/機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 鄧偉/

展望未來，隨著伺服價格的不斷下降、交流伺服的市場接受度不斷上升，中低端市場有非常大的增長空間，因此本土廠商仍將有很大作為；同時臺灣、日本廠商也將在整個市場的擴(kuò)大中獲益，歐美品牌的市場占有率將逐漸下降，但仍將保持很高的毛利水平。

一、交流伺服系技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

（一）國外技術(shù)發(fā)展概況

電動機(jī)、驅(qū)動、傳感和控制技術(shù)等關(guān)聯(lián)技術(shù)的不斷變化、造就了各種各樣的配置。就電動機(jī)而言，可以采用盤式電機(jī)、無鐵心電機(jī)、直線電機(jī)、外轉(zhuǎn)子電機(jī)等；驅(qū)動器可以采用各種功率電子元件；傳感和反饋裝置可以是不同精度、性能的編碼器、旋變和霍爾元件甚至是無傳感器技術(shù)；控制技術(shù)從采用單片機(jī)開始，一直到采用高性能DSP和各種可編程模塊，以及現(xiàn)代控制理論的實(shí)用化等等。交流伺服系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，一直隨著用戶的需求而不斷發(fā)展。

貝加萊（B&R）工業(yè)自動化公司推出的AcoposMulti驅(qū)動系統(tǒng)采用模塊化的可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，每個軸模塊可以提供1～2個伺服軸控制，并集成了一個24VDC的輔助電源模塊，為驅(qū)動器、控制器和外圍設(shè)備提供了一個到直流總線的鏈接，來獲得開路、短路和過載保護(hù)。

艾默生控制技術(shù)（Emerson Control Techniques）公司Unidrive及其他交、直流驅(qū)動器產(chǎn)品。Unidrive 驅(qū)動器覆蓋功率范圍從0.55～675kW，變換不同的控制軟件可以驅(qū)動異步電機(jī)、永磁同步伺服電機(jī)和無刷直流電機(jī)。

Rockwell Automation公司PowerFlex驅(qū)動技術(shù)。PowerFlex應(yīng)用公共工業(yè)協(xié)議（CIP）運(yùn)動應(yīng)用協(xié)議，有望無縫同步在同一系統(tǒng)中運(yùn)行的多軸伺服與變頻驅(qū)動器中。這些通訊協(xié)議都為多軸實(shí)時同步控制提供了可能性，也被一些高端伺服驅(qū)動器集成進(jìn)去。

施耐德電氣(Schneider Electric)Lexium 05型伺服控制器具有和VFD變頻器一樣外形。其智能、集成電機(jī)與控制器產(chǎn)品（Icla）主要有以下三個電機(jī)版本:步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)與三相無刷直流電機(jī)。Icla（來源于“集成、閉環(huán)、執(zhí)行器”的首字母縮寫）將電機(jī)、位置控制、功率電子與反饋集成在一個緊湊單元中。

包米勒（Baumuller）公司提供的帶集成行星齒輪傳動系的高性能伺服電機(jī)，擁有高達(dá)98%的效率和很低的噪音；直接驅(qū)動型高力矩伺服電機(jī)，可以在100～300rpm范圍內(nèi)輸出13500Nm。

（二）國內(nèi)技術(shù)發(fā)展概況

我國從20世紀(jì)70年代開始跟蹤開發(fā)交流伺服技術(shù)， 80年代之后開始進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，直到2000年國產(chǎn)伺服停留在小批量、高價格、應(yīng)用面狹窄的狀態(tài)，技術(shù)水平和可靠性難以滿足工業(yè)需要。2000年之后，國內(nèi)幾家單位開始推出自己品牌的交流伺服產(chǎn)品。目前國內(nèi)主要的伺服品牌或廠家有華中數(shù)控、廣數(shù)、南京埃斯頓、森創(chuàng)（和利時電機(jī)）等，但主要集中在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域。

交流伺服系統(tǒng)的性能指標(biāo)可以從調(diào)速范圍、定位精度、穩(wěn)速精度、動態(tài)響應(yīng)和運(yùn)行穩(wěn)定性等方面來衡量。低檔的伺服系統(tǒng)調(diào)速范圍在1:1000以上，一般的在1:5000～1:10000，高性能的可以達(dá)到1:100000以上；定位精度一般都要達(dá)到±1個脈沖，穩(wěn)速精度；尤其是低速下的穩(wěn)速精度比如給定1rpm時，一般的在±0.1rpm以內(nèi)，高性能的可以達(dá)到±0.01rpm以內(nèi)。動態(tài)響應(yīng)方面，通常衡量的指標(biāo)是系統(tǒng)最高響應(yīng)頻率，即給定最高頻率的正弦速度指令，系統(tǒng)輸出速度波形的相位滯后不超過90°或者幅值不小于50%。

二、交流伺服系統(tǒng)行業(yè)市場狀況

（一）國外行業(yè)市場概況

根據(jù)ARC 2001年的報告，當(dāng)年全球伺服驅(qū)動的市場規(guī)模是20.67億美元，2001年到2006年的復(fù)合增長率在7%以上，預(yù)計全球伺服系統(tǒng)的市場規(guī)模在2006年會達(dá)到29億美金左右（該預(yù)測包括了交流伺服和步進(jìn)電機(jī)）。現(xiàn)在回過頭來看，恐怕已經(jīng)不止這個數(shù)據(jù)，這中間經(jīng)歷了911等因素造成的2002、2003年的市場衰退和2004年之后的恢復(fù)性增長。2006年之后增長率在10%以上，未來增長率會有所提高。

目前，國外品牌來自日本、德國和美國：日本品牌有安川、發(fā)那克（Fanuc）、HYPERLINK三菱電機(jī)、松下、三洋、富士等；美國有羅克維爾（Rockwell Automation）、達(dá)那赫（Danaher）、帕克（Parker）等；德國有西門子（Siemens）、博世力士樂（Bosch Rexroth）、施耐德（Schneider）等。其中，日本品牌以良好的性能價格比和較高的可靠性占據(jù)了大量市場份額，而且本地化生產(chǎn)的策略進(jìn)一步增加了在價格和快速交貨方面的籌碼。歐美品牌在高端設(shè)備和生產(chǎn)線上比較有競爭力，其市場策略是高性能、高價格，以全套自動化解決方案作為賣點(diǎn)。

（二）國內(nèi)行業(yè)市場概況

國內(nèi)交流伺服的市場規(guī)模2006年估計在20億人民幣左右，市場規(guī)模近幾年一直保持了大于25%的年復(fù)合增長率，在所有自動化產(chǎn)品中當(dāng)屬發(fā)展最快之列。而且隨著世界制造業(yè)加速向中國轉(zhuǎn)移，國產(chǎn)數(shù)控裝備在國家政策的扶持下快速向高性能、高附加值發(fā)展，國產(chǎn)交流伺服系統(tǒng)的性價比快速提高，交流伺服系統(tǒng)的市場會繼續(xù)保持快速增長的勢頭，預(yù)計年平均增長率會維持在20%以上。

交流伺服國內(nèi)的品牌主要有和利時電機(jī)、華中數(shù)控、廣數(shù)、蘭州電機(jī)、南京埃斯頓等廠家。其中和利時電機(jī)面向整個自動化產(chǎn)業(yè)機(jī)械市場提供步進(jìn)、無刷、伺服等系列產(chǎn)品，在技術(shù)上和品牌上有一定優(yōu)勢；華中數(shù)控、廣數(shù)和蘭州電機(jī)等主要集中在數(shù)控機(jī)床行業(yè)。

中國伺服產(chǎn)品的用戶區(qū)域主要分布在華東、華南和華北。華東市場是伺服最大的消費(fèi)市場，而且這個趨勢會持續(xù)下去。伺服驅(qū)動廠商面臨用戶和OEM廠家不斷變化的需求的挑戰(zhàn)，伺服驅(qū)動器的上位機(jī)可以是CNC系統(tǒng)、通用運(yùn)動控制器和PLC，還有各種嵌入式控制器，他們必須不斷推出多樣化的產(chǎn)品，滿足所有運(yùn)動控制領(lǐng)域的要求。從長遠(yuǎn)來看，伺服廠商的關(guān)鍵成功因素應(yīng)該是產(chǎn)品的性價比、可靠性、技術(shù)含量、以及市場份額和品牌影響力。

三、行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向及趨勢

伺服系統(tǒng)在機(jī)電設(shè)備中具有重要的地位，高性能的伺服系統(tǒng)可以提供靈活、方便、準(zhǔn)確、快速的驅(qū)動。隨著技術(shù)的進(jìn)步和整個工業(yè)的不斷發(fā)展，伺服驅(qū)動技術(shù)也取得了極大的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)已進(jìn)入全數(shù)字化、交流化和智能化的時代。

代表著伺服系統(tǒng)發(fā)展水平的主導(dǎo)產(chǎn)品——伺服電機(jī)和伺服控制器，追求高性能、高速度、數(shù)字化、智能型、網(wǎng)絡(luò)化的驅(qū)動控制，以滿足用戶較高的應(yīng)用要求。高性能的伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）高效率化

主要包括電機(jī)本身的高效率，比如永磁材料性能的改進(jìn)和更好的磁鐵安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計、驅(qū)動系統(tǒng)的高效率化及逆變器驅(qū)動電路的優(yōu)化等。

（2）全數(shù)字控制高性能化

用先進(jìn)相位控制理論，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的零相位誤差跟蹤控制，完全克服伺服滯后，為單軸的高精度控制提供所必要的技術(shù)措施。

（3）智能化

現(xiàn)代交流伺服驅(qū)動器應(yīng)具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能，絕大多數(shù)進(jìn)口驅(qū)動器都具備負(fù)載慣量測定和自動增益調(diào)整功能。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補(bǔ)運(yùn)動等控制功能和驅(qū)動結(jié)合在一起。

（4）集成化

功率智能模塊，將保護(hù)、驅(qū)動、功率開關(guān)集成到一個模塊上，實(shí)現(xiàn)高度集成化、多功能。同一個控制單元，只要通過軟件設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，就可以改變其性能，既可以使用電機(jī)本身配置的傳感器構(gòu)成半閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，又可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構(gòu)成高精度的全閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

（5）模塊化和網(wǎng)絡(luò)化

最新的伺服系統(tǒng)都配置了標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口（如RS-232C或RS-422接口等）和專用的局域網(wǎng)接口。這些接口的設(shè)置，顯著地增強(qiáng)了伺服單元與其他控制設(shè)備間的互聯(lián)能力，從而與CNC系統(tǒng)間的連接也由此變得十分簡單，只需要一根電纜或光纜，就可以將數(shù)臺，甚至數(shù)十臺伺服單元與上位計算機(jī)連接成為整個數(shù)控系統(tǒng)，也可以通過串行接口，與可編程控制器（PLC）的數(shù)控模塊相連。

（6）通用化

通用型驅(qū)動器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單功能，便于用戶在不改變硬件配置的條件下，方便地設(shè)置成V/F控制、無速度傳感器開環(huán)矢量控制、閉環(huán)磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機(jī)控制及再生單元等五種工作方式。適用于各種場合，可以驅(qū)動不同類型的電機(jī)，也可以適應(yīng)不同的傳感器類型甚至無位置傳感器。

四、行業(yè)應(yīng)用及市場發(fā)展趨勢

（一）應(yīng)用發(fā)展趨勢

現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)最早被應(yīng)用到宇航和軍事領(lǐng)域，逐漸進(jìn)入到工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。工業(yè)應(yīng)用主要包括高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和其他廣義的數(shù)控機(jī)械，比如紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體設(shè)備、郵政機(jī)械、冶金機(jī)械、自動化流水線、各種專用設(shè)備等。其中伺服用量最大的行業(yè)依次是：機(jī)床、食品包裝、紡織、電子半導(dǎo)體、塑料、印刷和橡膠機(jī)械。

（二）市場發(fā)展趨勢

交流伺服系統(tǒng)的市場范圍不斷擴(kuò)大，越來越多取代機(jī)械傳動、液壓和氣動傳動系統(tǒng)；交流伺服不斷取代直流伺服的市場份額，導(dǎo)致直流伺服在整個伺服市場的占有率從目前的不到15%每年大約下降0.5%；同時交流伺服成本和尺寸不斷縮小，也在蠶食高端步進(jìn)電機(jī)的市場，但是步進(jìn)電機(jī)本身也在不斷提高自己的競爭能力，不斷延伸市場空間，因此在受到?jīng)_擊的同時市場也在擴(kuò)大，只是速度可能不如交流伺服這么快而已。

國際交流伺服市場處于恢復(fù)性增長狀態(tài)，而國內(nèi)市場在未來仍將維持高速增長。國外運(yùn)動控制廠商通過購并和聯(lián)盟迅速擴(kuò)大自己的實(shí)力，謀求一站式解決方案提供商的地位，許多新生的小企業(yè)具備獨(dú)特的技術(shù)或其他核心能力，也會找到屬于自己的生存空間，并因此得到更多投資。國際范圍內(nèi)，政府和國際標(biāo)準(zhǔn)的不斷發(fā)展給伺服產(chǎn)業(yè)帶來深遠(yuǎn)影響，比如美國的能源法案EPactII對電機(jī)系統(tǒng)能效的規(guī)定和UL、NEC（NFPA）標(biāo)準(zhǔn)對安全的規(guī)定，歐盟的RoHS、WEEE和CE標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)保和安全的規(guī)定等。

展望未來，隨著伺服價格的不斷下降、交流伺服的市場接受度不斷上升，中低端市場有非常大的增長空間，因此本土廠商仍將有很大作為；同時中國臺灣地區(qū)、日本廠商也將在整個市場的擴(kuò)大中獲益，歐美品牌的市場占有率將逐漸下降，但仍將保持很高的毛利水平。市場調(diào)查，目前國內(nèi)市場上覆蓋面最廣的10個品牌分別是：西門子、三菱、安川、蘭電、松下、Fanuc、華中數(shù)控、ABB、和利時電機(jī)和AB（屬于Rockwell Automation）。調(diào)查顯示國產(chǎn)企業(yè)比如和利時電機(jī)、華中數(shù)控、蘭州電機(jī)等企業(yè)，經(jīng)過多年的研發(fā)推廣，在這個市場中做的有聲有色，在產(chǎn)品覆蓋面上占有一席之地，但是國產(chǎn)品牌的客戶忠誠度和影響力明顯不如進(jìn)口品牌。國產(chǎn)品牌不僅在產(chǎn)品的性能、質(zhì)量與品種上都有所欠缺，在技術(shù)儲備、生產(chǎn)能力和資本實(shí)力上的巨大差距更不是一兩天可以彌補(bǔ)。國產(chǎn)品牌要想突圍，除了需要耐心和持續(xù)投入之外，還需要在競爭策略方面走差異化路線。

但我們相信，在中國交流伺服市場發(fā)展的過程中，一定會出現(xiàn)強(qiáng)勢的國產(chǎn)品牌，國際廠商也必然從中獲益；在諸強(qiáng)博弈中讓廣大客戶受益，最終促進(jìn)整個行業(yè)的成熟。

五、對相關(guān)政府部門的意見與建議

面對巨大的市場發(fā)展機(jī)遇和國外產(chǎn)品的競爭，我國交流伺服行業(yè)的發(fā)展還需要多方面力量的支持。

1）加強(qiáng)行業(yè)協(xié)會的作用。行業(yè)協(xié)會應(yīng)該對行業(yè)企業(yè)起到協(xié)調(diào)、引導(dǎo)作用，通過組織和舉辦行業(yè)發(fā)展研討會等方式，統(tǒng)一行業(yè)企業(yè)認(rèn)識，出面協(xié)調(diào)行業(yè)企業(yè)與政府、社會、上下游客戶的相互關(guān)系，積極協(xié)助政府落實(shí)有關(guān)節(jié)能降耗政策。2）加強(qiáng)科研經(jīng)費(fèi)支持力度。高性能交流伺服技術(shù)是相對高端的產(chǎn)品，科研經(jīng)費(fèi)大力投入是開展相關(guān)研究工作的前提，可保障科研工作順利且有效地進(jìn)行。3）進(jìn)一步加強(qiáng)人才培養(yǎng)、技術(shù)研發(fā)和新產(chǎn)品開發(fā)，提高技術(shù)含量。交流伺服行業(yè)是新的需要跨行業(yè)理論和技術(shù)積累的高科技行業(yè)，是結(jié)合理論、設(shè)計和工藝在一起的綜合調(diào)速節(jié)能方案的實(shí)施過程。4）大力加強(qiáng)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作的開展。希望盡快出臺交流伺服設(shè)備獨(dú)立可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，使該領(lǐng)域的生產(chǎn)、檢測、驗(yàn)收等方面的標(biāo)準(zhǔn)得以完善。