尽管全球市场热度较前两年有所回落,但日本伺服电机市场在2018年春季依然保持着强劲的上升势头。半导体制造设备、工业机器人、数控机床及汽车制造等核心下游领域的稳定增长,促使各大伺服电机厂商不仅维持满负荷生产,更纷纷启动生产线扩建计划。在产品层面,厂商们正聚焦于高分辨率下的高速高精度控制、简易化调试操作以及安全性能提升,并针对特定应用场景开发专用机型,以显著提升产品的易用性。
机器人需求的激增是市场繁荣的关键驱动力之一。根据日本电机工业会(JEMA)的统计,2017年度(2017年4月至2018年3月)伺服电机出货额达1174亿日元,同比增长24.5%;伺服放大器出货额达2010亿日元,同比大幅增长40.5%。这一增长趋势已持续一年半以上。JEMA预测2018年度伺服电机出货额将达到1251亿日元,伺服放大器为2142亿日元,合计约3400亿日元,较上一年度增加约1200亿日元。面对如此巨大的增量,部分厂商虽全力增产,但仍面临零部件和原材料供应跟不上的挑战。
支撑当前市场高景气度的首要因素,是半导体及平板显示(FPD)制造设备订单的激增。智能手机、平板电脑的生产扩张,以及汽车自动驾驶控制系统、行车记录仪中传感器和摄像头的旺盛需求,直接拉动了相关设备市场。手机和平板本质上是半导体与显示面板的集合体,而现代汽车中电子设备的占比也日益提高。日本半导体制造装置协会(SEAJ)数据显示,2017年度半导体制造设备出货额达2.4996万亿日元,同比增长21.9%;预计2018年度将达到2.7072万亿日元,同比增长8.3%。随着单台手机半导体搭载量增加、有机EL屏幕普及,以及物联网、大数据处理带来的数据中心需求,半导体需求正进入被称为“超级硅周期”的长期繁荣阶段。
与此同时,机器人需求也在急剧攀升。日本国内面临严峻的劳动力短缺,而海外尤其是亚洲新兴国家的人均工资上涨,促使企业加速自动化投资。在中国,劳动力成本上升与工厂工人短缺的双重压力下,自动化替代已成为不可逆转的趋势。日本国内不仅面临人手不足,连某些复杂工序也需依靠自动化设备完成。近年来,食品工厂和药品研发制造领域的机器人应用尤为积极,非制造业如酒店服务、餐饮、安保及清洁等领域也在广泛尝试推广。日本机器人工业会(JARA)预测,2017年机器人生产额为8956亿日元,同比增长25%;2018年有望突破1万亿日元,达到1.1万亿日元。
数控机床市场同样创下历史新高。日本工作机械工业会数据显示,2017年机床出货额达1.6455万亿日元,同比增长31.6%,创历史新高;预计2018年将达到1.7万亿日元,实现连续两年刷新纪录。尽管零部件短缺带来了一定的生产不确定性,但伺服电机在机床、车站安全门、自动检票机、模拟器及回转寿司传送带等新兴领域的应用也在不断拓展。
为提升产品竞争力,各厂商在易用性上投入巨大。自动调谐功能让复杂的机械共振控制变得一键完成;制振控制技术不仅能抑制机械臂末端振动,还能抑制设备本体的残留振动,实现更高精度的定位。在高速化方面,部分产品已标配2.5kHz速度频率响应和22位旋转编码器,分辨率超过400万脉冲/转,大幅缩短了定位整定时间,提升了生产效率。此外,2自由度控制方式将前馈(FF)与反馈(FB)控制完全分离,实现了更高速、高精度的电机控制,例如在电子元件贴装机上实现高速贴装,或在金属加工中减少摩擦影响以获得光滑切面。
网络化和安全化成为行业发展的另一大趋势。基于EtherNet技术的高速专用网络(如EtherCAT、MECHATROLINK等)使得实时通信和自由度大幅提升。安全方面,多数厂商已全面应对ISO13849-1、IEC61508等国际标准,特别是针对汽车制造等严苛场景。防护等级方面,IP65、IP67甚至IP69K(耐高温水洗)标准的产品已陆续上市,以适应食品机械等恶劣环境。针对低刚性机械,高速响应的伺服技术能有效抑制振动,提升多关节机器人等设备的性能。
在小型化与轻量化方面,直接驱动(DD)电机因高扭矩、低发热及高精度特性而备受青睐;采用GaN功率半导体的内置放大器伺服电机,实现了控制盘小型化和省配线;无电池绝对值编码器则通过自发电技术消除了电池更换需求,简化了布线。这些创新不仅降低了成本,更提升了系统的可靠性。
