智能制造

智能制造是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間和產(chǎn)品全生命周期的實(shí)時(shí)管理和優(yōu)化的新型制造系統(tǒng)。

根據(jù)智能制造產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展順序，智能制造首先需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，然后實(shí)現(xiàn)信息化，再次實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)化，最后才能真正實(shí)現(xiàn)智能化。工業(yè)機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)智能制造前期最重要的工作之一，是聯(lián)系自動(dòng)化和信息化重要的載體。

智能制造產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展順序

國(guó)內(nèi)智能制造改造需求迫切，系統(tǒng)解決方案市場(chǎng)需求廣闊。隨著國(guó)內(nèi)勞動(dòng)力人口逐漸減少以及勞動(dòng)力成本的逐漸上升，工業(yè)機(jī)器人行業(yè)飽受關(guān)注，2014年國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人銷售同比增長(zhǎng)了56%。

說(shuō)到機(jī)器人，大家是不是想起了美麗的佳佳和萌萌的小曼呢？

當(dāng)然還有更炫酷的，比如我國(guó)深圳優(yōu)必選公司研制的阿爾法機(jī)器人，日本電氣（NEC）研制的PaPeRo，日本Dentsu公司、 Toyota 以及東京大學(xué)聯(lián)合研發(fā)的Kirobo，還有法國(guó)Aldebaran Robotics公司研制的NAO機(jī)器人。

NAO是一款曝光率相對(duì)較高的機(jī)器人，不僅登上了機(jī)器人世界杯聯(lián)賽，還被應(yīng)用在大學(xué)等教育機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)一定的互動(dòng)教育功能，擬人化的設(shè)計(jì)也十分容易接近。

以上這些萌萌噠機(jī)器人，讓我們眼界大開(kāi)、腦洞大開(kāi)，但我們今天的介紹重點(diǎn)是：工業(yè)機(jī)器人。

工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置，它能自動(dòng)執(zhí)行工作，是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行。

工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展穩(wěn)步向前，市場(chǎng)也不斷擴(kuò)大。2013年，機(jī)器人與其相關(guān)軟件及系統(tǒng)的全球總交易為290億美元，其中中國(guó)交易量為95億美元，為全球最大機(jī)器人市場(chǎng)。預(yù)計(jì)到2020年國(guó)內(nèi)機(jī)器人系統(tǒng)集成市場(chǎng)將達(dá)2000億元。

工業(yè)機(jī)器人按照產(chǎn)業(yè)鏈上中下游可分為核心零部件，工業(yè)機(jī)器人本體，應(yīng)用端集成三個(gè)環(huán)節(jié)。

1.核心零部件分析

機(jī)器人是如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能，根據(jù)指令完成復(fù)雜的動(dòng)作呢？這就需要了解工業(yè)機(jī)器人的核心零部件及其功能。

工業(yè)機(jī)器人的核心零部件包括減速器、伺服和控制器。機(jī)器人的控制過(guò)程是由控制器發(fā)指令給伺服驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)減速機(jī)執(zhí)行動(dòng)作。

其中，技術(shù)門檻最高的是減速機(jī)，其次是伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)，再次是控制器。三大核心零部件的減速器、伺服和控制柜成本分別占機(jī)器人成本的30%-50%，20%-30%，10%-20%。

1.1核心零部件之減速器

減速器是工業(yè)機(jī)器人中成本占比最高，毛利最大，同時(shí)難度也是最大的核心零部件。減速器通過(guò)把電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，從而得到大的轉(zhuǎn)矩，工作原理可以等同于汽車在上坡時(shí)需要減速的道理。

減速器市場(chǎng)占有率情況

日本的Harmonic Drive公司幾乎壟斷了整個(gè)工業(yè)機(jī)器人諧波減速器領(lǐng)域。目前全球市場(chǎng)占有率高達(dá)80%。

日本的納博特斯克（帝人）在RV減速器市場(chǎng)占有全球60%的市場(chǎng)份額，客戶囊括了全球機(jī)器人銷量最大的四大機(jī)器人品牌：ABB、發(fā)那科、庫(kù)卡、安川。排名第二的日本住友占據(jù)全球約30%的市場(chǎng)份額。

1.2核心零部件之伺服

“伺服”，源于希臘語(yǔ)“奴隸”的意思?！八欧C(jī)構(gòu)”就是一個(gè)得心應(yīng)手的馴服工具，服從控制信號(hào)的要求而動(dòng)作。在信號(hào)來(lái)到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；信號(hào)來(lái)到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；信號(hào)消失，轉(zhuǎn)子能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。

機(jī)器人伺服特殊要求比較多，特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受過(guò)載。

機(jī)器人伺服的特殊要求

伺服的核心零部件為馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器。目前國(guó)內(nèi)在馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器制造方面均有所突破，而編碼器的生產(chǎn)制造水平與國(guó)外相比還有較大差距。

1.3核心零部件之控制器

機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行控制，以完成特定的工作任務(wù)。

控制器是不同品牌機(jī)器人在技術(shù)層面的核心競(jìng)爭(zhēng)力?？刂破饔布糠终紮C(jī)器人本體成本10%-20%，但軟件部分卻承擔(dān)著機(jī)器人大腦的職責(zé)。

外資機(jī)器人使用的硬件零部件類似，采購(gòu)成本也相似。而不同品牌的機(jī)器人精度速度各有優(yōu)勢(shì)，究其根本原因是不同品牌的機(jī)器人對(duì)零部件的駕馭設(shè)計(jì)與控制算法的不同。這才是不同品牌的機(jī)器人在技術(shù)層面的核心競(jìng)爭(zhēng)力。目前全球四大機(jī)器人廠家均對(duì)控制器進(jìn)行自產(chǎn)，可見(jiàn)控制器的重要性。

2.工業(yè)機(jī)器人本體分析

工業(yè)機(jī)器人按照機(jī)械機(jī)構(gòu)分，可分為直角坐標(biāo)機(jī)器人、SCARA機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人、關(guān)節(jié)型機(jī)器人、柔性機(jī)器人，具體結(jié)構(gòu)圖如下：

工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖分類

從2013年的全球銷售數(shù)據(jù)看，關(guān)節(jié)型機(jī)器人已是最大市場(chǎng)。

全球工業(yè)機(jī)器人銷量（按類型）

3.應(yīng)用端集成分析

全球工業(yè)機(jī)器人集成按照應(yīng)用來(lái)分，占比前三的應(yīng)用為搬運(yùn)50%，焊接28%，組裝9%。

工業(yè)機(jī)器人集成行業(yè)分布情況

工業(yè)機(jī)器人下游最終用戶可以按照行業(yè)分為：汽車工業(yè)，一般工業(yè)。一般工業(yè)中又可以分為食品飲料，石化，金屬加工，醫(yī)藥，3C，塑料，白家電等等。

按照IFR的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，汽車及零部件在機(jī)器人的銷售中占比最高，其次是電子、金屬、塑料石化等。

2009-2013年全球工業(yè)機(jī)器人銷售量（按行業(yè)分）

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人集成行業(yè)未來(lái)增長(zhǎng)在非汽車行業(yè)。與其他國(guó)家相比，中國(guó)汽車行業(yè)的機(jī)器人密度為臺(tái)灣的1/2,德國(guó)的1/4。但中國(guó)非汽車行業(yè)的機(jī)器人密度為臺(tái)灣的1/9,德國(guó)的1/11。故非汽車行業(yè)的潛能巨大。