我國伺服驅動產業現狀及發展建議

藍色童話

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一、伺服驅動技術發展概況
伺服控制是指采用自動控制技術，控制各種設備按預定方式運動。伺服驅動系統是機電一體化產品的“手和腳”，對機電一體化產品的精度、剛度、動態特性等有極為重要的影響，是工廠自動化、數控機床、機器人等機電一體化產品中的重要驅動部件。一套完整的伺服驅動系統包括伺服驅動器和伺服電機、連接電纜等。
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+ I6 l% x) X3 G) B伺服系統的發展經歷了從液壓、氣動到電氣的過程。電氣伺服系統的發展則經歷了從直流有刷伺服驅動、直流無刷伺服驅動到永磁同步交流無刷伺服驅動三個階段。伺服驅動器的控制方案從早期的模擬控制系統發展到現代的基于DSP控制的全數字控制系統。由于交流伺服驅動系統具有高能量密度、高性能、免維護（無炭刷、換向器等磨損元部件）、高可靠性等特點，目前隨著微處理器技術、大功率高性能半導體功率器件技術、電機永磁材料制造工藝的成熟與完善，其功率日益提升，性價比也越來越高，已經逐漸成為主流，特別是隨著我國制造業的轉型，升級，對加工設備提出了高速度、高精度、高效率的要求，交流伺服驅動系統的應用范圍日益廣泛，越來越多地取代機械傳動、液壓和氣動傳動系統；交流伺服不斷取代直流伺服的市場份額，導致直流伺服在整個伺服市場的占有率從目前的15％左右，每年大約下降0.5%；同時交流伺服成本和尺寸不斷縮小，逐步取代步進驅動系統，成為工業領域實現自動化的基礎技術之一。
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' v, K; L9 B8 e, j4 @1 G二、現代伺服驅動的主要應用領域
& A( F7 j3 Q  E. i# _4 y3 v現代交流伺服系統最早被應用到宇航和軍事領域，比如火炮、雷達控制。上世紀70年代逐漸進入到工業領域和民用領域。工業應用主要包括數控機床、機器人和其他廣義的數控機械，比如紡織機械、印刷機械、包裝機械、醫療設備、半導體設備、郵政機械、冶金機械、自動化流水線、各種專用設備等。其中伺服用量最大的行業依次是：機床、食品包裝、紡織、電子半導體、塑料、印刷和橡膠機械，這些行業對伺服驅動器的需求旺盛。
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2006年伺服系統在中國市場收入約36160萬美元，增長26.8%，預計在2011年將達到95380萬美元，年增長率及預計增長率都超過20%。

. c$ ~( t) C. c: v$ g' @- l目前，我國已成為世界第一機床消費大國和生產大國，就國內外的市場現狀看，普及型和高檔數控機床使用交流永磁無刷伺服系統代替步進驅動系統已經成為標準配置，其年需求量在20萬套以上，部分高檔數控機床開始采用交流永磁直線伺服系統如力矩電機、直線電機等。
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" k! j5 Q7 w9 r& \在工業機器人領域，交流永磁伺服系統得到大量應用。工業機器人擁有多個自由度，每臺工業機器人需要的伺服驅動系統數量在6套以上。目前世界范圍內工業機器人擁有量超過150萬臺，機器人的需求量年增長在30％以上。國際上工業機器人采用的伺服系統屬專用系統，多軸合一，模塊化，特殊的散熱結構，特殊的控制方式，對可靠性要求極高。
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在注塑機領域，我國的注塑機年產量已達10萬臺，占世界注塑機總產量的2/3以上。注塑機的發展趨勢是從油電式向全電式方向發展，預計在3-5年內可能會形成油壓、全電、油電“三分天下”的局面。若電動注塑機占總產量的20%計，注塑機用伺服驅動器一年的需求量達24萬臺。
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我國包裝機械已成為機械工業中的十大行業之一。2005年我國包裝機械產量已達到67萬臺(套)，到2010年將增至93萬臺(套)，包裝機械中的大部分使用的普通或小型電機，對大容量伺服驅動系統的年需求估計在4萬套以上。
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我國是一個紡織機械生產大國，但是在機電一體化方面的自動化、連續化、高速化、智能化水平與世界先進水平相比還有很大差距，應用伺服的比例較低，是未來交流伺服大批量應用的重要行業之一。目前已有高檔梳棉機、帶自動調勻整的并條機、新型粗紗機、數控細紗機、分條整經機、漿紗機、園網印花機等設備都應用了交流伺服運動控制產品，伺服年用量有5萬套左右，且幾乎全部是進口產品。
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: i- k5 J! _+ F5 H, [# m; l; [我國已成為世界上最主要的工業縫紉機生產和消費國，2005年，國內工業縫紉機產值達到200多億元，年產量700萬臺，占世界產量的70%。其中大量采用交流伺服驅動系統。
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6 x. a8 d, k) P4 ^4 W- C( w1 C) E7 o我國是風力資源大國，風力發電是國內政策支持的重點領域，其中伺服驅動系統用于槳葉調整與方向控制，目前的需求量在5萬套/年左右，并且以中、大功率為主，銷售額超過50億人民幣，由于性能指標要求較高，現階段大量采用國外產品，需求量增長很快。

三、中國伺服驅動產業現狀
我國在20世紀80年代初期通過引進、消化、吸收國外先進技術，又在國家“七五”、“八五”、“九五”期間對伺服驅動技術進行重大科技攻關，取得了一定成果。
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80年代，我國曾花巨資引進國外的伺服驅動技術。但由于其引進的技術屬淘汰的落后技術，自主消化吸收沒有突破，導致沒有實現產業化。慘痛的歷史教訓使我們明白了一個硬道理：對于伺服驅動這樣的戰略高技術，靠花錢引進根本辦不到，盲目效仿國外，也只會落后挨打，受制于人，唯一的出路，就是走自主創新之路。

5 l# D4 F7 j  M9 ]華中科技大學是我國自主創新的伺服驅動技術的發源地之一。“八五” 期間，華中科技大學的自控系和電力系分別開始了伺服驅動的研發工作。1996年，自控系與華中數控合作，共同研制基于單片機的模擬數字混合式（電流環是模擬量）交流伺服驅動和主軸驅動（HSV-9系列），后來又開發了基于DSP的全數字交流伺服驅動裝置（HSV-16/18/20）并投入大批量生產，被評為國家攻關重大成果和國家重點新產品，到目前為止已累計生產銷售五萬多臺。華中科技大學電力系與廣州數控、上海開通數控等單位合作，研制的伺服驅動技術也已實現產業化。

/ I) @0 H: u9 W% d) L- v4 j北京航天數控公司生產的DSCU系列全數字伺服控制單元和DSSU系列全數字主軸控制單元、北京凱奇數控設備成套有限公司生產的全數字伺服控制單元和全數字主軸控制單元及電機也已經得到了大規模應用，進給伺服功率范圍20W—7.5KW，主軸伺服功率范圍3.5KW到22KW，可以滿足企業實際需要。

& V8 A+ Q4 T9 _& B# V6 U5 G北京時光科技公司自主研發的“全數字化交流伺服控制技術”，采用32位微處理器為基礎的系統級芯片和智能化功率器件，成功實現了對三相交流異步電機（鼠籠式電動機）的高精度伺服控制。基于此項技術研制生產的IMS系列伺服控制器可通過編程方式，靈活、準確地對電機的位置、轉速、加速度和輸出轉矩實現高精度控制，其產品能廣泛應用于機床、電梯、包裝機械、印刷機械、塑料機械、搬運機械、電動車及自動化生產線等各種領域，用戶反映良好。其他銷量較大的伺服驅動產品還有廣州數控等一些企業。

$ v" V8 T; n. h: H! s應該說，目前，我國已部分掌握伺服驅動裝置及伺服電機的設計制造技術，形成了一定的產品系列和自主配套能力，但產品性能、可靠性方面，與國外產品還存在一定差距。特別是在全數字化的高性能伺服驅動技術方面，與國外名牌企業仍存在較大差距，已成為制約我國發展中高檔數控系統產業的“瓶頸”。國外品牌占據了中國交流伺服市場85％左右的份額，他們來自日本、德國和美國。國外品牌的主要劣勢在售前、售后服務，昂貴的服務和維修成本和維修周期讓國內用戶難以接受。
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四、發展我國伺服驅動產業的建議
& I% m% k- L* m9 \) k" P8 \& o作為數控機床的重要功能部件，伺服驅動和伺服電機是影響數控系統性能的重要功能部件。伺服驅動和伺服電機的成本占到數控系統的總成本的1/2～3/4，因此，是否掌握自主的伺服驅動和伺服電機技術，是決定一個數控系統廠的市場綜合競爭力的決定性因素。希望國家加大對全數字伺服驅動系統研發和產業化的支持力度，瞄準國際先進水平，突破關鍵技術，提高國產伺服驅動產品的市場占有率。具體建議如下：

# Z% U, V# \* f# z% X（一）大力加強伺服驅動裝置的生產工藝技術的研究
在國家863計劃、科技部中小型企業創新基金和國家十五攻關成果基礎上，我國的伺服驅動裝置的控制平臺技術已經基本成熟。下一步產品化攻關重點是：可靠性設計和可靠性保證措施、產品結構和系列化設計、大批量生產工藝研究，使產品能滿足國家相關標準要求，滿足市場急劇增長的需求，擴大國產伺服驅動裝置的市場占有率。

（二）開展高性能伺服驅動裝置的性能測評和改進技術研究
加大對伺服驅動裝置測試手段的投入，開展伺服驅動的性能測評，以獨立、客觀、科學、實用的技術測試為依據，為我國伺服驅動技術的發展提供清晰的技術趨勢，把握真實的產品資料及合理的采購建議。

在此基礎上，支持國內企業開展高性能伺服驅動裝置的開發。縮小與國外高性能伺服驅動產品在高精度、高動態響應、高剛性、高過載能力、高可靠性、高電磁兼容性、高電網適應能力、高性價等方面的技術差距，提高我國產品的可靠性。

$ A2 G) \) U, D, l8 x/ _: r6 s（三）制訂伺服驅動和數控系統的數字化接口的中國標準
以數控系統和伺服驅動的數字化接口規范和標準這一共性技術為紐帶，形成國內數控系統產業的合作和聯盟，發揮各自的優勢，縮短開發周期、降低開發費用、形成相互配套，形成合力與國外數控系統廠商競爭，增強我國數控機床和數控系統在國際市場上的競爭力。掌握了數控系統和伺服驅動的數字化接口協議與標準的話語權，才能提高我國在國際標準化組織的地位，起到規范國內數控市場，影響國際數控公司，建立保護我國數控系統產業發展的技術壁壘。可以縮小我國數控系統行業與國外的技術差距，改變目前國內數控系統廠商之間的低價格、低水平競爭的狀況。

4 W. T/ x3 Z- n: I6 k9 P% g（四）加大投入，開發大推力直線伺服驅動裝置、大轉矩力矩伺服驅動裝置和高速主軸驅動裝置
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直接伺服驅動技術是未來伺服驅動技術發展的方向。數控機床采用直接伺服驅動技術，雖然省去中間變換環節，實現所謂零傳動，系統結構具有更加的合理性，但是作為一種新的應用技術還面臨許多現實的技術難題。諸如控制系統對參數攝動、負載擾動等許多不確定因素的抗干擾問題、伺服電動機的強制散熱問題、系統快速吸能制動問題及嚴格防塵隔磁措施等，所有這些實際問題有待于進一步解決和技術的進一步完善。

hzdfyy

對伺服驅動技術了解很少，長了不少見識，謝謝樓主，有時間多介紹一些基本知識讓我們學習學習。

zhuqing865

寫的好呀。頂--頂--頂--

見習生小王

伺服驅動行業的指導性文章，謝謝分享。

螺旋線

這就是傳說中的科技八股文。

舟航

都是大牛寫的，一般牛寫不出

basement

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) |2 V. `0 c* e2 V% i
真的很重要啊，為什么都是老外主導
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龍九禪師

上回見了南京西門子的樣品，那伺服馬達做的相當粗糙，，，，，還牛逼的不得了。
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# c! R1 x' U& Q- r一看就知道是掛個合資招牌的寨子做出來的，型號都跟西門子多了一個-C

stone_1045

空頭口號！

hxzz68955168

對伺服驅動技術了解很少，長了不少見識，謝謝樓主，有時間多介紹一些基本知識讓我們學習學習
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