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工业自动化规模将达万亿 工业电源如何实现国产替代?

2019-01-25 10:44:09 来源:大比特商务网 作者:陈钰晶 点击:5004

【大比特导读】在“中国制造2025”与国家十三五建设制造强国的战略下,顺应工业4.0与工业物联网的潮流下,工业自动化与工业设备市场增长迅速,而为工业制造提供的枢纽动力——电源,产能也在不断提高。面对种种机遇与挑战,工业电源需要面对哪些新的技术挑战?行内人士是如何看待工业电源技术与市场发展的变化?

在“中国制造2025”与国家十三五建设制造强国的战略下,顺应工业4.0与工业物联网的潮流下,工业自动化与工业设备市场增长迅速,而为工业制造提供的枢纽动力——电源,产能也在不断提高。面对种种机遇与挑战,工业电源需要面对哪些新的技术挑战?行内人士是如何看待工业电源技术与市场发展的变化?

工业自动化

工业自动化将达万亿

工业自动化的推进带动了一系列自动化设备产业发展,为我国制造也的大规模生产转型奠定坚实的基础,造就了工控机、PLC、工业机器人等自动化设备市场的快速增长。

伴随着全球经济的迅速发展,工业产能在不断提升,随之牵动自动化市场的扩张。IHS表示,2017年工业自动化设备市场占据了全球自动化设备市场37.1%的份额,2018年工业自动化设备产量以3.8%的速度增长,2019年将以4%的速度实现增长,达到2182亿美元。工业自动化设备增长受益于工业生产、全球经济、机器生产和资本输出的不断增长。

在中国范围内,发展工业自动化设备成为了国家重点战略任务,未来工业化率空间将非常广阔。据预测,2022年,我国工业自动化总产值超过5700亿人民币。

而且国家对自动化设备制造业的重要性有了进一步认识,将《中国制造2025》作为战略任务和重点之一,并在十三五规划纲要中提出制造强国战略,发展智能制造关键技术设备。

所以,在劳动力成本持续上升、自动化设备水平不断提高、国家产业政策的支持等多方面因素的促进下,我国工业自动化市场需求增长空间不断扩大,同时技术提升空间也很高。

在工业自动化领域中,工业机器人与工控是最为突出的增长点。

目前,大部分大规模的生产应用离不开工业机器人,工业机器人的市场增长非常迅速。有关调查数据显示,2015年国内机器人市场需求总量就已经达3.5万台。预计国内机器人销量年复合增速达30%。

工业机器人

另一方面,据中国产业发展研究网分析,工控行业市场规模将在2020年达到1850亿元。从2016年第四季度我国工控市场便开始回暖,自2017年始,行业订单稳步增长态势,全年预计增长5%以上。

工控

工业电源竞争激烈

为了使工业自动化生产场景加快落地的速度,工业电源作为设备内永远发挥动力作用的枢纽,工业电源的市场前景同样值得让人期待。工业电源作为自动化生产过程中的必备元器件,需具备高稳定及安全保护功能。

工业电源

在我国,工业电源应用于诸多领域,供应商较多,但中国工业开关电源市场集中度较高,行业前10家企业所占市场份额高达83.2%。工业开关电源市场呈两极分化局面,高端产品和低端产品需求量均较大,而中端产品需求较低。

电力、轨道交通、石化、冶金等领域对高端工业开关电源的需求较大,而机械领域的大部分企业主要采购低端工业开关电源。中端产品目前的需求领域主要是一些中小型的电厂、电力设备、重型机械、少部分的石化设备等。

2019年工业电源市场的增长与多种因素相关,广州金升阳科技有限公司产品部工程师尹智群在接受《半导体器件应用》记者采访时分析认为:“从2018年下半年开始,受经中美贸易战、国内经济等各方面因素影响,整个电源市场增长缓慢。来到2019年,因为国内对创新与智造本身的重视,很多自主高新产业都发展起来,加上人才的不断涌现,工业电源前途较大,但也得慢慢来,不可能一下子就迅速增长。”

在我国工业自动化发展迅猛的催效下,再加上国内“超级工程”项目的拉动,工业电源行内人士对它在储能、机器人两方面的应用前景比较看好。

在机器人方面,尹智群表示:“机器人是一个后续增长点,2018年传统的充电桩等市场没有什么太多增长。”

在储能方面,荣湃半导体(上海)有限公司营销总监涂凯表示:“从行业的一些信息来看,2018年光伏行业表现平平。个人比较反对政府大量补贴企业,因为这会让一些有技术能力的企业埋没。2019年,储能将会是工业电源的新增长点,它的核心技术在于电源板。工业电源管理最明显的特点就是精细化管理。”

储能

不过也有对工业电源前景持不同的声音,深圳讯茂科技有限公司销售部张恒表示:“不太看好工业电源市场,其实2019与2020这两年是一个分界线,在这两年时间内,市场会淘汰相当一部分的工业电源企业,从国家的大环境来看,政府会出台扶持政策,但是市场竞争异常激烈,对于工业电源企业造成的压力是巨大的。”

近年来,我国工业电源的发展速度较快,广州众志电源技术有限公司技术部李汉庭认为:“工业电源市场竞争大,不过如今国产技术慢慢跟上外资品牌脚步,甚至有超越之势,总体来说,国产品牌未来前景是值得期待的。”

尹智群表示:“日本、台湾在ADC方面占据市场比例较大,但我们大陆在工业领域的电源厂商也越来越多,我们替代国外品牌肯定是一个趋势。”

未来国产工业电源的崛起也将会加剧行业竞争,不过深圳讯茂科技有限公司销售部张恒建认为:“国产品牌的发展势头较快,但是总体的工业电源产品停留在借鉴外来产品层面上,自主创新能力较弱,民间企业的研发力度不足;未来国有企业需与民营企业致力提高创新产品能力。”

涂凯表示:“企业要真正发挥匠人精神,需要踏实走好每一步,在电源产品可靠性方面,是需要时间和精力去打磨的。”

近年来,有不少电源企业关门倒闭,但是张恒对记者说:“在工业4.0的推动下,市场格局并不会有太大改变,工业与信息部出台的工业电源企业生产规范政策,会更加规范好行业市场秩序,提高核心技术竞争力才不会被淘汰。”

高功率密度、高集成度、模块化

追求更小尺寸、更高功率密度成为当前电源产品的主要发展趋势。

日前,德州仪器副总裁Mark Gary在召开新品发布会时表示,在工业自动化领域,对电源功率和效率越来越高。因此,德州仪器的GaN技术备受关注,GaN产品可以在高频率的开关电源里工作,频率提高令到产品体积减小的同时还可以提高效率。

德州仪器GaN

工业电源技不但需要非常高的功率密度,芯片损耗和如何提高转换效率也是亟需解决的问题。

据IHS Markit研究显示,ADI电源业务营收的40%+来自工业领域。ADI开发的电源,在确保输出电压随意调整的同时,依然将效率保持在97%以上。ADI电源相关负责人士表示,相比于传统的DC/DC电源,由于MOSFET开关与电感转换损耗的存在,效率无法提升,所以ADI转换了思路,研发了无电感的转换器,一下子将效率提升到99%以上。

工业设备的心脏是工业电源模块,在工业控制业中,一般采用24V总线的电源,其电源电压变化范围较大,对电源安全监控很有必要。工业4.0的发展,让工业电源走向模块化,工程师们摸索着更实用、更可靠、更简便的电源方案。

提高功率密度和高集成度是电源模块发展的趋势,这对负载能力、缩小尺寸方面也提出了更高要求。尺寸的缩小势必对功率器件产生散热问题,这将影响到器件的可靠性。这样一来,工业电源领域对元器件的可靠性要求更高。

涂凯对此解释:“模块化可以任意组合,扩大功率,提升效率,节约空间,模块化将会是一个趋势。”

张恒对此表示赞同:“模块化是未来的发展的方向,国内工业电源始终要与国际产品接轨,例如智能手机、新型技术,更新换代速度快,工业电源产品也不例外。”

另外,随着智能制造技术变革,新的CE认证规范对电源产品性能提出了更严格的要求,体现在精度和稳定性两方面。

CE认证

昂鼎电源张良智表示,电源设计原理基本改为高效率的LLC半桥式电路,对生产工艺提出更高的要求,这给电源精度更高方面带来挑战。

高精度电源让生产工艺的复杂程度越来越高,在人机界面、控制、回路、软件的可靠性、系统的稳定性所花的功夫会越来越多。为了帮助客户降低设计难度,加快产品设计速度,缩减电源电路板的尺寸与降低电路设计的复杂难度,ADI早在十年前就推出电源模块产品µModule,将复杂的电源系统集成在一个模块了,只需像LDO那样直接拿来用。

总的来说,工业电源在工业自动化与工业设备的推动下得到更多的发挥空间,未来可期。重点关注工业电源自主创新技术,逐步争取走上替代外国品牌道路。

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