我國微特電機行業質量標準的分析與研究

黃海鷹 楊雄衛 黃毓敏 金燕 黃佳珺

關鍵詞：微特電機，發展歷程，發展前景，市場需求

0 引言

微特電機，全稱“微型特種電機”，主要是指直徑不大于200mm或額定功率不大于1100W的能在特殊環境條件下可靠運行的電機，常配套使用于智能控制系統或精密傳動機械負載中，以實現機電信號或能量的檢測、解析運算、放大、執行或轉換等多種功能。

微特電機門類大體可分為直流電動機、交流電動機、自整角機、步進電機、旋轉變壓器、軸角編碼器、交直流兩用電動機、測速發電機、感應同步器、直線電機、壓電電動機、電機機組、其他特種電機（包含新原理電機）等十幾大類。

微特電機綜合了電機、微電子、電力電子、計算機、自動控制、精密機械、新興材料等多門學科的高新技術行業，尤其是電子信息技術的應用和高性能材料技術的推陳出新更加促進了微特電機的技術進步。

1 微特電機發展歷程回顧

微特電機的歷史最早可追溯到19世紀，隨著物理學的進步，人類對電、磁轉化規律相關理論知識的掌握推動了電機技術的快速發展。1879年，西門子和哈爾斯克在英國獲得第一個自整角電機專利；1914年，巴拿馬運河率先用自整角電機系統控制水閘；同年，美國開始生產1/20～1/200馬力D型直流電動機系列，開創了微特電機的專業化生產，并在自動控制系統中得到應用。20世紀40年代前后，微特電機在自動控制系統和軍事裝備中得到推廣，先后形成了自整角電機、旋轉變壓器、伺服電動機和測速發電機等門類的基本系列。1949年，美國國防部軍械局頒布第一個自整角機技術條件。20世紀60年代前后，一些典型微特電機的理論、設計和標準大致完善，機座號、外形尺寸、安裝方式和主要技術指標逐步統一。與此同時，又出現多種適應特殊要求和數字控制技術的高精度、高靈敏度和高可靠性新品種，如無刷直流電動機、步進電動機、力矩電動機、直線電機和多極角度傳感器等。70年代起，一些不同于電磁感應原理的新型微特電機，如：壓電電動機、霍耳電機、光電電機等，逐步向實用化推進。20世紀80年代以來，微特電機又與電子技術及計算機技術結合，應用了專用集成電路、控制器、驅動器等硬件，由軟件支持，構建成組件或系統，顯著擴展了微特電機的范圍和功能，成為各種控制系統中十分重要的基礎元件。

微特電機品種眾多（達6000余種）、規格繁雜、市場應用領域十分廣泛，涉及國民經濟、國防裝備、人類生活的各個方面，凡是需要電驅動的場合都可以見到微特電機。微特電機制造工序多，涉及精密機械、精細化工、微細加工、磁材料處理、繞組制造、絕緣處理等工藝技術，需要的工藝裝備數量大、精度高，為了保證產品的質量還需一系列精密的測試儀器。總體來說，微特電機行業是勞動密集型和技術密集型兩者緊密相結合的高新技術產業。

目前，微特電機的應用幾乎遍布生產、生活的各個領域，從汽車到家電，從計算機到機器人，從工業生產到航空航天均有微特電機的身影，微特電機在其中發揮著控制、驅動等各種功能。2022年，全球微特電機產量已超過220多億臺，同比增長2%。未來在工業現代化、裝備現代化的推動下，市場繼續穩定增長。預計2025年產量可增長至235億臺，年均復合增長率（2020-2025年）在2.2%左右。

我國微特電機行業創建于20世紀50年代末期，從為滿足國防武器裝備需要開始，經歷了仿制、自行設計和研究開發的階段，至今已有60多年的發展歷史，已形成產品開發、規模化生產和關鍵零部件、關鍵材料、專用制造設備、測試儀器配套的完整工業體系。

2 我國微特電機行業概述

微特電機最早興起于歐洲的德國、瑞士等國家，發展于日本，而后隨著中國的改革開放，各種高新技術逐步向我國傳入，并帶動我國微特電機行業的蓬勃發展。目前，德國、瑞士、日本等發達國家仍擁有微特電機行業的高端先進技術，其余大部分一般性能電機制造業已經向以中國為主要代表的發展中國家轉移。目前中國已成為全球微特電機的第一生產大國和出口國，2022年生產微特電機接近160億臺，同比增長2.1%，全球占比接近72%。預計到2025年中國微特電機的產量將超過173億臺，全球占比接近74%，年均復合增長率（2020-2025年）超過2.5%的遞增水平。已經可以實現25個大類、60個系列、超過5000多個規格的微特電機超大批量、規模化生產。

我國微特電機行業起步于20世紀50年代，開始時主要是為滿足國防武器裝備的需要而進行仿制、研究和生產，之后隨著國民經濟的發展，微特電機的需求量越來越大，應用范圍也擴展到家電、信息設備、汽車電控等多種領域。在市場需求的引導下，我國微特電機行業通過積極考察學習國外先進技術，引進各類專用設備和生產線開啟了規模化、專業化生產的進程，先后經歷了仿制、改進、再到自主創新設計階段，至今已有60多年的發展歷史。目前我國微電機行業已形成產品開發、生產，以及關鍵零部件、關鍵材料、專用制造設備、專用測試儀器相互配套、基本完整的微特電機工業體系。我國國內制造商數量在2010年達到峰值為1112家，近年來穩定在900多家。

從地理分布來看，上世紀50至70年代我國微特電機行業生產廠因立足于早打、大打的備戰需要，大多建成于西南及西北一些主要城市如：成都、重慶、西安、蘭州甚至許多三線山區，如：成都906廠（現成都微精電機股份公司）、貴州林泉電機廠、西安微電機研究所等；就連中國電科21所這家我國軍用微特電機專業研究所，也曾在皖南的山區建設了戰備生產基地。改革開放以后，隨著國家主要精力專注于搞經濟建設，國家政策的戰略轉變以及調整使得我國微特電機行業的發展呈現爆發性的增長，大量新興的微特電機企業紛紛涌現并逐步集聚于我國東南沿海及環渤海地區。其中，長江三角洲、珠江三角洲、環渤海灣三大地區已形成我國微特電機的主要生產基地和出口基地，同時東南沿海地區也是微特電機關鍵零部件材料和專用設備配套能力最強的地區。近幾年來，隨著東南沿海地區勞動力和商務成本的不斷上升和中西部地區的政策扶持，存在部分生產企業向中西部地區遷轉的情況。

3 現代社會的信息化需求對微特電機研發方向的影響

20世紀80年代開始，以個人電腦的普及應用為標志，全球經濟信息化水平迅猛提高，各種信息處理設備、通信設備大量出現。這些產品及相關半導體制造設備、輸入輸出設備、存儲設備都涉及微特電機的使用；通信設備方面，現代生活及學習中幾乎人手必備的手機、平板電腦等便攜電子終端普遍需要振動微電機。信息化產業也因此成為微特電機應用的一個重要增長點。目前，電子信息設備用微特電機的市場規模持續增長，其龐大的市場存量也帶來了巨大的更新替代需求。預計微特電機在該領域的需求將保持穩定或溫和上漲。2022年，我國電子信息產業銷售收入總規模超過15萬億元，手機、微型計算機等主要電子信息產品產量分別超過15.6億部、3.6億臺，占全球出貨量比重約半數以上。

微特電機作為基礎性的電子元器件廣泛應用于各種機電設備中，其需求方主要是各類機電設備制造商，包括空調暖通設備制造商、空氣凈化設備制造商、家用電器制造商、汽車制造商、醫療設備制造商以及工業設備制造商等廠家。這些機電設備的消費與經濟發展水平密切相關，西方發達國家是微特電機最大的最終消費地區，相比之下發展中國家的家庭平均擁有量較低。目前，微特電機行業的生產強國主要是日本、德國、美國、英國、瑞士、瑞典等國家，這些國家的知名品牌和公司憑借其數十年甚至上百年的生產經驗和關鍵工藝技術，掌控著全球大部分高檔、精密、新型微特電機的技術和產品，對世界微特電機行業的發展起到了主導性的影響。尤其是日本憑借其精密加工技術，在電子信息產品用微特電機制造領域具有較大優勢，代表著世界先進水平，引領著高檔精密微特電機的技術發展。總體而言，國際市場上微特電機行業日本是強國，掌握高端產品的研發和生產；中國是微特電機的生產大國，掌握較大份額的中低端產品生產；歐美其他發達國家在一些高端細分領域存在較大優勢，尤其是美國在軍用微特電機的研發和生產以及可靠性驗證方面的技術實力相對較強。

進入21世紀以來，經濟信息化水平繼續推進，各種信息設備朝微型化、智能化發展，這促使微特電機行業的技術發展也有了新的內容。其中最主要的影響就在于元器件的集成化、微型化，表現在要求微特電機能適應系統的要求且具備多功能性，并在微特電機與系統之間提出了更高的匹配性、關聯性、集成度要求。微特電機正在向模塊化、組合化、智能化、機電一體化方向發展。

此外，隨著微特電機應用領域的擴大，其應用環境也隨之變化，基于傳統電磁原理意義的電機已不能完全滿足整機的要求。運用相關學科的最新成果，開發具有非電磁原理的微特電機已成為促進現代電機技術發展的一個重要研發方向。

4 我國微特電機軍、民品質量要求異同點淺析

我國微特電機軍品與民品其相關質量情況不同點主要體現在檢驗方法上，軍品比民品要求更嚴格，環境考核嚴酷度更高。但最近幾年我們結合了國內各單位多年來軍、民產品共線生產情況以及檢驗實踐經驗，在技術要求和檢驗方法中適當融合并加入到我國高端民用出口產品的高質量等級要求中作為轉型升級的典型迭代產品以加強國際競爭力。

我國微特電機的相關產品近年來在軍民轉化方面也取得了可喜的進步，例如：直線電機和超聲波電機，早期均以民品開探索性研究之先端，待市場成熟后再應用于軍用裝備方面。

軍品和民品在質量檢驗及驗收工作中均應符合相關質量文件的規定，但在樣品選取要求方面不一樣，民品的樣品選取數量更多一些，質量等級要求則是軍品要高一些。

目前，我國微特電機的軍用產品認證一般為貫軍標生產線產品認證，需與上級機關簽訂貫標項目協議書，在已建立的貫軍標生產線上生產，提供典型工藝流程，策劃監督鑒定試驗方案，并提交關鍵原材料清單和質量一致性檢驗和鑒定檢驗用儀器儀表設備清單等內容，得出鑒定結論。當鑒定試驗完成后，軍用電子元器件質量認證委員會秘書處發放證書。

而微特電機民用產品的認證一般是根據產品類型和其所適用的行業來區分，如：醫療行業用產品需按醫療行業標準進行相關認證，民用航空用產品需進行適航認證，電動工具則還需進行強制性3C認證等。

軍用產品認證注重的是產品在軍工質量認證體系下和貫軍標生產線下生產產品，并通過相關軍用產品質量文件的考核要求。而民用產品認證是指產品本身滿足相關認證要求。

我國微特電機產品的質量等級對于軍品件來說更重要些，稍有技術指標不達標則判為不合格；民品件的質量等級的寬泛度就要大于軍品件。但在質量控制方面投入的精力，軍、民品件應該是一樣多的。

我國微特電機軍民生產共線的產品目前僅限于部分高端民用產品，該類民用產品的批量相對較小，產品品質要求較高，與軍品產品具有一定的相似性，雖然兩類產品執行的質量要求不完全相同，但其產品工藝實現路徑基本相同，具有共線生產的基礎。

對于非軍轉民用的民用產品，其所面對的是中、低端市場，對成本控制要求較高，在設計和生產過程中所采用的質量要求與軍用產品差距也比較大，其批量較大，因此在工藝實現途徑上與軍品有非常大的差異性，生產的組織和管理模式有著根本性的差異。

綜合來看，我國微特電機軍民領域專業產品類別劃分基本一致，主要架構重疊，僅少部分不同。未來可以將軍、民品的質量通用性技術要求與檢驗方法融合為一體，以促進我國從微特電機制造大國向強國的轉變，更有利于我國微特電機行業的高質量發展。

5 我國微特電機行業發展趨勢及前景瞻望

當前，全球工業的科技創新和產業變革正在興起，發展模式和競爭格局將迎來重大變革，德國的“工業 4.0”戰略、美國的“先進制造業國家戰略計劃”、日本的“科技工業聯盟”、中國制造業頂層設計——“中國制造 2025”等發展戰略，即是以智能制造為主的第四次工業革命，工業自動化是其實現的重要前提之一。工業自動化的實現基礎是以機器人為代表的基礎硬件及配套軟件，而微特電機就是機器人中的核心配套元件。

電子信息制造領域微特電機需求量正隨著全球信息化發展而高速增長，當前需求量約占微特電機總需求量的30%。我國主要電子信息產品產量近年來也穩步增長，這必然給電子信息行業帶來巨大發展空間，同時也給我國微特電機制造業帶來戰略性的發展機遇。

以國內市場來看，我國相關部委的長期戰略發展規劃綱要中均明確提出高端裝備創新發展工程，其中包括航空航天裝備、海洋工程裝備、先進軌道交通裝備、高檔數控機床、機器人裝備、現代農業裝備、高性能醫療器械、先進化工成套裝備以及新能源汽車等。這些先進裝備對微特電機均存在重要的配套依賴，這些專業領域的發展和突破也對微特電機行業的加速發展有著必然要求，特別是在高端精密微特電機方面將創造廣闊而巨大的市場需求。

車用微特電機應用場景更加廣泛，微特電機現已成為汽車不可替代的核心組件，分布于汽車的發動機、底盤、車身三大部位及附件中。全球電機龍頭日本電產從 20 世紀 90 年代中期開始發展車用電機并不斷擴充產品類別，其現有汽車電機產品包括抬頭顯示器、座椅空調風扇等內飾部件，天窗電機、車鎖模塊等外飾部件，ABS/ESC 電機、ABSECU、EPS 動力系統等底盤部件，雙離合變速箱電機、E-Axle牽引電機系統等傳動系統，以及 ADAS攝像頭、第二代集成傳感器融合等高級輔助駕駛系統。在可預計的未來，汽車的電氣化趨勢顯而易見，汽車市場將對微特電機提出越來越高的數量和質量需求。

其中尤以新能源汽車電氣化的趨勢不可阻擋，繼而對微特電機等新能源汽車配套元件的需求也隨之高速增長。新能源汽車是全球汽車產業綠色發展、低碳轉型的重要方向，據評級機構標準普爾統計2022年電動汽車銷量已占全球汽車總銷量的10%，全球汽車業加速電氣化轉型。經歷了疫情影響后，2022年中國新能源汽車產、銷量分別達到了705.8萬輛和688.7萬輛，同比增長96.9%和93.4%，市場占有率達到25.6%，連續8年位居全球第一，與之配套的微特電機等核心零部件需求也隨之迅猛擴展。

中國已成為世界上最大的新能源汽車產銷國。工業和信息化部發布的數據顯示，中國新能源汽車年銷售量從2020年的136.7萬輛增長到2022年的688.7萬輛；2023年1月至5月，新能源汽車產銷量分別完成300.5萬輛和294萬輛，同比分別增長45.1%和46.8%，新能源汽車銷量占到汽車新車總銷量的27.7%。

多重政策利好疊加下，業內預計，2023年中國新能源汽車銷量將達900萬輛左右，繼續實現快速增長；2025年，新能源汽車市場占有率將接近或達到60%，年銷量達1700萬輛左右。

在傳統電機行業市場需求趨近飽和、市場規模增長率降低、產品毛利率開始下降的情況下，新能源汽車電機有望成為助力中國微特電機行業實現變道超車的機會。

6 結語

未來隨著傳統應用領域市場逐漸飽和，需求放緩，微特電機的主要增長動力將來自新能源汽車、可穿戴設備、機器人、無人機、智能家居等新興領域。

隨著新興技術的高質量發展，微特電機的應用領域也越來越廣泛，它與電子信息產品之間的結合更加完美，被廣泛使用于汽車、家電、數碼產品、醫療設備及機器人等場合，從而使得我國微特電機市場需求越來越大，市場前景也將更加光明。