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中國自主工業機器人“心（xīn）髒”達（dá）“國際領先”水平

2018-5-18 來源：- 作者（zhě）：-

　　5月16日，格力 “新（xīn）時代？讓世界愛上（shàng）中（zhōng）國造——格力2018再啟航”夢（mèng）想盛典於珠海舉行。除了豐富的晚會（huì）節（jiē）目，格（gé）力還在盛典上對外宣布了一批（pī）最新獲鑒定（dìng）的 “國際領先”技術，其中由格力自主（zhǔ）研發的 “工業機器人用高性能伺服電機及驅動器” 經專家組一致認定，達到“國際先進”水平，其（qí）中伺服電機功率密度、過載能力等性能指（zhǐ）標達到“國際領先”水平。

　　“格力自主研發的工業機器人用高性能伺服（fú）電機及（jí）驅動器的項目成果是我國製造業具有國際核心競爭力的體現，對提升我（wǒ）國（guó）整體智能製（zhì）造水平（píng）非常有利。真正的核心科技是買不來的，想要掌握核心科技，必須要通過自主研發，因此格力自（zì）主研發的伺服電（diàn）機係統價值很高，意義（yì）深遠。”東南大學教授程（chéng）明於科技成果鑒定（dìng）會上表示。

　　挑戰瓶頸鍛造工業機（jī）器人“強心髒”

　　隨著現代工業技術的不斷升級和發展，“智能製造”已成為（wéi）全球製造業變革（gé）的重（chóng）要方向和（hé）競相爭奪的製高點，而我國推出的《中國製造（zào）2025》戰（zhàn）略旨在通過智能製造實現國內工業的更大突破。工業（yè）機器人是智能製造業最具代表性的裝備，也是（shì）我國發展智能製（zhì）造的重要（yào）支撐之（zhī）一（yī）。

　　伺服係統作（zuò）為工業機器（qì）人控製係統（tǒng）中的執行元件，是機器人三大核心零部件之一，可謂整個工業機器人的“心髒”。然而，國產伺服係統在市場上比（bǐ）重（chóng）較低，在技術與性能上與國外品牌有較大的差距，是我國機（jī）器人產業需要突破的關鍵短板之一。《中國製（zhì）造2025》中總體部署（shǔ）了機器人（rén）伺服電機的目標：到2020年，性能、精度、可靠性（xìng）達到國外同類產品水平。

　　據了解，國產伺服係統存在產品體（tǐ）積大（dà）、運行精度低、響應速度慢、用戶體驗差等問題。這主（zhǔ）要是由於高性能伺服（fú）係統主要有三大技術瓶頸：伺服（fú）電（diàn）機關鍵零部件缺少自（zì）主研發，結構小型化受限，電機功率密度較（jiào）低；伺服電機關鍵設計（jì）及工藝技術缺乏深入研究，電機（jī）齒槽轉矩（jǔ）等關鍵性能難以提升；伺服（fú）係統關（guān）鍵算法存在差距，響應速度慢、運行精度低。

　　針對上（shàng）述（shù）技術瓶頸，格力從功率密度（dù）、齒槽轉矩、電流環設（shè）計等三方麵入手，自主（zhǔ）研發（fā）出工（gōng）業機器人用高性能伺服電機及驅動器。

　　功率密度、過載能力達（dá）“國際領先”水平

　　小型（xíng）化是工業機器人未來發展的趨（qū）勢之一。同等“工作能力”下，小型機（jī）器（qì）人具有占地麵積少，外形小（xiǎo）巧美觀，移動運（yùn）輸簡便等優勢。隨著（zhe）工業機器人的小型化，伺服電機小（xiǎo）型化、輕量化也成為一（yī）種趨勢。

　　傳統的（de）伺服電機均采用通用製（zhì）動器，結構固化，電（diàn）機小型化受限。為此，格力自主研發製動器（qì），創新性地使整個伺服係統發揮整體協（xié）同設計（jì）作用，使電機結構（gòu）更加緊湊。此外，傳統伺服電機定子（zǐ）為鉚扣鐵芯結構，鐵損較高，格力打破傳統設計（jì）與製造工（gōng）藝，研發出一種新型低鐵（tiě）損鐵芯結構及衝壓（yā）工藝，可有（yǒu）效地降低電機鐵損，進而提升功率密度。隨著電機（jī）功率（lǜ）密度提（tí）升以及結構小型化，電機（jī）溫升超標成為了主（zhǔ）要的瓶頸，格力（lì）通（tōng）過對電機（jī）內部傳熱路（lù）徑進行（háng）係統（tǒng）設計，可有效（xiào）控製各部分溫升在合理範圍。

　　格力獨創伺服電機（jī）高功（gōng）率密度（dù）設計（jì）技術，有效（xiào）縮短電機軸向長度，解決了伺服電機功率密度低，體積過大，導致機器人重量偏大的（de）問題，最大程度促進機器人的小型（xíng）化及輕量化。由於（yú）機器人需要不斷地快速變換（huàn）速度和位置（zhì），因（yīn）此需要伺服電機有較快的運行（háng）速度及較高的瞬時加速承載能力。格力（lì）伺服（fú）電機運行區間（jiān）範圍寬（kuān），體現在最大運行速度高，瞬時過載能力強（qiáng）。應（yīng）用格力伺服係統的機器人在同等（děng）條件下，自重比更（gèng）大（dà），運行速度更快，生產效率高，可靠性更好。

　　采用以上技術的格力伺服電機產品經上海電器設備檢測所（suǒ）有限公司檢驗，對電機長度、功率密度等關（guān）鍵技術指標進行（háng）測試，主要性（xìng）能（néng）指標優於國際同類產品（pǐn）水平。其中伺服電（diàn）機功率密度、過載（zǎi）能力等性能指標達到“國（guó）際領先水（shuǐ）平”，極大地提高我國機器人（rén）的市場競爭力。

　　兩大核心科技讓伺服係統“快、準、穩”

　　“快”、“準”、“穩（wěn）”是伺服係統性能的主要考量指標，即（jí）響應速度、運行精度及穩定性。格力還研發出低齒槽轉矩設計及（jí）工藝保障技術、伺服係統高性能電流（liú）環優化設計技術兩大（dà）核心（xīn）科技，提高伺服係統（tǒng）輸出平穩性、運（yùn）行（háng）精度和響（xiǎng）應速度。

　　為了保障機器人在不同工（gōng）作場所都能（néng）勝任，要求伺服係統既要滿足高過載能（néng）力，即電機輸出轉矩足夠高，又要確保運行精度，即影響運（yùn）行精（jīng）度的電機齒槽（cáo）轉矩要低。因此傳統伺服電機輸出轉矩（jǔ）和齒槽轉矩（jǔ）這對（duì）與生俱來的矛盾成為了最大瓶頸，格力伺服項目組通過特殊的低齒槽轉矩設計及工藝（yì）保障（zhàng）技術，在保證高輸出（chū）轉矩的同時大幅降低齒槽轉矩，成（chéng）功解決了伺服電機的“曆史性”矛盾。

　　針對傳統伺服（fú）係統動態響應速度慢，電流控製速度與精度無法兼（jiān）顧的問題，格力通（tōng）過伺服係統高性能電流環（huán）優化設（shè）計技術（shù），使整個係統可以兼顧電流控製的速度和精度。應用以上技術，伺服係統電流環路帶寬大幅提升（shēng），完全滿足高性能工業機器人對伺服係統性能的要求。

　　自主研（yán）發助力中國（guó）“智（zhì）”造

　　大力發展智能製造，是加快製造強國建設步伐，加速推動（dòng）經濟發展由（yóu）數量和規模擴張向質量和效益提升轉變的（de）重要途徑。2016年12月7日，國家工信部（bù）正式公布（bù）《中國智能製造“十三五”規劃》，確定了中國製造業智能化轉型的重要五年兩大時間節點和十個（gè）重要任務，為智能製造行業注入“強心劑（jì）”。

　　作為智（zhì）能製造的重要抓手（shǒu），工業機器人是推動（dòng）智能製造相關產（chǎn）業發展的（de）重要支撐手段，隨著機器人產業的興起，作為機器人（rén）核心零部件（jiàn）之一的伺服電機在我國未（wèi）來（lái）前景廣闊，成為許多企業（yè）競相布（bù）局（jú）的熱門領域。

　　根據高工產研出具的《2017-2022年中國工業（yè）機器人報告》，到2020年，預（yù）計6軸以上工業機器人年產5萬台，按此需求量計算，則（zé）需（xū）要伺（sì）服係統達到每（měi）年30萬套。若將其它類型（xíng）機器人（rén）全部進行統計，則數目更加龐大。

　　伺服（fú）電機廣闊的市場前景和巨大的市場需求，對我國伺服電機的產品質量和技術水平提出了更高的要求。此次格力完（wán）全自主研發的工業機器人用高性能（néng）伺服電機被鑒定為“國際領先”，無疑是（shì）中國智能製造（zào）一次裏程碑（bēi）式（shì）的事件，成功解決了我國高端機器人用伺服（fú）係統依賴國外進口的局麵，打破國外（wài）品牌在高性能伺服係統（tǒng）產品上的技術壟斷，表明格力已（yǐ）能自主生產出國際先（xiān）進水準的工業機器人核心零部件，也預示著‘中國造’正逐步掌握智能製造相關領（lǐng）域的核心科技。

　　格力在伺服電機領域取得的（de）突破，源於其多年來（lái）在電（diàn）機領域的不懈技術深耕，也得益於格力近年發展多元化發展戰略，持續加（jiā）大智能裝備領（lǐng）域自主研發力度。

　　格力（lì）的電機係統技術研發有15年曆程，研發電機類型包括：空調用風扇電（diàn）機及壓縮機電機、商用螺（luó）杆壓縮機用電機、離心壓縮機用高速大（dà）功（gōng）率永磁電機及變頻器、磁懸浮軸（zhóu）承及其控製器、新能源汽車主驅電（diàn）機及驅動器、標準工業電（diàn）機（jī）、智（zhì）能裝（zhuāng）備用伺服電機及（jí）驅動器，格（gé）力電機係統產品總年產量達1.18億台/年，總（zǒng）年產值超（chāo）過150億（yì）元/年。

　　基於（yú）在製造領域多年技術積累，格力於2013年1月成立（lì）格力（lì）智能裝備（bèi）有限公司，開啟了自主研發（fā）、製造智能裝備的新跑道。截止目前，格力智能裝備的業（yè）務（wù）橫跨“數控機床（chuáng）、機器人、工廠自動（dòng）化、熱（rè）交換器設備、新能源設備、注塑鈑（bǎn）金設備、物流倉儲（chǔ）設備、檢測（cè）設備、精密傳動（dòng）部件、工業（yè）信息化”十大產品業務板塊，超百種規格產品。據格力電器2017年年報顯示，格力（lì）智能裝備2017年（nián）營收規模同比增長1220.27%，實現了“火箭式”躍升（shēng）。

　　“在國際經濟局勢愈加（jiā）紛繁，中國製造（zào）業亟需轉（zhuǎn）型升級的當（dāng）下，格（gé）力堅信隻有始終堅持自主創新，掌握核心科技，才能把（bǎ）握全球製造業智能化的大潮，順利走向即將到來的大數據時（shí）代（dài），真正做到 ‘讓世界愛上中國造’。”格力電器董事長董明珠接受記者采訪時（shí）表（biǎo）示。

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