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伺服,如何在困局中突围
日期:2015-3-8 11:08:00    阅读:

伺服,如何在困局中突围-上海会通自动化科技发展有限公司总经理苏崇德论伺服发展

从伺服系统的三大部件:伺服电机、编码器、驱动器的各自发展来看,交流伺服电机还会是主流。电机本身将向高性能、高功率密度的方向发展。在相同功率输出的条件下,电机本身的体积将会越来越小。

苏崇德:松下伺服全球最大代理——上海会通自动化科技发展有限公司董事长兼总经理;从事工控行业40余年,对中国伺服市场发展起着巨大推动作用,对伺服行业有着非常深刻而独到的见解。本文由苏崇德先生本人亲自撰写。

今后伺服系统的发展方向:

从伺服系统的三大部件:伺服电机、编码器、驱动器的各自发展来看,交流伺服电机还会是主流。电机本身将向高性能、高功率密度的方向发展。在相同功率输出的条件下,电机本身的体积将会越来越小。如1.5KW以下的小功率AC伺服电机的体积现已只有原先传统的三相感应电机的1/10左右。这主要得益于电机制造技术本身的不断提高。如:高性能的磁性材料的采用,定子分割法工艺的集中绕组高密度绕线的采用,定子叠片的粘结工艺的采用。磁路的不断优化设计和热解析技术的应用使得电机的冷却性能也得到了不断提高。

与此同时,由于各种行业的特殊需求,伺服电机也会从通用的FA行业转向差异化,定向设计的道路。如免维修、无尘、防爆、无转矩脉动超高或超低额定转速微小型化,电机内部直接装有制动器、减速机、滚珠丝杠、联轴节、转矩温度传感器,编码器甚至驱动控制器的 ALL IN ONE一体化的伺服功能部件。

事实上,在传统的FA行业以外,特别是在家电、汽车电子、纺织、航空电子、机械等行业,各种直流无刷伺服电机已经得到了广泛和大量的应用。传统意义上的带换向器的直流伺服电机正在被这种直流无刷的伺服电机所取代。尤其在微小功率的应用范围,它有无可替代的低成本、小体积、高可靠性(通常无需光电编码器反馈),可干电池供电等优越性。所以其实际使用数量将是非常可观的。

对于反馈的编码器部件来说,其发展主要还在于小型化、低成本、高分辨率、 高可靠性、网络化、高响应、省接线、绝对值编码等方向。从结构上来讲,为了降低成本,日系的主流伺服电机所用编码器都已从整体式变为分离式。为了提高分离式编码器的可靠性,从安装方式上作了改进,已溶入电机的后轴承支承座的一体化设计。由于正弦波内插技术的采用,分辨率得到了很大的提高,从早期的210已发展到224—228 /每转。这对于提高伺服电机的低速控制的稳定性 减少低速脉动有很大帮助。但对于提高位置控制的精度没有直接效果。当然也有采用类似于螺距补偿一样的软件补偿,可以提高单圈的物理分辨率,从而实际提高定位控制的精度。这在分度转台机器人控制的使用中,可得到有效作用。也正是由于内插接技术的应用,使得旋转编码器也将会在严酷环境中的高精度伺服控制中得到更广泛的应用。现在已有224/每转分辨率的旋转编码器在伺服电机上的使用情况。编码器目前的串行通讯省线制的方式,其通讯频率还只能限于10M以下。随着伺服控制的高分辨率、高精度、高响应的要求日益增强,编码器通讯频率的提高也将会是一个主要方向。

最后,对于伺服驱动控制器来说,其发展方向借助于IT产业技术的发展,将会有更令人耳目一新的感觉。看一下如今的手机照相机等,其丰富多彩的各种功能不难想象有很多功能都是可以借鉴和移植到伺服驱动控制器上来的。

现在已有国内的企业将WIFI的无线通讯技术用到了伺服控制的参数写入 调整运行的监控等方面。USB的通讯技术触摸屏显示控制技术,现已经得到了应用。针对下一代的伺服驱动器的研发,已有不少企业正在考虑采用新一代手机所用的CPU和实时操作系统技术。大家都知道的傻瓜照相机技术,利用它外行人也能拍出很漂亮的照片。那么相信下一代的伺服驱动器一定也会带有这种一键自整定的功能,伺服的应用会变得越来越普及。因为其调整调试非常方便。若客户实在搞不定,就可以通过WIFI 让生产厂家的售后服务人员遥控诊断并解决。

从交流伺服电机的矢量控制技术本身来说已日趋完善普及。从实时操作系统的角度来看,它只是需要实时响应处理的一个功能模块。由于控制器的多功能、智能化要求,大量的信号处理,适应控制需要的各种数学模型的建立与运行,网络通讯等各个功能模块将会在实时操作系统的统一调度和管理下得到正确可靠的运行。

因此,下一代的伺服驱动控制器将会是一个集各种现代控制技术之大成的结晶,而并非是传统意义上的功率放大器。

面对2012年国内市场的严峻局面,国内的伺服生产厂将如何应对?

首先要搞清楚,在市场需求总量下降的相同条件下,国产伺服要比日系 台系的下降比例高的多的原因何在?

由于这两年,各高校从理论上以及各CPU 、DSP 生产厂为了自己的芯片销售,对交流矢量控制的普及作了很多实际工作,因此国产伺服驱动器的生产厂的数量有了很大的增长,很类似于10年前步进驱动和电机增长的势头。

以原先机床行业为主的伺服先驱们,仅管有数十年来政府的不断补贴和政策扶持,但是从产品技术上来讲,还只停留在单惯量伺服控制上,还难以应对各种变惯量,低刚性的机械结构。另外,无论是生产能力还是对扩展到通用FA行业中的应用都缺乏足够的准备和生产推广应用能力。相反,许多在变频器行业获得较好发展的佼佼者,为了自身的纵向发展,纷纷一拥而上,在没有做好充分准备的情况下跳进了伺服这个深水池,现在呛水也属正常。

这些跳进来的生产厂,以上市公司为多。虽然财大气粗,但是缺乏对伺服这个行业的深入细致的了解,以为矢量控制技术没问题,就急于在各个行业铺摊子,扩大生产产量和销售。但是他们都忘了,作为伺服系统,还有电机和编码器这两部分,正是他们的软肋。有的根本没看到这一点;有的看到了,也收购了相关的国内生产厂。殊不知,由于体制、企业文化的不同,国内企业并购成功的比例本来就不高,所以很难形成强强联合,1+1+1>3的结果。现实是::和日系相比,每一部分的故障率如果是要高30%的话 那么整个伺服系统的故障率就会高出一个数量级。再加上由于日系各厂家本身的相互竞争,每年在以将近10%的速度降价,挤压着国产厂家的生存空间。价差日益缩小,性能质量的差距却在增大,作为用户他们的选择那就可想而知了。

今年上半年,由于苹果手机和平板电脑的关联产业的支撑,日系伺服的总体销售量 特别是松下 安川,并无多少下降。从7月开始,苹果关联产业的需求告一段落,其他产业的不景气特显。日系的新一轮降价又开始了,相信,今年下半年到明年一年将是国产伺服生产厂的洗牌期。

面临严酷的竞争环境,国产伺服生产厂该怎么办?

分析日系各品牌的生产厂,目前纷纷到国内来设厂,原因就是中国还有8%的增长率,尤其是FA的需求,伺服市场需求总量还是相当可观,还会不断增长,国产伺服面临的将是优胜劣汰的市场竞争选择而已。

缩短产业链,狠抓生产管理,下苦功不断提高产品质量,扩大产能, 降低成本,努力扩展市场,走产品差异化 系统集成化或许是生存的唯一之路。

想一下,日系中的前三位,哪一家不是从驱动器 电机到编码器都自己生产的?自己不生产编码器的日系厂家,只能排到第二梯队。台湾企业也一样。谁拥有编码器生产能力,谁就拥有生存机会。

日系将生产工厂移到国内,除贴近市场需求外,最重要的还是为了降低生产成本。以松下为例,它是最早在中国珠海设厂的。他当初搬场的宗旨和终极目标就是用中国产的元器件,用中国的工人。运用松下的生产管理技术,再加上松下的品牌效应,以比国产伺服高出10%的价格,像家电一样的数量来生产伺服。这就是世界工厂的概念。如今市场萎缩的情况下,松下也在走系统集成化,产品差异化之路。松下正在和上海杰先自动化系统有限公司合作,开发基于以太网络技术 智能化的,含上位机控制功能的新一代伺服驱动系统。其目的也是为了降低系统集成的成本,提高产品的适应能力,进一步扩展市场。

另外,台湾的上银公司原本只是一个丝杠导轨的主流生产厂,现如今已收购了以色列的一家伺服生产厂,并批量投产。他们也无非是为了提高整体的系统集成能力。所以,国内众多的伺服生产厂,相信一定会吸取经验教训, 走出困境, 迈向正确的方向,取得市场的应有地位。

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