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)運用在機械工業(yè)制造環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)自動加工和連續(xù)生產(chǎn)，提高機械生產(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)、計算機技術(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)品包括人機界面、控制器、變頻器、伺服系統(tǒng)、步進系統(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)展先進制造技術(shù)和實現(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)展的主要動力，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。進入21世紀(jì)以來，以人工智能、機器人技術(shù)、電子信息技術(shù)等為代表的第四次工業(yè)革命進一步整合機械和電子系統(tǒng)，工業(yè)自動化水平進一步提升，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，2019年全球工業(yè)自動化設(shè)備市場規(guī)模達到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、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)是在引進成套設(shè)備和各種工業(yè)自動化系統(tǒng)的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應(yīng)用；也有一部分企業(yè)通過引進國外技術(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)模達到1,865億元，同比增長1.9%。伴隨供給側(cè)改革進入后周期，預(yù)計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)行機構(gòu)等多種類別及細分市場，具體分類如下圖所示：

如上圖所示，2019年度各細分市場中，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)電機轉(zhuǎn)速，為了達到某種運動目的，傳統(tǒng)的機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調(diào)速技術(shù)就成為了一項迫切的需求，變頻器正是基于這個需求而產(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告（2020）》，2018-2019年，我國低壓變頻器市場規(guī)模分別達到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，同時全球疫情嚴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，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2022年低壓變頻器市場規(guī)模達到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)可以實現(xiàn)以小功率指令信號去控制大功率負載以及在沒有機械連接的情況下為實現(xiàn)由近端輸入軸同步控制遠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)，如自動機床、針式打印機等，但由于其存在發(fā)熱大、不易維修等缺點，應(yīng)用范圍受到了極大的限制。

隨著電機技術(shù)、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(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、消化吸收國際先進技術(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)《中國通用運動控制市場研究報告（2020）》，2019年我國伺服系統(tǒng)市場規(guī)模達到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)機器人行業(yè)的深化、工業(yè)自動化程度的進一步提升和智能制造的深入推進，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)進口替代的步伐將會加快，預(yù)計2022年伺服系統(tǒng)市場規(guī)模達到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)達國家起步較晚，進入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)、人機工程學(xué)、計算機軟件、嵌入式軟件、電力電子、機電一體化、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，市場應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，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、位置控制等電機驅(qū)動功能外，變頻器還要能夠?qū)︱?qū)動設(shè)備實施振動、電流、速度、溫度等多維度在線監(jiān)測，可通過監(jiān)控參數(shù)來實現(xiàn)故障診斷和故障預(yù)警功能。同時，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，避免故障擴大化和減少非正常停機。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，各個智能節(jié)點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，還要不斷滿足操作習(xí)慣需求、機械設(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性需求。所以符合機械結(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型開始在細分機型種類中獲得客戶的認可和青睞。如起重機械專用變頻器、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、多段速電機并行驅(qū)動、兼容多種類型電機驅(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行，具備可擴展性，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)和云平臺進行遠程遙控監(jiān)視，實現(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，同時實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在滿足工業(yè)要求下以最節(jié)能的轉(zhuǎn)速運行。另外高效節(jié)能的同步電機、同步磁阻電機等新型高效電機的運行離不開變頻器的驅(qū)動。變頻器驅(qū)動永磁同步電機節(jié)能降耗非?？捎^，事實也證明了變頻驅(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)廠家都在提升電機控制算法和編碼器精度上不遺余力，隨著芯片運算能力的提升，電機控制算法的優(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”一體化等形式。“控制+驅(qū)動”一體化：隨著多核芯片能力的提升，將伺服驅(qū)動、運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。“驅(qū)動+電機”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，上位系統(tǒng)還可以根據(jù)伺服系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)預(yù)測和判斷系統(tǒng)運行狀態(tài)和趨勢，做到隱患提前預(yù)警，減少非正常停機。

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)、電機本體/驅(qū)動器/傳動鏈運行狀態(tài)在線監(jiān)控、安全運行能力等。

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減小了體積；以及伺服電機材料及編碼器技術(shù)的升級，電機能夠越來越小型化，伺服系統(tǒng)功率密度也會越來越高。