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2019直驱市场:坚守创新,驱动行业前行

文:组编/编辑部 | 2019年第六期 (0) | (0)

回顾2019年国内直驱市场(主要含直线电机、力矩电机、直线伺服驱动器等产品线,但不包含导轨传动件、模组等)的发展,由于受到宏观经济增速放缓的影响,下游装备制造业特别是3C电子行业市场的需求萎缩,导致之前持续多年的高速增长行情戛然而止,整体行业保持稳中有进的态势。根据相关数据统计,目前中国直驱产品的市场规模约为20亿元人民币,2019年全年直驱行业的平均增长率约为5%。

 自2013年开始国内直驱市场进入高速发展阶段,应用领域迅速扩张,尽管从2018年年中起市场下行压力增大,且未来一段时期的市场变量依然存在,但有业内资深人士认为,中国制造业的转型升级已迫在眉睫,直驱行业快速发展的大方向不会改变,2019年第四季可能不会有明显的好转迹象,但预计整体制造业景气到2020年第一季会触底,至明年第二季将逐渐复苏,2020年的市场总体表现会优于今年,在未来五年内,直驱市场的规模将有可能占到整体运动控制市场的25%左右。 

 从目前直驱市场的参与厂商来看,在高端高精密纳米定位与控制技术领域,以Aerotech、PI等欧美品牌为主;在中高端机床行业应用中,日本沙迪克(Sodick)、新加坡雅科贝思、台湾上银等是重要的供应厂商;本土企业部分,大族电机、德康威尔等都是近几年行业中兴起的佼佼者之一;而在直线伺服驱动器市场上,目前仍以高创传动占据主要市场。替代旋转伺服运动控制方案,是当下直驱技术市场推广的主打“卖点”,未来蕴藏着无限的可能性,也为不同背景的参与厂商提供了一个广阔的发展平台,可以全力展现创新潜能。

 直驱

 突破行业发展局限

 当前,直驱行业市场的另一个特征是,新进企业不断增多,一些原来主战旋转伺服驱动器的厂家纷纷推出了自己的直线驱动产品线,更多直驱电机的生产厂商、方案商、代理经销商如雨后春笋般冒升出来,将其视作为一个新的利润增长点;与之相应的,2019年直驱行业市场这块“蛋糕”的增量却远不及吃“蛋糕”人数的增长,这使得业内竞争呈现出白热化的趋势。而实际上,与趋向成熟的旋转伺服市场相比,直驱行业市场的规模基数仍相对较小,对于直驱企业来说,现阶段还存在着诸多不利于发展的局限因素。 

 其中的一大因素就是产品的价格。从工业用户的角度出发,无论是中低端选型还是高端产品应用,高性价比都是首选条件。虽然直驱技术已能够满足大部分应用场合的需要,但与旋转伺服电机加丝杆的方案相比,目前直驱系统的价格并不具备竞争优势,制造成本仍然是直驱系统推广的一个阻碍因素,直驱市场要进一步发展壮大,制造成本的降低是关键。在直驱电机替代传统运动控制方案上,只有与伺服平台相比性价比更高,客户才会愿意选用直驱产品,要合理控制直驱产品的制造成本,还有相当长的一段路要走。 

 另一个因素就是定制化。直驱技术与旋转电机在实际应用上有较大的差异性,并不是简单的替代,尤其是当前市场的需求特点多表现为多品种、小批量供应,客户个性化需求强烈,这一方面要求企业要具有较强的系统设计能力,保证企业能够拥有较高的利润生存空间;但另一方面,这也不利于企业的规模化生产,使得产品的制造成本往往居高难下。 

 此外,市场乱象丛生,也正在困扰着很多直驱企业的发展。据部分厂商反映,目前整体行业处于粗犷型成长阶段,参与企业的规模参差不齐,还没有形成稳定的行业架构与格局。尤其是在直驱行业内部,目前缺乏规范化、统一化的产品标准体系,各个厂家都是按照自己的产品规格来设计,产品参数标注参差不齐;加上由于部分国内企业本身的技术能力有限,只能采取引进技术和图纸的方式进行快速复制,造成了产品同质化现象的出现,低价竞争、甚至通过偷工减料来压缩制造成本,严重影响了整体行业的良性发展。 

直驱

 创新、优化制造工艺

 随着应用范围的不断拓展,直驱行业两极化发展的特征日益明显,一边是面向高精密加工的应用场合;另一边则是面向对使用成本要求苛刻的市场领域,如何能够以更高的性价比优势,开拓更广泛的中间市场是所有企业需要认真思考的课题。为此,一些直驱行业的领导厂商凭借创新的产品设计,不断优化产品的机械和结构设计,从产品品质、一致性,以及服务能力等方面,提升产品性能,降低产品的制造成本,让最终用户真正受益。 

 例如磁晶科技股份有限公司新推出的一款针对直线电机产品创新研发的专用线性编码器——ZB编码器,其标准ZB产品为1μm/count分辦率,可定制特殊应用分辨率;标准RS422气特性,通频带宽高至24MHz;能抵抗任绝大多数恶劣环境,如:粉尘、磁性粉尘、水、油污等恶劣污染物;此外,该款线性编码器优异的信噪比处理、抗干扰能力,具备优异的点位精度性能,特别是用户无需制成“栅尺面”,这为超长行程应用提供了更便利与节省成本的解决方案。 

 国奥科技(深圳)有限公司最新推出的二自由度直线旋转电机的创新之处在于,实现了直线电机和旋转电机的一体化集成设计,解决了两种不同种类的电机整合于同一个系统中所带来的电磁干扰与耦合问题;同时,在对这类复杂电机的控制上,还借助建立准确的FEM模型,深入分析各自由度之间的耦合关系,采用优化的力学解耦控制算法,与国奥科技自主开发的驱动器相匹配,解决自动化生产设备、激光加工设备等高端领域在大量短行程、低负载、高精度运动的工作场景中,得益于这款电机的精确力度控制和高响应速度,使得半导体、3C电子制造领域的固晶、贴合机等设备能够轻松处理昂贵的易碎部件的粘贴或贴合,且不会让产品受到任何外力带来的损伤,大幅提高了工厂生产的良品率。

 在驱动器部分,高创传动针对直驱伺服领域创新性研发的LMS(linear Motion System)技术聚焦高性能,以及提升设备的调协性、控制精度和操作简易化,可以同时运行多个不同的动子,动子可在空气中运行(电子和电缆在真空外部),配置非接触式位置传感器,在故障情况下不丢失载体位置,无移动电缆,维护成本低。高创的HD算法由可变增益和自适应前馈两个模块组成,整定时间被最小化,大大减小位置误差;并且还可参数自整定,简单直观地执行操作;基于机器模型频域设计的HDM算法使用频响进行系统识别,并根据系统数学模型设计速度和位置来控制回路,优化了伺服控制设计,使设备的响应速度、加减速等性能上均有了很大的提升。 

 另外,利用龙门结构控制系统的高速度、高精度特点,来提高电子元件生产效率,是目前自动化行业中的开发热点之一。苏州灵猴机器人有限公司开发的SV-D1龙门专用伺服驱动器用一块主控芯片完成了两个电机的三环控制算法,同时采用了国内独有的交叉解耦控制以及速度观测器算法,运行中可显著减小双轴同步误差至3~5count;支持龙门轴定位误差补偿,定位误差降低至2~5um;支持低频振动抑制和外部干扰抑制;横梁负载自动补偿算法以及低频共振抑制算法,有效提高了系统运行的平稳性和适用性能,此外,智能化系统辨识及控制器参数整定功能,确保控制精度并减少了调试时间。 

直驱

 系统配套至关重要

 广东与苏州是目前直驱行业竞争最为激烈的市场区域,而从细分应用领域来看,自动化、新能源是时下直驱产品的“红海”市场,CNC机床、激光切割是未来3年众多厂商的主攻方向,光学与高端半导体领域是技术制高点,医疗、高校科研等市场则仍然有待挖掘。由于直驱应用具有场景化的特征,因此需要企业具备综合应用经验,包括机械技术、系统匹配等。企业需要加大技术研发,提升产品品质,实现工艺改革;同时也要求加强行业内部的技术交流,共同促进行业应用水平的提高。 

 以机床行业为例,目前中国厂商生产的机床主要集中在中低端领域,采用直驱技术的机床在传动方式上和传统机床有很大的区别,需要对整个机械结构的设计进行重新建模与仿真,通过大量的技术积累、沉淀和调试工作,才能达到最佳的加工效果。一般来说,国内机床厂商还不具备相应的开发条件,要求直驱产品厂家能够提供大量的技术支持,与机床行业客户更加紧密的合作开发。与此同时,直驱系统作为机床的一个传动部件,还需要和数控系统相匹配,因而也要求直驱厂家应具备专业的数控系统技术人才,积极与数控厂家构建合作关系,发挥各自所长,将整机、控制方案产品线串连起来,让机床设备更加高效、方便、易用,满足终端用户的使用要求。 

 直驱技术以其高速度、高精度的性能优势而著称。近年来,直驱产品的应用领域也在不断延伸,得益于近年来国家政策的引导,高端半导体制造和5G通信技术发展迅猛,这些应用领域对直驱产品的性能要求也越来越高。以半导体制造业对直驱系统的应用要求为例,其中包括:严格控制温升、提高效率;优化热传导;能够适应真空、洁净环境应用等。而在5G通信技术领域,其对直驱系统的要求主要有:由于光纤信号直接在IC芯片上解码,因此光纤对位对精度等级的要求更高。 

 直驱技术应用是一个系统工程,在目前的市场环境下,针对大多数直驱企业的体量都不太大这一特点,无论是直驱电机、驱动器、还是部件、模组厂商都应找准细分市场,重点放在深入了解不同应用行业的工艺及生产要求上,准确掌握应用需求,努力提升细分市场应用的整体水平,专注应用开发、走差异化路线,积极开拓更多新兴应用领域,才能共同把直驱市场这块“蛋糕”做大。同时,行业内部还应着重从直驱行业的标准规范化入手,其中包括产品规格的标准化、测试数据的标准化等,齐心协力,引导行业走向规范化发展的道路。

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