長江學者石照耀剖析精密減速機國產(chǎn)化之路—山坳上的機器人精密減速器
發(fā)布時間：
2023-09-18 17:12
2018年以來，猝不及防的美國對中興芯片禁運事件，讓中國制造陷入一片恐慌式嘩然。雖然可以清晰的看到美國對于中國的科技力提升感到一種危機感，但我們也很快意識到各個領域中的卡脖子技術正在制約著中國實力的真正發(fā)展。而所謂的卡脖子技術體現(xiàn)在中國機器人行業(yè)的核心零部件領域，就非被日本壟斷的精密減速機莫屬了。
教育部長江學者、減速器行業(yè)知名專家石照耀教授
針對卡脖子技術精密減速機，機器人大講堂特邀北京工業(yè)大學教授，教育部長江學者、國際齒輪標準委員會(ISO/TC60)委員、減速器行業(yè)知名專家石照耀先生為大講堂觀眾做了一次精彩的分析演講。在他看來中國的精密減速機正處在山坳上，后退不可能，向前險阻重重。為方便大家學習，機器人大講堂將石教授演講內(nèi)容《山坳上的機器人精密減速器》整理如下(為縮減篇幅，石教授部分演講內(nèi)容以PPT形式呈現(xiàn))：
山坳上的機器人精密減速器
今天起了一個比較口語化的題目“山坳上的機器人精密減速器”，因為我認為山坳上比較能準確的描述我國精密減速器的現(xiàn)狀。40億市場份額的關節(jié)減速機只占2000多億齒輪行業(yè)中很小一部分，本不應該受到過分的關注。但如今機器人行業(yè)快速增長，從政府到民間，從投資到企業(yè)都關注著減速機，我總結下來有三點原因：
基于這三點原因，中國機器人減速機產(chǎn)業(yè)就在山坳上，后退是不可能了，即使向前也是艱難險阻。我們從世界范圍來看待這個話題，同樣機器人精密減速器也處在山坳上。
今天我講三個問題，首先做一個遠眺與近觀，看看山坳上的減速器;再講講我們所面臨的問題與對策;最后討論一下這個行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。
遠眺與近觀
我們先從齒輪行業(yè)的大背景下來看精密減速器。齒輪行業(yè)在零部件里是最大的行業(yè)，有自身的發(fā)展規(guī)律和技術進展節(jié)拍。先給大家普及一下齒輪行業(yè)的概念，齒輪就分兩種，我們書上講很多，齒輪就是兩種，工業(yè)齒輪和車輛齒輪，齒輪行業(yè)的特點可以總結為以下這些：
機械零部件有很多種，如軸承、緊固件、模具等等，但齒輪行業(yè)的產(chǎn)值是最大的，2017年達2360億，軸承只有1800多億。過去30年，中國齒輪行業(yè)經(jīng)歷了3個增長周期，總體上30年來齒輪行業(yè)都增長很快，但是2014、2015、2016徘徊了三年。齒輪行業(yè)還有一個特點，在中國制造走向世界過程中，齒輪行業(yè)體現(xiàn)的是逆差，這點我后面再講。
90年代，伴隨摩托車的大發(fā)展，齒輪行業(yè)出現(xiàn)了第一次大增長，從20多億增長到近200億，這是以機械裝備為主的時代。2001年以后汽車齒輪的發(fā)展使我國齒輪行業(yè)產(chǎn)值從幾百億躍升到了1000多億，這是第二次大增長，從此齒輪行業(yè)進入數(shù)控裝備時代。齒輪發(fā)展的第三個周期是十多年前，我國重工業(yè)起飛帶動的風電、工程機械等齒輪箱的快速發(fā)展，行業(yè)產(chǎn)值突破2000多億。這期間我國齒輪技術也得到了全面提升。
齒輪行業(yè)經(jīng)歷了30年的發(fā)展和三個增長周期。我對這30年中國齒輪行業(yè)做了一個評價：
現(xiàn)在，經(jīng)過三年的徘徊，由于國家轉型升級政策和齒輪行業(yè)技術突破等等，齒輪行業(yè)迎來了第四個增長周期。所以現(xiàn)在是風投齒輪行業(yè)的一個好機會，因為整個大周期已經(jīng)開始了。
第四次增長的增長點主要在3個領域：第一是汽車自動變速器;第二是精密減速機;第三是軌道交通用齒輪箱。目前齒輪行業(yè)在這三個點上風口比較多。
汽車自動變速器曾經(jīng)是我國齒輪行業(yè)的一個痛。我國年產(chǎn)近2900萬輛汽車，自動變速箱曾幾乎全依賴進口和外資企業(yè)生產(chǎn)，齒輪行業(yè)100多億的逆差主要來源于自動能變速箱的進口。
這兩年我國在自動變速箱方面迎來了大突破，AT、DCT、CVT全部突破，全面開花。國產(chǎn)自動變速器的發(fā)展帶來兩個結果：國內(nèi)自動變速器市場在劇烈地重新洗牌;另外手動變速器的市場需求下降，手動變速器企業(yè)的日子越來越難過。
增長點之二就是精密減速器，涉及面很寬。數(shù)控機床曾經(jīng)連齒輪都沒有更別說減速器了，現(xiàn)在高檔數(shù)控機床都帶有精密減速器，因為添加減速器能提高整個機床的動態(tài)性能。此外自動化生產(chǎn)線對減速器的需求也很大。這個市場國內(nèi)發(fā)展很快，空白點也很多，現(xiàn)在成規(guī)模進口;再一個是機器人的關節(jié)減速器;還有智能器具和IT設備對精密減速器的需求，也是風投最熱的一塊。比如全屏手機的鏡頭，就是由微小減速器驅動彈出的，各種密碼鎖也對減速器有巨量需求;值得特別關注的是：“控制+電機+減速器”集成為“機電動力模塊”將是未來增長最快的。
第三個增長點是軌道交通的。現(xiàn)在和諧號、復興號上的高鐵齒輪箱已經(jīng)國產(chǎn)化了，高鐵齒輪箱要求比較高，壽命是30年，風電要求是20年，一輛高鐵一年跑80萬公里，30年是2400萬公里。
那么第四次增長有什么特點呢?前三次基本上是引進、消化、再創(chuàng)新，現(xiàn)在減速器技術只能靠自己研發(fā)了。第四次增長的特點，一是自有技術，二是綜合性。在座的很多搞研究的，這是一個很好的機會，減速器行業(yè)的專家收入都很高，這個領域的機會還是蠻多的。綜合性體現(xiàn)在技術、裝備、人才、管理等多個方面，而不是依靠單要素的。
第四次增長給大家?guī)砹诵碌臋C會，我國也將從齒輪大國成長為齒輪強國，將形成新的產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)。對企業(yè)來說，是一個重新洗牌的機會，很多龍頭企業(yè)會脫穎而出。
第四次增長周期也存在很多挑戰(zhàn)。
總之第四次增長，是中國齒輪行業(yè)的一次全面的、有質有量的提升;產(chǎn)值將突破3000億，機器人精密減速器領域的產(chǎn)值將達到150億;最終將實現(xiàn)我國從齒輪制造大國成為齒輪制造強國的轉變。
下面我們從齒輪大背景下怎么來看機器人精密減速器? 以下是石照耀教授總結的其個人觀點：
問題和對策
下面我講問題和對策，主要是講一些共性問題。潮起潮落一批企業(yè)退出去了，這很正常，近來機器人精密減速器的投入在下降，是回歸到理性了嗎?已經(jīng)走過了喊口號的階段了，現(xiàn)在很多企業(yè)是實實在在干活，大浪淘沙留下來的才是金。
過去一些年，我們解決了許多問題，回顧就會發(fā)現(xiàn)，我們精密減速器行業(yè)的進步還是很明顯的，但目前遠遠不能滿足我國機器人產(chǎn)業(yè)的需求!精密減速器現(xiàn)在存在一些共性問題，需要全行業(yè)共同面對。我曾去日本參觀過一家著名的精密減速器企業(yè)，重點考察了精加工車間和裝備車間。我發(fā)現(xiàn)，日本的工藝技術、專用裝備、工量夾具等，是幾十年不斷積累下來的。這需要時間，這不是一天兩天能解決的問題;我們在專用設備和配套輔具等各個方面的差距還很大，需要不斷積累才能趕上。還有一個最大問題是后續(xù)投入!很多企業(yè)前期投了幾千萬乃至幾個億，后續(xù)看不到效益的時候就停下來的，所以后續(xù)投入是很多企業(yè)面臨的問題。2014年全國有50多家做機器人相關減速器的，現(xiàn)在可能也就10多家了，20%在堅持，30%觀望，50%退出去了。還在堅持的企業(yè)，能堅持下去嗎?從事機器人精密減速器是有窗口期的，留給中國精密減速器窗口期大概是3~5年吧。很多企業(yè)如果是沒有國家項目的支持，僅僅靠自己的一年一兩千萬的投入，不要說買裝備，窗口期不會太長。
現(xiàn)在機器人精密減速器行業(yè)處在雙重壓力之中。感覺日本人在給我們做“局”，知道中國的東西快出來了，就開始降價，你做的成本比他的銷售價還高，讓你沒辦法賣出去，憋得你很難受。第二個是限制相關專用設備進入中國，逼你中國買價格昂貴多的瑞士和德國設備，就是加大你投入成本，讓你成本下不來，延遲你產(chǎn)品上市。
如果想要打破現(xiàn)在的局面：
我們是一個大國，我們必須走自主化之路。我們自主化之路應該是幾個方面，一個還是要有自主知識產(chǎn)權，減速器必須有自主知識產(chǎn)權。第二是裝備的自主化。
我講一點技術的，我們所有的減速器跟現(xiàn)在的市場不匹配，大家都知道原因在哪里，性能的問題、精度、壽命、系列化不強、成本不可控等等，無論是RV還是別的減速器，跟日本有明顯的差異。第一在設計方面，我們現(xiàn)在的設計體系沒有完成，系列化優(yōu)化設計體系待完善。日本有一套成體系的設計分析軟件，積累了很多數(shù)據(jù)庫，能完成全生命周期的仿真分析。第二是批量化制造與檢測技術需提升。第三個精度保持壽命提升問題。再一個就是應用，工程應用數(shù)據(jù)反饋與優(yōu)化缺失，畢竟國產(chǎn)減速器在機器人領域的應用歷史不長，這是一個閉環(huán)系統(tǒng)，只有用戶使用中發(fā)現(xiàn)了問題才能促進我們減速器的持續(xù)改進。
創(chuàng)新與發(fā)展
想想這個問題，為什么30年前，1980年代，我們沒有和日本同時開始下功夫研究機器人精密減速器?說白了我們還是沒有這個產(chǎn)業(yè)需求，10年前中國的勞動力還沒有這么貴，我們沒有前瞻性?，F(xiàn)在實際上整個行業(yè)在補課，補20年前、30年前的課，我們研究的產(chǎn)業(yè)的、風投的等等，都是在補課。
這段話是我寫的：10年以后、100年以后，1000年以后RV還是不是最理想的關節(jié)減速器，RV減速器以后，是不是機器人最終的形態(tài)?就像筷子一樣，筷子一千多年前就有了，還是兩根棍子。我感覺到減速器現(xiàn)在這種形態(tài)肯定是要改變的，它本身存在著一些問題，那么復雜，要求那么高，帶來了方方面面的問題，說不定哪天一個前瞻的出現(xiàn)把這些東西都改變了。
工業(yè)機器人就一定要有減速器嗎?這個問題我們在國內(nèi)爭論了好久，到底為什么一定要用?現(xiàn)在的結論是，工業(yè)機器人減速器其實是不可替代的，在目前階段。所以現(xiàn)在很多人在探討這個問題。
我覺得目前在這方面有很多探索，整體上來講，我覺得目前所有的努力沒有顛覆性的。
最后我談一點建議
世界的機器人精密減速器正在山坳上，是創(chuàng)新問題。中國的機器人精密減速器正在山坳上，是追趕與創(chuàng)新問題。我們辛辛苦苦爬到這里，是退不回去了。困難是真實存在，是齒輪行業(yè)發(fā)展規(guī)律決定，我們不要妄想一步跨越必經(jīng)階段，不管怎么樣人家到過的高度中國人一定能到，讓我們在座的各位一起努力，讓我們的機器人減速器盡早達到最高的巔峰。謝謝!
來源：機械器人大講堂。
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