机器人零部件 爱中痛的涅槃

  2015年5月，国务院印发《中国制造2025》通知，这是我国实施制造强国战略第一个⼗年的行动纲领。

  工业机器人的主要矛盾在上游核心零部件，尤其是伺服系统、控制管理系统和减速器。

  另一方面，是尚未成型的”制造强国“对进口零部件的严重依赖，以及由此而生的高企成本。

  核心零部件伺服系统、控制管理系统和减速器之中，减速器占采购成本的份额最大（35%）。而三种核心零部件的进口量都占总购买量的75%以上。

  减速器是机器人的核心零部件，相当于人体的关节部位。它是一种精密的动力传达机构，最大的作用是降低转速，增加转矩。

  我国对工业机器人零部件的需求量居全球之首，且逐年递增。2016年全球工业机器人销量达29.4万台，其中中国销量9万台，占全球需求量的30%。中国产业信息网预计2017-2020年中国工业机器人销量增速为20%左右，而平均一套工业机器人需要配备5个减速器/伺服电机和1 套控制管理系统。据此推理，国产工业机器人精密减速器/伺服电机在2020年的需求量将近78万套。

  现在最常用的精密减速器有两种，RV减速器（60%），和谐波减速器（15%）。而这两种减速器分别被日本的Nabtesco和Hamonica Drive垄断。

  谐波减速器适用于20公斤以下的机器人。随着使用时间的增长，谐波减速器会产生一定的变形，效能会减弱。

  RV减速器适用于20公斤以上的机器人，相较于谐波减速器，它的性能更好，但制造难度更大，成本更高。

  RV减速器原理比别的类型减速器更复杂，它有两级传动装置——第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构 + 第二级摆线针轮行星减速机构。复杂的结构为其精准度和耐用性提供了保障。

  核心零部件极度依赖进口。伺服系统、控制管理系统和减速器进口量分别达80%, 80%和75%。国内企业议价能力目前尚弱，购买减速机的价格是国外企业的价格的2~5倍，最终造成减速器在工业机器人中所占成本达到30%。

  RV减速器采用过采用过定位结构，这种结构能大大的提升工件的局部刚度和定位稳定性，但同时它可能会导致定位干涉，工件或定位元件变形，误差增大的情况。因此RV减速器的制造对加工精度、配合度的要求非常高，基本都是μm级别。下图是RV减速其“关节”拆开后的各个部分。

  日本的Nabtesco和Hamonica Drive两家公司，都是在上世纪50年代左右便已开始投入机器制造的研发，中国的起步则落后了几十年。近年虽有企业能制造出技术水平相当的核心零部件，但很难保证机器的常规使用的寿命。这同样与制造机器人时的精度有关。为了达到完美的匹配度，日本科研团队曾在实验室一点一滴地调试材料配比，不断地做对比实验。中国技术要达到相同的高度，第一步是要匠人的沉静，其次需要一些时间的积淀。精度不合适，那么机器人就更容易被磨损。因此尽管出厂时国产机器人能比肩国际，一段时间后，效能会下降。此外，由于生产核心零部件的机床成本也很高，国产零件也没有完全实现量产。销售机器人的利润难以填补采购成本的投入，机器人厂商没更多的资金注入研发技术。由此产生一个心痛的“研发资金不够—技术达标—销量不好—不能量产—制造成本高—研发资金不够”的恶性循环。

  情况还可以更糟糕，着迷于国内强大的市场需求, 国外机器人厂商纷纷进入中国，积极布局长三角。为应对新崛起的国产品牌，外资厂商纷纷采取降价的手段进一步削弱国产机器人的市场竞争力。

  2012《“十二五”国家战略性新兴起的产业发展规划》提出要重点发展“智能制造装备产业”；

  2013工信部《关于推进工业机器人产业高质量发展的指导意见》 提出将发展工业机器人的重要地位；

  2015工信部《关于开展 2015 年智能制造试点示范专项行动的通知》提出投资超过110 亿元在94 个示范项目，从政策层面上的支持上升至财政上的支持；

  2015《中国制造 2025》，将智能制造确立为中国制造 2025 的“主攻方向”……

  政策大力推动之下，许多地方规划起了机器人产业园。但产业园中的企业数目、规模都很小，难以形成聚集优势，存在盲目性和重复建设的现象。 工业和信息化部赛迪研究院发布的《中国机器人产业高质量发展白皮书（2016版）》提出了以下五点建议：

  珍珠毕竟是沙粒经过时间的积淀的，直面不完美的现实，然后以可持续的方式日臻完善技术，不慌不急不懈怠，才是捷径。该走的路走了，该过的劫过了，也就修炼成佛了。

  安信证券《人机一体化智能系统专题报告：从工业机器人产业链看人机一体化智能系统机会》，2016年7月