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交流伺服运动控制产品市场分析

时间: 2011-07-22 20:27 来源: 作者: 点击:
一、前言

在自动控制系统中,把输出量能够以一定准确度跟随输入量的变化而变化的系统称为伺服系统。一般的伺服系统包括伺服驱动装置、伺服电机和检测装置三部分。在伺服系统中,交流伺服运动控制系统是最大的一个分支,它是一个结合电机学、自动控制、电气技术、机电一体化、计算机控制于一体的综合系统。在生产实际中,使用交流伺服运动控制的产品,能够解决各种复杂的定位控制问题,如轨迹控制、数控位置控制等,因此它在加工机械、FA机械、医疗机械、机器人、自动组装线、半导体制造、部件组装和纺织机械上得到了广泛的应用,并表现出了越来越强的生命力。

在交流伺服运动控制产品的发展过程中,它始终是融合了先进的机电一体化技术和控制理论。最近几年来,国内外各个厂家都相继推出了交流伺服运动控制的新技术和新产品,比如全闭环交流伺服驱动技术 、直线电机驱动技术、PCC技术、基于现场总线的交流伺服运动控制技术、运动控制卡、DSP多轴运动控制器等。这些产品将与中国发展先进制造业大国的过程中同步成长。

本文将对中国交流伺服运动控制产品的应用情况和行业背景进行一些相应的市场分析,部分分析数据来源于中国传动网。

二、交流伺服运动控制产品的市场份额

这里所分析的交流伺服运动控制产品包括交流伺服控制器、交流伺服电机、专用控制平台和伺服检测装置,这些产品组成一个完善的交流伺服运动控制产品,如图1所示。


图1 交流伺服运动控制产品

专用控制平台包括嵌入式产品、PC-Based产品和产品等。其中嵌入式平台产品包括数控机床、印刷包装机械、纺织印染机械等;PC-Based平台应用在较高和功能相对复杂的场合,如电子制造等;PLC平台主要用作一般设备的通用运动控制,在这种情况下,PLC也同时是设备的主控制器,非常经济。

·伺服驱动器和伺服电机分永磁式同步伺服、交流感应式伺服、直线电机伺服等几种。
·伺服检测装置包括伺服系统中的位置、角度、速度检测和传感元件。

据中国传动网统计, 2005年度中国内地的交流伺服运动控制产品的市场容量已经达到了16.8亿元人民币。现根据市场品牌占有率从高到低排列,如下表1所示。

表1 2005年中国伺服产品主要品牌及市场份额

从表1可知,从16.8亿的交流伺服运动控制产品总量上来说的确是一个很大的数字。在调查中发现,交流伺服运动控制产品的增长量主要来自于机电设备使用运动控制产品的比例大幅度增加、生产工艺对机电设备的程度提出了更高的定位定长等要求以及先进制造技术的商品化加快等几方面因素促成的。

但是在中国机电产品的发展过程中,由于入世等引起的市场的急剧扩大对机电控制系统产品(尤其是交流伺服运动控制产品)提出了一个非常高的要求,而这些要求又无法找到合适的国内产品时,必然转为世界先进产品,如西门子、松下、三菱等。

以食品包装机械为例,今年上半年我国食品包装机械行业的生产销售继续呈稳步增长的态势,出口交货值也有所增加,尤其是进入4月之后,食品包装机械行业的利润累计增幅为67.94%,成为增速最大的行业之一。食品包装机械之所以能够实现利润高速增长,主要原因就是市场需求的强劲推动。据业内专家的预测,到2010年,国内食品包装机械行业总产值仅能达到1300亿元(现价),而市场需求则可能达到2000亿元,远超过供给的需求,这就为行业的发展提供了宝贵的战机,产品的更新换代也势必加速。而实际上在该领域应用交流伺服运动控制产品已经逐渐成为共识,如饮料灌装机、封口机等,成为仅次于机床传统领域的第二个最大应用行业。

在交流伺服运动控制产品领域,国外品牌尤其是日本和欧美品牌凭借其先进的技术水平和更新速度逐渐占据了主导地位,国内交流伺服运动控制厂商在学习国外先进技术的同时,也相继研发出了一些适于特殊行业应用的专利和通用产品,并在市场预期中评价良好。

从厂商来看,日本品牌在价格上具有一定的优势,在性能上又能符合中国小型机械OEM商的需求,因此在本次统计中,松下电器、三菱电机、安川电机和三洋已经占据整个交流伺服运动控制产品的近一半市场容量,处于市场的前列。此外,其他如富士、欧姆龙等在一些工业领域也表现突出,并带动了自身其他系列产品的发展。与其他进口产品相比,日本的交流伺服产品的优势在于价格、在于专业化和系统化。日本的机床工业、食品包装机械都分别位于世界该领域的前列,因此它在机床和食品包装领域积累了先进的控制技术,如1987年,日本率先研制出伺服电机驱动的包装机械,使该行业实现了由机械装置为主向电脑程控为主的技术升级,迅速提高了机械性能的柔软性和系统化程度,为日本的包装机械以其独特性赢得了世界市场广阔的销售空间。从这个层面上来讲,交流伺服控制产品的品牌演化在相当长的时间内还会是日本品牌为主导。

欧美品牌如西门子、力士乐和伦茨在高端设备和生产线上占据了一定的份额,具有高性能和高价格的特点,其中以西门子最为典型。其他欧美品牌还有AB、施奈德、丹那赫、柯比、GE、贝加莱等在其特定的领域保持了高速增长。在国内企业中,已经在伺服市场的发展中已经培养了一批优秀的品牌,如机床领域的华中数控、广州数控、珠海运控等。

三、交流伺服运动控制产品的应用行业

交流伺服运动控制产品的应用主要以机械配套为主,主要涉及机床工具、食品包装、纺织印染、电子制造、塑料机械、印刷造纸、橡胶机械等,具体的市场份额比例如表2所示。

表2 交流伺服运动控制产品

以占据行业前三位的机床工具、食品包装和纺织印染为例进行应用说明。

1、机床工具

作为机床工具,尤其是数控机床的重要功能部件,交流伺服运动控制产品的系统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。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交流伺服系统、直线电动机及高速电主轴等将成为数控机床行业的关注的热点,并成为交流伺服运动控制产品的发展方向。

从发展的总量看,机床工具行业的产值从“十五”开始,连续五年都以两位数高速增长,产值和产量增长了2.5倍。“九五”末产值排在世界第八,去年跃到了世界第三,紧随日本、德国之后。

在机床工具领域,交流伺服运动控制产品主要应用特点有:

(1) 这里所分析的交流伺服运动控制产品包括交流伺服(1)高速高精度。用于高速高精加工机床的进给驱动,主要有“回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠”和“直线电机直接驱动”两种类型。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度90m/min,加速度1.5g;使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达208 m/min,加速度2g,并且还有发展余地。

(2) 多轴化。随着5轴联动数控系统和编程软件的普及,5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点,尤其是在加工自由曲面时,克服了3轴联动控制的时切速接近于零时的切削弊端。控制器、交流伺服电机、专用控制平台和伺服检测装置,这些产品组成一个完善的交流伺服运动控制产品,如图1所示。

2、食品包装

随着中国市场经济高速发展以及人民生活质量的提高,预计消费者对微波食品、休闲食品及冷冻食品等方便食品的需求量将不断增加,这将直接带动相关食品包装的需求。预计中国食品与包装机械业在今后的一段长时间内将维持正增长。

因而,国家在“十一五”规划中明确指出要缩小供需差距,使食品工业赶上世界先进水平,并提供先进的技术装备。这就必须要求国内食品和包装机械的年发展速度超过18%,新产品产值率达到25%。

在食品包装领域应用交流伺服运动控制产品主要有以下特点:

(1) 机械结构大为简化。传统的包装机械控制系统多采用继电器、接触器控制电路,其复杂程度随着执行机构的增多以及调整部位的增加而加大,使得机器也越来越复杂,给制造、调整、使用和维修均带来不便。而交流伺服运动控制产品的应用,可用微机、传感技术、新型伺服技术取代笨重的电气控制柜和驱动装置,使零部件数量剧减,结构大为简化,体积也随之缩小。

(2) 产品质量提高。参数变化越多,调整部分越多,交流伺服运动控制的优越性也越大,这是一般控制方式无法相比的。功能增多,可靠性提高,流伺服运动控制系统除可保持原来包装机的功能外,还可赋予其他许多功能。如液体饮料软包装机,它在气动、电气和机械的共同配合下,可具有制盒、灭菌、灌装、封口等功能,还可存储如生产速率、产品数量、故障现象、故障原因等数据,同时能对这些数据根据实际情况进行相应处理,大大方便了操作,使包装机的可靠性大为提高。

3、纺织印染

近年来,随着纺织行业的快速发展,我国纺织机械设备的技术水平、产品开发能力、稳定性等也都有了很大的提高,从而为下游企业开发新产品、提高产品质量奠定了可靠基础。

我国是一个纺织机械生产大国,世界上没有一个国家有这么多的纺织机械、纺织器材、纺织仪器、电器、附属装置和专配件生产企业,每年生产的品种之多、数量之大,在世界上都是独一无二的。但是必须看到,面对如此之大的市场,我们的产品开发、售后服务能力还远远满足不了纺织企业的需要,技术创新上还远远落后于世界纺机强国,特别是在机电一体化方面的自动化、连续化、高速化、智能化水平还有很大差距,在新材料、新工艺、新的制造技术方面落后很多。

纺织印染设备上应用交流伺服技术是为了提高设备的性能,满足高精度控制的要求,目前已有高档梳棉机、带自动调匀整的并条机、新型粗纱机、数控细纱机、分条整经机、浆纱机、园网印花机等设备都应用了交流伺服运动控制产品。

四、结束语

综合上面的分析可以看出,中国的交流伺服运动控制产品尚处于起步阶段,相关产品还没有得到普遍应用,大量低精度、低效率的运动控制方式依然存在,例如机械凸轮、同步带、同步轴等在食品包装、印刷造纸、橡胶机械等行业大量存在。因此,交流伺服运动控制系统在未来几年内上升的空间非常大。

在未来2年内,交流伺服运动控制产品的市场规模如表3所示。2006年和2007年它将保持23%和25%的增长率,并将站稳20亿人民币的市场规模。

表3 2005年交流伺服运动控制产品市场规模及未来2年预期

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