在“中國(guó)制造2025”與國(guó)家十三五建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略下，順應(yīng)工業(yè)4.0與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的潮流下，工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速，而為工業(yè)制造提供的樞紐動(dòng)力——電源，產(chǎn)能也在不斷提高。面對(duì)種種機(jī)遇與挑戰(zhàn)，工業(yè)電源需要面對(duì)哪些新的技術(shù)挑戰(zhàn)?行內(nèi)人士是如何看待工業(yè)電源技術(shù)與市場(chǎng)發(fā)展的變化?
工業(yè)自動(dòng)化將達(dá)萬億
工業(yè)自動(dòng)化的推進(jìn)帶動(dòng)了一系列自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為我國(guó)制造也的大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)型奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，造就了工控機(jī)、PLC、工業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)。
伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)能在不斷提升，隨之牽動(dòng)自動(dòng)化市場(chǎng)的擴(kuò)張。IHS表示，2017年工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備市場(chǎng)占據(jù)了全球自動(dòng)化設(shè)備市場(chǎng)37.1%的份額，2018年工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備產(chǎn)量以3.8%的速度增長(zhǎng)，2019年將以4%的速度實(shí)現(xiàn)增長(zhǎng)，達(dá)到2182億美元。工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備增長(zhǎng)受益于工業(yè)生產(chǎn)、全球經(jīng)濟(jì)、機(jī)器生產(chǎn)和資本輸出的不斷增長(zhǎng)。
在中國(guó)范圍內(nèi)，發(fā)展工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備成為了國(guó)家重點(diǎn)戰(zhàn)略任務(wù)，未來工業(yè)化率空間將非常廣闊。據(jù)預(yù)測(cè)，2022年，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化總產(chǎn)值超過5700億人民幣。
而且國(guó)家對(duì)自動(dòng)化設(shè)備制造業(yè)的重要性有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，將《中國(guó)制造2025》作為戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)之一，并在十三五規(guī)劃綱要中提出制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，發(fā)展智能制造關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備。
所以，在勞動(dòng)力成本持續(xù)上升、自動(dòng)化設(shè)備水平不斷提高、國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策的支持等多方面因素的促進(jìn)下，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化市場(chǎng)需求增長(zhǎng)空間不斷擴(kuò)大，同時(shí)技術(shù)提升空間也很高。
在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，工業(yè)機(jī)器人與工控是最為突出的增長(zhǎng)點(diǎn)。
目前，大部分大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用離不開工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)增長(zhǎng)非常迅速。有關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2015年國(guó)內(nèi)機(jī)器人市場(chǎng)需求總量就已經(jīng)達(dá)3.5萬臺(tái)。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)機(jī)器人銷量年復(fù)合增速達(dá)30%。
另一方面，據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究網(wǎng)分析，工控行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將在2020年達(dá)到1850億元。從2016年第四季度我國(guó)工控市場(chǎng)便開始回暖，自2017年始，行業(yè)訂單穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，全年預(yù)計(jì)增長(zhǎng)5%以上。
工業(yè)電源競(jìng)爭(zhēng)激烈
為了使工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)場(chǎng)景加快落地的速度，工業(yè)電源作為設(shè)備內(nèi)永遠(yuǎn)發(fā)揮動(dòng)力作用的樞紐，工業(yè)電源的市場(chǎng)前景同樣值得讓人期待。工業(yè)電源作為自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的必備元器件，需具備高穩(wěn)定及安全保護(hù)功能。
在我國(guó)，工業(yè)電源應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，供應(yīng)商較多，但中國(guó)工業(yè)開關(guān)電源市場(chǎng)集中度較高，行業(yè)前10家企業(yè)所占市場(chǎng)份額高達(dá)83.2%。工業(yè)開關(guān)電源市場(chǎng)呈兩極分化局面，高端產(chǎn)品和低端產(chǎn)品需求量均較大，而中端產(chǎn)品需求較低。
電力、軌道交通、石化、冶金等領(lǐng)域?qū)Ω叨斯I(yè)開關(guān)電源的需求較大，而機(jī)械領(lǐng)域的大部分企業(yè)主要采購低端工業(yè)開關(guān)電源。中端產(chǎn)品目前的需求領(lǐng)域主要是一些中小型的電廠、電力設(shè)備、重型機(jī)械、少部分的石化設(shè)備等。
2019年工業(yè)電源市場(chǎng)的增長(zhǎng)與多種因素相關(guān)，廣州金升陽科技有限公司產(chǎn)品部工程師尹智群在接受《半導(dǎo)體器件應(yīng)用》記者采訪時(shí)分析認(rèn)為：“從2018年下半年開始，受經(jīng)中美貿(mào)易戰(zhàn)、國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)等各方面因素影響，整個(gè)電源市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢。來到2019年，因?yàn)閲?guó)內(nèi)對(duì)創(chuàng)新與智造本身的重視，很多自主高新產(chǎn)業(yè)都發(fā)展起來，加上人才的不斷涌現(xiàn)，工業(yè)電源前途較大，但也得慢慢來，不可能一下子就迅速增長(zhǎng)。”
在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展迅猛的催效下，再加上國(guó)內(nèi)“超級(jí)工程”項(xiàng)目的拉動(dòng)，工業(yè)電源行內(nèi)人士對(duì)它在儲(chǔ)能、機(jī)器人兩方面的應(yīng)用前景比較看好。
在機(jī)器人方面，尹智群表示：“機(jī)器人是一個(gè)后續(xù)增長(zhǎng)點(diǎn)，2018年傳統(tǒng)的充電樁等市場(chǎng)沒有什么太多增長(zhǎng)。”
在儲(chǔ)能方面，榮湃半導(dǎo)體(上海)有限公司營(yíng)銷總監(jiān)涂凱表示：“從行業(yè)的一些信息來看，2018年光伏行業(yè)表現(xiàn)平平。個(gè)人比較反對(duì)政府大量補(bǔ)貼企業(yè)，因?yàn)檫@會(huì)讓一些有技術(shù)能力的企業(yè)埋沒。2019年，儲(chǔ)能將會(huì)是工業(yè)電源的新增長(zhǎng)點(diǎn)，它的核心技術(shù)在于電源板。工業(yè)電源管理最明顯的特點(diǎn)就是精細(xì)化管理。”
不過也有對(duì)工業(yè)電源前景持不同的聲音，深圳訊茂科技有限公司銷售部張恒表示：“不太看好工業(yè)電源市場(chǎng)，其實(shí)2019與2020這兩年是一個(gè)分界線，在這兩年時(shí)間內(nèi)，市場(chǎng)會(huì)淘汰相當(dāng)一部分的工業(yè)電源企業(yè)，從國(guó)家的大環(huán)境來看，政府會(huì)出臺(tái)扶持政策，但是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，對(duì)于工業(yè)電源企業(yè)造成的壓力是巨大的。”
近年來，我國(guó)工業(yè)電源的發(fā)展速度較快，廣州眾志電源技術(shù)有限公司技術(shù)部李漢庭認(rèn)為：“工業(yè)電源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)大，不過如今國(guó)產(chǎn)技術(shù)慢慢跟上外資品牌腳步，甚至有超越之勢(shì)，總體來說，國(guó)產(chǎn)品牌未來前景是值得期待的。”
尹智群表示：“日本、臺(tái)灣在ADC方面占據(jù)市場(chǎng)比例較大，但我們大陸在工業(yè)領(lǐng)域的電源廠商也越來越多，我們替代國(guó)外品牌肯定是一個(gè)趨勢(shì)。”
未來國(guó)產(chǎn)工業(yè)電源的崛起也將會(huì)加劇行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，不過深圳訊茂科技有限公司銷售部張恒建認(rèn)為：“國(guó)產(chǎn)品牌的發(fā)展勢(shì)頭較快，但是總體的工業(yè)電源產(chǎn)品停留在借鑒外來產(chǎn)品層面上，自主創(chuàng)新能力較弱，民間企業(yè)的研發(fā)力度不足;未來國(guó)有企業(yè)需與民營(yíng)企業(yè)致力提高創(chuàng)新產(chǎn)品能力。”
涂凱表示：“企業(yè)要真正發(fā)揮匠人精神，需要踏實(shí)走好每一步，在電源產(chǎn)品可靠性方面，是需要時(shí)間和精力去打磨的。”
近年來，有不少電源企業(yè)關(guān)門倒閉，但是張恒對(duì)記者說：“在工業(yè)4.0的推動(dòng)下，市場(chǎng)格局并不會(huì)有太大改變，工業(yè)與信息部出臺(tái)的工業(yè)電源企業(yè)生產(chǎn)規(guī)范政策，會(huì)更加規(guī)范好行業(yè)市場(chǎng)秩序，提高核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力才不會(huì)被淘汰。”
高功率密度、高集成度、模塊化
追求更小尺寸、更高功率密度成為當(dāng)前電源產(chǎn)品的主要發(fā)展趨勢(shì)。
日前，德州儀器副總裁Mark Gary在召開新品發(fā)布會(huì)時(shí)表示，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，對(duì)電源功率和效率越來越高。因此，德州儀器的GaN技術(shù)備受關(guān)注，GaN產(chǎn)品可以在高頻率的開關(guān)電源里工作，頻率提高令到產(chǎn)品體積減小的同時(shí)還可以提高效率。
工業(yè)電源技不但需要非常高的功率密度，芯片損耗和如何提高轉(zhuǎn)換效率也是亟需解決的問題。
據(jù)IHS Markit研究顯示，ADI電源業(yè)務(wù)營(yíng)收的40%+來自工業(yè)領(lǐng)域。ADI開發(fā)的電源，在確保輸出電壓隨意調(diào)整的同時(shí)，依然將效率保持在97%以上。ADI電源相關(guān)負(fù)責(zé)人士表示，相比于傳統(tǒng)的DC/DC電源，由于MOSFET開關(guān)與電感轉(zhuǎn)換損耗的存在，效率無法提升，所以ADI轉(zhuǎn)換了思路，研發(fā)了無電感的轉(zhuǎn)換器，一下子將效率提升到99%以上。
工業(yè)設(shè)備的心臟是工業(yè)電源模塊，在工業(yè)控制業(yè)中，一般采用24V總線的電源，其電源電壓變化范圍較大，對(duì)電源安全監(jiān)控很有必要。工業(yè)4.0的發(fā)展，讓工業(yè)電源走向模塊化，工程師們摸索著更實(shí)用、更可靠、更簡(jiǎn)便的電源方案。
提高功率密度和高集成度是電源模塊發(fā)展的趨勢(shì)，這對(duì)負(fù)載能力、縮小尺寸方面也提出了更高要求。尺寸的縮小勢(shì)必對(duì)功率器件產(chǎn)生散熱問題，這將影響到器件的可靠性。這樣一來，工業(yè)電源領(lǐng)域?qū)υ骷目煽啃砸蟾摺?/span>
涂凱對(duì)此解釋：“模塊化可以任意組合，擴(kuò)大功率，提升效率，節(jié)約空間，模塊化將會(huì)是一個(gè)趨勢(shì)。”
張恒對(duì)此表示贊同：“模塊化是未來的發(fā)展的方向，國(guó)內(nèi)工業(yè)電源始終要與國(guó)際產(chǎn)品接軌，例如智能手機(jī)、新型技術(shù)，更新?lián)Q代速度快，工業(yè)電源產(chǎn)品也不例外。”
另外，隨著智能制造技術(shù)變革，新的CE認(rèn)證規(guī)范對(duì)電源產(chǎn)品性能提出了更嚴(yán)格的要求，體現(xiàn)在精度和穩(wěn)定性兩方面。
昂鼎電源張良智表示，電源設(shè)計(jì)原理基本改為高效率的LLC半橋式電路，對(duì)生產(chǎn)工藝提出更高的要求，這給電源精度更高方面帶來挑戰(zhàn)。
高精度電源讓生產(chǎn)工藝的復(fù)雜程度越來越高，在人機(jī)界面、控制、回路、軟件的可靠性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性所花的功夫會(huì)越來越多。為了幫助客戶降低設(shè)計(jì)難度，加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度，縮減電源電路板的尺寸與降低電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜難度，ADI早在十年前就推出電源模塊產(chǎn)品μModule，將復(fù)雜的電源系統(tǒng)集成在一個(gè)模塊了，只需像LDO那樣直接拿來用。
總的來說，工業(yè)電源在工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)設(shè)備的推動(dòng)下得到更多的發(fā)揮空間，未來可期。重點(diǎn)關(guān)注工業(yè)電源自主創(chuàng)新技術(shù)，逐步爭(zhēng)取走上替代外國(guó)品牌道路。
來源：賢集網(wǎng)
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