立博体育app官网运动控制市场发展有利驱动因

作者:立博体育app官网发布时间:2020-06-18已浏览: 76次

运动控制起源于20世纪30年代的伺服控制理论,到了20世纪80年代,立博体育app官网运动控制产品在主要工业化国家和地区已得到广泛应用。运动控制器作为运动控制系统的核心,经历了不断的更新换代。早期的运动控制器是以单片机或微处理器为核心的,这类运动控制器速度较慢,精度不高,成本相对较低。之后产生了以专业芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器。目前被广泛使用的运动控制器主要是基于PCI总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。同时,将运动控制技术与网络技术有机结合是当前一个新的研究发展方向。

运动控制系统多种多样,但从基本结构上看,一个典型的运动控制系统主要由三部分组成:运动控制器、电力电子功率驱动装置和电动机,其中,运动控制器是运动控制系统的核心,电力电子功率变换装置为驱动机构,电动机为控制对象,为控制系统的执行机构。

控制器产品无论是在外形、功能和软件程序上的差异都很大,按照所属类型可以划分为PC-based(基于个人电脑)、PLC-based(基于可编程逻辑控制器)、独立式(专用)控制器和CNCs(专用数控加工中心)几类。

运动控制器目前主要应用于机床、纺织机械、橡塑机械、印刷机械和包装机械行业,占我国运动控制市场销售额的80%以上。而食品饮料机械、烟草机械、医疗设备和科研设备行业对运动控制器的需求由于和日常生活紧密相关,这些终端消费一直处于稳定增长中,所以该类机械行业对运动控制器的需求保持稳步增长。

根据控制系统中执行机构工作原理的不同,运动控制系统可分为步进系统和伺服系统两大类。步进系统中的步进电机是一种离散运动的装置,电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制执行机构,它和现代数字控制技术有着本质的联系,在目前国内的数字控制系统中,其应用已十分广泛;伺服系统中的伺服电机是一种将收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出的执行机构,伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数),也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能,它每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应,所以它是闭环控制,而步进电机是开环控制。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。

伺服系统由于具备精度高、响应速度快、效率高、可实现低速大转矩输出等优异的性能特点,在对精度要求高的行业得到越来越广泛的应用,已经普遍应用于机床、包装印刷、电子设备、纺织、塑料等行业,而且应用的范围还在不断扩大。

此外,运动控制产品按应用领域可以分为CNC(数控机床ComputerNumericalControl)和GMC(通用运动控制GeneralMotionControl)两大类。CNC主要以机床行业为代表,而GMC市场更加多元化,即所面对的应用行业更加宽广。

目前,日本厂商占据我国运动控制市场的主导地位,包括CNC市场和GMC市场。其产品性能和价格迎合了广大机械制造商的要求和使用习惯,并且借助代理商渠道,日系厂商的行业和客户积累较多;来自欧美的供应商主要服务中高端OEM市场,提供高性能运动控制产品和整套解决方案,产品价格普遍较高;而国内供应商主要为中低端运动控制市场提供产品和服务,在部分领域也与日本供应商展开竞争,而欧美供应商所在的高端市场暂时没有受到国内厂商的冲击。

从整个运动控制市场来看,主流供应商仍是日本和欧美的国际知名厂商。法拉克提供中端性价比较高的CNC整体方案;三菱电机提供GMC和CNC产品,近年来获得较大成功;西门子的CNC从高端到低端涵盖风力发电、波纹纸等众多终端用户;松下和安川通过分销商销售具有较强的性价比优势;德国的博世力士乐和贝加莱、美国科尔摩根伺服是特殊行业专用伺服的领导者。在本地供应商中,广州数控和华中数控能在CNC领域提供整体解决方案,其它大部分供应商集中在中低端机床行业。

国内众多生产厂商中,以控制器为核心的且能为客户提供系统解决方案的供应商包括:上海维宏电子科技股份有限公司、深圳市雷赛智能控制股份有限公司、成都乐创自动化技术股份有限公司、固高科技(深圳)有限公司、深圳众为兴技术股份有限公司等少数几家。

通过进行持续的研发投入和技术积累,国外厂商的运动控制产品不但功能强大、而且智能化程度很高。相比之下,国内厂家的运动控制产品智能化水平较低。一方面,我国控制器的智能化水平还处于技术探索和产品开发阶段:另一方面,在伺服驱动系统的易用性和自适应上,与国外的先进水平还有很大差距,如何保证电机驱动系统能够自动适应机械负载随时间变化的运动特性,并保持稳定的性能表现,是目前亟待突破的核心技术。.

运动控制类产品主要包括控制器、驱动器、电机等核心部件,相互之间需要复杂的电缆进行相互连接,具有接线人工成本高、占用空间大、电缆信号易受干扰等缺点。目前,国外厂商已普遍采用一体化模式进行两个甚至多个部件的集成,例如智能一体式电机将伺服电机、驱动器、单轴控制器、总线通讯集成于一体。但是国内产品目前仍多为单体型运动控制部件,多功能集成的运动控制技术仍处于开发或适用阶段,与国外产品的集成化程度相比有较大差距。

目前国内制造设备主要以信息孤岛型的单机设备为主,其运动控制系统难以与工厂管理信息系统和外部互联网进行信息和数据上的互联互通,设备之间的信息传递普遍采用数字I0控制模式,传递的信息量有限。同时,每台设备采用的控制模式和生产模式的不同,导致企业在数据收集方面存在缺失,并且制造设备和运动控制系统在后续的改造和升级方面存在较大的困难。

国内运动控制产品的控制模式经过了模拟:量指令模式到脉冲指令模式的转变,脉冲式接口是现阶段国内产品的主流接口形式,具有简单、易用、低成本的优点。但随着机器设备智能化水平的逐步提升,其缺点也逐步凸显,主要表现在:信息传递上过于简单、易受干扰,控制信息从控制端到执行端的传递有可能出现信息缺失和无法监控,同时整个系统的反馈信息量极为有限;多轴应用场合接线复杂:故障排查困难等。目前国外厂商已广泛采用工业现场总线来解决设备内部和设备之间的信息传递问题,而国内厂商的总线控制技术总体上仍处于研究开发和小范围试用阶段,并未在设备制造业中进行全面普及和广泛应用。

《中国制造2025》提出要推进信息化与工业化深度融合,加快发展智能制造装备和产品。组织研发具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人、增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线,突破新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统、伺服电机及驱动器和减速器等智能核心装置,推进工程化和产业化。

2016年12月,工信部发布《智能制造发展规划(2016-2020年)》,明确提:出要面向企业智能制造发展需求,推动产业链各环节企业分工协作、共同发展,逐步形成以智能制造系统集成商为核心、各领域领先企业联合推进、--大批定位于细分领域的专精特企业深度参与的智能制造发展生态体系。加快培育一批有行业、专业特色系统解决方案供应商;做优做强一批传感器、智能仪表、控制系统、伺服装置、工业软件等专精特配套企业。国家产业政策的大力支持为本行业提供了良好的外部发展环境。

我国运动控制行业起步较晚,早期在产品的可靠性上与国外企业存在较大的差距,但经过多年的发展,国内一些优秀厂商技术水平在不断提高,并逐步缩小与国外品牌的差距,加快了对国外品牌的替代速度,国内厂商的市场份额持续扩大。未来几年,随着国内厂商在产品技术及市场推广.上的进一步提升,借助国内制造业升级带来的机床、电子制造设备、纺织机械、医疗设备等领域发展的契机,本土品牌的市场份额将继续稳步提高。

近年来,随着电子技术、计算机技术和通讯技术的迅猛发展以及上游电子元器件技术应用水平的不断提升,推动了运动控制技术向驱动交流化和数字化方向转变,并向智能化和网络化的方向发展,原来一些不能实现的功能应用开始成为可能。随着以太网、USB、处理器技术的进一步发展,-些功率电子器件的成本更低,性能更好,也促进了运动控制产品性能的进一步提升。

目前,国内制造业正面临着产业升级的压力,企业要突破发展瓶颈,需要不断提高产品质量、档次和附加值,改变以往粗放型的经济增长模式。国内制造业与工业发达国家的制造业相比,其差距主要体现在自动化水平方面,发达国家在大批量生产技术基础上,不断向订制化、智能化、集成化方向发展,从生产加工到检测包装,全程采用自动化控制技术,从而保证了产品的质量,提高了生产效率。国内企业要缩小这部分差距,需要在自动化产品和技术方面不断加大投入,进而不断增加对运动控制产品、技术和解决方案的需求。

近年来,劳动工人的增加速度已经不能满足国内制造业规模扩张的速度,用工难的问题困扰着越来越多的制造业企业,加上日益上涨的劳动力成本影响,我国制造业企业正面临着巨大的产业升级压力,迫使制造业企业生产使用的机械设备朝自动化、智能化方向发展。

运动控制行业所涉及的技术研究和开发属于涉及多学科、多领域的实验科学,既要求关键技术人员具备电子、自动化控制以及机电一体化较强的理论知识,又需要其拥有多年丰富的行业实践经验,而且销售人员不仅需要具备较强的市场营销能力,还需要掌握相关技术原理、熟悉产品性能指标等;此外,我国运动控制行业起步较晚,在核心控制算法、嵌入式系统软件、轨迹控制、二次开发等方面缺乏大量专业人才。行业所面对的市场变化与技术不断创新,要求具有大批经验丰富和响应迅速的销售人员和管理人员,这些高层次人才的培养和积累也需要一定的时间。因此,本行业对于新进入者,具有一定的人才壁垒。

运动控制或自动化控制涉及电力电子技术、微电子技术、自动化控制技术、机电一体化技术、电机控制技术等多学科多领域技术。近年来随着电力电子器件的发展和国内自动化控制技术的进步,出现了依靠低成本优势的本土企业,大量涌入中低端市场。由于规模小、技术相对落后,尤其在核心的嵌入式硬件平台及可靠性技术、运动控制算法优化、行业控制系统集成技术、电机控制技术、电机制造技术等方面投入不足,在产品的整机设计和可靠性设计技术方面与国际品牌厂商相比还有比较大的差距,因此要想进入中高端市场存在较大的技术壁垒。

运动控制产品是智能制造装备的核心部件之一。客户会综合考虑产品的质量可靠性、服务及时性、技术延续性等多方面因素,客户更换产品供应商可能会造成质量不能保障、技术服务不能延续等风险,因此对原有供应商形成一定程度的依赖,其他供应商短时间内难以取得用户的信任。

具备一定规模和实力的运动控制产品供应商不仅提供产品,还提供配套的技术服务。随着客户制造自动化设备的技术日益复杂,越来越多的客户需要供应商从产品开发环节即介入,采用委托开发、联合开发等方式,为客户提供所需的产品和技术解决方案。在合作开发过程中,供应商能更加深入了解下游客户的需求并提供配套方案,从而强化与客户的紧密协作与互动。行业新进入者则因缺少与下游客户深入沟通的渠道和机会,进入行业的难度加大。