早在2013年前,全世界60%的机器人都出自日本,尤其是**机器人,日本的技术优势相当突出。 还有一种说法,日本打算在2020年用机器人逐步替代工资高昂的劳工,如此这样日本的商品在价格上将会占有优势,但如何解决人们的就业问题也是日本政府不得不考虑的。
日本政府在经济增长战略中始终把机器人产业作为重点扶持的产业之一。日本政府曾成立了“实现机器人革命的会议”推进机器人的发展。。
日本政府的新经济增长战略中提出,到2020年使制造业领域的机器人市场规模翻番。日本前首相安倍晋三表示,机器人不仅可以应用于制造业,还可以普及到更广泛的领域。“如果不超越以往的机器人技术,以凝聚广泛领域技术结晶的形式推进相关工作的话,日本必将落后于世界的潮流,这一点毋庸置疑。现在,我们必须超越企业和政府各省厅的壁垒,为普及机器人,集结全日本的智慧。”
日本独立行政法人新能源及产业技术综合开发机构(NEDO)公布了《机器人白皮书》,提议充分运用机器人技术来解决人口减少问题等社会课题。其中预测,医疗、护理等服务行业机器人将进一步普及,2020年市场规模预计为现在的3倍以上,达到约2.8万亿日元(约合1700亿元人民币)。NEDO表示,白皮书旨在官民携手提高机器人技术。
早在2007年,日本就出台了一份计划,计划在2050年之前,将工业机器人的产业规模,扩大到1.4兆日元,拥有百万工业机器人的计划。如果按照一个工业机器人等价于10个劳动力,而100万个工业机器人,则相当于1000万个劳动力,而且还是**可靠的劳动力。日本总人口实际上才1亿多,100万个工业机器人,数量上完全可以满足日本的国内经济需求了。
日本机器人在全球之所以***、**、发达,来自于十大方面:
日本拥有一大***技术之一:机器人精密减速机:世界上工业机器人使用的精密减速机几乎都为日本所垄断。日本精密减速机技术遥遥***,很多国家在短期内很难替代。尤其是RV减速机和谐波减速机更是精密减速机中两种非常重要的减速机。作为世界制造业强国日本的减速机无论在产品、材料、设计水平、质量控制、精度、功率密度、还是可靠性及使用寿命等方面都处于全球***地位。
值得一提的是,全球能够提供规模化且性能可靠的精密减速机生产企业非常有限,而绝大多数精密减速机市场份额又被日本企业霸占:比如全球***大的精密摆线针轮减速机制造商日本Nabtesco的RV减速机约占全球市场份额的60%;比如Nabtesco纳博特斯克株式会社是全球******的机器人零部件企业;值得一提的是,Nabtesco具有高精度、高刚性、小而轻量的美誉;再比如日本Harmonica的谐波减速机巨头大约占15%,另外还有著名的日本住友重工(SUMITOMO)。因此,日本的精密减速机尤其在机器人领域的应用比例,属于压倒性的,在世界上几乎没什么对手。
Nabtesco(纳博特斯克)是由日本帝人精机和纳博克(1956年生产了日本***个自动门)这两家日本公司强强合并组成。帝人精机和纳博克是全球运动控制系统和零部件的生产商,这两家公司几乎把控了**核心技术,控制着全球绝大多数市场份额。
日本Harmonic:是整体运动控制的领军企业,其生产的Harmonic Drive组合型谐波减速机,具有轻量小型、无齿轮间隙、高转矩容量等特点,被广泛应用于工业机器人、仿人机器人、半导体液晶生产装置、光伏设备、光学仪器、精密机床等各种***领域。
日本HDSI:做到了谐波减速机所不能做到的低减速比领域,HDSI产品同时还涉及到精密行星齿轮箱型谐波减速机Harmonic Planetary。其**的内齿圈形变工艺,能够让行星齿轮与其啮合得更紧、可以消除背隙,甚至达到了精密级的传动误差。
值得一提的是,日本在高精度机器人减速机上具有全球******优势,全球机器人行业75%的精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断(业界俗称RV减速机和谐波减速机),其中包括著名的机器人公司ABB、FANUC、KUKA、发那科、安川等世界主流机器人厂商的减速机也均由上述两家公司提供。
日本***技术之二:日本机器人中的电机技术:日本的电机制造厂商把控着全球**技术,在全球电机市场上占据十分重要的地位,日本电机几乎都处于市场的*****地位,并且拥有全球行业******的技术和产品。日本***主要的处于全球***的五家电机企业是:日本电产株式会社、日本万宝至马达株式会社、日本电装株式会社、日本三叶株式会社和日本美蓓亚集团。在CNPP 世界电机排行榜上,三菱电机、安川电机、松下电机、ABB、西门子,前五名日本占据三席。
日本电产从2010年开始其精密小型电机就在全球一枝独秀,可以说日本电产将电机武装到牙齿,保持霸气凌人的态势。日本电产董事长兼集团总裁永守重信曾经说过一句话:日本电产是凡事都要力争***的企业!日本要成为全球***的电机供应商。
日本拥有机器人巨头日立、安川电机、发那科等强大的机器人发展矩阵,几乎能提供工业生产上的所有自动化机器人设备。其共同之处是:都具有超乎其他国家企业实力的电机生产能力。因此,没有强大的电机制造能力,就无法在机器人制造领域抢占先机。
日本***技术之三:日本机器人中的控制器:日本安川电机被誉为全球机器人四大家族之一。事实上,安川电机***厉害的不仅仅是它的机器人,而是控制器。比如日本安川拥有世界上十分**的、同步扫描速度极高的机器控制器-MP3300。MP3300的主机CPU中标配有全球同行业内***快的运动网络MECHATRO
综上所述,发展工业机器人必须突破机器人核心零部件技术。值得一提的是,中国工业机器人市场长期被全球巨头占据,其中***突出的原因就是精密减速器、 伺服电机、 控制器等核心零部件上严重依赖进口,让国产品牌机器人成本相比国外品牌机器人并无优势。
需要提醒的是,国产机器人曾一直游走在产业中低端。从2013年以来,中国已成为全球***大的机器人消费国,连续3年稳居世界工业机器人市场头把交椅;而与此同时,国产工业机器人产量也呈现出爆发式增长的趋势。尽管自动化技术改造给工业机器人产业带来了巨大市场,但国产机器人关键零部件一直“受制于人”。
全球机器人产业链可划分成上中下三个层次:上游是核心零部件,主要是减速机和控制系统,相当于机器人的“大脑”;中游是机器人本体,就是机器人的“身体”;下游则是系统集成商,并且依赖上游和中游的核心设备做集成品。
在全球机器人市场,日本安川电机公司和发那科公司曾分别以5823项4512项***申请位居全球前两位,欧洲ABB有2231项、韩国三星2016项、日本日立1907项。这个数据对于工业机器人产业而言,急需我们在技术和产品上进行优化升级。
工业机器人三大核心零部件:控制器、伺服电机、减速机是制约中国机器人产业的主要瓶颈,并且占到机器人成本的70%。
控制器是机器人的大脑,作用是发布和传递动作指令。其中包括硬件和软件两部分:硬件是工业控制板卡,包括一些主控单元、信号处理部分等电路,国产品牌事实上已经掌握;而软件部分主要是控制算法、二次开发等,国产品牌特别在稳定性、响应速度、易用性等还存在一定差距。
控制器由于是“神经中枢”,世界上成熟的机器人厂商一般自行开发控制器,目的是保证稳定性和维护自己的技术体系。因此,在控制器的市场份额基本跟机器人本体是一致的。当然,全球也有KEBA、倍福、贝加莱这样提供控制器底层平台的厂商。
伺服电机方面竞争十分激烈,但外资始终掌握着话语权,尤其是日本的品牌独树一帜。伺服电机在机器人中属于执行单元,是影响机器人工作性能的重要因素。伺服电机主要分为步进、交流和直流,机器人行业应用***多的是交流伺服,大约占65%。
伺服系统外资品牌占据着垄断性优势。日系品牌凭借良好的产品性能与**竞争力的价格垄断了全球中小型OEM(设备制造业)市场。比如在2014年,伺服系统市场***5厂商中,前三名都是日本的品牌,市场份额占比高达45%。德国西门子、博世、施耐德等欧系品牌同样占据着**市场,市场份额也在30%左右。国内企业份额低于10%左右。
控制器和伺服系统关联十分紧密,客户选择产品的排序分别是:可靠稳定性、价格、服务。
减速机方面,,上面介绍得很多了。机器人减速机市场属于高度垄断,在普及期的国产减速机短期内无法实现全面进口替代。减速机是用来***控制机器人动作,传输更大的力矩。减速机分为两种:一是安装在机座、大臂、肩膀等重负载位置的RV减速机,一种是安装在小臂、腕部或手部等轻负载位置的谐波减速机。上面说过,RV减速机被日本纳博特斯克完全垄断,谐波减速机被日本哈默纳科完全垄断。
RV减速机有一个***核心的难点,就在于基础工业和工艺。因为RV减速机是纯机械的精密部件,在材料上、热处理工艺上和高精度加工机床上是缺一不可的。我们尤其在这几个方面长期落后发达国家,并非单靠某个企业所能彻底解决。减速机需要将200多个零部件组合在一起,精度要求十分苛刻,特别是在零部件之间的公差匹配上,需要长期的经验积累。
从国际减速机上来看,日系减速器的**度无疑是***高的,日本除却排名分列一二的哈默纳科和纳博特斯克之外,日本还有住友、新宝等著名品牌,在世界上同样十分受欢迎。
国内的斯瑞恩机电总经理曾说过,在谐波减速器的钢齿轮加工工艺上,日本的哈默纳科已经做到了一分钟(加工)两个工件,而国内目前很多还在采用传统的插齿工艺,慢丝工艺;在RV减速器摆线的加工上,纳博特斯克使用了***新的成形磨和展成法,每分钟可以加工两至三件产品,而国内的效率还非常低,不具备量产的条件。