工控自动化行业市场分析

工控自动化行业市场分析1.工控自动化可提高生产效率，下游应用广泛1.1.工控自动化市场规模巨大，有望实现稳步增长工控自动化提高生产自动化和智能化程度，产品种类丰富，应用广泛。工控自动化是指通过运用数字电子技术、计算机软件和硬件等手段，使得机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下实现自动加工、连续生产，并对该过程进行监测、控制、优化和协调，从而提高生产效率、保障产品质量、降低生产成本以及确保生产安全。工控产品多种多样，按功能可分为控制层、驱动层、执行层、传感层，根据产品用途不同应用于不同生产环节，以实现对生产过程的全面控制和管理。产品应用领域广泛，可分为OEM型行业和项目型行业，其中OEM型行业主要有风电、机床、电梯、纺机、包装、电子制造等；项目型行业主要有电力、石化、油气、汽车、建材、冶金等。工控自动化推动产业升级，未来有望不断增长。工控自动化涉及技术广泛，包括机械、电子、计算机、信息通信、智能控制等多个领域，是技术密集型行业。近年来随着人工智能、5G、物联网等新技术的发展，工控自动化的智能化水平逐步提升，是制造业转型升级重要动力。我国工控行业市场规模逐年增长，2017-2022年市场规模从2322亿元增至2963亿元，CAGR达5%，2022年增速较低，为1.37%。随着制造业智能化转型，新技术日趋成熟，国家对于工业互联网、智能制造等领域的支持加大，以及人口红利消退、人工成本上升等因素影响，工控自动化行业将获得更多发展机遇，预计市场规模将随之增长。1.2.半导体、锂电等下游行业高增，工控行业成长动力强劲1.2.1.下游应用领域分散，OEM与项目型市场稳步发展工控自动化行业下游需求多元，市场分散。工控自动化涉及制造业的方方面面，单一行业占比不高。OEM市场包括：机床、半导体、电池、包装、纺织、工业机器人、暖调空调、电梯、物流、起重、橡胶、印刷等。项目型市场包括：市政及公共设施、化工、石化、电力、冶金、汽车、采矿、造纸等。2023Q1机床、半导体、电池、纺织分别在OEM市场占比19%、10%、8%、6%，化工、市政及公共设施、石化、电力分别在项目型市场占比25%、19%、10%、9%。工控行业稳步发展，下游高景气行业旺盛需求有望推动市场逐步复苏。2023Q1工控市场受下游复苏迟缓影响，整体同比-1.9%，项目型市场表现较好，同比+1.3%，其中化工、市政、汽车等行业增长较好。2023Q1受下游消费需求复苏缓慢，以及包装纺织等行业出现出口萎缩等原因，OEM市场景气度回落，同比-6.6%。长期来看，锂电、光伏等先进制造业处于高景气阶段，对工控设备需求持续增长，制造业长期转型升级趋势也将增加对机床、工业机器人的需求，传统制造业需求有望进一步释放。预计项目型市场有望保持稳步增长，OEM市场有望恢复增长态势。1.2.2.半导体、锂电势头强劲，机床、工业机器人稳步增长数控机床市场规模恢复增长，推动工控行业发展。数控机床是一种机械加工设备，而工控自动化产品是用于控制和管理机械加工设备的电子设备和系统，两者紧密相连。全球市场中，数控机床保持稳定增长，2017-2021年全球市场规模从1342亿美元增至1648亿美元，CAGR为5.27%。我国数控机床在2020年受到宏观因素影响，市场规模下降至2473亿元，同比下降24.37%。2021年规模回暖至2687亿元，预计将保持增长趋势。未来随着数控机床向数字化、智能化、网络化发展，以及对于精度和速度的要求提升，机床所需的工控自动化产品也将不断扩展和升级。同时由于数控机床和工控自动化产品之间的联系越来越密切，这将使得工控自动化行业有更广阔的市场空间。半导体设备市场高速增长，带动工控自动化行业扩张。随着5G网络、物联网、云计算等大量新兴应用场景的兴起，智能计算机设备的快速普及，技术创新推动以及政策支持等多方面因素共同作用下，半导体市场规模迅速扩张。2021年全球半导体设备市场规模达1026.4亿美元，同比增长44.18%，我国半导体市场规模达296.2亿美元，同比增长58.23%。半导体属于微精密机械加工领域，其制造工艺对于精密性要求高，需要使用自动化控制系统确保生产质量，对于自动化产品有着较为广泛的需求。预计未来半导体设备的快速增长将助力工控产品的市场规模扩大。工业机器人呈现增长趋势，工控设备需求随之增长。工业机器人具有高效、精确、可靠等优点，已广泛应用于制造业、物流业、医疗行业和服务行业等领域。2021年全球工业机器人市场规模为175亿美元，同比增长25.90%，2017-2021年，我国工业机器人市场规模从46亿美元增至75亿美元，CAGR约13.00%。工业机器人和工控自动化产品不可分割，机器人需要自动化控制系统、运动控制系统、自动化检测系统、视觉系统和通讯网络等支持其进行工作，这些系统需要使用工控自动化产品实现。随着制造业发展和智能化转型，以及劳动力成本的不断上升，未来工业机器人市场规模有望保持增长，将直接带动工控设备需求提升。锂电池设备高景气发展，促进工控行业增长。随着国家碳中和相关政策和新能源汽车政策的出台和推广，我国锂电池设备市场需求量大幅增加。2016-2022年市场规模从147亿元增长至1000亿元，CAGR为37.65%，其中2022年同比增速达70.1%。工控自动化产品的应用可帮助锂电池设备实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率以及制造过程的稳定性。预计未来随着新能源汽车渗透率增长，带动动力电池装机量快速提升，锂电池设备需求量将持续攀升，有望拉动工控行业市场规模提升。1.3.工控自动化行业长期向好发展人口红利消退，催生机器代人需求，促进工控行业长期增长。我国面临招工难、招工贵的局面，人口红利优势推动了过去几十年我国制造业的迅速发展，但目前该优势正逐步减弱。2021年我国65岁以上人口的占比比例为14.2%，我国已逐步进入“老龄社会”。同时，近年来我国劳动力成本持续上升，2021年城镇居民平均工资已超10万元。在人口老龄化趋势下，制造业倾向于使用自动化程度更高的生产设备替代劳动力，以抵御人力成本上升的不利影响，工控自动化设备需求将不断增长。工控自动化行业有望受益于制造业复苏。工控行业受制造业投资等宏观经济形势影响。一方面，制造业是工控自动化产品行业的主要应用领域，制造业的投资情况和产出水平都会直接影响到工控行业的市场需求和发展前景。另一方面，工控自动化行业是技术密集型行业，需要不断的技术创新和研发，对资金支持有较高依赖性，而宏观经济形式会影响投资者和企业的投资态度，从而影响资金来源。2023年5月制造业采购经理指数（PMI）为48.80%，比上月下降0.4个百分点。大、中、小型企业PMI分别为51.5%、48.0%和47.9%，较上月分别变化+1.4、-1.8和2.8个百分点。随着下游需求逐步复苏，制造业景气度上行，经济有望持续向好。制造业转型升级，助推工控设备渗透率提升。随着国内和国际市场竞争的加剧，传统的低成本、高投入、高污染的制造业模式已经不再适应现代经济发展，并且面临着能源、环境好而资源等方面的约束，产业转型升级是实现高质量发展的必由之路。此外，近年来我国制造业面临的外部环境不确定性提升，需确保我国供应链安全稳定，通过产业升级实现核心技术、零部件的自主可控，降低对海外供应链的依赖。随着我国制造业积极转型，高技术制造业增加值同比保持为正，高端制造业快速发展，产业自动化、智能化水平提升，对工控自动化设备需求增多，有利于工控自动化行业的长期发展。2.控制、驱动、执行层覆盖工控自动化领域2.1.PLC：小型PLC多用于OEM，中大型PLC多用于项目型PLC是一种将计算机技术、通信技术和自动化技术集于一体的数字运算的可编程逻辑控制器。PLC（ProgrammableLogicController）即主要应用于工业控制的可编程控制器，目的是通过自动化完成工作任务。1969年，美国数字设备公司基于通用汽车公司提出新一代控制器应具备的条件，研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用在通用汽车公司的生产线上。随着微处理器和微型计算机技术的发展，80年代后，PLC的中央处理器已经开始广泛使用16位甚至32位微处理器，输入输出模块和外围电路也改用大规模甚至超大规模集成电路。我国从1974年开始研制开发可编程序控制器，1977年开始应用于工业；现如今，掌握可编程序控制器的工作原理及对其进行调试维护是技术人员须具备的的基本能力。PLC主要由电源、CPU、存储器、IO接口、功能模块和通信模块组成。电源通过释放10%至15%范围内的交流电压，将PLC连接交流电网从而正常工作。CPU即中央处理单元，通过总线与储存单元、输入输出接口等相连；作为PLC的核心，不断采集输入信号，执行用户程序，最后刷新系统输出。IO接口即输入和输出接口电路；输入接口电路将按钮、行程开关或是传感器产生的信号发送给CPU，然后由输出接口电路将CPU传出的信号发送给动外部执行元件，从而控制电器通电或断电。PLC可根据输入/输出点数分为三大类。输入/输出点数与程序存储器容量需求成正比，即点数越多，控制关系越复杂，对程序存储器的容量要求也就越大。小型PLC和中大型PLC相比，体积小、价格低，但功能较为单一，且IO接口点数少于256个，适用于较为简单的生产系统；中大型PLC在较为复杂的逻辑控制生产系统、连续生产过程控制和大型生产设备的自动化控制系统中更为适用。全球PLC市场增长相对稳定，中国PLC市场保持稳步发展。在工业4.0和计算机技术升级的带动下，PLC全球市场规模呈现稳步增长态势。基于PLC在工业领域应用的广泛应用，2021年全球PLC市场规模达到112亿美元，2017-2021年CAGR为5.55%。我国PLC市场从2020年开始逐步复苏，2020年增幅达到12.1%，2017-2021年CAGR为5.74%。2021年11月，工信部发布《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》聚焦工业控制系统，推动制造企业侧安全检测与管理系统等安全功能开发，加快在重点行业的应用，为中国PLC的发展打开上行通道。PLC行业集中度较高，日系、欧美和国产三方纷争。PLC市场由国外龙头企业主导，西门子、三菱和欧姆龙的市场份额位居我国PLC全类型市场的前三位。2021年我国小型PLC的TOP2约占49%的市场份额，我国的小型PLC市场竞争格局相对分散，呈现一超多强的市场模式；汇川和信捷分列第五六位，市场竞争力持续提升。我国的中大型PLC市场集中度较高，2021年TOP3占据超过70%得市场份额；其中，作为行业的领跑者的西门子在我国小型PLC和中大型PLC市场中都占据着龙头地位，约占中大型PLC市场份额的48%，三菱和欧姆龙在中大型PLC的市场占比皆超过10%；我国中大型PLC市场基本属于国外龙头的舞台，随着国产企业加速发力PLC，国产厂商份额有望持续提升。2.2.DCS：集散控制系统稳步增长，下游集中于化工、电力DCS，又称“分散/集散控制系统”或“分布式计算机控制系统”，是实现控制生产全流程的“工业大脑”。DCS控制系统由输入输出模块、通信模块、控制器和人机界面组成，用于实现对生产过程的数据采集、控制和监视功能。我国DCS的发展历程可分为三个阶段：第一阶段为20世纪80年代到90年代，随着我国重化工业的发展，对DCS系统的重视程度也不断提升；国内许多企业和技术人员克服资金和软件工程难题逐渐开始对DCS系统进行研发和生产。第二阶段是90年代中期到2000年，DCS的部件除功能模块外，其他硬件也开始向标准化方向发展，网络可以直接使用以太网，研发难度大幅度降低；同时，政府也加大了对DCS项目和资金支持力度，虽然我国DCS的规模和结构成熟度上还落后于进口水平，但已初步实现了规模化生产。第三阶段是从2000年至今，国产DCS技术水平逐渐赶上进口品牌的技术，进入快速增长期。DCS市场规模稳步增长，本土品牌不断发力，与外资争夺国内市场。2019年DCS市场规模为87.43亿元，同比增长7.17%，受宏观经济因素影响，电力和建材等项目的减少使得项目型市场对DCS市场的驱动力降低，从而增速出现下滑；2020年受到上游原材料价格上涨和石油价格暴跌的影响，DCS市场规模预计会震荡下行。2016年本土品牌在我国集散控制系统行业中的市占率为46.4%，在国家政策扶持和战略选择等因素的影响下，本土品牌的市占率不断提高，2021年本土品牌的市占率增长至55.7%。欧美系、日系和本土品牌是我国DCS市场中的主要玩家，本土品牌以中控技术和利时为代表；外资品牌以艾默生、ABB、西门子、霍尼韦尔和横河电机为主。2.3.变频器：低压下游分散，中高压下游集中于冶金石化等变频器是融合变频技术与微电子技术，通过对电机工作电源频率进行改变，从而控制交流电机的电力控制设备。变频器由整流单元、高容量电容（电动机）、逆变器和控制器四个部分组成。变频器通过内部的IGBT的开断调整输出电源的电压和频率，给电机提供其所需的电源电压，从而达到节能和调速的目的。变频器的主要功能有变频调速、软起动和保护节能。通过对启动峰值电流的控制，保证电流最大不会超过额定电流，降低对电网的冲击，延长设备可使用年限。变频器把交流电转换为直流电再转换为随意可调的交流电，对电动机进行减速，使得减少电机在调速过程中造成的功率损失。变频调速器对电机的调速控制帮助变频器达到节能的效果。中高压变频器下游行业较为集中，低压变频器下游行业较为分散。冶金占中高压变频器下游行业的30.2%，石化占比超过了10%，前三大行业占比达到了52.5%；采矿、市政及公共设施和建材行业占比均高于5%。低压变频器的下游分布较为分散，应用领域跨度较大，但差距不大；前三大行业占比为28%；除TOP3外，半导体、起重、纺织、机床和物流占比超过5%；其他应用领域还包括冶金、包装和食品饮料等。冶金领域对变频器的需求包含低压、中压和高压三种类型。得益于工业现代化，变频器市场规模不断扩大，低压变频器仍占据主位。我国变频器市场规模不断扩大，低压变频器的市场规模占比较大，维持在75%左右。2021年市场规模为589亿元，低压变频器占比73.5%，较2020年下降2.6%；高压变频器占比26.5%，上涨2.6%，幅度达近五年新高。2.4.减速器：精密减速器需求提升，RV、谐波均衡发展高精密减速器为工业机器人核心零部件，成本占比高。减速器是一种精密的动力传达机构，作用在于降低转速、传递更大的扭矩，满足工业机器人在重复执行相同的动作时的定位精度和重复定位精度，确保机器人平稳精确运行。可以说减速器决定工业机器人的精度和负载，伺服电机由于脉动信号的驱动，本身具备调速功能，但是由于工业机器人需要重复、可靠地完成大量工序任务，对其定位精度和重复定位精度要求很高，因此需要专门的减速器以保证精度。减速器的另一作用是传递负载：当负载较大时，伺服电机功率有限导致输出扭矩较小，此时需要通过减速器来提高扭矩。此外，伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，对于长时间和周期性工作的机器人这都不利于确保其精确、可靠地运行。精密减速器的存在使伺服电机在一个合适的速度下运转，并精确地将转速降到机器人各部位需要的速度，提高机械体刚性的同时输出更大的力矩。精密减速器制造对材料、设备、工艺等多个环节都有严格要求，具有很高的技术壁垒和投资成本，在工业机器人零部件中占据最大成本份额，约为32%。减速器分为通用减速器、专用减速器和精密减速器。应用范围较广，行业内企业众多，通用减速器和专用减速器行业产品差异大，相互竞争较少。通用减速器主要以中小型产品为主，实现模块化和系统化；专用减速器以大型和特大型减速器为主，多为非标和行业专用；精密减速器又可分为RV减速器、谐波减速器、精密行星减速器，主要应用领域为工业机器人、机床和航空航天等高精度行业，以微小型减速器为主。工业机器人主流减速器为RV和谐波减速器。工业机器人用精密减速机主要有两种：RV减速器和谐波减速器。相比于谐波减速器，RV减速器具有更高的刚度和回转精度。因此在关节型机器人中，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置；而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部；二者之间适用的场景不同，属于相辅相成的关系。谐波减速器基于行星齿轮传动发展起来的，由波发生器、柔轮、刚轮和轴承组成。其工作原理在于依靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形，而柔轮比钢轮少N个齿轮位。因此，当波发生器转一圈，柔轮移动N个齿轮位，产生了所谓的错齿运动，从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。谐波减速器是通过柔轮的弹性变形来实现传动，其优势是传动比大、零部件数目少；其缺点是弹性变形回差大，这就不可避免地会影响机器人的动态特性抗冲击能力等。谐波减速器在精密传动领域具备高减速比体积比、高精度、高稳定性、长寿命等优势。因谐波减速器结构简单，较小的体积就可以达到较高的减速比，可应用于对尺寸要求比较高的场景，精度上看，谐波也优于RV，寿命一般也超过RV减速器。此外，因传动原理不同，谐波减速器精度随时间呈现非线性变化，在精度保持寿命内可以稳定较高的精度，使用期间一般不需要进行特殊维护，全生命周期使用成本远低于RV。2.5.伺服：通用伺服应用领域广阔，专用伺服可按环境定制伺服系统是指以位置、速度和转矩为控制量，进行动态跟踪目标变化从而实现自动化控制的系统，伺服系统包括伺服电机和伺服驱动器。伺服系统的发展经历了机械、液压和电气化三个阶段。现在的伺服系统通常是指电气伺服，1960年前，以功率步进电机为动力源，开环控制为主；1960-1970年，直流电机开始广泛应用，通过把直流有刷电机作为驱动源，使旋转变压器、测速发电机和编码器等传感装置形成闭环控制系统；20世纪80年代后，交流伺服的时代开启，以永磁同步电机为代表的执行电机逐步占据伺服领域的市场。伺服系统的工作原理则是由伺服电机给伺服电机发出驱动信号，同时伺服电机中的编码器将运动参数反馈给伺服驱动器，伺服驱动器再对信号进行汇总、分析和修正。整个工作过程通过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度和转矩等输出变量，使得其在对精确度要求较高的行业中得到广泛应用。伺服系统可分为通用伺服和专用伺服，且在产品特性上有较大差异。专用伺服提供偏向于专业化的特殊定制服务，高海拔运行、防尘防水、运行环境、防爆要求、高温启动要求、额定转速和法兰止口等都可以按需定制；在产品技术方面，专用伺服产品可以在不同应用领域保持高水平运作；其额定功率也达7.5kW，特殊行业更适合使用专用伺服。通用伺服的运行环境仅限于工业环境但应用领域较为广阔；通用伺服产品主要应用于传统行业，因此对近海/海上防腐要求、水下运行和防爆皆无要求。伺服电机和步进电机相比优势明显。步进电机靠电脉冲信号转换为角位移或线位移的开环控制进电机；伺服靠脉冲来定位，伺服电机本身可以发出脉冲，每旋转一个角度发出相应数量的脉冲，从而和伺服电机收到的脉冲形成呼应，也就是闭环，能够更精确的定位。伺服电机在力矩方面也进行了升级，能够达到全力矩范围；其在运行速度、响应速度、低频特性和矩频特性上也明显优于步进电机，且可承受三倍的过载。虽然伺服电机整体性能更好，但其需和编码器及伺服驱动器配合使用，从而导致其价格高于步进电机。电机种类繁多，控制电机使用广泛。动力电机功率较大，侧重电机在启动和运行过程中的力能指标，控制电机侧重电机输出量的幅频特性、相频特性及输出特性的精度、灵敏度、稳定性、线性度等指标，作为系统执行部件，控制电机更侧重扭矩、转速、位置输出特性。动力电机按运动方式可分为旋转电机和直线电机，旋转电机按电压性质分为直流电机与交流电机，其中直流电机按内部有无碳刷可分为有刷电机和无刷电机两种。控制电机根据控制方法与用途的不同，可分为步进电机、伺服电机等。现代控制电机通常有步进电机、直流无刷电机和交流伺服电机等，其中，步进电机最早成为计算机及外部设备所使用的控制电机，步进电机首先在计算机外设、办公自动化设备及数控机床中应用；直流无刷电机和交流伺服系统亦为控制电机的重要发展方向。空心杯电机结构独特，在人形机器人领域中发挥着不可替代的作用。空心杯电动机结构上最大的特点就是采用无铁芯的电枢，从而这种特点可以克服因铁芯而产生的所有问题，使电机的主要性能有了大幅度地提升。空心杯电机的主要特点有：1、高效率，采用高性能磁性材料，减小漩涡损耗，采用无铁芯电枢，无铁耗，同时机械损耗也降低，属于高效率电机。它的效率高于一般的电机，可达90%以上；2、控制特性，电机特性为线性，控制性能极佳。机械时间常数小于3ms，响应时间极快，转速范围广，可对转速进行高精度控制；3、拖动特性，散热性好，过载能力强，运行稳定、可靠，输出转矩高，转矩脉动小，常应用于高动态性能伺服系统中。人形机器人的手指关节处需要配备体积小且能输出较大力的电机，因此空心杯电机凭借其小体积、轻负载和快速响应等优势，在机器人手、关节等应用广泛。伺服下游行业丰富，市场集中度不高。伺服下游应用领域较为广阔，前三大行业占比为36%，电子及半导体制造设备和机床均超过10%，分别为13.8%和12.8%。作为占比最大的下游应用领域，半导体制造设备有望进一步扩张，下游工业机器人行业的兴起和电子制造设备产业的迅速扩张，也为伺服市场规模的扩大注入势能。伺服系统技术水平的提高，对下游应用领域的不断渗透，整体市场规模增长空间较大。随着在技术上的突破，市场规模随之扩大，国产厂家不断发力，汇川技术已经成长为占据国内市占率15.9%的行业龙头；但整体来看，国产厂家在产品稳定性和可靠性上与外资还存在差距。2.6.步进：系统结构较伺服简单，混合式步进应用广泛步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以控制步进电机的转向、速度和旋转角度。步进电机由前后端盖、轴承、中心轴、转子铁芯和定子铁芯等部分构成；步进电机运用电磁学原理，将电能转换为机械能，由电机定子齿槽上的线圈驱动。步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向、反向旋转或锁定。混合式步进电机应用最广泛。硅钢、铜、铝和磁性材料等都是步进电机的上游原材料。作为执行元件和机电一体化的关键产品，数控机床、工业自动化、办公自动化、印刷设备和家用电器等是其下游应用领域。步进电机可分为永磁式、反应式和混合式步进电机。混合式步进电机结合了永磁式和反应式步进电机的优点，三洋公司在1968年正式批量化生产用于机床控制的混合式步进电机，拉开了20世纪70-80年代步进电机广泛应用于硬盘驱动器和软件的序幕。混合式步进电机优势较为明显。永磁式步进电机噪音效果优于混合式步进电机且价格相对低廉；但其精度差，有较大的步矩角。混合式电机虽然价格较高且结构复杂；但其步矩角相对较小，半步驱动器可使步矩角减小为0.9°，搭配上细分驱动器后可细分到256倍；噪音问题也可以通过使用微步细分进行优化。3.国产企业技术逐步提升，国产替代有望加速3.1.工控自动化系统国产率低，替代需求强PLC：我国PLC市场中欧美品牌和日系品牌占据主导地位，具有广阔的国产替代空间。由于大中型PLC工艺复杂、用户对产品安全性和抗干扰性要求高，外资品牌凭借领先的技术优势、完善的销售与服务网络占据垄断市场地位，大中型PLC国产化率较低。小型PLC主要应用于中低端OEM用户，国产品牌近年来凭借高性价比、灵活的业务模式及在特定行业的定制化机型开发能力，在小型PLC市场实现了行业渗透率的显著提升。根据MIR睿工业的数据，2017年至2022年Q3，我国小型PLC国产化率从6.96%逐渐增加至16.83%，国产化率显著提升。PLC整体市场来看，内资份额从2017年的3.14%提升至2022年前三季度的8.61%，提升了5.5pct，日系、美系等份额均有不同程度下降。DCS：DCS国产化率较高，2021年国内龙头厂商中控技术、和利时占比超40%。根据统计数据，2016年至2021年，我国DCS国产化率从46.2%不断提升至55.7%，国产化率一直表现良好且逐年提升。从2021年DCS控制系统行业市场份额来看，内资以中控技术、和利时为主，两家龙头市场份额分别占比27%与16%。外资以艾默生、霍尼韦尔、ABB、西门子、横河电机等巨头为主，外资仍然占据较大的市场空间。未来随着国产DCS企业的崛起，依旧有非常大的进口替代空间。变频器：低压变频器国产化率逐步落地，高压变频器领域逐渐涌现出优质国内企业。近年来国内品牌产品质量逐步提高，故障率逐渐减少，相比进口品牌性价比表现出优越性。根据MIR数据显示，2021年欧美品牌低压变频器占比为44.6%，日韩份额为13.1%，中国本土品牌占比为42.3%，相较于2017年的38.7%上升3.6pcts，低压变频器市场国产化率逐渐提升。根据2020年高低压变频器市场竞争格局数据，在高压变频器方面，合康新能为市场龙头，且市场涌现出一批如汇川技术等优质国内公司，逐步挤占施耐德等外资市场份额。低压变频器中汇川市场份额迅速提升，2020年占据国内低压变频器市场19%，已成为低压变频器龙头，此外英威腾与中达市场占比均有大幅增长。随着国产品牌定制化能力以及产品研发制造实力的提升，未来国产替代有望逐步落地。伺服：我国伺服市场国产替代进程稳步推进，通用伺服市场国产化率不断提升。我国伺服产品起步较晚，对比国外，国内发展缓慢，因此前期被欧美和日韩企业占据了主要市场份额。自2013年以来，得益于产业升级带来的积极影响，国内伺服电机自主支撑能力已经形成，加之下游工业机器人、电子制造设备等产业迅速扩张，我国伺服电机发展较快，国内品牌不断崛起，国产化进程不断提升。根据MIR睿工业数据，我国2021年伺服市场本土品牌占比43.3%，首次超过日韩品牌，占比居于首位。我国通用伺服市场国产化率也在不断提升，从2008年的6%上升至2021年的24%，2022年前三季度通用伺服市场国产化率甚至突破30%。预计随着国产化进程不断加深，行业内企业不断加大研发投入，以技术优势及成本优势抢占市场，行业发展空间将进一步打开。3.2.国产品牌加大研发投入，技术指标已与海外相近PLC：中小型PLC国内领军产品与海外大厂产品技术指标趋于一致，性能差距逐渐缩小。PLC是工业自动化生产执行过程中实现精确定位、精准运动的必要途径，决定其性能的核心指标包括高速实时控制能力、高精运动控制能力、现场总线控制能力和安全保护能力。高速实时控制能力是指控制系统在高速运行状态下能够做到强或接近强的实时控制，是决定PLC产品控制性能的核心指标。高速实时控制能力主要技术指标包括指令速度、控制周期、控制规模和总线抖动。高精运动控制能力是PLC的各项运动控制指标，也是决定其性能的重要因素，主要技术指标包括高速输入、脉冲定位、运动控制和插补控制。现场总线控制能力帮助实现从信息层、控制层、执行层到传感层之间，多网络多层次的高带宽高实时的互联互接，实现工业自动化现场的IT与OT网络的深度融合。目前，市场上主流的PLC产品需要支持CANopen、EtherCAT、Ethernet/IP、OPC/UA等多种工业现场总线。安全保护能力是指通过安全认证的算法保护机制，对用户程序和关健工艺功能块实现高安全性和个性化的保护设置。安全保护能力的主要技术指标包括程序保护、功能块保护和安全算法，是否具备这些功能决定了PLC能否有效防止信息泄露。目前，国内PLC领先厂商禾川科技的PLC产品在指令速度、控制周期、控制规模等参数上已达到行业平均水平以上，且内置高速输入计数和高速输出定位，支持多种总线控制类型且安全保护性能极佳，国内领军PLC产品技术指标已到达国际先进水平。DCS：国产DCS系统技术上不逊于进口品牌。20世纪90年代中期至21世纪初，各家DCS厂商以信息技术、先进控制技术和现场总线技术的发展为依托，先后推出了集成高速工业以太网、现场总线和先进控制器的第三代开放型DCS。21世纪初开始，以第三代DCS为基础的控制系统在国内石化行业得到了广泛的应用，但以国外进口品牌居多，而与之集成的子系统（SIS/GDS/CCS/MMS/PLC）则均为进口品牌。目前，我国DCS厂商不断进行研发投入，国产DCS系统技术不断提高，比肩国际主要品牌。将国产品牌浙江中控ECS700系统与进口品牌EMERSON公司DeltaV系统相比，ECS700系统在技术上以及不逊于DeltaV系统，国产DCS技术已能比肩国外主流厂商。变频器：国内厂商低压变频器技术与国外主流厂商技术基本相当，高压变频器技术还有一定差距。变频器的核心技术包括电力电子和电机控制算法两部分，从目前电力电子和电机控制算法的技术水平来说，国内低压变频器龙头企业汇川技术目前与主流外资企业基本处于同一水平，国内其他厂商也逐渐突破了矢量控制、直接转矩控制等技术难点。将汇川的MD810/880高性能多传变频器与ABB的ACS880产品进行对比，发现两者在速度控制精度、转矩控制精度、转矩响应时间、过载能力等核心技术指标上趋于一致，MD810标准型多机传动变频器做为汇川新一代低压多点传动系统，已经突破了国外多点传动的技术堡垒和垄断格局。由于高压变频器整机设计结构更复杂、控制算法的设计难度更大、系统可靠性和安全性的要求更高等，目前国内厂商在高压变频器技术方面与国际厂商西门子、ABB等公司仍存在一定的差距。减速器：内资品牌不断进行技术研发，减速器技术水平有所提高，龙头企业减速器部分技术达到国际领先水平。外国公司在精密减速器领域起步较早，以哈默纳科、纳博特斯克为代表精密减速器厂商的技术开发、产品应用时间相较于国内厂商更长，在精密减速器技术上一直处于领先地位。近年来我国减速器行业受益于政策和主要下游行业的驱动，迎来快速发展时期，国内从事减速器的研发和生产的厂商有所增加，技术水平有所提高，产品系列逐渐丰富，并已成功突破了国际品牌在国内市场的垄断。国内谐波减速器龙头企业绿的谐波多年以来深耕精密传动领域，突破了以传统Willis定理为基础的渐开线齿轮设计理论，其减速器产品从模型设计、产品试制、小批量供货到规模化、产业化制造历经不断迭代优化和完善，产品在实现额定寿命大幅提升的同时，在传动误差、背向间隙、空程误差、传动效率、噪声、运行温升等各项性能指标均已达到行业领先水平。内资品牌环动科技在精密传动领域精耕细作10余年，致力于攻克我国在精密传动领域的“卡脖子”核心技术，其研发的RV减速器参数水平基本达到国际一流厂商标准，打破技术垄断，加速国产替代。伺服：国内厂商不断进行技术研发，伺服系统技术已达国际先进水平。伺服系统主要由伺服驱动器与伺服电机构成，伺服驱动器发出信号给伺服电机驱动其转动，同时编码器将伺服电机的运动参数反馈给伺服驱动器，伺服驱动器再对信号进行汇总、分析、修正。整个工作过程通过闭环方式精确控制执行机构的位置、速度、转矩等输出变量。伺服驱动器作为驱动电机旋转的调速装置，其控制性能、总线控制类型和智能调整算法的能力是衡量伺服驱动器性能的主要指标。目前，国内厂商的伺服驱动器在转矩精度、调速范围、速度波动率、速度环带宽、总线类型、控制周期、自调整功能、模型跟踪控制、观测器功能、制振控制等功能方面已经与国外厂商主流产品技术水平趋于一致，国产伺服驱动器技术水平已达国际先进水平。额定转矩、负载特性和编码器分辨率对伺服电机的高精度及力矩性能和高可靠稳定性方面起到非常关键的作用，是衡量伺服电机性能的关键指标。国内厂商通过多年的技术研发，国产伺服电机在额定转矩、负载特性和编码器分辨率上已经与国外主流厂商伺服电机技术水平相当，伺服电机技术已达国际先进水平。步进：耕耘二十年，国内龙头企业步进电机技术早已领先全球。我国步进电机领域龙头企业鸣志电器从事运动控制领域产品的研发、生产和经营已有二十逾年，在运动控制领域掌握了核心的控制电机研发技术、驱动控制技术和尖端制造技术，并具备在多种电机驱动控制系统中植入现场总线技术和自产产品系统集成技术的能力。早在2015年，鸣志电器的步进电机技术就能与国外厂商技术媲美。截止目前，鸣志电器的步进电机已经被国内、外客户广泛使用。公司控制电机类产品中，混合式步进电机产品在全球市场一直享有较高的市场地位，占据全球市场份额10%以上，改变了混合式步进电机全球竞争格局，打破了日本企业对该行业的垄断。目前国内厂商持续在新产品、新应用技术研发上投入，步进电机驱动系统已具备居于国际前列的技术。3.3.国产替代政策支持，助力工控自动化进程提速国产替代政策不断推出，利好工控自动化软件发展。当前，新一轮科技革命和产业变革深入发展，数字化转型已经成为大势所趋，数字经济发展速度之快、辐射范围之广、影响程度之深前所未有，正推动生产方式、生活方式和治理方式深刻变革，成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量。近年来，国家不断推进企业数字化转型、工业互联网基础设施建设，陆续推出了诸多鼓励智能制造业、工业互联网平台、工业软件发展的政策文件，为生产控制类工业软件的发展提供了有力的政策支持，助力国产替代进程提速。4.行业重点公司4.1.中控技术：工业控制系统与工业软件行业领先以自动化控制系统为核心，涵盖工控自动化产品及智能制造解决方案。公司成立于1999年，以集散控制系统（DCS）业务起步，经过多年发展，逐步形成了以自动化控制系统为核心，涵盖现场仪表、执行机构等在内的工业自动化系列产品，形成了具有行业特点的智能制造解决方案，构建了较为完善的“工业3.0+4.0”产品及解决方案架构体系，从而逐步由自动化产品供应商发展成为服务于流程工业的智能制造整体解决方案提供商。公司近年业绩稳中向好，营收净利润不断提升。公司的营业收入由2018年的21.33亿元增长至2022年的66.24亿元，年复合增长率达32.75%。同时公司的归母净利润由2.85亿元增长至7.98亿元，年复合增长率达29.36%。凭借在自动化控制系统领域的行业地位、品牌优势及长期积累的市场口碑，公司不断开拓市场，业务规模持续扩大，公司工控自动化及智能制造解决方案、自动化仪表业务销售数量、收入均呈现出稳步增长的状态。毛利率出现下降，净利率保持稳定。公司毛利率从2018年的47%下降至2022年的36%，近5年平均毛利率达43%，呈现出逐年下降的趋势。净利率基本保持稳定，近5年平均净利率达13%。2022年毛利率下降主要系1）工业自动化及智能制造解决方案中1000万大项目占比上升；2）打造平台新业务，该业务毛利率仅为8.94%，拉低整体毛利率。公司毛利率下降而净利率保持稳定主要系公司期间费用率有所降低，销售费用率与管理费用率下降明显。4.2.汇川技术：工控自动化行业龙头，工控产品布局全面汇川技术作为中国工业自动化行业的领军企业，已成为中国工控/电梯/新能源汽车行业龙头。公司聚焦工业领域的自动化、数字化、智能化，专注“信息层、控制层、驱动层、执行层、传感层”核心技术，以TOP客户价值需求为导向，立足国内，拓展国际，为全球客户提供创新的解决方案与服务，追求规模和利润双增长。公司自2003年成立以来，经过20年的发展，形成五大业务：通用自动化、智慧电梯、新能源汽车、工业机器人、轨道交通。汇川技术充分享受国产行业龙头的品牌红利。2022年在下游行业国产化率提升的大背景下，公司通用伺服系统在中国市场的份额位居第一名；低压变频器产品在中国市场的份额位于前三名，位居内资品牌第一名；小型PLC产品在中国市场的份额位于第二名，位居内资品牌第一名；在电梯行业，公司已经成为行业领先的一体化控制器/人机界面供应商；在新能源汽车领域，公司已经成为我国新能源汽车电驱系统的领军企业。汇川技术近年业绩稳中向好，营业收入持续增长。公司的营业收入由2018年的58.74亿元增长至2022年的230.08亿元，年复合增长率达31.40%，近年来公司营业收入持续增长，2020-2021年增长较快，2023年增速有所放缓。同时公司的归母净利润由11.67亿元增长至43.20亿元，年复合增长率达29.92%。2022年公司营业收入、归母净利润增长率分别为28.23%/20.91%.4.3.英威腾：变频器业务高速发展，新能源业务布局加速业务覆盖范围较广，加快多元业务布局。公司成立于2002年，2010年上市，是一家重点高新技术企业。通过多年努力，公司目前已掌握变频器、PLC、伺服系统、牵引系统、电动汽车控制系统、电动汽车充电技术、UPS等产品的核心技术，所研发的矢量变频器代表了国际先进水平，相对其他内资品牌具备更加突出的产品性能和质量优势，也奠定了与外资知名品牌同台竞技的基础。同时，得益于业经验丰富的营销团队与区域+行业拓展的双轮驱动营销策略，公司在钢铁、冶金、矿山、港口、建筑机械、石油天然气等行业建立了广泛的客户基础，在全国各地及海外市场已建立数十个分支机构，发展了上百家国内渠道经销商和海外经销商，建立了较为完善的销售和服务体系。公司营业收入保持增长，归母净利润2019年后稳定上升。公司的营业收入由2018年的22.28亿元增长至2022年的40.97亿元，年复合增长率达16.45%。公司2019年归母净利润为负，主要原因为：1）当期应收款项减值、处置呆滞存货、投资减值、商誉减值、固定资产减值等影响净利润；2）公司2016年收购深圳市英威腾电源有限公司少数股权，业绩承诺期内，英威腾电源累计实际净利润大幅超出业绩承诺目标值，根据约定，公司需支付9282万元的作价调整差额款项，影响报告期税前利润9282万元。2019年之后，公司业务规模逐渐扩大，归母净利润稳步上升。变频器类产品营收占比最大，逆变器类产品22年营收增幅最大。近几年公司产品结构不断微调，但变频器类与电机控制器保持不变。变频器类一直是公司最主要的产品，其在收入结构中，营收占比每年有所波动，但总体保持稳定，近5年平均占比55%。变频器类产品2021年营业收入17.61亿，2022年营业收入20.01亿，同比增长13.63%。数据中心类产品、逆变器类产品以及其他产品2022年也实现了大幅增长，同比均有上升。其中，逆变器类产品2022年营业收入实现2.68亿元，同比增长203.62%，在所有产品中增长最快。4.4.雷赛智能：智能装备运动控制领域领先企业专注于运动控制核心部件及行业运动控制解决方案，提供控制器、驱动器、电机等产品。成立于1997年，公司深耕运动控制领域20余年，主要从事运动控制核心部件控制器、驱动器、电机的研发、生产和销售，是国内少有的同时拥有控制器、驱动器、电机综合研发平台的企业。经过多年积累，公司逐步实现运动控制技术领域的的关键技术突破，产品从初创阶段发展至智能化总线化阶段，应用于电子、新能源、物流、机器人、机床、激光、医疗、纺织等多个行业。公司目前已积累上万家优秀设备厂家客户，产品远销美国、德国、印度等60多个国家，已成为产销规模先进