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个产业链再自动化行业中的情况

人机界面:下游应用广泛,主要集中于 OEM 市场

系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介,触摸屏为主要产品。HMI 连接 PLC、 变频器、直流调速器、仪表等工业控制设备,利用显示屏显示,通过输入单元(如触摸屏、 键盘、鼠标等)写入工作参数或输入操作命令,实现人与机器信息交互的数字设备,由硬件 和软件两部分组成。HMI 主要分成三类,分别是触摸屏、平板电脑及文本终端。HMI 应用 较广,项目型市场及 OEM 市场都有广泛应用。项目型市场中 HMI 用量占整个 HMI 市场规 模的 22.0%左右。传统项目型行业冶金、化工、电力、采矿等都是 HMI 市场的主要行业。OEM 市场中,HMI 用量占整个 HMI 市场规模的 78.0%左右。传统 OEM 行业纺织机械、包装机械、印刷机械、机床等都是 HMI 市场的主要行业,其中纺织机械行业占据了相当大 的比重,电子设备制造、液晶设备、半导体等行业市场份额不断扩大。

HMI 市场和 PLC 市场紧密相关,国内企业市占分散,国产替代率仍有待提升。由于 PLC 和 HMI 在功能上拥有较强的协同性,PLC 和 HMI 的生产形成深度绑定,从市场份额 的分布上看,大型 PLC 厂商均在 HMI 市场上占有一定份额,例如西门子、威纶通、欧姆 龙等。在项目型市场,西门子以其行业领先的工程能力、完善的产品线占据了较为强势的 地位,同时也促使其 HMI 业务快速发展,进一步提高了市场占有率。威纶通和施耐德紧随 其后,也在国内市场占有一席之地,加上占比较小的三菱和欧姆龙,海外企业占比超过 50%。国内企业占比较高的为昆仑通态,达到 12%,上海步科、信捷电气、台达(中达电通)紧 随其后,上述国内企业总市占率仅为 26%,HMI 的国内市场国产替代率仍有待提升。


2. 驱动和执行系统:零部件众多,变频器和伺服驱动为主要设备

变频器:分类明确,低压变频器国内市场广阔

变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电 机的电力控制设备。变频器的主要目的为节能、调速,除此之外,变频器还有很多的保护 功能,如过流、过压、过载保护等等。通常,变频器按照电压等级是否大于 690V 可分为 低压变频器和中高压变频器,低压变频器按照功能用途又可分为通用型变频器和工程型变 频器。

低压市场广阔,国产替代带来更多增长潜力。高压变频器具有很强的行业性,和高压 变频器相比,低压变频器调速范围广、操作简单,市场规模更大,使用场景也更为广泛。目前全球工业自动化行业低压变频器市场主要可以分为欧美系和日系两大派别,欧美系代 表厂家包括西门子、ABB、施耐德等,日系代表厂家则是安川、三菱、富士等。欧美厂家 更加擅长大型自动化系统,日系厂家则更加擅长小型系统。在大型工程电气传动领域,欧 美品牌的市场占有率高,在小型机械的设备制造领域,日系品牌的市场份额较大。国产变 频器产品由于多年来持续的研发投入,其性能、可靠性、售前售后服务、成本控制等方面 的优势逐渐显现,以汇川技术、英威腾为代表的国产变频器企业正在逐步抢占外资品牌的 市场,市场份额持续提升。


减速器:有望实现国产替代,RV 多家并起,谐波一家独大

减速器是多个齿轮组成的传动零部件,利用齿轮的啮合改变电机转速,改变扭矩及承 载能力,实现精密控制。减速器按结构不同可以分为五类:谐波齿轮减速器、摆线针轮减 速器、RV 减速器、精密行星减速器和滤波齿轮减速器。在精度、扭矩、刚度、传送效率 等衡量减速器的各个性能指标上,它们各有不同。随着技术的日益成熟,精密减速器高精 度、高刚度、高传动效率、大速比、高寿命、低惯量、低振动、低噪音、低温升、结构轻、 安装方便等诸多优势愈加明显,其应用领域将从工业机器人领域更多拓展到数控机床、航 空航天、医疗器械、新能源等多个领域,发展前景广阔。

当前全球精密减速器市场呈寡头垄断格局,行业集中度较高。其中,日本纳博特斯克 (Nabtesco)是生产 RV 减速器的巨头,约占 60%的全球减速器市场份额,尤其是在中/ 重负荷工业机器人领域,纳博特斯克的 RV 减速器在全球市场市占率更是超过 90%。另一 巨头哈默纳科(Harmonic)则在谐波减速器领域拥有绝对优势,约占 15%的全球减速器 市场份额。除此之外,住友重工市场份额也有 10%,旗下产品包括 FINECYCLO 系列等。全球减速器市场呈现出以日本企业一派独大的高度集中化局面。


工业自动化进程不断推进,带动工业机器人高复合增长,减速器是工业机器人最重要 的零部件,也是我国最可能率先实现国产替代的零部件。从供给来看,国外部分企业如住 友重工和 SPINEA 都在缩减相关业务,未来只有纳博特斯克和哈默纳科成为主要供货商, 虽然两者占有绝对优势地位,但产能有限,目前交货期越来越长,从 4 个月逐渐上升至 1 年。从我国厂商自身基础来看,谐波减速器方面,由于机械结构相对简单,哈默纳科的专 利到期,以绿的谐波为代表的国产谐波减速器逐渐占领国内主要市场,绿的谐波价格比哈 默纳科低 40%,但可靠性还有待进一步验证,绿的谐波未来在国内市场的占有率有望超过 哈默纳科。此外,来福谐波等一系列小厂商也逐渐涌现。RV 减速器方面,国产已突破“工 艺+设备”的核心难题,部分企业已经占据了一定的市场,但未形成批量的产能。总结来 看,谐波减速器技术还有一定差距,但绿的谐波市占率和产能都已形成规模;RV 减速器 开发时间长,技术差距小,但未有企业形成明显的市占和产能。

伺服系统:伺服电机种类繁多,伺服系统初现国产替代

伺服系统横跨工业自动化的驱动系统和执行系统。伺服系统是指以位置、速度、转矩 为控制量,能够动态跟踪目标变化从而实现自动化控制的系统,是实现工业自动化精密制 造和柔性制造的核心技术。伺服系统通常由伺服驱动器、编码器与伺服电机组成,一套伺 服系统中,伺服驱动器用于控制伺服电机的控制器,编码器负责编码和转码,伺服电机将 电压信号转换成转矩与转速以驱动控制对象。伺服系统通过对功率进行放大、变频、调控 等处理,控制驱动装置的输出力矩、速度和位置,从而完成对于物体位置和姿势等控制。

伺服驱动与伺服电机深度绑定,与控制器、编码器等配件共同构成伺服系统。伺服驱 动器的主要功能是是控制伺服电机,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服 系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对 伺服电机进行控制,实现高精度的传动系统定位,是传动技术的高端产品。伺服电机可以 理解为绝对服从控制信号指挥的电机,伺服电机主要可分为交流、直流和直线三大类。伺 服系统一般作为整体单位进行生产,国内市场持续增长,下游应用广泛。伺服系统具备精 度高、反应快、稳定性好等优点,在装备自动化和精细制造等领域发挥关键作用,是工业 自动化进程中的核心产品。国内伺服系统市场保持增长态势,受益于原材料成本下降及自 身节能环保优势凸显,伺服系统在军工、半导体设备、工业机器人、数控机床、电子制造 等有精确定位需求的下游领域应用广泛。

伺服系统主要市场仍被外资占据,技术是主要优势。欧美日厂商掌握前沿系统算法以 及一体化集成技术。以松下、安川、三菱等为代表的日系品牌占据国内伺服系统市场约 30% 的份额,西门子、博世、力士乐等欧美系品牌主要把握高端市场。日系品牌主要为松下、 安川、三菱等老牌的日本自动化设备生产商,产业布局全面,产品性能与控制系统算法位 于世界前沿水平。以德国西门子、施耐德、美国罗克韦尔等自动化公司为代表的欧美品牌, 致力于通过机电一体化实现性能提高、设备精简,同时还在模块化、集成化领域不断拓展, 引领着未来伺服系统技术发展的趋势。

接触器:市场成熟,竞争充分,中高端市场成竞争热土

接触器分为交流接触器和直流接触器,它应用于电力、配电与用电场合。接触器是一 种应用广泛的开关电器。接触器主要用于频繁接通或分断交、直流主电路和大容量的控制 电路,可远距离操作,配合继电器可以实现定时操作,联锁控制及各种定量控制和失压及 欠压保护,广泛应用于自动控制电路,其主要控制对象是电劢机,也可用于控制其它电力 负载,如电热器、照明、电焊机、电容器组等。接触器作为低压电器产品中的一个通用类、 基础类的产品,广泛应用于 OEM 机械配套、电力、建筑/房地产、冶金、石化等行业。低 压接触器作为传统的低压电器产品,已经非常成熟,市场化程度高。低压接触器产品本身 的制造工艺并不复杂,技术含量相对较低,加上充足的市场需求,市场竞争较为充分,催 生了数量众多的低压接触器生产厂家。

目前低压接触器品牌企业有外资企业如施耐德、GE、ABB、西门子等,本土企业则 有德力西、正泰电器、良信股份等。近几十年,虽然国内低压电器取得了很大的进步,但 与发达国家相比,国内生产的低压电器,高档次、高性能、拥有自身特色的产品相对较少, 产品档次总体较低。近年来,低压电器行业受产业升级和产品更新迭代影响,低端市场逐 渐萎缩。同时,外资企业受到国产品牌技术和工艺进步带来的竞争,开始向下兼容,中高 端市场规模不断扩大。

调节阀:高端产品外资优势较大,国产替代稳中有升

调节阀又名控制阀,在工业自动化过程控制领域中,通过接受调节控制单元输出的控 制信号,借助动力操作去改变介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或溢流泄压 等功能,是智能制造的核心零部件之一,应用领域包括石油、石化、化工、造纸、环保、 能源、电力、矿山、冶金、医药、食品等行业。

3. 反馈系统:乘工业物联春风,产品种类繁多

传感与检测是工业自动化市场中,产品种类最为繁多的子板块。在当前工业物联网“万 物互联”的关注和驱动下,对传感与检测的功能和数量赋予了更多的期望。这一市场上, 常规的温度、接近检测传感器占比较大,但增长放缓;编码器、特殊检测等先进传感器占 比虽不大,但在精细制造的驱动下发展迅猛;气体、水质分析仪在对环保日益重视下,发 展向好;变送器、流量计是典型过程仪表,下游行业主要为化工、炼油等流程行业。工业 物联网是传感与检测最大的驱动因素,无论是工厂内部的信息化,还是工业 4.0 下的外部 互联,都是以传感器采集的数据为基础。

传感器:市场规模稳定增长,高端领域仍缺国产替代

传感器连接物理世界和数字世界。传感器能接收被测量的信息,并能将其按一定规律 变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。传感器的存在让机械设备有了感官,可以从 外界获取一定的信息。传感器在新一代智能制造中发挥重要作用,是工业自动化领域发展 的重要支撑。新兴产业拉动下游需求,传感器行业保持高速增长。近年来传感器市场规模 保持高速增长。根据赛迪顾问的数据显示,2019 年我国各类传感器总体市场规模为 2188.8 亿元,2014-2019 年 CAGR 为 17.4%。前瞻产业研究院预测 2021-2026 年我国传感器 制造行业 CAGR 约 19%,大幅高于全球市场增速。

跨国公司占据超 60%份额,高端传感器领域差距较大。据前瞻产业研究院数据显示, 目前,传感器行业我国国内供给能力不足,爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦 尔等跨国公司占据超过 60%的市场份额,特别是高端产品几乎全靠进口补给,80%的芯片 依赖国外;剩余的份额也主要集中在几家上市公司手中。目前我国传感器行业 TOP5 企业 如汉威科技、柯力传感等占据了国内传感器市场 40%以上的份额;其余 60%为中小企业, 产品主要集中在中低端。

仪器仪表:自动化增速迅猛,国产替代逐步上升

仪器仪表可以分为通用型仪器仪表和专用仪器仪表,具体分类见下表,近年来,伴随 着制造业的转型升级,自动化程度不断提高,仪器仪表市场规模在稳步增长,其中自动化 仪表占据营收和利润的主要部分。自动化控制仪表主要包括变送器、智能流量仪表、温度 仪表、压力仪表、执行机构和分析仪器等。

外资品牌占据主导地位,国内仪表企业市场广阔。全球自动化仪表龙头企业包括艾默 生、ABB、西门子、霍尼韦尔、横河电机等,工业自动控制仪器仪表下游应用主要是石化、 电力、冶金、核电、医药以及食品饮料等流程工业,由于生产过程不能停止,因此对于仪 器仪表的精度、稳定性等要求很好。因此我国工业流程仪器仪表高端市场的大部分份额都 被横河电机、艾默生、ABB 以及西门子等外资企业占据。我国仪器仪表进口规模常年居 高位,目前国产仪器仪表性能与国外的差距正在逐步缩小,国产替代空间广阔,川仪股份、 中控技术、康斯特等国内厂商也逐渐在一些领域做出突破,有望进一步开拓市场。

4. 输出系统:工业自动化末端应用,机器人本体和数控机床为核心设备

机器人本体:硬件趋于成熟,国产有望加速,埃斯顿有望冲击龙头

工业机器人本体结构是指机体结构和机械传动系统,也是机器人的支承基础和执行机 构。机器人本体的硬件技术已经趋于成熟,主要在结构的优化和使用体验的提升;外资巨 头的优势逐渐向软件转移,给了国产本体追赶的窗口期。掌握自主运控技术、提升附加值 是不断被验证的国产出路。目前国内仍处于增长期,夺取增量是国产替代的重要手段。机 器人本体按照结构类型可以分为多关节机器人、坐标机器人、SCARA 机器人、并联机器 人、工厂用 AGV 等。国内主要使用多关节机器人、坐标机器人和 SCARA 机器人,其中 坐标机器人国产率较高,目前超过 60%,而 SCARA 和多关节机器人国产率较低,替代空 间大。多关节机器人同质化产品多,是内外资争夺的重点,而 SCARA 近年来增量显著, 是增量领域争夺的重点。

从国内外厂商来看,目前机器人本体市场仍然被国外厂商垄断,尽管近期美的集团全 资收购了库卡,但库卡的主要生产基地都在国外,如果将库卡算作外资的话,本体领域外 资中国市场占有率达 65%以上,国产替代道阻且长。国内厂商中,埃斯顿、机器人(新松)、 埃夫特、新时达和广州启帆市占率较高,其中新时达和广州启帆应用领域较为专一,广州 启帆同时也是非上市公司。在埃斯顿、机器人(新松)和埃夫特中,并未形成市占龙头, 但埃斯顿产业链布局最广,自主技术优势最强,如能持续加大产能,有望冲击本体龙头。(报告来源:未来智库)

数控机床:整体技术成熟,日德美绝对领衔,国产化步伐初显加速

数控机床分类方式繁多,数控装置(CNC)为核心部件。数控机床全称数字控制机床, 是在机床基础上加入计算控制系统(CNC, Computer Numerical Control),从而形成的一 种自动化智能制造设备。数控机床的结构主要可以被划分为,数控机床可按加工工艺、运 动方式、伺服控制方式、机床性能等指标进行分类。数控装置主要由输入、处理和输出三 个基本部分构成。现代数控均采用 CNC 装置,一般使用多个微处理器,以程序化的软件 形式实现数控功能。所有工作都由计算机的系统程序进行合理地组织,使整个系统协调地 进行工作。进入工业 4.0 时代之后,数控机床开始迈向智能化,除了传统的计算机程序控 制,大数据、云计算、人工智能、物联网等技术开始进一步在数控机床上进行应用。

全球数控机床产业规模巨大,市场发展成熟,竞争格局整体仍由日德美主导。数控机 床作为工业智能制造的关键组成部分,加上多年的发展,全球产业规模庞大、增长率始终 在 4%-7%左右徘徊,波动不大,处于稳定增长态势。在市场占比中,日本与中国处于领 先地位且份额相当,均处在 32%的水平,其次为德国市场,占比为 17%。竞争格局方面, 目前数控机床生产仍然由日德美企业主导。根据赛迪顾问发布的 2019 年全球 TOP10 数控 机床企业排名,全球前十大企业包括日本企业四家、德国企业三家、德日合资企业一家、 美国企业两家,而中国企业自 2008 年之后再未进入前十,日德美在数控机床领域占据着 稳固的主力地位。

数控机床行业国内竞争格局较为分散。数控机床虽然是关键智能制造零部件,其生产 并未在国内迎来良好的发展势头,目前国内庞大的数控机床需求仍然依赖海外进口。国产 数控机床市场份额主要集中在中低端领域,截至 2018 年,我国低端数控机床和中端数控 机床国产化率分别为 82%和 65%,而高端数控机床国产化率仅为 6%,主要原因是国企改 革困难及民营企业资质不足。随着智能制造领域的快速发展,在数控机床领域拥有技术优 势的厂商开始发力。创世纪、秦川机床和海天精工是目前我国市占最大的数控机床企业, 三者已在国内企业竞争中初步占据龙头地位。未来随着数字化的进一步普及和政策支持, 数控机床,特别高端数控机床国产化率有望进一步提升。


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