2017年中國工業自動化行業發展概況、競爭格局及行業市場容量分析

 工業自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表理論、計算機和信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的綜合性技術。工業自動化技術作為現代工業的支撐技術之一，解決了生產效率與產品質量一致性的難題，是現代工業生產實現規模、高效、精準、智能、安全的重要前提和保證。自動化控制系統投入和企業效益提升的比例約為 1：4 至 1：6 之間，工業自動化技術的廣泛應用將大幅提升生產效率、改善勞動條件、保證產品質量和標準化程度，并提高生產企業對現代工業生產的預測及決策能力。

工業自動化控制系統是利用工業自動化技術對工業生產過程及其機電設備、工藝裝備進行檢測與控制的工業自動化技術工具的總稱，其中設備自動化是工業自動化控制系統的基礎和核心組成部分，應用最為廣泛，實現設備自動化的工業自動化控制產品主要包括人機界面、控制器、伺服系統、步進系統、變頻器、傳感器及相關儀器儀表等。工業自動化控制系統作為智能裝備的重要組成部分，是發展先進制造技術和實現現代工業自動化、數字化、網絡化和智能化的關鍵，是實現產業結構優化升級的重要基礎，廣泛應用于機床、風電、紡織、起重、包裝、電梯、食品、塑料、建筑、電子、暖通、橡膠、采礦、交通運輸、印刷、醫療、造紙和電源等行業。
隨著計算機、通訊、微電子、電力電子、新材料等技術不斷更新，工業自動化技術也得到快速發展，全球工業自動化主要經歷了三個階段：

20 世紀 40～60 年代為起步階段，1952 年世界第一臺數控機床在美國誕生，工業自動化隨工業化大生產應運而生，該階段應用的機器人不需具備較強的靈活性，僅需完成重復裝卸一種零件等簡單工作，對提高生產效率和產品質量發揮了重要作用。

20 世紀 60～70 年代為發展階段，在單機自動化的基礎上，各種組合機床、組合生產線相繼出現，同時軟件數控系統出現并應用于機床等設備，計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）等軟件開始應用于工程的設計和制造。

20 世紀 80 年代以來，工業自動化開始進入快速發展階段，為適應工件的多品種和小批量生產，工業自動化向集成化、網絡化、柔性化方向發展，其中計算機集成制造系統（CIMS）和柔性制造系統（FMS）為該階段的主要應用成果。

我國工業自動化的發展始于改革開放初期，20 世紀 80 年代我國開始引進工業自動化技術，隨著改革開放進程的加快，我國工業自動化發展迅速，人機界面、伺服系統、步進系統、可編程邏輯控制器、變頻器等工業自動化控制產品被廣泛應用于工業控制的各個領域，尤其在我國 2000 年加入世界貿易組織（WTO）后，隨著出口的大幅增長，因應制造業各個領域的需求，工業自動化技術得到更加廣泛的應用，促進中國制造業蓬勃發展，為我國工業現代化做出了較大貢獻。

2008 年國際金融危機發生后，發達國家紛紛實施“再工業化”戰略，重塑制造業競爭新優勢，加速推進新一輪全球貿易投資新格局。2010 年 7 月德國政府發布《高技術戰略 2020》，確定十大未來項目，其中之一就是“工業 4.0”,目的是支持工業領域新一代革命性技術的研發與創新，2012 年 2 月美國國家科學技術委員會發布《先進制造業國家戰略計劃》報告，該報告從投資、勞動力和創新等方面提出了美國先進制造業發展的目標和對策。與此同時,一些發展中國家也在加快謀劃和布局，積極參與全球產業再分工，承接產業及資本轉移，拓展國際市場空間。我國制造業面臨發達國家和其他發展中國家“雙向擠壓”的嚴峻挑戰，必須放眼全球，抓緊戰略部署，加緊制造業的轉型升級，加快從制造大國向制造強國的轉變，固本培元，化挑戰為機遇，搶占制造業新一輪競爭制高點。為此，國務院于 2015 年 5 月發布了《中國制造 2025》的戰略規劃，作為實施制造強國戰略第一個十年的行動綱領。《中國制造 2025》明確提出要推進制造過程智能化，通過搭建智慧工廠，使企業生產過程由自動化向數字化和智能化方向發展。智慧工廠是因應制造業發展趨勢，實現低成本的多品種、小批量、大規模柔性制造的關鍵，而智慧工廠的第一步仍然是要先實現工廠自動化的不斷升級。當前，我國正在努力從制造大國向制造強國轉變，隨著國家振興裝備制造業政策的推進和落實，我國自主知識產權的工業自動化控制產品和技術將面臨較大的發展空間。

人機界面、伺服系統和低壓變頻器收入占營業收入的比重分別為 87.08%、85.70%和 86.87 %，因此本節主要介紹人機界面、伺服系統和低壓變頻器的行業相關情況。

1 、人機界面簡介及發展概況

人機界面是人與機器進行交互的終端設備，是工業自動化控制系統不可或缺的功能單元，主要包括文本顯示器和觸摸屏。文本顯示器是一種單純以字符形式呈現的人機界面，文本顯示器因采用鍵盤輸入、色彩單一且屏幕顯示范圍較小，多適用于經濟型自動化設備。觸摸屏是一種以字符和圖形結合呈現的人機界面，畫面切換及參數輸入均直接在屏幕上進行，操作簡單直觀、圖形和色彩豐富、功能多樣，多適用于中高端自動化設備。

人機界面由硬件和軟件兩部分組成，其中軟件的開發是核心。人機界面的軟件包括下位機軟件和上位機軟件，其中下位機軟件屬于嵌入式軟件，運行在人機界面硬件系統之中，主要負責軟硬件資源分配、任務和信息處理、控制、協調并發活動，并可通過裝卸功能模塊實現相應功能，最重要的功能包括解析和處理上位機生成的工程應用軟件；上位機軟件又稱畫面組態軟件，是人機界面軟件的關鍵組成，上位機軟件在各類基于微軟 WINDOWS 操作系統的計算機上運行，可以實現文字、圖形元件等編輯、組態工程管理、數據下載等功能，是人機界面實現具體工程應用必不可少的軟件工具。

早期工業自動化控制系統的人機交互主要依靠大量的開關按鈕和二次儀表，操作人員需在較大范圍內進行監視和操作。20 世紀 80 年代開始，隨著計算機應用技術的逐漸普及，為了方便操作人員對機器設備的運行控制、工藝參數的記錄和分析，以及更加及時地了解設備的具體運作情況，加強對生產信息和設備信息全面而直觀的監控，人機界面應運而生。使用人機界面不僅可節省可編程邏輯控制器的 I/O 點數，還可節省大量的按鈕開關、二次儀表及指示燈等顯示裝置，且能隨時顯示重要信息，從而有利于操作人員正確掌握機器運行狀況并及時避免錯誤，基于計算機的人機界面開始取代傳統的控制面板，被逐步應用于各種工業現場。20 世紀 90 年代后期開始，隨著嵌入式計算機技術的發展，基于嵌入式技術的人機界面逐步取代了傳統的工業計算機成為機器設備的主要配置。

2 、伺服系統簡介及發展概況

伺服系統是指以位置、速度、轉矩為控制量，能夠動態跟蹤目標變化從而實現自動化控制的系統。伺服系統集材料、電子、控制、通訊等技術于一體，是實現工業自動化精密制造和柔性制造的核心技術。隨著電子、控制理論、計算機等技術的快速發展以及電機制造工藝水平的不斷提高，伺服系統近年來獲得快速發展，廣泛應用于機床、包裝、紡織、電子、塑料、醫療、印刷、橡膠、食品等行業。

伺服系統由伺服驅動器和伺服電機兩部分組成，其中伺服驅動器作為伺服系統的驅動裝置，通常包括位置、速度和電流三個閉環控制模塊，負責將不同的控制信號最終轉換成電流指令驅動伺服電機運轉；伺服電機作為伺服系統的執行元件，負責將從伺服驅動器收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出，伺服電機通常自帶運行反饋元件，主要是編碼器，反饋元件決定了伺服系統的定位精度。伺服驅動器和伺服電機及負載一起決定了整個系統的動態響應、運行的穩定性、負載的過載能力等，伺服電機的效率決定了整個伺服系統的效率。伺服驅動器作為伺服系統性能、功能和應用的核心部分，主要包括電機控制模塊（位置、速度、電流控制）、輸入輸出接口控制模塊、傳感器反饋處理模塊、通信功能模塊等，具備便于參數調試、修改和移植等特點。

伺服系統的發展經歷了由液壓、氣動到電氣的過程，目前伺服系統市場主要以電氣伺服系統為主，電氣伺服系統根據所驅動的電機類型分為直流伺服系統和交流伺服系統。20 世紀 50 年代，直流伺服電機實現了產品化并開始應用，70年代直流伺服電機得到了廣泛應用，但直流伺服電機存在機械結構復雜、維護工作量大等缺點，因此很多應用場合不太適合。從 20 世紀 70 年代后期到 80 年代初期，集成電路、交流可變速驅動技術的發展使得交流伺服系統逐漸成為主導產品。20 世紀 80 年代以來，由于電機永磁材料制造工藝的發展及其性價比的日益提高，永磁交流伺服驅動技術有了突出的發展，同時，伺服驅動技術也隨著微機和數字技術的發展，其性能得到不斷提升，由于交流伺服系統的驅動裝置采用了先進的全數字式驅動控制技術，硬件結構簡單、參數調整方便，產品生產的一致性和可靠性較高，同時可以集成復雜的電機控制算法和智能化控制等功能，包括增益自動調整、網絡通訊等，進一步拓展了交流伺服系統的應用領域；此外，隨著機床、風電、紡織、起重、包裝、電梯、食品、塑料等行業的機器設備對工藝精度、加工效率和工作可靠性的要求不斷提高，交流伺服系統正逐步替代直流伺服系統，其市場需求將得到持續增長。

3 、低壓變頻器簡介及發展概況

變頻器是將固定電壓、固定頻率的交流電變換為可調電壓、可調頻率的交流電的裝置。我國變頻器行業通常按照輸入變頻器的電壓等級對變頻器進行分類，一般分為低壓（110V、220V、380V）、中壓（690V、1,140V、2,300V）和高壓（3KV、3.3KV、6KV、10KV）變頻器。低壓變頻器為電壓等級低于 690V 的可調輸出頻率交流電機驅動裝置，廣泛應用于各類生產制造領域，如風機、水泵、提升機、電梯等領域，具有節能、改善工藝流程、提高產品質量和實現自動控制等功能。

由于變頻器的主電路均采用電力電子器件作為開關器件，因此電力電子器件是變頻器發展的基礎。20 世紀 50 年代末，美國通用電氣公司推出晶閘管電力電子器件，為變頻器的發展提供了劃時代的基礎硬件。隨后，電力電子器件從最初的晶閘管、門極可關斷晶閘管，經過雙極型功率晶體管、金屬氧化物場效應管、靜電感應晶體管、靜電感應晶閘管、MOS 控制晶體管、MOS 控制晶閘管等，發展到今天的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管（HVIGBT），電子電力器件的更新使變頻器的應用領域更為廣泛。20 世紀 60年代，變頻器在發達國家開始實現產業化生產。20 世紀 70 年代，變頻器的軟件技術出現飛躍式發展。20 世紀 80 年代，由于電力半導體開關器件和微電子技術的進步，變頻器性能及可靠性大幅提高，應用領域進一步擴大，已在發達國家得到廣泛應用。近十幾年來，隨著電力電子技術、計算機技術、自動控制技術的迅速發展，電氣傳動技術的發展日新月異，電機交流變頻調速技術因其具備高效率、優異調速和啟制動等性能，節電效果顯著，被認為是最有發展前景的調速方式。

預計未來幾年變頻器將向小型化、高性價比、多功能等方向發展，另外采用交-交變換的矩陣變頻器、采用柔性 PWM 技術的綠色變頻器也由于各自的優異性能，日益成為業界研究的重點。

4、競爭格局及市場化情況

（1）行業競爭格局

工業自動化控制系統行業的發展水平與一個國家工業發展水平緊密相關，國外工業自動化控制系統行業起步較早。我國工業自動化控制系統行業起步于 20 世紀 80 年代，實現規模化自主研發主要起步于 2000 年以后。與國際知名企業相比，我國工業自動化控制產品生產企業在規模、技術與創新能力、品牌、產品線完整性、產品性能等方面都存在差距。隨著國內工業自動化技術的積累和創新以及國家相關產業政策的支持，國產工業自動化控制產品在產品適應性、技術服務、性價比等方面逐步顯現出優勢，在內的部分國內自主研發優勢企業經過多年的努力，形成了具有一定競爭力的自主品牌，并在細分產品和細分行業取得突破，國內企業的整體市場份額不斷穩步增長。2009~2015 年，外資品牌與本土品牌在我國工業自動化控制系統行業的市場份額如下：

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（1）人機界面行業的競爭格局、主要企業和市場份額

近年來，我國經濟發展迅速，尤其制造業的較多領域都成了世界工廠，快速增長的工業自動化控制產品需求以及良好的投資收益預期吸引了眾多國際知名工業自動化控制產品生產企業在我國投資設立全資或者合資企業。

我國人機界面自主研發始于 2000 年以后，通過十多年的發展，主要生產企業在產品性能、功能、穩定性等方面均取得較大進步，我國人機界面生產企業整體呈現良好的發展勢頭，涌現出如步科股份、昆侖通態、信捷電氣等國內廠商，國內人機界面市場已經占據了一定的市場份額。2014 年人機界面市場 TOP10品牌集中度進一步提高，由 75.0%上升至 76.6%，其中前三名格局穩定，分別為德國西門子（Siemens）、臺灣威綸（Weinview）和日本普洛菲斯（Pro-Face），市場份額合計達 39.5%，提升 8.8 個百分點。2015 年度 TOP10 品牌的市場集中度略有上升，前幾大品牌排名基本穩定。

（2）伺服系統行業的競爭格局、主要企業和市場份額

20 世紀 70 年代開始，國外伺服系統技術發展迅速，產生了日本松下（Panasonic）、日本安川（Yaskawa）、臺灣臺達（Delta）、日本三菱電機（MitsubishiElectric）、德國西門子（Siemens）、日本三洋（Sanyo）、法國施耐德（Schneider）、美國羅克韋爾（Rockwell）等伺服系統國際知名企業。其中，日本品牌以良好的性價比和較高的可靠性占據了我國較大的市場份額，在中低端設備市場中具有優勢，而歐美品牌憑借較高的產品性能在高端設備中占據優勢。我國伺服系統的自主研發起步較晚，目前該領域主要的自主研發生產企業起步于 2000 年以后，通過引進、消化吸收國際先進技術等舉措，國內企業自主研發的伺服系統開始進入快速發展階段，國產伺服系統產品質量和技術水平不斷提升，并逐漸在國內市場中取得一定的份額，但與國際知名企業相比，在系統整體性能、可靠性上仍存在一定差距。2015 年，我國伺服系統市場主要生產企業及其市場占有率情況如下：

2015年我國伺服系統市場主要生產企業及其市場占有率

資料來源：公開資料、智研咨詢整理

（3）低壓變頻器行業的競爭格局、主要企業和市場份額

低壓變頻器自 20 世紀 50 年代末問世，到 20 世紀 80 年代在主要工業化國家已經得到廣泛應用。相對于工業化國家而言，我國的低壓變頻器行業起步比較晚，20 世紀 90 年代末，低壓變頻器才逐漸得到國內廣大用戶的認可，在國內開始廣泛地推廣使用，但仍然以國際品牌為主。2000 年以來，在國家的大力支持下，以匯川技術、英威騰等為代表的國產低壓變頻器生產廠商開始嘗試自主研發生產，極大地推動了低壓變頻器的國產化進程。

目前，我國低壓變頻器市場可分為三大陣營，分別為歐美品牌、日韓臺品牌和國產品牌。歐美品牌以中高端市場為主，占據傳統的項目性市場，如冶金、建材、起重、機床和食品飲料等，國產品牌則主要布局在中低端市場。隨著國內企業不斷增加研發投入實現技術突破，我國低壓變頻器市場的進口替代進程將進一步加速。

2015年我國低壓變頻器市場主要生產企業及其市場占有率

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5、市場供求狀況

工業自動化控制產品作為高端裝備的重要組成部分，是現代工業生產實現規模、高效、精準、智能、安全的重要前提和保證，目前廣泛應用于機床、風電、紡織、起重、包裝、電梯、食品、塑料、建筑、電子、暖通、橡膠、采礦、交通運輸、印刷、醫療、造紙和電源等行業，其市場供求情況與宏觀經濟形勢緊密相關。

6、國內市場容量

一方面，工業自動化控制系統作為提升裝備競爭力的重要手段，逐漸成為裝備制造不可或缺的組成部分；另一方面，工業自動化技術不斷提高，除了傳統的機床、紡織、起重、食品、包裝、建筑、醫療、電梯等行業，工業自動化正逐步向航空航天、海洋工程、新能源等行業拓展。伴隨著我國高端裝備制造業的快速發展以及工業自動化控制產品應用領域的不斷拓展，工業自動化控制系統行業市場規模呈現增長態勢，國內 OEM 市場自動化市場規模從 2012 年的 437.75 億元增加到 2015 年的 465.03 億元。

（1）人機界面行業的國內市場容量

2013 年雖然產業升級拉升了人機界面的產品銷量，但由于價格競爭激烈，使全年市場規模小幅下降至 23.00 億元，同比下滑 0.86%，其中 OEM 行業價格下降較為明顯，使人機界面市場規模萎縮至 16.62 億元，同比下滑 1.2%。2014 年，中國人機界面市場規模為 23.30 億元，同比小幅增長1.3%。受宏觀經濟增速下滑影響，2015 年全國人機界面市場規模為 22.30 億元，同比下滑 4.3%。

資料來源：公開資料、智研咨詢整理

從應用行業的分布來看，未來風電、交通等行業將為國內人機界面市場提供持久穩定的增長動力。2015 年人機界面在國內各行業應用情況如下：

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（2）伺服系統行業的國內市場容量

伺服系統主要應用于對定位精度和運轉速度控制要求較高的制造領域，在精密制造和柔性制造中有著不可替代的作用，目前已廣泛應用于機床、包裝、紡織、電子、塑料、醫療、印刷、橡膠、食品等行業，并逐步在風電、新能源汽車等新興行業得到推廣，應用領域的不斷拓展將進一步推動伺服系統市場的增長。我國是制造業大國，受益于國家大力發展高端裝備制造業的產業政策，隨著《中國制造 2025》行動綱領的逐步推進，人口紅利的逐步消失，工業自動化水平的不斷提升，我國伺服系統行業發展前景廣闊。，2015 年我國伺服系統市場規模為 61 億元，與 2014 年相比下降 2.4%，主要是由于經濟增速放緩，傳統制造業市場需求受到一定影響所致，預計 2016 年伺服系統市場需求會有所上漲，隨著下游需求的逐步增長以及自動化替代趨勢的加速，預計未來 5 年伺服系統市場需求將保持 10~20%之間的年均復合增長率，2011～2016 年國內伺服系統市場規模如下：

資料來源：公開資料整理

2014年伺服系統在國內各行業應用情況如下所示：

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伺服系統作為工業自動化重要的控制和執行機構，除在機床、包裝機械、紡織機械等傳統領域得到廣泛應用外，伺服系統在工業機器人、電子制造設備等新興產業的應用規模亦增長迅速。隨著我國人力成本的快速上漲，制造業生存壓力的日益加大，加之“中國制造 2025”的推進，用工業機器人與自動化推動產業轉型升級已成為共識，工業機器人產業的發展勢必迎來一個需求快速發展的階段。伺服系統約占工業機器人產品總成本的 25% 1 ，因此工業機器人產業的發展必將帶動包括伺服系統在內的工業自動化控制系統裝置的市場需求增長。

2016-2018 年，全球工業機器人安裝量年復合增長率至少達 15%，2018 年全球工業機器人總銷量將達到 40 萬臺左右。隨著我國工業機器人應用領域的不斷擴大，家電、3C 等行業對工業機器人應用需求的不斷增加，人口紅利的消退以及現階段相對較低的機器人密度，預計 2018年我國工業機器人市場銷量將超過 15 萬臺。

2010-2015 年我國工業機器人市場銷量如下：

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另外，從市場占有率來看，目前國外伺服系統企業在我國的市場占有率在75% 左右，其中，日本品牌占比為 50%，歐美品牌占比達 25%，當前我國中低端伺服系統已經能夠實現大規模量產，但高端伺服系統尚未形成商品化和批量生產能力，國內對精密伺服電機控制系統的需求主要依賴進口。隨著扶持政策對機器人產業的推進，以及國產伺服系統技術的不斷提升，我國伺服系統進口替代的步伐將加快。

（3）低壓變頻器行業的國內市場容量

隨著低壓變頻器在我國各行業的逐漸推廣應用，我國低壓變頻器市場保持了較快的增長速度，伴隨產業升級對工業自動化控制水平提出更高要求、勞動力成本上升帶動自動化設備改造以及節能減排技術日趨成熟，低壓變頻器市場將保持持續增長，預計 2020 年其市場規模將達到 250 億元。

2012～2017 年我國低壓變頻器市場規模如下：

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低壓變頻器作為裝備制造業的重要組成部分，被廣泛應用于國民經濟的各行各業。低壓變頻器產品發展和工業生產密切相關，其市場分布同工業分布基本一致，其中起重、電梯、紡織、冶金、電力等行業是低壓變頻器市場的主要應用行業。2015 年，低壓變頻器在國內各行業應用情況如下所示：

2015年低壓變頻器在國內各行業應用情況

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 另外，依托自身先進的變頻技術，成功研制出電動物流車驅動器產品，從而把握住當前新能源汽車產業快速起步的契機。2015 年我國新能源汽車的產量及銷量分別達到 34 萬輛和 33 萬輛，分別同比增長 334%和343%。其中，電動物流車的銷量增長尤為迅速，2015 年我國電動物流車的產量達 4.45 萬輛，預計 2016 年將達到 10 萬輛，2020 年將達到 32 萬輛。隨著新能源汽車市場的發展，我國電動汽車電機控制器需求量亦將不斷上升， 2011 年我國電動汽車電機控制器市場規模為 1.57億元，2012 年為 2.36 億元，2013 年為 3.31 億元，2014 年為 14.60 億元，2011-2014 年間我國電動汽車電機控制器市場規模的年復合增長率達 110.29%。