《一文了解2020年全球及主要国家工业机器人发展现状与竞争情况》

  • 来源专题:装备制造监测服务
  • 编译者: zhangmin
  • 发布时间:2020-10-21
  •        全球工业机器人销量首次下滑

      2009-2018年,工业机器人全球销量波动上升,并在2018年达到了42.2万台。2019年,全球工业机器人销量为37.3万台左右,同比下滑了11.6%,这是近10年来除2012年以外的首次下滑。


      协作机器人将是未来工业机器人行业大力发展的方向

      工业机器人又分为传统工业机器人(非人机协作)以及协作机器人,其中全球传统工业机器人在2019年出货量达到35.5万台,同比下降12.56%;全球协作机器人出货量1.8万台,在低基数之下同比上升12.50%。


      传统工业机器人主要针对高端制造行业应用,往往体型巨大、安装编程周期长且部署成本高,单独的机器人无法直接用于工厂的生产线上,还需要很多外围设备的支持。传统工业机器人在导入电子等生产周期短、产品更新换代快的领域时,受准备启动时间和性价比等因素影响,应用往往不太顺利。而协作机器人重量轻、适应性强,一般制造业及中小型公司非常需要这样的机器人。并且协作机器人是以保护人类安全、实现人机共事为设计初衷设计的,是一种可以在一定区域内安全的与人类进行直接交互的机器人,其拥有两个特点:一是机器与人的互动,互相合作;一是机器的编程和维护非常方便。

      传统工业机器人由于价格昂贵,生产周期长无法满足中小企业需求,而协作机器人具有较低的综合成本、快速部署/重部署能力、简单上手的使用方法等优点,是未来机器人产业大力发展方向。


     中国是全球工业机器人供应的第一大国,但工业机器人密度相对较低

      2019年, 中国大陆工业机器人销量达到了14.05万台,其占全球销量的37.67%,成为全球工业机器人供应的第一大国。日本、美国、韩国和德国工业机器人销量分别为4.99万台、3.33万台、2.79万台和2.05万台,分别占全球销量的13.38%、8.93%、7.48%和5.50%。


      近年来,世界主要国家工业机器人密度均有所提升。2019年,中国大陆的工业机器人密度(工业机器人保有量/IFR统计的制造业就业人数)达到了187台/万人,相较2018年的140台/万人有了明显提升。我国工业机器人密度提升主要是由工业机器人保有量的提升与制造业从业人员数量的下降两项因素叠加共同带动的。但是我国工业机器人密度与传统工业强国德国、日本、韩国、新加坡等仍有较大差距,仅相当于日本的二分之一左右,相当于新加坡的五分之一左右。


      全球工业机器人运用行业分类呈现逐步扩散趋势

      全球工业机器人在下游应用行业中,汽车、电子领域的占比最高,在2019年分别达到了28.15%、23.59%。但是2019年相对于2018年而言,这两大领域的应用占比有所下降,其中汽车领域应用占比下降了5.02个百分点;电子领域应用占比下降了8.17个百分点;而在其他/未分类领域的应用占比从2018年的15.22%提升到了28.42%,提升了13.2个百分点。可见,全球工业机器人按照下游应用行业分类展现出行业间逐步扩散的趋势。


      以上数据及分析来源参考前瞻产业研究院发布的《中国工业机器人行业战略规划和企业战略咨询报告》。

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  • 《2020年全球新兴微电网市场发展现状》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-09-01
    • 微电网是一组相互连接的分布式能源(DERs)加用电负荷,或在明确定义边界内的单一能源资源加用电负荷。微电网能够在主电网无法到达的偏远地区独立运行,也可以与主电网并网运行。 彭博新能源财经(BloombergNEF)和国际组织SEforALL近期联合发布《2020年全球微电网市场报告》(以下简称《报告》),聚焦新兴市场微电网。为此,本刊记者专访BloombergNEF相关研究人员,围绕报告就相关问题进行探讨。本文也涉及到一些发达国家的微电网建设情况,这些国家的项目规模和目的往往与新兴市场不同。 记者:近年来,全球各地微电网是如何发展的?增长最快的市场在哪里? BloombergNEF:得益于光伏电池和锂离子电池成本的大幅降低,以及能源管理和控制技术的进步,过去十年里,世界各地安装的太阳能混合动力微电网不断增加,增长速度因地域而异。 微电网能够帮助地区解决电力供应和电力弹性等问题,在撒哈拉以南非洲、南亚、美国和澳大利亚,有更多的项目已经建成。据统计,截至2020年3月,撒哈拉以南非洲、亚洲和岛国(其中一些在拉丁美洲)共有7181个微电网项目在建/运。目前在运的微电网项目共计5544个,其中63%是光伏微电网或光伏混合微电网,21%接入水电,11%接入柴油/重油发电机。目前,现有微电网仅能满足农村小部分的电气化总需求。在欧洲等地区,我们还看不到微电网对电网系统有太多的渗透。 在全球范围内,美国和澳大利亚可能是微电网增长最快的市场。在美国,提高电力系统应对自然灾害的恢复能力是发展微电网的主要兴趣所在。在澳大利亚,我们看到一些新项目已经开始在偏僻孤立地区发展起来,如离网采矿场,用以节约能源成本,减少温室气体排放。 在新兴市场,预计尼日利亚将有更多的项目上线。目前尼日利亚有两个太阳能混合微电网融资项目,这两个项目的预算为2.2亿美元,由世界银行和非洲开发银行提供融资。 记者:请问,商业和工业客户对微电网项目的要求有何不同? BloombergNEF:总的来说,工业用户对高功率输出的需求往往比商业用户大,因此微电网系统的设计需要满足这种需求。一个微电网系统需要根据客户、负荷和位置进行定制。在新兴市场,农村地区的微电网往往既连接小型商业用户,又连接工业用户。 记者:请您简述一下微电网如何改变社区的发电和用电方式、提供灵活性? BloombergNEF:如果在安装微型电网之前,社区无法获得电力,那么微电网提供的电能不仅能够通过提供照明等基本服务改善农村家庭生活质量,而且能够使当地企业创收。使用微电网的影响是多种多样的,并根据项目的不同而有所不同。如果社区已经接入主电网,那么微电网通常会连接到主电网。一旦安装了微电网,电力将主要由微电网供电,但在一些情况下仍使用主电网电力。当主电网发生故障时,社区能够使用微电网的可靠电力。 对于一个并网的微电网来说,是否能将高水平分布式发电纳入到当地能源系统至关重要。微电网在为电力系统提供额外的灵活性和可再生能源集成方面发挥作用。从这一角度来看,微电网更适用于分布式可再生能源已经普及的发达国家。 记者:请问目前微电网技术模式有哪些? BloombergNEF:微电网的技术配置有许多种。技术模型会因发电、电池存储、负载和控制系统的不同而不同。很多发电技术都可以参与到微电网中。例如,在过去十年里已经出现了光伏混合动力微电网,而电池技术在微电网中的应用因项目而异。有些微电网项目将电动汽车充电器作为系统的一部分。 全球微电网市场中增长最快的部分是光伏混合微电网。现有微电网中有32%以柴油/重油(HFO)发电或水电作为电源,但是光伏是当今微电网最常用的发电技术。典型的现代微电网由光伏电源和储能系统组成。开发商倾向于采用铅酸电池,因为采用铅酸电池的前期投入成本较低。随着技术成本大幅下降,开发商也开始采用锂离子电池。经估算,2019年配置储能系统的微电网中有66%采用铅酸电池,32%采用锂离子电池,预计未来两者的市场份额会发生变化。此外,光伏混合微电网组合使用光伏和其他分布式能源,在度电成本和增长速度方面与主电网扩展形成竞争互补关系。 记者:随着可再生能源发电技术及数字化的发展,微电网有哪些变化和趋势? BloombergNEF:结合光伏、电池储能和化石燃料发电的太阳能混合微电网已成为主流。甚至在太阳能和储能技术出现之前就已经有了微电网,但这些系统通常只有一种单一的发电技术,如柴油或水力发电。 根据地理位置的不同,一些风力发电厂会接入微电网。从最优配置的角度来看,控制系统的先进性有助于多个分布式资源的集成,并将其作为一个单一的实体进行管理。远程连接、控制和数据分析为控制系统提供更多可行选择。有了新技术的支持,更加分散的小型分布式供电成为可能。远程监控技术已成为微电网的常用技术,对于安装在农村地区的孤立的微电网,工程师可以监控微电网的运行情况,并进行故障排除。 记者:微电网发展面临的挑战和机遇是什么? BloombergNEF:我们的《报告》聚焦的主要是新兴市场高水平微电网面临的关键性挑战。关键性挑战分别是保障微电网资产现金流的法规、客户需求波动性和项目规模。利益相关者需要应对这些挑战,以促进市场增长。 1.各地普遍缺乏微电网支持政策和法规,特别是保障微电网资产现金流的法规。 在需要对农村电气化进行持续投资的国家中,很少有国家政府机构做出明确规定来保障微电网所有者。而私人投资者往往倾向于支持政策最为有利的市场。 2.农村用户的用电需求通常比较有限,有时甚至无法支付电费。 农村微电网运营商面向的客户往往收入很少、支付能力有限,且需求不可预测天气条件、季节性和作物产量都会对客户支付能力产生直接影响。对于微电网运营商来说,这种不稳定的收入流对财务支持者的风险回报构成巨大风险。无法增加的农村用电需求、有限的用户支付能力也就意味着微电网项目距离实现盈亏平衡需要更长时间,用户的不可靠性是微电网在没有补贴的情况下实现经济可行性的最大障碍之一,这会阻碍私人投资者动用资金支持此类项目。《报告》跟踪了约21亿美元的微电网投资项目,其中能够按期支付的资金仅为13%左右,存在重大风险。 3.项目规模受限。 大多数微电网开发商都是小型企业或初创企业。近年来,随着光伏混合微电网市场的发展,大型和国际公司也开始参与微电网开发。部分企业的参与方式是收购电池储能系统、不间断电源(UPS)和软件控制技术企业;EDF、Enel、ENGIE、Iberdrola、壳牌和东京电力公司等电力企业和石油企业则与开发商合作,或对其进行投资。三井集团和住友集团等日本贸易公司也投资了微电网开发商。 大多数农村微电网的功率范围仅为10~100千瓦。私人投资倾向于更大的交易规模。因此,许多公司不愿投入必要的时间和精力为100万美元或更小金额的项目提供融资。 原文首发于《电力决策与舆情参考》2020年8月7日第31期
  • 《2017年国内外工业机器人控制器发展现状及品牌分析》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:姜山
    • 发布时间:2018-01-04
    • 控制器是工业机器人的三大核心零部件之一,也是工业机器人的大脑,它的好坏直接决定了机器人性能的优劣,因此,不管是ABB、KUKA,还是新松、新时达等国内外各大工业机器人供应商都不约而同地把控制器的主导权掌握在自己手中。 业机器人的发展目标,即开发满足用户需求的工业机器人系统集成技术、主机设计技术及关键零部件制造技术,突破一批核心技术和关键零部件,提升量大面广主流产品的可靠性和稳定性指标,在重要工业制造领域推进工业机器人的规模化示范应用。 作为全球最大的工业机器人市场,中国的工业机器人需求约占全球三分之一左右。在巨大的需求刺激以及国家政策的支持下,中国工业机器人产业也得到了长足的发展,根据相关统计资料显示,2017年1-11月,中国工业机器人累计产量11.817万台,跟去年同比增长68.8%,是增长最快的产品之一。 在此背景之下,工业机器人控制器也实现了爆发式增长。据预测,2017年机器人控制器市场规模达8.78亿元。控制器、软件与本体一样,一般由机器人厂家自主设计研发。目前国外主流机器人厂商的控制器均为在通用的多轴运动控制器平台基础上进行自主研发,各品牌机器人均有自己的控制系统与之匹配。因此,控制器的市场份额基本和机器人保持一致,国内企业控制器尚未形成市场竞争优势。 工业机器人控制器研究现状 随着微电子技术的快速发展,为处理器的性能越来越高,价格越来越便宜。高性价比的微处理器使得开发低成本、高性能的工业机器人控制器成为可能。 为了保证系统具有足够的计算与存储能力,目前工业机器人控制器多采用计算能力较强的ARM系列、DSP系列、POWERPC系列、Intel系列等芯片组成。此外,由于已有的通用芯片在功能和性能上不能完全满足某些工业机器人系统在价格、性能、集成度和接口等方面的要求,这就产生了工业机器人系统对SoC(SystemonChip)技术的需求,将特定的处理器与所需要的接口集成在一起,可简化系统外围电路的设计,缩小系统尺寸,并降低成本。 目前国际上还没有专用于工业机器人系统中的伺服通信总线,在实际应用过程中,通常根据系统需求,把常用的一些总线,如以太网、CAN、1394、SERCOS、USB、RS-485等用于工业机器人系统中。 在控制器体系结构方面,其研究重点是功能划分和功能之间信息交换的规范。在开放式控制器体系结构研究方面,有两种基本结构,一种是基于硬件层次划分的结构,该类型结构比较简单,在日本,体系结构以硬件为基础来划分,如三菱重工株式会社将其生产的PA210可携带式通用智能臂式工业机器人的结构划分为五层结构;另一种是基于功能划分的结构,它将软硬件一同考虑,其是工业机器人控制器体系结构研究和发展的方向。 由于硬件大多都是外购,工业机器人供应商几乎都能买到相同的硬件,而软件往往就成为了工业机器人控制器的核心,大部分工业机器人供应商都有自己独立的开发环境和工业机器人编程语言,很多大学在工业机器人开发环境(RobotDevelopmentEnvironment)方面已有大量研究工作,提供了很多开放源码,可在部分工业机器人硬件结构下进行集成和控制操作,目前已在实验室环境下进行了许多相关实验。 随着工业机器人控制技术的发展,针对结构封闭的工业机器人控制器的缺陷,开发“具有开放式结构的模块化、标准化工业机器人控制器”是当前工业机器人控制器的一个发展方向。 下面我们来看看国内外各大工业机器人控制器品牌的现状。 ABB IRC5控制器是ABB研发的工业机器人控制器,由一个控制模块和一个驱动模块组成,可选增一个过程模块以容纳定制设备和接口,如点焊、弧焊和胶合等。配备这三种模块的灵活型控制器完全有能力控制一台6轴工业机器人外加伺服驱动工件定位器及类似设备。如需增加工业机器人的数量,只需为每台新增工业机器人增装一个驱动模块,还可选择安装一个过程模块,最多可控制四台工业机器人在MultiMove模式下作业。各模块间只需要两根连接电缆,一根为安全信号传输电缆,另一根为以太网连接电缆,供模块间通信使用,模块连接简单易行。 KUKA KRC4是库卡开发的一个全新的、结构清晰且注重使用开放高效数据标准的系统架构,这个系统架构中集成的所有安全控制(SafetyControl)、工业机器人控制(RobotControl)、运动控制(MotionControl)、逻辑控制(LogicControl)及工艺过程控制(ProcessControl)均拥有相同的数据基础和基础设施并可以对其进行智能化使用和分享。使系统具有最高性能、可升级性和灵活性。 KEBA KEBA并不是工业机器人生产商,是工业机器人控制器行业为数不多的非工业机器人生产商,他的产品是工业级伺服控制系统,能够实现多自由度工业机器人的控制,该控制系统中通过VxWorks平台或者Windows+RTX实时扩展平台保证软件运行环境的实时性,通过运动规划和运动控制单元可以实现对总线式伺服驱动器的控制,从而达到对工业机器人的精确控制。KeMotionr5000系列控制器是一套完整的面向多轴运动控制系统软硬件模块化控制器。硬件包括KeMotion控制器,以及各种外围模块组成,它们通过以太网或总线的形式与控制器连接,实现面向各种应用的搭配。控制系统软件的核心部分是运行在控制器硬件平台(x86嵌入式微处理器)上一整套软件。自底向上的看,首先底层的OS是VxWorks实时操作系统,这为系统的实时性和可靠性提供了一个基础,同时也为应用软件提供运行环境。 发那科 FANUCRobotR-30iA是发那科研发的新一代工业机器人控制器,具有性能高,响应快,安全性能强等特点。作为唯一集成了视学功能的工业机器人控制器,将大量节约为实现柔性生产所需的周边设备成本。基于FANUC自身软件平台研发的各种功能强大的点焊、涂胶、搬运等专用软件,在使工业机器人的操作变得更加简单的同时,也使系统具有彻底免疫计算机病毒的功能。 安川 安川开发的是基于PC开发的具有开放式结构、网络功能的工业机器人控制器,2016年,安川还推出了配备人工智能的机器人控制,可自动设定焊接条件,高精度预测机器人主体的寿命等。将为启动作业的效率化、缩短机械障碍时的停止时间做出贡献。控制器内的AI可自行寻找最佳的焊接条件,反映至机器人的实际作业中。通常在焊接多个位置时需要设定不同的条件,新控制器中的设定工作部分实现了自动化。在焊接之外,还考虑在涂装、加工等机械臂前端动作需要进行细微设定的用途领域应用。 新松机器人 新松是中国工业机器人的巨头,其SIASUN-GRC机器人控制器具有自主版权、自主开发的实用化、商品化的机器人控制器,该机器人控制器设计合理、技术先进、性能优越、系统可靠、使用方便。采用交流伺服驱动,绝对码盘检测和大屏幕汉字示教编程盒等多项最新技术,形成了先进的高性能机器人控制系统。该系统的整体性能已达到国际先进水平,是国内第一个可商品化的机器人控制器,具有小批量生产能力。 新时达 凭借着在电气控制领域、伺服器与控制器方面近20年的研发积累,新时达已掌握了机器人及运动控制技术,是国产机器人品牌里自主化率最高的公司之一。据悉,新时达机器人智能系统中的机器人本体、控制器、软件系统、驱动控制系统均为自主研发。 广州数控 在丰富的机床数控技术积累基础上,广州数控掌握了机器人控制器、伺服驱动、伺服电机的完全知识产权,其中GSK-RC是广州数控自主研发生产,具有独立知识产权的机器人控制器。 华中数控 华中数控早在1999年就开发出了华中I型机器人的控制系统,经过近20年的发展,在控制器、伺服驱动器和电机这三大核心部件领域均具备较大的技术优势,CCR系列是华中数控自主要发的机器人控制系统。 固高科技 固高科技从2001年就开始研发四轴机器人控制器,2006年涉足六轴机器人控制器,是国内最早研究机器人控制器的企业之一,截止目前,固高控制系统涵盖了从三轴到八轴各类型号机器人,其中技术难度最大的八轴机器人控制系统已经可以实现批量生产。 汇川技术 汇川技术凭借变频器和伺服起家,从2013年扩展到控制器领域,2014年,汇川技术推出了基于EtherCAT总线的IMC100机器人控制器和IS620N总线型绝对值的机器人专用伺服系统,目前主要针对的市场包括小型六轴、小型SCARA和并联机器人等新兴应用领域。