機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”。工業(yè)機器人核心傳動部件——RV減速器關鍵核心技術一直由日企掌握，經(jīng)過4年多校企合作攻關，我國RV減速器設計制造和批量生產(chǎn)取得重大突破，其精度、剛性、壽命等指標均達到或超過日企水平，打破日企30年的壟斷。
國產(chǎn)減速器迎來機遇
RV減速器傳動比大、傳動效率高、運動精度高、回差小、振動低、剛性大、可靠性高，是工業(yè)機器人的“御用”減速器，一臺工業(yè)機器人的腿部、腰部和肘部需要4至6臺RV減速器，減速器成本占40%至60%。目前，國際上具備大規(guī)模生產(chǎn)能力且產(chǎn)品性能可靠的RV減速器制造企業(yè)有三家。其中，日本納博特斯克擁有30多年技術積累，發(fā)展成為全球最大的精密減速器制造企業(yè)，制造規(guī)模每年約100萬臺，占全球60%的市場份額，在中、重負荷機器人領域占有率高達90%。
RV減速器性能決定了工業(yè)機器人的水平，是我國機器人產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”部件。為打壓中國機器人產(chǎn)業(yè)，納博特斯克出售給ABB、庫卡等四大機器人公司的減速器價格是給我國機器人企業(yè)價格的一半甚至更低。國內(nèi)工業(yè)機器人廠商從納博特斯克拿貨還要被迫接受3至6個月的漫長供貨期。國產(chǎn)減速器價格雖然便宜，供貨期短，但“精度保持性”等產(chǎn)品關鍵性能遠不及日本產(chǎn)品，大多只能供中、低端機器人使用。
北京工業(yè)大學教授張躍明介紹，全球工業(yè)4.0推動工業(yè)機器人需求不斷增長。全球工業(yè)機器人“四大家族”都在擴充規(guī)模，產(chǎn)量每年增長20%，對RV減速器的需求每三個季度翻一番，納博特斯克供不應求，給國產(chǎn)減速器帶來機遇。然而，國內(nèi)開發(fā)RV減速器的企業(yè)最多時達50多家，現(xiàn)在真正有產(chǎn)品上市的不超過10家，能滿足機器人使用的不過兩三家。
打破日企30年壟斷
6年前，作為北京市科委國家重大專項，張躍明將日本RV減速器理論研究作為課題。他介紹，RV減速器設計制造涉及齒輪嚙合原理、動態(tài)力學分析，精度保持性、產(chǎn)品一致性、減速器與機器人算法結合是三項最核心的技術要求，需要長達10年的基礎理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)積累。
2015年底，河北智昆精密傳動科技有限公司(下稱“河北智昆”)與北京工業(yè)大學開展“產(chǎn)、學、研、用”一體深度合作，在RV減速器產(chǎn)品設計、數(shù)學建模、計算機仿真技術及齒輪嚙合理論等方面深入研究，解決了精度、壽命等困擾國內(nèi)企業(yè)多年的關鍵問題。經(jīng)過4年校企攻關，完成RV減速器產(chǎn)品設計、關鍵零部件制造工藝和測試技術研究，開發(fā)多種規(guī)格產(chǎn)品并批量生產(chǎn)，其精度、壽命、噪音等指標均達到或超過納博特斯克水平，實現(xiàn)國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，打破日企30年的壟斷。
河北智昆首席科學家、精密傳動研究院院長、北京工業(yè)大學教授張躍明說，RV減速器是精密傳動領域技術難度非常高的產(chǎn)品，納博特斯克為了維護其壟斷地位，將精度最高、加工難度最大的核心零部件放在日本生產(chǎn)。河北智昆與國家級實驗室合作，全部解決鋼材、鑄造、熱處理等問題，國家級實驗室和高精尖的機床設備、專門快速檢測工具支撐了RV減速器的低成本、高效率、穩(wěn)定性、批量化生產(chǎn)制造。目前，河北智昆已經(jīng)與ABB等十余家機器人企業(yè)建立合作關系，產(chǎn)品進入測試、試用階段，利用一年時間，完成6000小時以上全面功能測試印證和市場化應用，2至3年內(nèi)將產(chǎn)品打入ABB、庫卡公司。
張躍明說，全球機器人“四大家族”伴隨汽車工業(yè)發(fā)展壯大，其在汽車、3C電子等行業(yè)的地位難以撼動，國產(chǎn)機器人與“四大家族”在汽車、3C電子工業(yè)領域競爭已不太現(xiàn)實。國產(chǎn)RV減速器和工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)要良性互動，共同成長，不斷創(chuàng)新，培育更多應用場景，開拓新市場、做大新蛋糕，與日本RV減速器和“四大家族”開展錯位競爭，爭取“彎道反超”。
河北智昆負責人陳陽認為，國產(chǎn)工業(yè)機器人企業(yè)可在全球機器人“四大家族”無暇顧及的制藥、鋼鐵、物流、家具、紡織、鞋服領域以及水下、防爆、無菌等特殊應用環(huán)境開拓市場，提升機器人設計制造配套和系統(tǒng)集成服務能力，單個企業(yè)在細分領域完成縱向經(jīng)驗技術積累，再向橫向擴展更多應用空間。預計經(jīng)過5年的高強度投入，隨著我國自主機器人產(chǎn)業(yè)的提升，相關制造業(yè)可以實現(xiàn)智能化、自動化升級，“中國制造”將重塑成本優(yōu)勢。
短板需要盡快彌補
“RV減速器雖小，卻反映出一個國家的整體工業(yè)水平、制造能力。”張躍明說，國產(chǎn)RV減速器設計制造和批量生產(chǎn)取得重大突破，但是仍有一些短板需要盡快彌補，才能真正形成完全自主化優(yōu)勢。
首先是國產(chǎn)制造設備落后造成RV減速器生產(chǎn)成本較高，缺乏競爭力，存在技術風險隱患。核心零件針齒殼和擺線輪的加工設備從歐洲進口，單臺均在1500萬元以上，日本設備相對便宜，但對我國減速器企業(yè)禁售。國產(chǎn)機床精度與國外差距不大，但是對RV減速器零件加工工藝缺乏經(jīng)驗。因此，需要機床企業(yè)與減速器企業(yè)聯(lián)合攻關，加速開發(fā)便宜好用的國產(chǎn)核心設備，提高減速器產(chǎn)品競爭力。
其次是RV減速器核心零部件軸承仍受制于國外。國產(chǎn)軸承在RV減速器裝機時間短，精度和壽命不及進口產(chǎn)品。鑒于歐洲軸承價格昂貴，日產(chǎn)RV減速器軸承對我國禁售，RV減速器軸承國產(chǎn)化迫在眉睫，需要國內(nèi)軸承企業(yè)潛心研究基礎理論，提高設計制造技術工藝水平，批量制造性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。
第三是由于熱處理技術不過關，使零件變形較大，需提高熱處理工藝和國產(chǎn)熱處理設備制造水平，替代高價進口設備。
國產(chǎn)減速器迎來機遇
RV減速器傳動比大、傳動效率高、運動精度高、回差小、振動低、剛性大、可靠性高，是工業(yè)機器人的“御用”減速器，一臺工業(yè)機器人的腿部、腰部和肘部需要4至6臺RV減速器，減速器成本占40%至60%。目前，國際上具備大規(guī)模生產(chǎn)能力且產(chǎn)品性能可靠的RV減速器制造企業(yè)有三家。其中，日本納博特斯克擁有30多年技術積累，發(fā)展成為全球最大的精密減速器制造企業(yè)，制造規(guī)模每年約100萬臺，占全球60%的市場份額，在中、重負荷機器人領域占有率高達90%。
RV減速器性能決定了工業(yè)機器人的水平，是我國機器人產(chǎn)業(yè)的“卡脖子”部件。為打壓中國機器人產(chǎn)業(yè)，納博特斯克出售給ABB、庫卡等四大機器人公司的減速器價格是給我國機器人企業(yè)價格的一半甚至更低。國內(nèi)工業(yè)機器人廠商從納博特斯克拿貨還要被迫接受3至6個月的漫長供貨期。國產(chǎn)減速器價格雖然便宜，供貨期短，但“精度保持性”等產(chǎn)品關鍵性能遠不及日本產(chǎn)品，大多只能供中、低端機器人使用。
北京工業(yè)大學教授張躍明介紹，全球工業(yè)4.0推動工業(yè)機器人需求不斷增長。全球工業(yè)機器人“四大家族”都在擴充規(guī)模，產(chǎn)量每年增長20%，對RV減速器的需求每三個季度翻一番，納博特斯克供不應求，給國產(chǎn)減速器帶來機遇。然而，國內(nèi)開發(fā)RV減速器的企業(yè)最多時達50多家，現(xiàn)在真正有產(chǎn)品上市的不超過10家，能滿足機器人使用的不過兩三家。
打破日企30年壟斷
6年前，作為北京市科委國家重大專項，張躍明將日本RV減速器理論研究作為課題。他介紹，RV減速器設計制造涉及齒輪嚙合原理、動態(tài)力學分析，精度保持性、產(chǎn)品一致性、減速器與機器人算法結合是三項最核心的技術要求，需要長達10年的基礎理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)積累。
2015年底，河北智昆精密傳動科技有限公司(下稱“河北智昆”)與北京工業(yè)大學開展“產(chǎn)、學、研、用”一體深度合作，在RV減速器產(chǎn)品設計、數(shù)學建模、計算機仿真技術及齒輪嚙合理論等方面深入研究，解決了精度、壽命等困擾國內(nèi)企業(yè)多年的關鍵問題。經(jīng)過4年校企攻關，完成RV減速器產(chǎn)品設計、關鍵零部件制造工藝和測試技術研究，開發(fā)多種規(guī)格產(chǎn)品并批量生產(chǎn)，其精度、壽命、噪音等指標均達到或超過納博特斯克水平，實現(xiàn)國產(chǎn)化和產(chǎn)業(yè)化，打破日企30年的壟斷。
河北智昆首席科學家、精密傳動研究院院長、北京工業(yè)大學教授張躍明說，RV減速器是精密傳動領域技術難度非常高的產(chǎn)品，納博特斯克為了維護其壟斷地位，將精度最高、加工難度最大的核心零部件放在日本生產(chǎn)。河北智昆與國家級實驗室合作，全部解決鋼材、鑄造、熱處理等問題，國家級實驗室和高精尖的機床設備、專門快速檢測工具支撐了RV減速器的低成本、高效率、穩(wěn)定性、批量化生產(chǎn)制造。目前，河北智昆已經(jīng)與ABB等十余家機器人企業(yè)建立合作關系，產(chǎn)品進入測試、試用階段，利用一年時間，完成6000小時以上全面功能測試印證和市場化應用，2至3年內(nèi)將產(chǎn)品打入ABB、庫卡公司。
張躍明說，全球機器人“四大家族”伴隨汽車工業(yè)發(fā)展壯大，其在汽車、3C電子等行業(yè)的地位難以撼動，國產(chǎn)機器人與“四大家族”在汽車、3C電子工業(yè)領域競爭已不太現(xiàn)實。國產(chǎn)RV減速器和工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)要良性互動，共同成長，不斷創(chuàng)新，培育更多應用場景，開拓新市場、做大新蛋糕，與日本RV減速器和“四大家族”開展錯位競爭，爭取“彎道反超”。
河北智昆負責人陳陽認為，國產(chǎn)工業(yè)機器人企業(yè)可在全球機器人“四大家族”無暇顧及的制藥、鋼鐵、物流、家具、紡織、鞋服領域以及水下、防爆、無菌等特殊應用環(huán)境開拓市場，提升機器人設計制造配套和系統(tǒng)集成服務能力，單個企業(yè)在細分領域完成縱向經(jīng)驗技術積累，再向橫向擴展更多應用空間。預計經(jīng)過5年的高強度投入，隨著我國自主機器人產(chǎn)業(yè)的提升，相關制造業(yè)可以實現(xiàn)智能化、自動化升級，“中國制造”將重塑成本優(yōu)勢。
短板需要盡快彌補
“RV減速器雖小，卻反映出一個國家的整體工業(yè)水平、制造能力。”張躍明說，國產(chǎn)RV減速器設計制造和批量生產(chǎn)取得重大突破，但是仍有一些短板需要盡快彌補，才能真正形成完全自主化優(yōu)勢。
首先是國產(chǎn)制造設備落后造成RV減速器生產(chǎn)成本較高，缺乏競爭力，存在技術風險隱患。核心零件針齒殼和擺線輪的加工設備從歐洲進口，單臺均在1500萬元以上，日本設備相對便宜，但對我國減速器企業(yè)禁售。國產(chǎn)機床精度與國外差距不大，但是對RV減速器零件加工工藝缺乏經(jīng)驗。因此，需要機床企業(yè)與減速器企業(yè)聯(lián)合攻關，加速開發(fā)便宜好用的國產(chǎn)核心設備，提高減速器產(chǎn)品競爭力。
其次是RV減速器核心零部件軸承仍受制于國外。國產(chǎn)軸承在RV減速器裝機時間短，精度和壽命不及進口產(chǎn)品。鑒于歐洲軸承價格昂貴，日產(chǎn)RV減速器軸承對我國禁售，RV減速器軸承國產(chǎn)化迫在眉睫，需要國內(nèi)軸承企業(yè)潛心研究基礎理論，提高設計制造技術工藝水平，批量制造性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。
第三是由于熱處理技術不過關，使零件變形較大，需提高熱處理工藝和國產(chǎn)熱處理設備制造水平，替代高價進口設備。