Technika serwonapędowa

Branża serwonapędowa to w Polsce sektor o dużym potencjale rozwojowym, z którym wiązać można spore nadzieje na przyszłość. Sprzyjają temu rosnące wymogi co do jakości, precyzji działania i wydajności produkowanych u nas maszyn, a także coraz większa dostępność i atrakcyjność cenowa rozwiązań serwonapędowych. Zagadnienia te omawiamy w rozdziale poświęconym tematyce Motion Control.

Zastosowania serwonapędów

 

Dostawcy serwonapędów i serwosilników

Wykorzystanie systemów serwo obejmuje sporą i różnorodną liczbę aplikacji. Zdaniem respondentów najczęstszymi są te związane z synchronizacją osi, czyli zapewnianiem skoordynowanego ruchu obrotowego wielu elementów.

Taka synchronizacja dotyczyć może w najprostszym przypadku dwóch osi lub jednej osi i systemu automatyki czy robota, ale też kilkudziesięciu, a nawet kilkuset osi. W tym zakresie związane jest to przykładowo z dużymi maszynami stosowanymi w przemyśle papierniczym, poligraficznym czy tekstylnym.

 

Kluczowe zastosowania serwonapędów oraz branże, do których trafiają maszyny z serwonapędami

W przypadku ostatniej z grup często konieczne jest odcinanie partii materiału będących w ruchu, co realizowane jest w aplikacjach latająca piła / latający nóż. Następuje tu synchronizacja pracy elementu odcinającego z napędem odpowiedzialnym za liniowy przesuw materiału.

Niezmiennie częstym zastosowaniem serwonapędów jest tzw. krzywka elektroniczna, czyli możliwość wykonywania kompleksowych przebiegów ruchu w urządzeniach pracujących cyklicznie. Pojawiła się też grupa odpowiedzi związana z zastosowaniami w maszynach CNC oraz generalnie pracą w z systemach z precyzyjną regulacją prędkości.

 

Główni krajowi odbiorcy serwonapędów

Grupując omawiane zastosowania pod względem typów maszyn, na początku sklasyfikować można maszyny wieloosiowe, a więc te najbardziej zaawansowane, gdzie zachodzi konieczność synchronizacji prędkości i pracy wielu osi. Prostsze maszyny oraz różnorodne systemy automatyki zostały sklasyfikowane na kolejnych, choć nieodległych miejscach.

Dystans pomiędzy tymi pozycjami zmniejsza się co każdą edycję badania, co wytłumaczyć można m.in. rosnącą dostępnością serwonapędów i ich wykorzystaniem również w popularnych aplikacjach, a nie tylko tych najbardziej wymagających.

Przede wszystkim producenci markowi

 

Aktualna sytuacja na omawianym rynku w porównaniu z ostatnimi latami

Serwosilniki i serwonapędy to najczęściej produkty markowe - można wnioskować ze statystyki dotyczącej najpopularniejszych na naszym rynku wyrobów. Większość pojawiających się w bieżącej analizie nazw dotyczy producentów dobrze znanych polskim automatykom, którzy często są obecni w kraju już od kilku dekad. Są to zwykle koncerny oferujące szeroką gamę urządzeń automatyki, jak też dostawcy specjalistyczni średniej wielkości działający w obszarach techniki napędowej i sterowania.

Specyfiką omawianego sektora jest fakt, że rozwiązania serwonapędowe pochodzą typowo z dwóch geograficznie odległych od siebie miejsc. Pierwszym jest Daleki Wschód, tj. głównie Japonia (firmy Omron Electronics oraz Mitsubishi Electric, Panasonic, Yaskawa), Korea Południowa (Fastech) i Tajwan (Delta Electronics, Lite-On).

Z kolei drugi z obszarów tworzą przede wszystkim kraje niemieckojęzyczne - Niemcy, Austria i Szwajcaria, skąd pochodzą firmy takie jak Siemens, Lenze, Bosch Rexroth, SEW-Eurodrive i B&R (obecnie ABB). W zestawieniu znalazły się też inne przedsiębiorstwa europejskie, a także amerykański Rockwell Automation (marka Allen-Bradley) i izraelski Servotronix.

Urządzenia wymienionych marek dostarczane są w kraju zazwyczaj przez firmy specjalistyczne, tj. oddziały producentów oraz dystrybutorów specjalizowanych. Można również stwierdzić, że oferowany przez nich asortyment właściwie nie ustępuje temu dostępnemu na innych rynkach europejskich. Większość firm dostarcza też znacznie więcej niż tylko serwonapędy.

Oferowane są tradycyjne napędy prądu przemiennego, napędy i silniki DC, sterowanie, komponenty sieci przemysłowych, itd. Oczywiście oprócz tego, tj. możliwości dostarczenia kompletacji, bardzo istotne są też usługi wsparcia technicznego. Zdaniem respondentów tak jest szczególnie w przypadku obsługi klientów dopiero rozpoczynających "przygodę" z serwonapędami.

Trendy: Integracja i komunikacja

 

Dostawcy i marki oferowanych produktów

Badając rynek, zapytaliśmy dostawców o największe ich zdaniem branżowe nowości ostatnich lat oraz o kluczowe tendencje na rynku. Odpowiedzi ułożone zostały w kilku grupach, co przedstawiamy poniżej (kolejność uzależniona jest od liczby wskazań):

• Integracja - to hasło pojawiało się najczęściej i dotyczyło ono zarówno integracji serwosilników z napędami i kontrolerami ruchu, łączenia napędów ze sterownikami logicznymi, jak też oferowania systemów mechatronicznych (serwosterownik/serwonapęd, zintegrowany silnik, przekładnia). Wielu respondentów zwracało również uwagę na funkcje pozwalające na integrację układów serwonapędowych w większych systemach, a także przesyłanie danych do warstwy IT/zarządzania.
• Komunikacja - nieodzownie wiąże się z tematyką integracji, aczkolwiek w tym przypadku chodziło o możliwość wykorzystania do kontroli serwonapędów ethernetowych sieci komunikacyjnych. Najczęściej wymieniany był tu EtherCAT, w dalszej kolejności inne standardy (przy czym zawsze bazujące na Ethernecie przemysłowym). Znamienne jest to, że ani razu nie zostały wymienione starsze rozwiązania (np. komunikacja analogowa). Można sądzić, że sieci ethernetowe zdominują (jeżeli już tego nie zrobiły) kiedyś niedostępny dla nich obszar komunikacji w dziedzinie kontroli ruchu i sterowania w czasie rzeczywistym.
• Bezpieczeństwo - serwonapędy wyposażane są w zintegrowane rozwiązania i funkcje bezpieczeństwa, dzięki którym nie jest konieczne dodawanie kolejnych elementów do systemu (lub ew. łatwe jest podłączenie tych wymaganych), tak aby zapewnić wymagany poziom bezpieczeństwa.
• Miniaturyzacja - zmniejszanie gabarytów serwonapędów i serwosilników wskazywane było kilkakrotnie, przy czym często w kontekście maksymalizacji parametrów użytkowych przy zachowaniu jak najmniejszej wielkości urządzeń.
• Algorytmy i rozwiązania aplikacyjne - w tym przypadku chodziło zarówno o rozwój i udoskonalanie algorytmów kontroli pracy, jak też dostępność gotowych szablonów / zestawów rozwiązań aplikacyjnych. Te ostatnie umożliwiają szybkie uruchamianie systemów serwonapędowych bez konieczności programowania, a jedynie poprzez konfigurację odpowiednich parametrów.

Na omawianej liście znalazły się też: wbudowywanie w serwosystemy funkcji monitorujących stan maszyn oraz zużywanie się mechaniczne systemów napędowych, zastosowanie połączeń jednokablowych pomiędzy serwosilnikami a serwonapędami, a także krótkie czasy cykli sterowania.

Pojawiły się też wskazania dotyczące enkoderów wysokorozdzielczych i serwosystemów bez enkoderów. Dostawcy zwracali wreszcie uwagę na kwestie pomiarów zużycia energii oraz zapewniania energooszczędności, w tym możliwości zwrotu energii do sieci podczas hamowania.

Kończąc omawianie tematów technicznych, przedstawiamy jeszcze jedną statystykę. W ankiecie zapytaliśmy o najpopularniejsze standardy komunikacji sieciowej w systemach serwonapędowych. Wyniki są podobne do tych prezentowanych dawniej w IRA oraz w raportach w APA. Trzy główne standardy to: EtherCAT, CANopen i Profibus, zaś kolejnymi były: Ethernet/IP oraz sterowanie analogowe.

 

Konkurencja na krajowym rynku serwonapędów

Patrząc na zmiany w tym obszarze, widzi się w ostatnich latach wzrost znaczenia pierwszego z wymienionych standardów. EtherCAT, który został opracowany przez firmę Beckhoff Automation i od wielu lat udostępniany jest przez EtherCAT Technology Group, wybierany jest przez coraz więcej firm jako standard wszędzie tam, gdzie konieczne jest zapewnienie wydajnej komunikacji ethernetowej w czasie rzeczywistym.

Pozwala on na synchronizację osi z bardzo dużą dokładnością, umożliwia łatwą integrację serwonapędów w większym systemie, a także wykorzystanie sterowania tzw. PC-based (kontroler serwo jest implementowany programowo).

Krajowa branża serwonapędów

 

Popularne w kraju marki serwosilników i serwonapędów – zestawienie nie odzwierciedla udziałów firm w rynku

Bieżące opracowanie to kolejna z publikowanych w IRA analiz poświęconych serwonapędom, co daje możliwość zestawienia kilku ocen dotyczących rozwoju tego rynku. Z perspektywy działających na nim dostawców kluczowe są te dotyczące tempa rozwoju oraz wielkości branży. Ta ostatnia pięć lata temu szacowana była przez respondentów na kwoty od 20 do 50 mln złotych, aczkolwiek pojawiło się też kilka powyżej 100 mln zł.

Wtedy też jako wyliczoną średnią podaliśmy 90 mln zł, dodając jednocześnie komentarz, że jest to wynik znacznie większy niż mediana i należy go traktować jako przybliżone oszacowanie. W badaniu rynku sprzed trzech lat rozpiętość wyników była również duża, zaś wyliczona średnia wyniosła 50 mln zł.

Bieżące badanie rynku przynosi wyniki wpisujące się w powyżej omawiane. Tym razem podawane były kwoty od 5 do 500 mln zł rocznie, przy czym dominującą grupę odpowiedzi stanowiły wskazania od 45 do 150 mln zł. Średnia (po odrzuceniu wskazań skrajnych) to 80-90 mln zł.

Na sprzedaż składa się dostarczanie produktów przede wszystkim do producentów maszyn oraz integratorów systemów, zaś w dalszej kolejności klientów końcowych. Dominacja producentów maszyn w tym obszarze jest właściwie stała. Koniunktura na rynku oceniana jest niezmiennie jako dobra lub bardzo dobra.

W bieżącym badaniu jedynie 3% (!) respondentów oceniło ją jako słabą, co stanowi ewenement w przypadku tego typu analiz. Oceny są również nieco lepsze niż przed trzema laty oraz korzystniejsze niż w przypadku badania poświęconego szerokiemu rynkowi silników i napędów elektrycznych.

Na koniec jeszcze słowo o konkurencji na rynku, która oceniana jest jako duża. Jeżeli chodzi o wcześniejsze opublikowane badania, to typowo 60-70% respondentów szacowało konkurencję w tym obszarze rynku jako silną, zaś reszta uznawała ją za standardową.

W branży działa wielu dostawców produktów markowych, są też firmy skupiające się na rozwiązaniach ekonomicznych. Dodatkowo w funkcje znane z serwonapędów wyposażane są coraz częściej standardowe napędy elektryczne. Suma tych czynników oraz niezłe tempo wzrostu rynku sprawiają, że sektor jest niezmiennie silnie konkurencyjny. W przypadku bieżącego badania jako taki uznało go 61% respondentów.