一、工業(yè)自動化行業(yè)概述

工業(yè)自動化是指將自動化技術(shù)運(yùn)用在機(jī)械工業(yè)制造環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)自動加工和連續(xù)生產(chǎn)，提高機(jī)械生產(chǎn)效率和質(zhì)量，釋放生產(chǎn)力的作業(yè)手段。工業(yè)自動化的發(fā)展依賴于信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的深度融合，自動化技術(shù)在很大程度上扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)作業(yè)模式，加速了傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造。工業(yè)自動化技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)、控制、管理環(huán)節(jié)，有效提高了工業(yè)企業(yè)日常運(yùn)作效率以及工業(yè)生產(chǎn)科學(xué)性。

工業(yè)自動化的應(yīng)用核心是各類工業(yè)自動化控制設(shè)備和系統(tǒng)，主要產(chǎn)品包括人機(jī)界面、控制器、變頻器、伺服系統(tǒng)、步進(jìn)系統(tǒng)、傳感器及相關(guān)儀器儀表等。工業(yè)自動化控制產(chǎn)品作為高端裝備的重要組成部分，是發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工業(yè)自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的關(guān)鍵，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、紡織、風(fēng)電、起重、塑料、包裝、電梯、食品、汽車制造等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。產(chǎn)品按功能可劃分為控制層、驅(qū)動層和執(zhí)行層傳感類。

工業(yè)革命是自動化發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，前三次的工業(yè)革命促使全球工業(yè)自動化水平大幅提升。進(jìn)入21世紀(jì)以來，以人工智能、機(jī)器人技術(shù)、電子信息技術(shù)等為代表的第四次工業(yè)革命進(jìn)一步整合機(jī)械和電子系統(tǒng)，工業(yè)自動化水平進(jìn)一步提升，與之相應(yīng)的工業(yè)自動化設(shè)備需求也不斷增長。據(jù)IHS統(tǒng)計(jì)，2019年全球工業(yè)自動化設(shè)備市場規(guī)模達(dá)到2,147億美元，同比增長1.1%。隨著行業(yè)的快速發(fā)展，市場的競爭也越發(fā)激烈，目前以西門子、ABB、松下、安川為代表的跨國巨頭主導(dǎo)著全球工業(yè)自動化市場，其憑借技術(shù)先進(jìn)、功能齊全的產(chǎn)品，擁有龐大的客戶群和較高的市場知名度。

我國工業(yè)自動化是伴隨著改革開放起步的，從發(fā)展路徑上看，大部分企業(yè)是在引進(jìn)成套設(shè)備和各種工業(yè)自動化系統(tǒng)的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用；也有一部分企業(yè)通過引進(jìn)國外技術(shù)，與外商合作合資生產(chǎn)工控自動化產(chǎn)品。經(jīng)過多年的技術(shù)積累和應(yīng)用實(shí)踐，我國工業(yè)自動化控制技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用有了很大發(fā)展。2019年，我國工業(yè)自動化產(chǎn)品+服務(wù)市場規(guī)模達(dá)到1,865億元，同比增長1.9%。伴隨供給側(cè)改革進(jìn)入后周期，預(yù)計(jì)2020年之后市場需求將逐步回調(diào)企穩(wěn)，2022年市場規(guī)模將達(dá)到2,087億元。

近些年，國產(chǎn)品牌憑借快速響應(yīng)、成本、服務(wù)等本土化優(yōu)勢不斷縮小與國際著名品牌在產(chǎn)品性能、技術(shù)水平等方面的差距，市場份額自2009年的24.8%逐漸增長到2018年的35.7%。工業(yè)自動化控制產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣泛，幾乎遍及所有工業(yè)領(lǐng)域，在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的大背景下，我國傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、工廠自動化和企業(yè)信息化均需要大量工業(yè)自動化系統(tǒng)，市場潛力巨大。

二、工業(yè)自動化行業(yè)細(xì)分市場概況

工業(yè)自動化行業(yè)包含的產(chǎn)品種類眾多，分別有驅(qū)動類、控制類、反饋類、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等多種類別及細(xì)分市場，具體分類如下圖所示：

如上圖所示，2019年度各細(xì)分市場中，驅(qū)動類產(chǎn)品市場規(guī)模占工業(yè)自動化行業(yè)的比重約為19.80%，主要為低壓變頻器和中高壓變頻器。

變頻驅(qū)動類產(chǎn)品和控制類主要產(chǎn)品的下游運(yùn)用行業(yè)、市場規(guī)模、市場主要參與者概況如下：

三、低壓變頻器行業(yè)發(fā)展概況及發(fā)展前景

在變頻器誕生之前，由于無法自由地調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，為了達(dá)到某種運(yùn)動目的，傳統(tǒng)的機(jī)械不得不增加很多配件，這不僅增加了整體系統(tǒng)的復(fù)雜性與成本，還限制了設(shè)備的性能和發(fā)展空間，因此推出簡單而高效的電機(jī)調(diào)速技術(shù)就成為了一項(xiàng)迫切的需求，變頻器正是基于這個(gè)需求而產(chǎn)生的。此后隨著變頻器元器件、控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，變頻器的性能不斷提升，在此期間，歐美、日本等發(fā)達(dá)國家憑借電子元器件生產(chǎn)和電子技術(shù)的優(yōu)勢，迅速搶占市場。

相對于發(fā)達(dá)國家，我國變頻器行業(yè)起步較晚，直到20世紀(jì)90年代，變頻器才慢慢被廣大用戶認(rèn)可；21世紀(jì)開始，在國家的大力支持下，國產(chǎn)變頻器生產(chǎn)廠商在吸收國外變頻技術(shù)的基礎(chǔ)上通過不斷創(chuàng)新并開始嘗試自主研發(fā)生產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品性能得到了快速發(fā)展，其中低壓變頻器是工業(yè)自動化行業(yè)下游較大的細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域。

根據(jù)中國工控網(wǎng)《中國低壓變頻器市場研究報(bào)告（2020）》，2018-2019年，我國低壓變頻器市場規(guī)模分別達(dá)到202億元、211億元，分別同比增長9.2%、4.5%。2020年上半年受新冠病毒疫情影響，導(dǎo)致制造企業(yè)復(fù)產(chǎn)率低，訂單減少，同時(shí)全球疫情嚴(yán)重化亦影響海外市場的需求，2020年全年低壓變頻器市場可能會出現(xiàn)微幅萎縮。未來隨著新冠疫情的逐步控制，以及隨著智能制造帶來產(chǎn)業(yè)鏈升級，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革深入推進(jìn)，政策紅利持續(xù)釋放，下游制造業(yè)投資信心持續(xù)回升，預(yù)計(jì)2022年低壓變頻器市場規(guī)模達(dá)到219.74億元。

2014-2022年低壓變頻器市場規(guī)模及增速情況

四、伺服系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展概況及發(fā)展前景

伺服技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)以小功率指令信號去控制大功率負(fù)載以及在沒有機(jī)械連接的情況下為實(shí)現(xiàn)由近端輸入軸同步控制遠(yuǎn)端輸出軸并跟蹤電信號的目的，最早應(yīng)用于軍事需求，例如軍事船舶的自動駕駛、火炮的控制發(fā)射以及飛船與導(dǎo)彈的制導(dǎo)。后來，伺服技術(shù)被逐步應(yīng)用于民用工業(yè)，如自動機(jī)床、針式打印機(jī)等，但由于其存在發(fā)熱大、不易維修等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍受到了極大的限制。

隨著電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，交流伺服驅(qū)動技術(shù)日益成熟，性能和成本更具優(yōu)勢的交流伺服系統(tǒng)在國外得到快速發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。在行業(yè)發(fā)展期間涌現(xiàn)出松下、安川、三菱、西門子等知名品牌，并經(jīng)過數(shù)十年積累逐步成為伺服系統(tǒng)市場的領(lǐng)先企業(yè)。

我國伺服系統(tǒng)起步較晚，最初也是用于國防軍工，自2000年以后隨著國內(nèi)中高端制造業(yè)不斷發(fā)展，各行各業(yè)在生產(chǎn)制造活動中越來越多地需要使用伺服系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造高質(zhì)量和高精度的目的，這一需求促使國內(nèi)伺服系統(tǒng)市場快速增長。國內(nèi)廠商紛紛開始民用伺服系統(tǒng)的研發(fā)，通過引進(jìn)、消化吸收國際先進(jìn)技術(shù)等舉措，國內(nèi)廠商自主研發(fā)的伺服系統(tǒng)開始進(jìn)入快速發(fā)展階段，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平不斷提升，并逐漸在國內(nèi)市場中取得一定的份額。

根據(jù)中國工控網(wǎng)《中國通用運(yùn)動控制市場研究報(bào)告（2020）》，2019年我國伺服系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)到96億元，國產(chǎn)品牌市場占有率為40.0%。我國伺服產(chǎn)品真正普及應(yīng)用僅有十幾年，尚處于成長階段，未來隨著工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的深化、工業(yè)自動化程度的進(jìn)一步提升和智能制造的深入推進(jìn)，伺服系統(tǒng)市場將會出現(xiàn)新一輪爆發(fā)式增長，尤其伴隨著國產(chǎn)伺服技術(shù)研發(fā)水平的不斷提升，國產(chǎn)伺服系統(tǒng)進(jìn)口替代的步伐將會加快，預(yù)計(jì)2022年伺服系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)到110億元。

五、工業(yè)自動化行業(yè)技術(shù)水平及發(fā)展趨勢

1、工業(yè)自動化行業(yè)的技術(shù)水平

我國工業(yè)自動化行業(yè)相對于國外發(fā)達(dá)國家起步較晚，進(jìn)入21世紀(jì)才開始普及，在技術(shù)積累和產(chǎn)品的性能、穩(wěn)定性及可靠性方面與國外領(lǐng)先企業(yè)仍有較大的差距，尤其是在高端產(chǎn)品領(lǐng)域差距更大，目前只有少數(shù)領(lǐng)先的本土品牌已在產(chǎn)品技術(shù)和性能上接近甚至達(dá)到了外資知名品牌的水平，逐步涉足高端應(yīng)用領(lǐng)域。但從整體來看，本土品牌的技術(shù)成熟度與外資知名品牌相比還有一定差距，產(chǎn)品規(guī)格和種類也有待進(jìn)一步豐富。

2、工業(yè)自動化行業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著控制工程學(xué)、人機(jī)工程學(xué)、計(jì)算機(jī)軟件、嵌入式軟件、電力電子、機(jī)電一體化、網(wǎng)絡(luò)通訊等學(xué)科的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)日益完善，基于信息化帶動工業(yè)化生產(chǎn)的理念，智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺化、集成化將成為工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展的主要方向。

（1）變頻器技術(shù)發(fā)展趨勢

近年來，我國變頻器的市場保持著較高的增長率，變頻器市場還在向成熟階段邁進(jìn)，市場應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，而用戶需求也日趨多樣化，大眾的節(jié)能環(huán)保意識顯著提高，同時(shí)越來越多的新型技術(shù)和材料被應(yīng)用在變頻器研制中，未來，變頻器技術(shù)將向智能制造、行業(yè)定制、系統(tǒng)集成和節(jié)能低噪方向發(fā)展。

① 智能制造

制造設(shè)備逐漸升級，變頻器作為智能制造的執(zhí)行單元，要求變頻器自身也具備智能化，在完成節(jié)能調(diào)速、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制等電機(jī)驅(qū)動功能外，變頻器還要能夠?qū)︱?qū)動設(shè)備實(shí)施振動、電流、速度、溫度等多維度在線監(jiān)測，可通過監(jiān)控參數(shù)來實(shí)現(xiàn)故障診斷和故障預(yù)警功能。同時(shí)，變頻器能夠?qū)Ρ倔w器件提供壽命監(jiān)測和更換預(yù)警等功能，避免故障擴(kuò)大化和減少非正常停機(jī)。工業(yè)總線的高效率傳輸可將大型復(fù)雜設(shè)備的所有信息集中處理，各個(gè)智能節(jié)點(diǎn)即各自分工又高效協(xié)同。

② 工業(yè)自動化行業(yè)定制

隨著市場應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，用戶需求也是多樣化。變頻器在不斷滿足功能和性能需求的同時(shí)，還要不斷滿足操作習(xí)慣需求、機(jī)械設(shè)備安裝簡便和空間節(jié)省需求、多臺自動化設(shè)備融合兼容需求等一系列個(gè)性化的需求。通用變頻器的結(jié)構(gòu)和特征無法全面滿足新的個(gè)性需求。所以符合機(jī)械結(jié)構(gòu)，方便操作，減少多臺自動化設(shè)備組合不兼容問題的定制機(jī)型開始在細(xì)分機(jī)型種類中獲得客戶的認(rèn)可和青睞。如起重機(jī)械專用變頻器、電梯控制專用變頻器、空調(diào)專用變頻器等。這些行業(yè)定制化變頻器不但可以提供適應(yīng)性更好的控制策略，而且能降低設(shè)備的綜合成本。

③ 系統(tǒng)集成

為滿足客戶生產(chǎn)現(xiàn)場自動化設(shè)備的各類驅(qū)動需求，變頻器需要有多臺變頻器聯(lián)動、多段速電機(jī)并行驅(qū)動、兼容多種類型電機(jī)驅(qū)動的集成能力，而且變頻器、控制系統(tǒng)、電氣件、執(zhí)行系統(tǒng)等這些需要靈活集成在一起，形成系統(tǒng)解決方案。系統(tǒng)集成可以精簡控制系統(tǒng)，降低成本，減少數(shù)據(jù)冗余，多控制單元并行高效運(yùn)行，具備可擴(kuò)展性，滿足客戶長期發(fā)展需要。

此外伴隨5G通訊速度提升，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展和廣泛應(yīng)用。通過互聯(lián)網(wǎng)和云平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)多臺變頻器按工藝程序聯(lián)動，形成最優(yōu)化的變頻器綜合管理控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無人工廠。

④ 節(jié)能低噪

國家一直提倡綠色節(jié)能，同時(shí)實(shí)施一系列舉措來督促企業(yè)開展節(jié)能環(huán)保升級。變頻調(diào)速可以使得異步電機(jī)在滿足工業(yè)要求下以最節(jié)能的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。另外高效節(jié)能的同步電機(jī)、同步磁阻電機(jī)等新型高效電機(jī)的運(yùn)行離不開變頻器的驅(qū)動。變頻器驅(qū)動永磁同步電機(jī)節(jié)能降耗非?？捎^，事實(shí)也證明了變頻驅(qū)動的節(jié)能降耗效果。隨著變頻器向高端大功率節(jié)能應(yīng)用領(lǐng)域的滲透，未來對變頻器降低噪音、減少諧波對電網(wǎng)或其他電氣設(shè)備的干擾的要求進(jìn)一步提高。

（2）伺服系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢

《中國制造2025》是在新的國際國內(nèi)環(huán)境下，我國政府立足于國際產(chǎn)業(yè)變革大勢，作出的全面提升中國制造業(yè)發(fā)展質(zhì)量和水平的重大戰(zhàn)略部署?！吨袊圃?/span>2025》第一階段目標(biāo)指明：制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得明顯進(jìn)展。伺服系統(tǒng)作為智能制造的核心部件，總體來看伺服系統(tǒng)技術(shù)未來主要趨勢如下：

① 高性能化

快速響應(yīng)、精準(zhǔn)定位是伺服系統(tǒng)核心競爭力，各大伺服系統(tǒng)廠家都在提升電機(jī)控制算法和編碼器精度上不遺余力，隨著芯片運(yùn)算能力的提升，電機(jī)控制算法的優(yōu)化，編碼器技術(shù)的升級，伺服系統(tǒng)性能也在穩(wěn)步提升。

② 集成化

集成化有“控制+驅(qū)動”一體化和“驅(qū)動+電機(jī)”一體化等形式?！翱刂?/span>+驅(qū)動”一體化：隨著多核芯片能力的提升，將伺服驅(qū)動、運(yùn)動控制一體化集成在底層嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中，可極大地降低系統(tǒng)集成復(fù)雜性、成本與體積?！膀?qū)動+電機(jī)”一體化：通過總線控制，節(jié)省了系統(tǒng)布線及空間，有效提高系統(tǒng)可靠性及降低系統(tǒng)成本。

③ 總線化

隨著工業(yè)總線技術(shù)的不斷發(fā)展以及設(shè)備傳動部件的增多，總線型伺服系統(tǒng)具有越來越重要的地位，伺服系統(tǒng)與上位控制系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)更快更多，提升系統(tǒng)控制性能的同時(shí)，上位系統(tǒng)還可以根據(jù)伺服系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)預(yù)測和判斷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和趨勢，做到隱患提前預(yù)警，減少非正常停機(jī)。

④ 智能化

智能化伺服系統(tǒng)，具備參數(shù)記憶、故障診斷和分析、系統(tǒng)參數(shù)自整定、系統(tǒng)參數(shù)免調(diào)整等功能，主要研究內(nèi)容包括傳動鏈模式識別、參數(shù)免調(diào)試技術(shù)、電機(jī)本體/驅(qū)動器/傳動鏈運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)控、安全運(yùn)行能力等。

⑤ 高功率密度化

隨著市場對伺服系統(tǒng)的小型化需求增加；功率器件技術(shù)、材料及工藝升級在降低功耗的同時(shí)減小了體積；以及伺服電機(jī)材料及編碼器技術(shù)的升級，電機(jī)能夠越來越小型化，伺服系統(tǒng)功率密度也會越來越高。