分析|國內外伺服系統產業發展及主要企業特點

伺服系統是工業自動化的重要組成部分,是自動化行業中實現精確定位、精準運動必要途徑。伺服系統可以使系統終端執行機構的位置、速度、轉矩等輸出參數準確地跟隨輸入量變化。

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一、伺服系統的分類

伺服系統目前有兩種分類方式,分別是按照系統功率大小和末端執行元件種類分類。

按照功率大小目前可以分為小型伺服、中型伺服和大型伺服系統。

小型伺服通常指功率小於1KW的產品,主要應用於工業機器人、電子製造、紡織包裝設備等小型機械。目前在市場上佔有領先地位的廠商是松下、三菱和臺達。臺達近年來積極開拓市場,取得了不錯的效果;

中型伺服功率範圍在1-7.5KW,多應用於銑床、注塑機等領域。在中型伺服市場安川以其產品出色的性能和準確的市場定位,佔有領先地位。安川伺服產品線完善,覆蓋大、中、小型各條產品線,可供用戶選擇範圍廣泛,而且產品性能優良,在國內行業內擁有較好口碑。其產品在機床、電梯、起重、電子等行業有廣泛應用。同時三菱、臺達、松下等廠家在強化其小型伺服在中國 OEM 的市場地位基礎上,積極開拓中型伺服市場,目前初具成效;

大型伺服系統功率大於7.5KW,主要用於驅動重型機械設備。大型伺服的市場主要供應商是西門子、博世力士樂。西門子在高端伺服市場具有傳統優勢,憑藉其數控系統在機床行業的廣泛應用,帶動其伺服系統有較高增長率;

按照目前伺服市場銷售情況分析,小型伺服應用快速提升,佔比達到45%,主要原因是近年來3C行業快速上漲;中型伺服由於近年來機床行業等傳動設備製造業低迷的影響,市場規模在37%左右;大型伺服系統佔比相對穩定,在18%左右。

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按執行元件的不同分為液壓伺服系統、電氣伺服系統、氣動伺服系統,目前電氣伺服系統應用最為廣泛。

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二、伺服系統產業現狀分析

1、日系品牌市場佔有率仍較高,國內伺服市場進口替代空間大

近年來,國產品牌市場佔有率在快速提升,但日系品牌仍牢牢佔據國內伺服市場近半壁江山。同大多數高精密度的產品一樣,長期以來外資品牌佔據了國內伺服系統市場的大部分份額,市場佔有率達77%。

其中,日韓系品牌佔比為45%,主要以日系品牌為主,包括松下、三菱電機、安川、三洋、富士等,這些都是老牌的日本工業自動化設備生產商,技術上都很全面,產品特點是技術和性能水平很高,比較符合中國用戶的需求,同時價格也比較高。

其次為歐美品牌佔比22%,其中美國知名的有羅克韋爾,丹納赫、帕光等,德國則擁有西門子、博世力士樂、倫茨、施耐德等品牌。歐美品牌主要集中遇於大型伺服系統,因此面臨著市場萎縮的風險,到2015年歐美的市場份額減少10%至22%。

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國內伺服系統行業市場格局變化情況(單位:%)

國內市場上,臺灣品牌也逐漸成長為一支重要力量,代表的品牌有臺達和東元,與日系品牌在技術上相似,技術水準和價格水平居於進口中端產品和內地品牌之,市場份額有穩步提升,但未來將面臨著本土品牌的激烈競爭,是未來內資品牌可以逐步獲得的市場。

內資品牌從低端起步,靠價格優勢站穩腳跟,2008年國產品牌僅10%左右的份額,此後以匯川為代表的公司成長起來,在低端市場替代國外品牌,並逐步向高端邁進,2015年國產品牌市佔率已經達到22%。

2、松下、安川處於第一梯隊

據前瞻產業研究院數據顯示,分品牌來看,以市佔率劃分,伺服系統市場呈現出了明顯的梯次結構。

以松下、安川為代表的日系品牌市場佔有率相當,約17%,處於第一梯隊,與其他品牌明顯拉開差距。松下和安川的伺服系統在高端裝備上使用的很多,一些設備廠商都是應下游客戶要求裝配。臺達、三菱處於第二梯隊,市佔率約10-11%。匯川、西門子等處於第三梯隊,市佔率5-6%左右。三洋、施耐德、羅克韋爾、博世力士樂等處於第四梯隊,市佔率約3%。內資企業除匯川外,成規模的企業有數十家,但大部分企業規模較小,市場份額普遍在1%以下,並且主要集中在低端領域的中小型伺服產品,競爭激烈,盈利能力也比較差。

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國內伺服系統市場分品牌市場佔有率情況(單位:%)

3、下游市場增長強力拉動,國內伺服系統市場增長空間巨大

伺服系統是一種自動化運動控制裝置,主要用於精確地實現對機械部件的位置、方位、狀態等進行控制。它決定了自動化機械的精度、控制速度和穩定性,因此說是工業自動化設備的核心。

從工業自動化部件的產品線層次來看,工業控制產品分為控制層、驅動層和執行層,伺服系統屬於驅動層和執行層,包括伺服驅動和伺服電機。控制層是自動化設備的大腦,負責發出指令,產品包括控制器、一體機等;驅動層是自動化設備的中樞神經,負責指令的上傳下達,將控制層的脈衝信號放大、變換、調製為控制電機的信號,產品包括變頻器、伺服驅動器等;執行層是自動化設備的肌肉骨骼,負責執行指令,產品包括各類電機。

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三、我國伺服系統發展歷程

我國伺服系統的發展歷程大致可以分為三個階段,第一階段是 70年度時期,伺服系統首先被應用於國防科技、軍工等高端製造行業。第二階段是 80年度以後,伺服系統開始在一些高端民用製造中得到嘗試;2000年以後,隨著製造強國等戰略的提高,我國製造業水平提到很大提升,伺服系統在我國高端製造業中得到大範圍應用,但使用的幾乎都是國外的伺服系統。

隨著國內電機制造水平的大幅提升,交流伺服技術也逐漸為越來越多的國內廠家所掌握,同時交流伺服系統上游芯片和各類功率模塊的不斷進行技術升級,促成了國內伺服驅動器廠家在短短的不足十年時間裡實現了從起步到全面擴展的發展態勢。比如數控系統企業中的廣州數控,電機和驅動企業中的南京埃斯頓、英威騰、東元、新時達和北超伺服等,運動控制相關企業中的深圳步科、杭州中達,乃至以變頻器為龍頭產品的臺達、匯川等都已紛紛投身伺服產業並實現了產業化、規模化生產。與此同時,國外交流伺服廠商在大陸巨大的潛在市場需求刺激下,大舉開拓國內市場,陸續在國內設置工廠或辦事處,招募代理商,利用本地資源,批量生產和銷售各種規格的交流伺服系統產品。大陸交流伺服市場競爭愈加激烈。

國產伺服系統起步較晚。2000年以後國內廠商才真正開始民用伺服系統的研發,目前在功能、性能和工藝方面和國外產品仍有較大的差距。國產伺服電機以小功率的低端產品為主,國產伺服廠商採取的營銷策略通常是通過較高的性價比吸引使用精度要求相對較低的客。目前國內廠商已經完成中低端伺服系統研發與量產,但由於加工水平和研發水平的限制,高端伺服系統我國仍處於研發階段。

四、伺服系統未來發展趨勢

1、數字化:數字控制技術取代模擬控制電路在伺服系統中是一種必然趨勢。以模擬電子器件為主的伺服控制單元將會被採用全數字處理器的伺服控制單元全面取代。在伺服控制方面將逐步轉變為軟件控制,以便在伺服系統中應用現代先進的控制方法。數字化控制相比傳統控制方法,在響應數度和運動精度等方面得到了全面提升。

2、智能化:智能化主要是指伺服驅動器智能化。目前伺服內部控制核心大都採用新型高速微處理器和專用數字信號處理機(DSP),,伺服系統數字化是其實現智能化的前提條件。智能化趨勢是運行參數都可以通過人機對話的方式來設置;故障自診斷與分析;參數自動修正的功能等。

3、簡易化:簡易化不是簡單而是精簡,是根據用戶情況,將用戶使用的伺服功能予以強化,使之專而精,而將不使用的一些功能予以精簡,從而降低了伺服系統成本,為客戶創造更多的收益,嘗試從客戶的實際需要出發,形成簡易模塊化編程操作,使客戶使用簡便快捷。

4、網絡化:即構建網絡型、總線型伺服系統。現場總線是一種應用於生產現場,在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、串形、多結點的數字通信技術,構建總線型伺服是實現工業物聯網的必要途徑之一。

5、高效化:伺服系統將會採用更精度的編碼器,提高系統的採樣精度,同時提高伺服驅動器的產品性能,不斷優化逆變器驅動電路,提供更快數據處理速度和伺服系統的加減速性能。

五、國內外伺服行業主要企業特點

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