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      打破日企30年垄断,是如何做到的?
      本文作者:小蛙 2019-07-25 10:56:37 浏览量:3511 评论量:8

      长期以来,我国机器人的核心零部件基本依赖进口,导致国内工业机器人成本上升,作为工业机器人的三大核心零部件之一,精密减速器占机器人本体成本超过三成,技术壁垒高,研发难度大。曾被日本企业垄断了30多年。然而,这种局面在2013年被一家名不见经传的中国民营企业苏州绿的所打破。那么,苏州绿的是如何做到这一点的呢?

      从2013年开始,中国成为全球最大的机器人市场。然而,在这个庞大的市场里,国产机器人占比仅为5%左右。究其原因,三大核心零部件难以自给是国产机器人发展的瓶颈。

      精密减速器、伺服电机和控制器是工业机器人的三大核心部件,其中精密减速器是研发难度最大、占机器人本体成本最高的部件,在一些小型机器人上,精密减速器成本甚至超过了50%。

      精密减速器又包括RV减速器和谐波减速器,前者更多地应用在大型机器人上,而后者主要应用于中小型机器人上。随着机器人应用领域的不断拓展,中小型机器人需求大幅增加,谐波减速器具有更大的增长潜力。仅以电子行业测算,国内谐波减速器市场就有10亿元以上的新增市场空间。

      曾经,谐波减速器市场被日本企业高度垄断。国内厂商核心零部件主要依赖进口,采购成本远高于国际同行,制造成本高企成为国产机器人企业发展的桎梏。然而,这种情况在2013年被本土民营企业苏州绿的所打破。

      攻克了小型机器人用精密减速器的技术和生产,绿的凭借高性能、寿命久、交期短、价格低、服务优等诸多优势逐渐崭露头角,在国内市场占有率超过50%,让谐波减速器价格下降了30%-40%,之后绿的还拓展了国外市场,成为该领域全球出货量排名第二的企业。

      1、勇做“原创”

      1999年创立、2003年注册的苏州恒加金属制品有限公司是苏州绿的的前身,扎根在太湖边,以做代工起家,默默在精密机械加工领域积淀多年。精密仪器代工处于整个产业链的最低端,含金量不高,卖到欧洲的零部件售价只为欧洲本土企业的十之二三。

      2003年前后,一个偶然的机会,绿的高管听到国际巨头ABB的工作人员对日本公司高度垄断谐波减速器的做法颇有怨言。谐波减速器是什么?有着怎样的市场前景?绿的创立者之一左昱昱决定去日本考察,之后他意识到精密仪器代工未来将是一片红海,竞争激烈且极易被取代,企业需要为转型早做准备。

      打破日企30年垄断,是如何做到的?

      于是绿的从技术团队中抽调3人组成研发小组,先行做谐波减速器的理论研发。但是作为一种相对精密的机械仪器,研发减速机对企业的要求非常高,而且前期需要特别大的成本投入,所以绿的的研发进展比较缓慢。然而,2006年发生了一件事,让绿的的创立者们意识到他们必须加快转型步伐,从此开始加大对谐波减速器项目的投入。

      当时,绿的有一位制造离心机的欧洲客户,离心机的核心部件是润滑系统,包括1根轴和3个零件,其中3个零件的加工是交给绿的来做的,绿的想向这个客户企业争取他们把轴也交给自己来加工。

      经过测试,绿的的样品质量很好,而且报价仅为1000元人民币,与欧洲那边1000欧元的报价相比可谓物美价廉。本以为胜券在握的绿的却遭到了客户的拒绝。当对方被问及为何没有把订单交给绿的来做时,对方回答说:

      “你们已经负责了3个零件的加工,如果将轴也交给你们做,那不就等于把高速离心机的核心技术都给了你们吗?这个技术稍加改造后,还可以用来浓缩铀,这怎么得了?”

      受到很大刺激的绿的高层此时深深意识到,一定要来做些能让自己在行业内站稳脚跟的事情。那么到底做什么呢?有人建议仿制日本的减速器产品,但是绿的的高管们觉得如果靠模仿就能成功,聪明人那么多,这条路早就被走完了,日本产品全球垄断三四十年,显然不是轻易可以模仿和拷贝得了的。

      模仿行不通,要想转型生产减速器就只能走自主研发的“原创”路线了。之前已经开始的谐波减速器的理论研发尚在进行,这对绿的来说是一个艰难但却非常适合的方向。

      因为机器人产业是伴随着汽车工业发展起来的,与汽车工业配套的都是大型机器人,均使用RV减速器,RV减速器就像人脚上的关节,具有很强的载力。后来随着应用领域的扩展,小型机器人逐渐兴起,与之相配的谐波减速器就像人手上的关节,体积小,重量轻,精度高,具有广泛的市场需求。

      2003年之前,RV减速器市场占比达85%。但之后,随着机器人产业朝着小型化的方向前进,谐波减速器的需求越来越多。由于谐波减速器被日本企业在全球范围内长期垄断,甚至连欧洲的一些自动化巨头都受制于日本企业,所以国内机器人企业拿到谐波减速器的价格比欧洲企业贵,比日本企业更贵。国内拿到手要1万人民币的产品在国际上才两三千元。

      看准方向后,绿的决定从代工的红海杀入谐波减速器的蓝海,不断将每年代工的几千万利润全部“砸”进谐波减速器的研发。现在来看,当时的这个决策很有远见,但是当时光有远见肯定是不够的,还需要能够坚持。绿的在谐波减速器技术研发上前后共投入两亿多费用,这对一个代工民营企业来说,还是很“疯狂”的。

      实际上,当时看到这个机会并开始投入的企业有十来家,但最后仅有绿的一家坚持了下来。经过三年多的艰苦奋战,终于,在2009年年底,苏州绿的生产出了首部谐波减速器样机,并在国内外多家权威机构一一通过测试,第二年产品性能各项指标就已达到甚至超越日本同类产品。

      2012年,通过了库卡、ABB等国际机器人制造企业20000小时寿命精度测试(及格线是6000小时)的绿的,首次把谐波减速器产品推向市场就售出了数百台。随着绿的产品的推出,日本减速器巨头企业在中国市场节节后退,中国企业采购的减速器产品价格大幅下降,机器人制造成本随之降低。

      不仅如此,绿的的产品还吸引了国际企业的注意力,大概因为天下苦日本垄断久矣,早在研发阶段部分国际机器人公司就已经盯上了绿的,主动前来接触。绿的产品性价比高、优势显著,很快就畅销于国内大部分地区和日本、美国、俄罗斯等多个国家,向富士康、UR机器人、科尔摩根等诸多国际知名机器人企业批量销售。

      2015年,经历了十多年的艰苦努力,绿的减速器产品终于实现了收支平衡;2016年,绿的谐波减速器销量突破6万台,占据国内60%的市场份额;2017年,其销量锐增至11万台,而且“产多少就能销多少”。之后绿的着重进行技术和产品的改进和持续创新,以图更大进步。

      2、技术致胜

      大而不强是中国制造业企业中存在的一个较为普遍的现象。发达国家由于起步早,在基础工业领域积累了大量的经验,因而领跑赛道。中国企业要想迎头赶上甚至实现产业内的超越,必须放弃纯粹的模仿或者一味的逆向工程,通过开展具有颠覆性的研发工作和实现产品技术的快速迭代才有机会。

      绿的正是因为认识到了这一点,十多年里一直坚持原创乃至具有颠覆性的基础研发工作才实现了产业的弯道超车。今年4月25日,绿的在其和北京立德共同承办的“智能制造产业科技创新论坛”上,发布了面向未来的新一代Y系列(model Y)谐波减速器。

      Y系列是绿的采用独有专利设计的,拥有全新结构和齿形设计、采用特制的柔轮及轴承材料和热处理工艺的新产品,扭转刚度提升了一倍,单向传动精度提升了两倍以上。目前Y系列产品全球精度最高,传动精度控制在了10弧秒以内,并且彻底解决了振动耦合的问题。这一系列产品适用于高端工业自动化、高端协作机器人,代表了谐波减速器的未来发展方向,预计今年第四季度投入市场。

      此外,绿的公司还同时发布了精度保持寿命超过20000小时的N系列谐波减速器,是目前已知的国际最高寿命水平。N系列产品在具有超长寿命的同时还具有精度高、承载高、温升小、效率高、运行平稳、抗冲击能力强等多种特性。

      仅仅几年间国产的谐波减速器产品技术就已经走在了世界前列,绿的在这一领域的努力功不可没。要知道,在2013年以前,能够规?;阅芸煽康木芗跛倨鞯钠笠导负醵荚谌毡?。其中纳博特科的RV减速器约占减速器全部市场的60%,Harmonica的谐波减速器约占减速器全部市场的15%。

      而在谐波减速器领域,Harmonica几乎占据了全球所有的市场份额,不夸张地说,在机器人生产制造方面,日本企业说跪着全球机器人企业就没几家能站着。这种情况直到苏州绿的的产品上市才得以改观。

      为了制造出真正属于自己的产品,实现谐波减速器的“中国造”,绿的完全跳出传统齿轮的渐开线设计理论,运用不同的计算方法进行数学建模,在不断地试错中借助自主研制的3D模拟仿真软件进行批量化、系列化的产品设计。

      产品拥有具有自主知识产权的P形齿,精度、寿命、噪音控制均达到甚至超越国外同类产品,并结合大量实验、应用数据实现快速迭代升级。目前绿的已经拥有20多个产品系列、上千种规格的谐波减速器,可以满足上百种应用场景的需求,而且每年还会推出近百款新产品和升级产品。

      技术创新和应用的结果就是绿的产品各项指标都超越了日本产品。以绿的的一款拥有6个“关节”的机器人为例,根据预先设定好的程序,其可以循环做出一系列有难度的精细动作,包括“扭转”“挥臂”“握手”“投篮”等,且看上去比人体的手臂更灵活有力。这款6关节串联机器人使用了6款绿的自产的谐波减速器,以生产数码相机为例,它平均十几秒即可完成一台相机的组装,速度上完胜人工。

      因为绿的在技术方面的创新,2012年绿的作为谐波减速器编制技术审查会的主要起草方制定了国内首个机器人零部件的国家标准。经过一年多的严格审核,2014年5月,国家质检总局、国标委联合下发通知,由绿的作为主要负责单位起草的《机器人用谐波齿轮减速器》于2014年12月31日正式实施。

      这一国家标准的推出,对促进我国谐波传动技术进步和产品升级,推动我国整个机器人行业的健康发展具有十分重要的意义。目前绿的在谐波传动领域已拥有40多项国家专利,在起草《机器人用谐波齿轮减速器》之后,还作为主要编制起草方起草了《小模数精密齿轮传动装置试验方法》等国家标准。

      公司也成为江苏省认定的高新技术企业,其生产的精密谐波减速器获得江苏省2014年中小企业“专精特新”产品,获得2014年度高工机器人零部件类金球奖等,如今的绿的正在谋求更多资本的支持以实现更大的技术创新和规?;?。

      3、未来发展

      综合来看,绿的作为一家从事工业元器件的行业企业,能够成功的关键在于其“走了原创的路”,始终把自主创新作为发展的重要手段,以实现核心技术、关键共性技术的自主研发和产业化为追求,每年在研发上的投入都超过企业营收的10%,而且形成了谐波减速器全产业链平台。

      虽然全球有多家企业同样在生产谐波减速器,但主要用于军品和国家项目,暂时还达不到小型机器人谐波减速器的要求,而绿的具有很强的竞争优势,这使得绿的的利润水平得以大幅提升,从代工时不到10%到有了自己的品牌后能够轻松实现百分之四五十的利润。

      利润反哺研发,形成正向循环。尽管在产能方面绿的和日本企业还差距较大,但是绿的好在效率更高,日本企业推出新品一般需要两到三年,绿的有时仅需半年,所以目前在谐波减速器领域,绿的保持着中国第一,世界第二的位置,而且未来发展前景广阔。

      谐波减速器应用到越来越高端的医疗、半导体等行业是未来发展趋势。随着60万台/年的50亩新厂房的投入使用,加上原有的20万台/年的产能,绿的在用户成本、产品交期、产品质量一致性、柔性化定制等方面将会迈上一个新的台阶。

      为适应协作机器人、服务机器人、特种机器人等的快速发展需求,绿的作为硬件厂商专注于精密加工制造等苦活、累活,协助整机厂商实现个性化、定制化的产品开发,从而有更多精力专注于系统控制、软件与集成应用等方面的工作。

      比如绿的适时推出的中空结构的一体化谐波减速模组,融合集成谐波减速器、超扁平力矩电机、EtherCAT总线型驱动器、绝对值中空编码器、制动器、智能传感器等于一体,大大节约了整机用户硬件加工、装配及测试成本,增强了整机产品的一致性和可靠性,简化了用户的安装使用时间和成本。

      谐波减速模组的集成化不是简单的硬件“1+1”,而是从设计、精密加工、智能制造和精密管控等方面实现大的提升,在设计、加工、装配、检测,减速模组等方面都具有非常高的精度、高转矩/体积比、低温升和超紧凑尺寸,能够实现极低振动和平滑运行,防护等级极高,胜任恶劣工作环境的综合性改进。

      然而,虽然近几年来国产减速器发展迅速,进口替代显著加快,订单不断增多,但要做到国产精密减速器领域健康有序的发展,还要从如下几个方面深挖产业背后的不足,认清行业发展现状以便能够更好地前行。

      首先,作为以原创技术和产品赢天下的绿的要坚决把握好整个技术体系。国内减速器产品若要突出日本企业的包围,形成具有竞争力的品牌,应该在做到技术跟踪的同时具有更高的追求,达到能够完成自主创新的水平。只有拥有具有自主知识产权的颠覆性创新技术,才能更快看到曙光。

      其次,制定全面系统的行业标准。目前减速器行业国际标准的缺失使得一部分企业在发展过程中比较迷茫。建立健全基于用户要求的行业标准有助于企业为客户提供高质量可持续的产品。

      第三,一定要严把质量关,无论是材料、热处理还是加工技术、质量体系的保障都非常重要。作为制造业大国,质量问题还是比较多的,所以,对于在一个新崛起的科技产业里如何建造一个好的质量体系,需要予以高度重视。

      第四,生态体系的建立事关行业发展全局和走向。绿的谐波作为行业领头羊,想要建立持续的领先优势,还需要构建好行业的整体生态,除去对上游厂家共性需求的把握,继续完善下游材料、检测以及评估体系也至关重要。

      绿的在谐波减速器方面的技术突破,迈出了中国机器人掌握核心技术的关键一步。但任重而道远,行业整体的发展还亟待提升,尤其是在工业机器人减速器技术方面的突破还有待努力。

      来源:砺石商业评论


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      蒲公英  1周前
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      太平盛世  1周前
      精密减速器、伺服电机和控制器是工业机器人的三大核心部件

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      小太阳  1周前
      随着机器人应用领域的不断拓展,中小型机器人需求大幅增加

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      大D  1周前
      攻克了小型机器人用精密减速器的技术和生产

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      浩天  6天前
      与汽车工业配套的都是大型机器人,均使用RV减速器

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      夏伟  6天前
      迈出了中国机器人掌握核心技术的关键一步。

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      sky  3小时前
      攻克了小型机器人用精密减速器的技术和生产

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