1纖維纏繞設備概述

纖維纏繞設備主要分為機械式纏繞、數控（CNC）式纏繞、微機控制式纏繞和機器人纏繞四大類。機械式纏繞設備主要發展于20世紀50至70年代，其核心依賴齒輪、凸輪等純機械裝置實現芯模旋轉與導絲頭的往復運動，結構相對簡單，但靈活性差，僅能纏繞特定形狀（如軸對稱回轉體）的制品，且更換產品時需耗費大量時間調整機械部件，生產效率較低。進入數控（CNC）式纏繞設備階段（約80年代起），計算機數字控制技術的引入帶來了革命性變化。通過預先編程控制多軸（芯模旋轉軸、導絲頭平移軸、導絲頭偏轉軸等）的聯動，顯著提升了纏繞軌跡的精度與復雜性，能夠實現非測地線纏繞、平面纏繞等復雜模式，滿足如壓力容器、異型管道等更高性能要求制品的生產需求，尤其在航空航天高壓氣瓶領域得到關鍵應用。微機控制式纏繞設備在90年代后期至21世紀初成為主流，它基于更強大的微型計算機系統，采用多CPU協同處理，結合高精度伺服驅動技術，不僅進一步提高了控制精度和響應速度，還大大增強了設備的功能性（如實時監測、數據采集、故障診斷）和用戶界面的友好性（圖形化編程、仿真模擬）。此階段設備在穩定性、生產效率和適應復雜產品設計方面取得了長足進步。當前及未來發展的重要方向是機器人纏繞設備。這類設備利用工業機器人（通常是六軸或七軸）的極高靈活性與大工作空間，結合末端執行器（纏繞頭）和視覺/力傳感技術，徹底擺脫了傳統纏繞機對固定機械結構的依賴。機器人纏繞特別擅長處理大型、異型、非回轉體或具有復雜空間曲面的構件（如汽車輕量化部件、飛機進氣道、風電葉片主梁或根部增強層），能實現傳統設備難以企及的復雜空間軌跡纏繞，代表了纖維纏繞技術向高度柔性化、智能化、集成化發展的前沿趨勢，在風電、新能源汽車、高端裝備制造等新興領域展現出巨大潛力。這四個階段的演進深刻體現了纖維纏繞設備從機械化、自動化向數字化、網絡化、智能化持續深化的技術變革路徑。

1.1國外纖維纏繞設備發展史

從國際發展態勢來看，纖維纏繞FW設備發展迅猛。代表性企業包括美國安德遜公司、哥德華賽工程公司（Goldsworthy Engineering）、工程技術公司（Entec-Engineering Technology）、德國百事得(BSD)公司等。

圖1 美國安德遜公司微機控制6軸纖維纏繞機動作

2004年，法國MFTech公司率先開展機器人纏繞技術研究并實現商業化應用。該公司提供的機器人纏繞設備充分發揮了機器人的柔性優勢，可通過抓取模具或帶動導絲頭兩種方式完成纏繞成型。

圖2  MFTech機器人纏繞

美國Fiberspar公司于1999年開始商業化生產連續纏繞柔性管，據稱是當今全球業界的領導者。其生產工藝是：擠出高密度聚乙烯或交聯聚乙烯熱塑性塑料內襯層（壓力防滲漏層）-多次環向纏繞玻纖環氧層(結構層)-外包覆熱塑性塑料層（耐磨層）。整個生產線全部自動控制，由14臺纏繞機、牽引機、固化爐、收卷裝置以及兩臺擠出機等組成。在塑料管上纖維纏繞玻璃鋼后在線擠出外塑料保護層，制成管線。生產速度取決于管徑，一般為2.7 m/min~3.6 m/min。一根管線連續生產長度可達10800 m，理論上可以達無限長度。

圖3 美國Fiberspar連續管道生產線

1.2國內纖維纏繞設備發展史

國內纖維纏繞設備演進史始于1965年，北京251廠率先研制我國首臺臥式纏繞機“525”，該機持續服役至2011年。1966年，行業創新推出齒鏈式機械無級調節環鏈臥式纏繞機，突破掛輪局限，實現纏繞規律與排紗密度的便捷調控，采用鏈傳動垂直面布局（適用于15升及以下氣瓶）和水平面四鏈輪布局（適用于20升及以上氣瓶）。同年，國家紡織工業部組織七機部43所、中國紡織科學研究院等五家機構聯合開發大型立式纏繞機，該設備至今仍在應用；1984年，北京電力設備總廠引入加拿大立式設備以豐富技術體系。1974年，北京251廠成功開發X2型行星式纏繞機，應用三軸同心行星傳動原理。自20世紀90年代起，技術邁向多元化創新，哈爾濱玻璃鋼研究院、武漢理工大學、哈爾濱工業大學、中船625所等科研單位與九迪、萬格、中科時代等企業協作推進MCFW及機器人纏繞技術研發，臺灣省工業研究院于2000年已掌握7軸纏繞技術。2014年，上海萬格融合德中技術成果開發機器人纏繞氣瓶自動生產線，實現對日出口，其10工位設備獲臺灣省采購且產出液化氣罐通過德國認證。至2020年，重慶慶陽控股集團/河南沁陽復合材料研究院與濮陽縣福瑞普建材公司相繼突破小口徑連續纏繞技術，開發無鋼帶建模的10毫米至250毫米高效玻璃鋼管生產線，憑借牽引履帶機公轉自轉同步機制實現每分鐘2米生產速率，技術水平對標韓國同類裝備。

圖4 國內纖維纏繞設備發展歷程圖

（來源：陳博，國內外復合材料工藝設備發展述評之二——纖維纏繞成型；中國復合材料工業協會整理）

2中國纖維纏繞設備相關政策與專利分析

2.1政策分析

產業政策驅動技術升級：2021年發布的《“十四五”紡織機械行業發展指導性意見》明確提出，需重點突破碳纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯等高性能纖維生產成套裝備的技術瓶頸。次年4月，《工業和信息化部 國家發展和改革委員會關于化纖工業高質量發展的指導意見》進一步強調提升高性能纖維生產與應用水平，并重點支持其在航空航天、風電及光伏發電等戰略領域的規模化應用。《十四五新材料產業發展規劃》進一步將纏繞設備明確納入“高端裝備制造重點工程”，并輔以財政補貼、稅收優惠、產業園區建設等一攬子扶持政策，為行業發展注入強勁動力。

科技政策強化研發支撐：高性能纖維領域的科技攻關、產業化推進及重點市場拓展，已被納入國家“973”計劃、“863”計劃、國家高技術產業化示范工程項目等國家級科技規劃體系。此類政策為高性能纖維纏繞設備的研發創新與應用推廣提供了系統性支持，有效加速了相關核心技術的突破與產業鏈的成熟進程。在政策引領下，長三角和珠三角地區依托完善的產業配套、豐富的人才儲備及活躍的創新生態，迅速崛起為產業集群高地。集群內企業通過協同創新與資源共享，不斷優化產業鏈條，實現升級迭代，顯著提升整體競爭力。

稅收優惠降低應用成本：2024年，國家出臺的系列支持設備更新和技術改造政策，已累計實現減稅1140億元（據人民日報、國家稅務總局天津稅務局數據）。根據相關政策，企業購置用于環保、節能、安全生產等特定領域的專用設備，其投資額可按一定比例享受稅額抵免優惠。該政策顯著降低了企業設備更新升級的財務負擔，為高性能纖維纏繞設備的下游應用滲透創造了有利條件。同時，中國龐大的制造業基礎為纏繞設備提供了廣闊的應用沃土，風電、汽車、建筑等領域需求持續攀升。

2.2專利分析

根據國家知識產權局數據顯示，纏繞設備領域相關專利共計10項，90%由企業持有，凸顯企業在高性能纖維纏繞設備技術研發中占據絕對優勢。從地域分布看，相關企業高密度聚集于江蘇（6項，占比60%）、上海、江西等地。其中江蘇省表現尤為突出，依托江蘇欣榮普爾斯機械（2項）、天蔚藍電驅動科技、常州神鷹碳塑復合材料、江蘇欣榮科技發展及鹽城雷擊環保科技等企業形成顯著產業生態，彰顯該區域在研發能力與產業鏈建設方面的領先地位。技術領域分析表明，專利主體覆蓋機械制造、復合材料、電驅動及環保科技等多行業，凸顯跨領域技術融合特征。特別值得注意的是，復合材料纏繞技術構成創新主陣地——典型如上海天海復合氣瓶與常州神鷹碳塑的專利，分別聚焦復合材料氣瓶及碳纖維纏繞成型技術，此類技術主要應用于航空航天部件、高壓氣瓶、風電葉片等對高強度輕量化有嚴苛需求的應用場景。

3纖維纏繞設備市場現狀

3.1市場現狀

根據Markets and Markets最新研究報告，全球纏繞設備市場規模預計將于2025年達到42.7億美元，較2020年的26.5億美元實現10%的年均復合增長率（CAGR）。市場增量主要源于氫能儲運（貢獻率40%）和航空航天（貢獻率30%）兩大領域。

在國產化進程方面，我國纏繞設備國產化率已從2018年的15%顯著提升至2023年的35%，并規劃于2025年突破50%的關鍵節點。據人人文庫《2025-2030中國數控纖維四維纏繞機行業供需態勢與盈利前景預測報告》數據顯示，2025年國內市場規模預計達到150億元人民幣，至2030年將進一步增長至280億元人民幣，對應期間年復合增長率約為12.5%。（全球數據來源：Markets and Markets；國產化率及市場規模預測來源：人人文庫）

3.2 企業分析

3.2.1 Roth Composite Machinery

圖5 Roth Composite Machinery的纖維纏繞設備

通過提供適用于各類浸漬方法、纖維及基體材料的解決方案，我們的設備實現了卓越的機器適用性靈活性。針對產品開發和小批量生產需求，也提供緊湊設計、確保工藝參數可無縫轉移至大規模生產設施，并實現最高精度與繞線質量。此外，機器人纏繞成型機作為先進解決方案，尤其適用于開發項目和小規模生產；其鋪放頭的運動由六軸機器人精確控制，并具備交付與安裝周期短的優勢。復合機械系統集成了高性能提取器與創新的物料搬運系統，以交鑰匙工程方式提供完整解決方案。作為擁有逾60年經驗的全球技術領導者，Roth Composite Machinery服務于眾多高端市場，包括復合包覆壓力容器、航空航天與國防、能源與電氣絕緣、水處理、汽車制造、機械設備與零部件供應以及研發機構。

圖6 纖維纏繞數據軟件 

纖維纏繞數據軟件可優化繞線過程，結合制造與仿真，由行業專家創建并著重于易用性。其主要優勢包括：專為Roth卷繞機量身定制，配備高度用戶友好的圖形界面和易于導航的菜單以確保流暢的工作流程；支持無限層數，在工藝設計中實現最大效率；依托高級計算算法，實現纖維輸送的完美精度，并能輕松將“數字孿生”傳輸至機器；同時提供最高級別的服務與支持，持續提供更新和升級。

3.2.2哈爾濱復合材料設備開發有限公司

哈爾濱復合材料設備開發有限公司，國內首家專門生產復合材料設備的公司，1991年9月，由哈爾濱玻璃鋼研究院設備研究室和自動化控制研究室合并，在哈爾濱高新技術開發區注冊成立。公司自成立以來，充分利用哈爾濱玻璃鋼研究院和國家樹脂基復合材料工程技術中心的技術優勢，專注于復合材料設備產品及技術的研發，現已發展為國內該領域集科、工、貿于一體的龍頭企業。公司的設備及技術服務范圍已遍及全國27個省、市、自治區，并出口到韓國、馬來西亞、越南、科威特等國家。

核心技術/產品：CFW系列連續纏繞玻璃鋼管道全自動生產線、CCFW系列高壓儲氫纏繞瓶生產線、六軸聯動機器人纏繞機，支持大型儲罐/管道纏繞機定制（含6軸CNC系統），覆蓋能源化工及高壓儲氫領域。其中研制的4FW4000x10000型計算機控制纏繞機和WG300型肘形管專用纏繞機的研制水平為國內領先5FW5000x6000型計算機控制五維重載高精度纏繞機達到國際先進水平。 優勢：依托國家級科研項目背景，軍工級精度（誤差≤±0.1mm），技術自主可控，在國內市場占據領先地位。 劣勢：設備售價高（約1000萬元人民幣以上），交貨周期長（標準為3-6個月），定制化需求導致成本增加。  

圖7 哈爾濱復合材料設備開發有限公司部分纏繞設備

3.2.3連云港唯德復合材料設備有限公司

連云港唯德復合材料設備有限公司成立于2001年，致力于復合材料纏繞設備的研究與制造，是國內唯一一家既能為航天、軍工、核工業提供高精度纏繞機，又能為民用提供通用型纖維纏繞機及整套生產線的企業。公司于2014年6月投入運行連續纖維纏繞生產線，產品廣泛應用于玻璃鋼管道、化工儲罐及車載高壓氣瓶等領域。依托與武漢理工大學的緊密合作及自身完備的設計、制造、安裝人才體系，公司已通過ISO9001-2000認證，并在中國濕法夾砂系統擁有三項專利。十幾年來，已為國內外客戶提供了近300套玻璃鋼管道、儲罐及高壓容器等生產線，以先進設計、精湛技術和優質服務贏得一致好評。

1）CFW 系列連續纏繞玻璃鋼管道全自動生產線

圖8 CFW系列連續纏繞玻璃鋼管道生產線

CFW 系列連續纏繞玻璃鋼管道生產線系唯德公司核心產品之一，其生產工藝設計精密。該生產線能夠依據預設位置與定量，將連續纖維、短切纖維、石英砂、樹脂及助劑等材料，沿由連續循環鋼帶構成的纏繞模具軸向精確排布。在先進的計算機系統控制下，實現精確計量、下料與鋪層，繼而通過遠紅外加熱快速固化成型為管道；再經切割、端部修整與嚴格質量檢驗流程，確保每一根管道均符合高品質標準。此獨特工藝使得鋼帶每旋轉一周，管壁即形成一層；經數十層疊加，管壁得以逐層增強并最終成型，其構建精度可與增材制造技術媲美。大量短切纖維將內襯層、纏繞紗層及砂層緊密聯結為一體，在樹脂充分浸潤作用下，形成均質管壁結構，性能表現優異。

在技術參數方面，該生產線優勢顯著。其管道直徑覆蓋范圍廣泛，涵蓋300mm 至 1600mm、300mm 至 3000mm、400mm 至 4000mm 等多種規格，可充分滿足不同工程場景需求；管道工作壓力范圍為 1bar 至 32bar，不同直徑管道適配相應最大壓力，有力保障使用安全穩定；管道剛度區間為 1250Pa 至 12500Pa，為管道在各類復雜工況下的可靠運行提供堅實基礎。該生產線亦適用于頂管制作，場地要求為廠房尺寸 24m × 100m 至 150m，行車有效起吊高度 6.5m 至 8.5m，供電裝機總功率 300kW 至 400kW，具備良好的適應性。相較于傳統工藝生產的管道，CFW 系列生產線在生產效率方面實現顯著提升，產品性能離散性小，質量穩定可靠，生產過程綠色環保，機械性能優越，故廣泛應用于市政給排水、水利工程、化工輸送等諸多領域，成為管道制造的優選方案。

2）CCFW 系列高壓儲氫纏繞瓶生產線

圖9 CCFW系列高壓儲氫纏繞瓶生產線

在氫能源蓬勃興起的浪潮之中，CCFW 系列高壓儲氫纏繞瓶生產線應運而生。過去十年間，唯德公司與國內多家前沿氫能源企業攜手并肩，深度協作研發。該生產線為纖維纏繞工藝呈獻一站式完備設備與精準方案，涵蓋四維高精度纏繞機、裝卸機械手、固化爐、樹脂供應系統、氣瓶線試壓裝置等核心部件。

其中，四維高精度纏繞機于年產 2 萬只氣瓶的高強度生產環境中歷經錘煉，憑借穩定運行、高精度纏繞等卓越特性贏得客戶信賴。公司持續發力，不斷優化提升其精度，精研細節，為打造高效能、高穩定性的生產線拼搏奮進。如今，自動裝 / 卸瓶、自動運輸流水線、自動剪接紗等自動化功能一應俱全，為四型氫氣瓶的無人化生產夯實根基，成熟的自動化生產方案可依據客戶需求靈活定制。

從性能呈現來看，CCFW 系列生產線運行穩定性極佳，自動化程度高，極大地提升了生產效率。經國內生產高壓儲氫氣瓶的廠家長期、高負荷、高頻次使用驗證，各項性能指標全然達到歐洲同類產品先進水準，已然具備替代歐洲進口同類生產線的實力，為我國氫能源產業的自主可控發展提供了堅實依托。

3.2.4威海捷諾曼自動化股份有限公司

威海捷諾曼自動化股份有限公司是一家國家高新技術企業，成立于2012年，注冊資金2100萬元，占地20余畝，建筑面積14000多平米，建有研發辦公樓、數字化生產車間、重點實驗室等設施，主要從事碳纖維纏繞機、固化線、氫氣瓶自動化產線、碳纖維鋪絲設備、環保VOC治理設備的研發與生產，并下設威海市藍拓工業自動化研究院（山東省新型研發機構）和上海捷諾曼自動化裝備有限公司兩家子公司。在纖維纏繞設備領域，公司提供高精度、多軸聯動和智能化控制的解決方案，應用于復合材料制品如高壓氣瓶、管道、儲罐的生產，其技術亮點包括可實現碳纖維、玻璃纖維等的精密纏繞，支持干法/濕法纏繞和多角度鋪層設計，自動化集成度高，包含浸膠系統和固化工藝配套，廣泛應用于氫能源（儲氫氣瓶）、航空航天和汽車輕量化等行業。

圖10 威海捷諾曼自動化股份有限公司制造的纖維纏繞設備

總的來看，國內纏繞設備普遍面臨自由度低柔性不足、專機專用適應性弱等問題，難以滿足纖維纏繞多樣化復合材料制品對高動態響應、高柔性、高性價比等的制造需求。工業機器人憑借其出色的動態響應、優異的通用性、豐富的自由度、高度柔性以及強大的可擴展性等優勢，應用于復合材料制品成型裝備領域，可實現一機多用、便于換產，顯著提升纏繞裝備的柔性與適應性，有效降低生產成本。（楊海：復合材料纖維纏繞機器人關鍵技術研究）

4應用領域

4.1能源化工及交通領域

纏繞制品在民用領域的主要應用包括：復合材料壓力管道、儲罐、壓力容器、呼吸氣瓶及天然氣氣瓶、風機葉片、塔桿、電線桿、絕緣子、體育休閑用品、工業用傳動軸、各種輥筒等。

圖11  采用纏繞技術的儲氣瓶

（來源：鳳凰網、天風證券）

汽車作為現代產業在科技的帶動下快速發展，隨著汽車復合材料應用水平的不斷提高，復合材料單車用量將逐漸增加，2015年我國汽車工業所需塑料、復合材料總量約為 165 萬噸。隨著成型技術和裝備的不斷發展，復合材料汽車零部件在汽車領域的應用將日益擴大。為了提高汽車輕質高強的性能，復合材料逐漸取代傳統汽車制造應用材料，纏繞技術在汽車制造上的主要應用為傳動軸、排氣管、渦輪增壓管、車載氣瓶、電池殼體、電機部件等。

圖12 我國新能源汽車月度銷量

（數據來源：中國汽車工業協會）

2025年1月至4月，中國新能源汽車產銷量分別累計達442.9萬輛和430萬輛，較去年同期分別大幅增長48.3%和46.2%。這一強勁增長態勢主要得益于國家政策對新能源汽車產業的有力支持以及市場需求的持續釋放。根據SAE《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》規劃，氫燃料電池汽車保有量將呈現跨越式增長——2020/2025/2030年目標分別為8000-10000輛/5萬-10萬輛/80萬-100萬輛，十年間規劃保有量增幅高達百倍。新能源汽車的蓬勃發展不僅全面激活了產業鏈活力，更直接帶動車載氣瓶、傳動軸等核心零部件的需求擴張。其中，作為新能源汽車安全系統關鍵組件的車載氣瓶需求激增。同時，電動車驅動技術的普及推動傳動軸需求持續走強。關鍵零部件需求的增長進一步驅動纏繞設備市場顯著擴張，該設備作為高精度部件的核心生產工具，其市場需求呈現強勁攀升趨勢。

表1國內外主要IV氣瓶研發單位

（素材來源于官方公布信息、公開信息，中國復合材料工業協會整理）

海洋船舶領域對復合材料需求最為廣泛的是復合材料管道。憑借其耐腐蝕、耐油、耐高溫等優異特性，纏繞成型的復合材料管道被廣泛應用于海上油氣運輸、海洋平臺及船舶領域。此外，疏浚管道、海底輸油軟管、潛艇耐壓殼體、深海探測器、潛水呼吸氣瓶、船桅桿等也是復合材料的重要應用方向。

圖13 海上管道及管纜

油氣工程領域的應用涵蓋陸地及海上場景，主要包括油氣運輸管道和疏浚管道。復合材料管道因其具備超強的耐腐蝕性，正逐步取代傳統鋼制管道，并在工程實踐中獲得廣泛應用。

圖14 陸地油氣管道、海洋油氣管道