By Eric Whitley, L2L from CONTROL AUTOMATION
Data has become the currency that enables operational excellence. Sensors are the key links, acting as the eyes and ears of modern manufacturing units by providing real-time data on machine performance.
Reason 1: Monitoring Equipment
Monitoring equipment is no longer a matter of routine checks and reactive maintenance. With sensors, we've moved into the realm of predictive and even prescriptive maintenance. Vibration sensors, temperature monitors, and acoustic sensors can predict mechanical wear and tear, allowing you to schedule maintenance before a catastrophic failure occurs.
These sensors work by continuously monitoring various parameters like vibration frequencies, temperature variations, and acoustic patterns. This data is then fed into machine learning algorithms that can predict when a machine part is likely to fail. Real-time monitoring not only prevents downtime but optimizes machine performance and extends asset life.
Consider this example of a CNC machine in a metal fabrication unit. By using a combination of temperature and vibration sensors, the unit could predict spindle failures up to two weeks in advance, reducing unplanned downtime by 60%.
If you're still relying on calendar-based maintenance, it's time to upgrade. Start with critical assets and gradually expand your sensor-based monitoring system. Make sure to integrate it with your Manufacturing Execution System (MES) for seamless data flow and analytics.
Reason 2: Quality Control
Quality control has evolved from a post-production activity to an integrated part of the manufacturing process. With real-time sensors like vision systems, laser scanners, and spectrometers, you can achieve near-perfect inspection rates.
These sensors can identify defects ranging from dimensional inaccuracies to material inconsistencies. For example, vision systems use high-resolution cameras coupled with machine learning algorithms to identify even the most minute defects.
For example, in a semiconductor manufacturing unit, the implementation of laser scanning sensors reduced the defect rate by 40%. This not only improved product quality but also significantly reduced waste.
Integrate real-time quality control sensors into your production line, but remember — the sensor is only as good as the algorithm behind it. Invest in quality software and regular calibration.
Figure. Example of a force-torque sensor on a robot arm. Image used courtesy of Robotiq
Reason 3: Facilitating Complex Tasks
Complex manufacturing tasks, such as multi-axis machining or additive manufacturing, require a level of precision that's humanly impossible. Sensors provide the feedback loop for real-time adjustments, making these tasks feasible and efficient.
Force-torque sensors in robotic arms, for instance, ensure that the arms are applying the right amount of pressure during assembly. Similarly, optical sensors in 3D printers adjust the laser's focus in real time, ensuring high-resolution outputs.
Force-torque sensors enabled robotic arms in an aerospace manufacturing unit to assemble turbine blades with a precision of 0.01 mm, something unachievable by human operators.
When implementing sensors for complex tasks, precision is key. Opt for high-resolution sensors and make sure they are compatible with your existing systems. Also, invest in training your team to interpret and act on the sensor data.
Reason 4: Safety Measures
Safety in manufacturing has evolved from being reactive to proactive, and we owe that to sensors in many ways. Reactive safety measures require manufacturers to respond to incidents after they occur, while proactive safety measures aim to prevent incidents from happening in the first place through predictive analysis and monitoring.
Gas sensors, infrared cameras, and even wearable sensors for workers are making workplaces safer than ever. These sensors continuously monitor environmental conditions and machine operations. For example, gas sensors can detect hazardous leaks, and infrared cameras can identify hot spots in electrical systems.
The implementation of gas sensors reduced hazardous incidents by 70% in a chemical manufacturing plant, as they could detect gas leaks well before they reached critical levels.
Safety sensors should be non-negotiable in any manufacturing setup. Prioritize them based on the risk profile of your operations and make sure you integrate them into your emergency response protocols.
Figure. Example of a wearable safety sensor package. Image used courtesy of Strongarm Technologies
Reason 5: Data-Driven Insights
Data-driven insights are the pinnacle of modern manufacturing. Internet of Things (IoT)-enabled sensors take this a step further by making this data instantly actionable.
These sensors feed data into analytics platforms that can make real-time decisions. For example, organizations can optimize energy consumption patterns based on real-time machine performance data.
A food processing unit used IoT sensors to monitor the temperature and humidity in their storage units. They used this data to dynamically adjust the HVAC settings, reducing energy costs by 20%.
If you're not already harnessing the power of IoT in your manufacturing operations, start now. But remember, data security is paramount: make sure your IoT network is secure to prevent any potential breaches.

（报告出品方/作者：信达证券，武浩、孙然）一、工业自动化：千亿级赛道，周期与成长共舞1.1 工业自动化下游应用场景丰富 工业自动化是指将自动化技术运用在机械工业制造环节中，实现自动加工和连续生产，提高机 械生产效率和质量，释放生产力的作业手段，用以代替人工操纵机器和机器体系进行加工生产， 在工业生产自动化条件下，人只是间接地照管和监督机器进行生产。从下游应用来看，可以分 为 OEM 和项目型市场； 1）OEM 市场：工厂自动化（FA），用于离散工业。主要是标准化、批量生产的机械市场，客户 是设备生产商，一些小量、定制的非标准大型装备，不纳入到这个范畴。主要行业有纺织 机械、包装机械、起重机械、食品机械、塑料机械、橡胶机械、机床工具、电梯、印刷机 械、暖通空调、电子设备制造业、风电、太阳能、造纸机械、交通运输工具、建筑机械、 矿用机械、电源设备等。 2）项目型市场(EU)：流程自动化(PA)。主要是控制流程工业的生产过程，实现连续生产和加 工，包括冶金、化工、电力、汽车、石化石油、市政、建材、公共设施、造纸、矿业等。工控产品按照功能主要可以分为控制层、驱动层和执行层三个层次。从产业链来看，工控可 以分为上游、中游和下游，上游主要是 PCB、绝缘材料、元器件、芯片等原材料，下游是 OEM 和项目型市场。中游按照功能不同可以分为执行、驱动、控制和运行监视类：控制层实现对任 务的分析、处理和分配，如 PLC、DCS 等;驱动层将控制层的任务进行解码，变成能被电机、阀 门等能够识别的信号，如变频器和伺服驱动器等;执行层则执行相应的任务，包括电机、阀门 等。
1.2 需求与制造业挂钩，千亿市场持续扩容工控行业由于需求与制造业息息相关，与宏观经济运行情况较为关联。工控行业是制造业的 上游行业，收入增长驱动取决于制造业的投资活动，具有较强的顺周期特征。从整体市场来看 来看，工业自动化市场与制造者设备增加值强相关，波峰波谷较为一致，与工业投资活动和经 济波动联系较大。举例来看，2008-2011 年，金融危机后，国内 GDP 增速开始恢复，整体工控市场保持较高增速；而到了 2012 年经济增长开始降速，供给侧过剩，设备投资增长处于较低 区间；2016 年，供给侧改革出清了过剩产能，设备增速有所恢复。从下游市场来看，项目市场占比较高。参考睿工业数据，我国 2021 年自动化市场为 2923 亿 元，其中项目自动化市场为 1721 亿元，占比为 59%，OEM 自动化市场为 1202 亿元，占比为 41%。 从具体下游市场来看，OEM 市场 2021 年增速较快，为 28%，主要是工业机器人、电池、半导体 等新兴行业增速较快；项目型市场 2021 年增速为 10%，冶金、化工等行业保持快速增长，汽 车、市政等行业有所下跌。
从具体产品来看，控制层、驱动层和执行层中PLC、DCS、伺服系统、低压变频器、CNC 等市场 规模较大，其中 21 年 PLC 市场规模为 158 亿，同比增速 21%；工控机市场规模 120 亿，同比增 速 14%，低压变频器市场规模 283 亿，同比增速 20%；伺服系统 233 亿，同比增长 35%；CNC 市 场 144 亿，同比增长 33%。二、行业拐点将至，国产替代进程有望提速 2.1 中长期成长逻辑不改，新一轮景气周期有望开启 人口红利消退叠加劳动力价格上升趋势下，制造业自动化水平有望提升。从宏观数据来看， 一方面，我国 15-59 岁人口占比呈现下降趋势，2022 年占比为 62.23%，相比 2011 年下降 6.57pct,人口红利逐渐消退，与此同时，制造业就业人数也呈现下降，2021 年仅为 3828 万人。 另一方面，我国劳动力就业平均工资逐年上涨，2021 年城镇就业人口年平均工资为 10.68 万 元，同比上升 9.7%，而以美国为例，参考中国信通院数据，2001-2018 年美国人均实际工资复 合增速仅为 0.88%。我们认为伴随我国企业用工成本的快速增加和人口红利的退坡，提高自动 化水平降本增效有望成为未来制造业发展趋势。我国制造业人均增加值与美国仍有差距，未来依然有增长空间。从数据来看，我国制造业人均 增加值 2021 年为 12.7 万美元，而美国为 20.3 万美元，制造业依然有增长空间。而与此同时 我国就业人口受教育程度不断提高，2021 年全国就业人口中大学本科比例超过 10%，大学就业 人口逐渐成为就业市场主力，在此其情况下，工程师红利逐渐显现。在双重因素的驱动下，我 国制造业自动化转型铸就了基础。此外，考虑疫情影响已经逐步消退，制造业前景有望改善， 对投资自动化产线和设备的需求有望提升，整体自动化水平或将快速提升。复盘历史：制造业产成品库存降低，工控行业景气度有望回升。 从我国制造业周期来看，从 2000 开始，我国制造业库存经历了 7 轮周期，平均持续时间是 3- 4 年左右（30-40 个月），目前处于主动去库存阶段。从整个库存周期来看，可以分为四个阶段： 1）第一个阶段，被动去库存，当需求开始好转，当期需求大于当期生产，库存开始减少；2） 第二个阶段，主动补库存，需求旺盛，生产加速扩张，当期生产大于当期需求，整体库存量 （产成品和原材料库存）增加；3）第三个阶段，被动补库存，需求开始放缓，生产也开始放 缓，然而当期生产还是高于当期需求，产成品库存依然升高，但原材料库存降低；4）第四个 阶段，主动去库存，需求继续下滑，预期开始悲观、生产开始收缩，产成品库存下降。原材料 库存也进一步下降。
信贷是支持企业扩张设备的主要资金来源之一。企业在进行投资决策时，不仅需要考虑是否能 提升自身盈利能力，也同样需要考虑外部的资金支持。宏观货币政策的宽松带来融资成本的下 降，从而促进企业设备扩张。从企业库存周期来看，对照中期借贷便利(MLF)1 年利率，一般去 库存周期伴随着信贷的扩张，从而支撑企业渡过较为艰难的主动去库存周期。从目前利率来看， 一年期的中期借贷便利已经逐步下降到较低水平，有望对制造业未来扩张起到信贷支持。从今年数据来看，工业企业产能利用率有所提升，受疫情影响，2022 年 12 月增幅不大。我们 认为，随着疫情影响的减弱，整体工业企业产能利用率有望提升，同时由于 PPI 向下穿过 CPI， PPI 与 CPI 的剪刀差转正，整体利润有望向制造业集中，从而带动工业企业投资。2023 年《政 府工作报告》提出：推动产业向中高端发展，把制造业作为发展实体经济的重点，保持制造业 比重基本稳定，鼓励企业加快设备更新和技术改造，将固定资产加速折旧优惠政策扩大至全部 制造业。我们认为制造业有望进入下一轮景气周期，工控行业景气度有望提升。
PMI 指数回暖,工控行业景气度有望上行。PMI是监测宏观经济走势的先行性指数之一。从制造业 PMI 指数的构成上看，2 月制造业 PMI 大幅上行主要由生产指数和新订单指数拉动，显示当 前供需两旺是推动制造业景气度上扬的主要动力。生产指数和新订单指数分别为 56.7%和 54.1%，较上月上升 6.9 和 3.2 个百分点。从 PMI 指数可以看出，在生产端和需求端，经济修 复的力度在不断增强，同时 PMI（新订单）-PMI（产成品库存）数据显示企业开始进入被动去 库存状态，我们认为，随着制造业的回暖，工控行业整体景气度有望上行。2.2 行业现状：先进制造+“双碳目标”催化，关注下游结构性机会2021 年以来整体工业自动化市场有所承压，行业增速放缓，2022Q3 整体市场增速约 2.4%。行 业整体处于磨底期。从下游来看，2022 年第三季度项目型自动化市场规模为 483 亿元，同比增 长 7.8%。从 2022 年初延续至今的形式来看，项目型行业增速始终高于 OEM 型行业，2022 年三 季度 OEM 自动化市场规模为 265 亿元，同比出现 6%的下滑幅度。具体来看： 1）项目型市场有所复苏，从三季度来看，化工、汽车、煤矿、市政及公共设施等板块同比增 幅明显，在国有资本投资的支持下，市场保持明显增长态势，参考 MIR 分析，由于大宗商品涨 价叠加俄乌冲突的影响，推动我国国家储备能力计划落实，我们认为未来项目型市场有望维持 较高增速； 2）OEM市场出现结构分化。传统OEM行业（橡胶、纺织等）虽出现降幅收窄，但仍较为低迷； 与民生（食品饮料、制药等），智能装备相关（机器人等）的行业企稳回升；新能源相关（电 池、光伏等）的行业，继续保持较快增速。我们认为，随着疫情影响的减弱、供应链恢复正常， 和下游需求回升，整体 OEM 市场有望迎来行业拐点。机床一般应用在传统制造业上，与传统制造业投资较为相关，而工业机器人与先进制造业投资 较为相关，因此可以通过两者数据来反应当期工控产品需求情况。从目前数据来看，受疫情影 响，机床类产品产量表现较差，工业机器人 22 年大多数月份仍处于正增长。虽然近几年工业 机器人市场经历短期波动，但中长期依然有望向好，MIR 预测 2023 年中国工业机器人增速或 将提升至 12%左右，未来几年仍将保持 2 位数增长。我们认为，在产业结构调整趋势下，先进 制造业有望成为未来发展重点。
“双碳”政策驱动，新能源产业异军突起。2020 年我国提出，2030 年要实现“碳达峰”， 2060 年要实现“碳中和”，“双碳”目前成为我国发展方向之一。从中短期来看，2022 年，国 务院印发《“十四五”节能减排综合工作方案》，方案明确到 2025 年，全国单位国内生产总值 能源消耗比 2020 年下降 13.5%。中国能源转型已成为大势所趋，要实现“双碳”目标，新能源 是重点领域，电力系统的清洁转型是中国实现双碳目标的核心抓手。我们认为，以光伏、风电 为代表的新能源，以储能为代表的柔性调频资源，以新能源车等为代表的用电产业链有望长期 向好，维持较高景气度，从而带动相应设备的扩产和销售。2.3“价格+本地化服务+响应速度”三重优势下，本土品牌有望崛起 工控行业产品国产替代趋势明显。近年来，国内工控厂商的研发能力和综合实力显著增强， 获得了进口替代方面的很多机会。根据 MIR 睿工业数据，2021 年在中国低压变频器、伺 服、传感器、小 PLC 市场中，本土品牌份额均有提升，以伺服市场为例，本土品牌市占率 由 2016 年的 27.6%提升至 2021 年的 43.3%。国产品牌 VS 海外品牌产品对比：海外品牌产品线更加完备；国产品牌广度提升，整体性能逐步接近海外产品。 从产品线角度来看，海外品牌由于积淀更加深厚，经过多年发展，已经形成多个综合型工 业自动化行业巨头，产品线覆盖面更广一些。而国产品牌近几年发展较快，企业产品线逐 步扩张。以汇川技术为例，其产品覆盖了变频、伺服、可编程逻辑控制器、人机交互、传 感器、电机、CNC 控制器、工业机器人等，产品线广度逐渐提升。从性能和价格层面分析，国产价格相对较低，同时性能与海外相接近。以伺服系统为例， 国内伺服系统与海外差距缩小，价格相对较低。伺服的性能主要观察四个指标，编码器精 度、电机过载能力、最高转速以及速度频率响应的能力。对比国内外伺服性能可以看出， 松下综合表现较好。国内厂商方面，汇川优势明显，各项指标与安川接近，不过价格上国 产更具优势。总体来看，国产伺服在中低功率上，基本与海外处于同一水平线，产品性能 接近海外水平。服务对比：国内响应速度和定制化更好，交付较为及时 供应链短缺情况下，海外厂商多次涨价。2021 年以来，工业自动化市场规模提升明显，但 自动化厂商却饱受原材料涨价、上游芯片供应影响，面对成本变高、订单众多、供货周期 变长等压力，2021 年以来多家企业涨价，以 2022 年为例，海外头部自动化企业多次涨价， 单次涨价幅度较高，国产品牌性价比提升。MCU 等交期拉长。参考芯八哥数据，从工控类 MCU 市场来看，在正常情况下的交期基本 在 14-20周左右，供货周期自 2020Q2 开始逐渐拉长，2021Q4 开始，头部大厂中德仪、瑞 萨、NXP、ST、英飞凌交期均进一步拉长，到 2022Q1 部分工控类产品最长交期超过 52 周。同时部分海外自动化大厂拉长交付周期，以西门子为例，2021 年末上调了部分产品的 交付。在海外元器件交期拉长的情况下，国内品牌竞争力有望进一步提升，国产替代进度 有望进一步加速。
相比海外品牌，国产企业响应速度和定制化能力成优势。国产品牌具有较强的响应的能力 和定制化能力，相比海外企业有以下四大优势： 1）紧跟碳中和、先进制造等国家战略，重点攻略新能源锂电、光伏等行业。 2）营销模式上，本土公司营销理念更为贴合市场需要。 3）供应链方面，本土公司应对更加灵活。 4）本土公司产品研发紧跟市场需求，产品迭代速度快，效果好。三、工控产品情况：国产品牌份额加速提升3.1 变频器：22 年增速有所下滑，低压变频国产厂商持续扩张 变频器是一种电力控制设备，可以分为低压变频器和高压变频器。变频器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动机的电力控制设备。变频器主要由整 流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等 组成。变频器靠内部 IGBT 的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供 其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过 流、过压、过载保护等等。 分类来看：1）按照电压等级，变频器可以分为中/低压变频器和高压变频器，低于 3KV 的归为 中低压变频器（低于 690V 的为低压变频器），高于 3KV 的归为高压变频器，两者适用电箱有所 差别，但原理相同，低压变频器对于电力电子器件和变压器的容量要求相对较低，具有成熟的 一致性的拓扑结构，而高压变频器拓扑结构较多，较为复杂；2）按照变换频率的方法也可以 分成交-交型变频器与交-直交型变频器。变频器行业上游由各类原材料及零部件生产行业组成，其中主要的零部件有变压器、IGBT、冷 却风机、电阻、电容等、从成本构成来看，原材料是产品的主要构成，IGBT 与 PCB 板成本占比 较大，IGBT 的成本占到了整个生产成本的约 26.5%，PCB 占到了 31.5%。IGBT 由于国产化程度 相对较低，国外供给较高，且供应存在不确定性，对变频器的利润影响程度较大。
从下游应用来看，高压变频器应用领域集中在高耗能领域，主要用于冶金、电力、石化、 采矿等高能耗行业，可实现对各类高压电动机的风机、水泵、空气压缩机、提升机、皮带 机等负载的软起动、智能控制和调速节能，2021 年 CR5 总占比为 76%。低压变频器适用 场景较为广阔，下游较为分散，一般应用在起重机械、电梯、纺织机械等领域，2021 年 CR5 总占比为 43%。随着国内工业生产规模不断扩大，我国变频器市场规模整体呈现稳定增长态势。2021 年我 国变频器行业市场规模达到 428亿元，同比增长 14%。2021年低压变频器的市场规模占比 较大，市场比重约为 73.5%，较上一年下降 2.6 个百分点；高压变频器为 26.5%，市场规 模占比持续增长。低压变频器市场近年来有所承压。主要原因有：1)宏观经济下行：2022 年 GDP增速 3%， 受外需下行、疫情反复和地产低迷等因素拖累，整体经济发展依然处于疲软区间。2)前三 季度疫情焦灼，四季度疫情扩散高峰期：2022 年前三季度新冠疫情多点先后爆发，各地疫 情政策收紧，消费也随之收紧，整个中国制造业景气指数降低，投资热情不足；四季度疫 情防控措施优化调整之后，经历感染高峰期，生产生活影响较大。3)部分下游行业需求衰 退：如房地产等行业近年来表现相对不佳。根据共研网数据，高压变频器市场规模从 2013 年的 75.77 亿元增长至 2021 年的145.02亿 元。2021 年同比增长 5.65%。
国产品牌定制化能力以及产品研发制造实力提升，国产替代逐步落地。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。据华经情报网， 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。在高压变频器市场中，2021 年合康、施耐德、汇川技术、西门子和 ABB 五家企业的市场 占有率排在前五名，分别达到 10.8%、10.6%、10.1%、9.2%和8.9%，CR5份额占比达到 49.6%。在低压变频器市场中，汇川技术、ABB、西门子、英威腾和中达等企业排在前列， 2021 年五者的市场份额占比分别为 18.8%、18.4%、12.3%、7.5%和 7.1%，CR5 份额占 比达到 64.1%，超过一半以上。我国变频器国产替代有望加速。1）供货周期短，性价比高。由于国外变频器生产企业受 到原材料价格上升等因素的影响，其产品价格呈现一定程度的上涨，同时供货周期延长， 在这种背景之下，相比国外变频器生产企业，我国变频器生产企业的产品供货周期更短， 并且性价比也比较高，推动了国内变频器生产企业的份额不断增加，行业迎来了发展机遇。 2）行业政策不断出台。变频器产品属于节能型的电子设备，一直以来都是我国重点支持 发展的高新技术产品类型之一，近些年来在国家层面不断出台相关行业的支持和鼓励政策， 与此同时变频器在节能减排方面发挥着一定的作用，迎合国家节能减碳的发展规划，我国变频器行业有望迎来新的发展时期。3）行业处于成长阶段。随着我国变频器行业内生产 企业数量的持续增多，推动了行业发展速度不断加快，同时国内市场凭借成本和价格等方 面的优势吸引了国外众多大型企业进行产业布局，在一定程度上提高了我国变频器市场的 发展水平，目前行业处于产业生命周期的成长阶段，仍有较大的发展潜力。3.2 伺服：22 年市场规模有所下滑，通用伺服汇川地位稳固伺服系统是工业自动化控制设备主要的动力来源之一，伺服系统主要由伺服驱动器、伺服 电机和编码器组成，编码器通常嵌入于伺服电机。伺服系统可通过闭环方式实现精确、快 速、稳定的位置控制、速度控制和转矩控制，主要应用于对定位精度和运转速度要求较高 的工业自动化控制领域。从原理来看，伺服系统由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。从成本构成上看，驱动器成本占比 42%；电机占比约 35%；编码器由码盘、光源 和接收器组成，成本占比约为 11%。
从分类来看。伺服系统可以分为通用伺服系统和专用伺服系统， 其在产品技术、应用领域 等方面存在差异。通用伺服系统下游应用广泛，包括电子及半导体、机床、机器人、包装、 纺织、塑料、纸巾等。专用伺服系统根据不同行业需求定制化开发，提供专业化产品，主 要为交流电伺服以外的其他品类伺服，其市场规模较小。其下游应用领域包括风力发电、 矿山机械、缆车索道、电梯等。通用伺服系统国产化率稳步提升。从市场规模来看，2022 年前三季度通用伺服市场规模为 173.3 亿元，同比下滑 3.45%，主要受到 2022 年传统制造业景气度较弱以及国内疫情影响。 从国产化率来看，国内伺服厂商以较短的货期和充足的备货扩大自身竞争优势，市场份额 均实现增长。近年来通用伺服国产化率逐年攀升，2021 年行业国产化率达到 23.57%， 2022 年前三季度提升至 30.51%。专用伺服系统主要以国产品牌为主，市场集中度较高，主要以菲仕技术、汇川、北京超同 步等厂商为代表。以 2020 年数据为例，TOP5 厂商占据中国专用伺服市场 60%以上的市场 份额，其产品共同特点为进入市场较早，电机产品技术成熟，满足行业客户的集成化、智 能化、差异化需求，提供成套的专用行业解决方案，以较高的产品性价比和优质的售后服 务受到下游机床、注塑、工业机器人、风电等行业客户青睐。3.2 PLC：大型 PLC 市场仍受外资垄断，中小型 PLC 国产替代加速可编程逻辑控制器（PLC）是种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统。 它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术 运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过 程。PLC 由 CPU、指令及存储器、输入/输出接口、电源、数模转换、通讯接口等功能模 块组成。其工作原理分为三个阶段，先是进行输入采样、再执行用户程序、最后输出刷新， 这三个阶段可以视作一个扫描周期。在整个工作期间，PLC 会重复执行上述三个阶段。
PLC 通常按照输入/输出(I/O)点数来分类，可将 PLC 分为小型、中型和大型三类。点数越 多，控制关系越复杂，要求的程序存储器容量越大，指令与功能越丰富，能够应用更大型 复杂的控制任务，技术要求同步抬高。PLC 在工业控制层级中属于承上启下的地位，向下连接驱动层、执行层，向上连接信息层。 在产业上来讲，国外企业起步较早，技术积淀丰富，在中大型 PLC 竞争上具有一定优势， 国内企业起步相对偏晚，但在小型 PLC 市场上已经具备一定竞争力。我国 PLC 市场韧性较大，市场规模稳健增长。PLC 在自动化装备和产线中有普遍应用场 景，据观研天下数据，受益制造业产业升级和高端装备的发展，2018-2022 年，中国 PLC 市场规模由 121.31 亿元提升至 150.91 亿元，2018-2022 年 CAGR 为 5.61%。其中，2019 年由于受到我国经济增速放缓和中美贸易摩擦影响，PLC 市场规模同比下滑，2020-2021 年，得益于口罩机需求大幅增长和中国制造在疫情下体现的供应链优势，2020 年和 2021 年 PLC 市场明显回暖。2022 年在疫情反复的压力下 PLC 市场体现较强韧性，我国 PLC 市 场规模为 150.91 亿，PLC 市场规模呈稳健增长态势。 从市场结构来看，据 MIR 数据显示，我国中大型 PLC 和小型 PLC 大致平分市场，2021 年 市场份额均占比约 50%。从应用市场来讲，小型 PLC 的市场准入门槛低，一般用于 OEM 型市场，由于下游客户对 价格敏感，因而小型 PLC 市场同质化较为严重，同时竞争相对激烈。中大型 PLC的技术难 度高，一般用于项目型市场，在“技术+客户+组网/排他性”等壁垒下，国内企业替代海外品 牌依然是个长期过程。
PLC 市场整体由国外龙头企业主导，国产化率较低。PLC 市场集中度较高，欧日系占比较 高。竞争格局方面，可靠性要求更高的中大型 PLC 市场主要被西门子、欧姆龙、三菱等外 资厂商所占据，据 MIR 统计，2021 年西门子市场份额近 50%。小型 PLC 市场方面，国内 企业有望凭借完备的解决方案能力、响应下游进行定制化开发及现场调试和较快的响应速 度，逐步替代外资份额。同时，国内企业在掌握小型 PLC 技术基础上，逐步拓展在中大型 PLC 产品上的布局，以信捷电气为例，其 XG 和 XS3两个系列的中型 PLC 产品在光伏、锂 电、半导体行业得到广泛应用。我们认为，小型 PLC 领域国产替代进程或将持续进行，而 在中大型 PLC 市场上，随着国内半导体、锂电池以及光伏等新兴行业的旺盛需求驱动和国 产 PLC 技术的进步，国产品牌有望逐步取得一定突破。2022 年上半年国内 PLC 市场国产厂商取得突破。据 MIR 睿工业数据，从排名上来看虽然 前三强依旧稳定地被西门子、三菱、欧姆龙所占据，但在三强之后，国产厂商汇川从 2021 年的第八位跃升到第四位，这为国产厂商在 PLC 领域的发展起了一个好的开端。不仅是汇 川，国产厂商台达、信捷电气也跻身前十强榜单中，这也进一步壮大了 PLC 领域国产厂商 的队伍。3.3 HMI：增长势头良好，国产品牌竞争力凸显 人机界面（HMI）是人与机器进行交互的终端设备，是工业自动化控制系统不可或缺的功 能单元，主要包括文本显示器、触摸屏和平板电脑。人机界面由硬件和软件两部分组成， 其中软件的开发是核心。从功能上来讲，HMI 和 PLC 关系密切，一般与中小型 PLC 较为 相关。
3.4 DCS：中控技术为绝对龙头 DCS（Distributed Control System）即集散控制系统，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。其主要特点是分 散控制、集中操作。DCS 主要应用于化工、石化、电力、核电、制药、冶金、建材等流程 工业领域。2021 年 DCS 市场规模约为 111.2 亿元，同比增长 24.6%。睿工业预计，2022 年至 2027年 DCS 市场仍会保持稳定增长，平均年增长率将维持在 5-6%，随着 VR、大数据、云计 算、5G 等技术逐步从一线城市过渡到二三四线城市，DCS 与高新技术的对接将助力行业 实现高质量发展。 化工、石油、电力领域是 DCS 的主要应用领域。目前化工、电力、石油领域是我国 DCS 的主要应用领域。智研咨询数据显示，2021 年化工领域 DCS 规模为 41.41 亿元，占比达 37.24%；电力领域规模 26.28 亿元，占比 23.63%；石油领域规模 21.56 亿元，占比 19.43%。中控技术是 DCS 市场的龙头企业。根据睿工业统计，2011 年至 2021 年，中控技术连续 蝉联国内 DCS 市场整体占有率第一名，2021 年市场份额为 33.8%，细分领域中化工领域 的市场占有率达到 51.1%，石化领域的市场占有率达到 41.6%。3.5 PC-based：整体市场保持较快增长，国内品牌占据主导地位 在工业自动化领域，通用控制器可以分为三类，即：PLC 控制、嵌入式控制器、PCBased 控制。相比而言，PC-Based 运动控制卡能够实现更为复杂的运动控制，目前已成 为发展较快的运动控制器，随着下游工业机器人、半导体等行业对运动控制要求的提高， PC-Based 控制卡有望迎来更为广阔的发展空间。市场规模来看，参考工控网数据，2021 年市场规模预计为 9.9 亿元。通用控制器主要厂商 包括固高科技、雷赛智能、美国泰道、ACS、翠欧、倍福、ELMO 等。其中以固高科技等 为代表的国产厂商产品和技术逐渐达到国际先进水平，国产替代持续进行。
3.6 步进系统：国内企业主导，主要满足低负载/低速市场 步进系统一般由步进电机和步进驱动器构成，步进电机按照驱动器发出的指令脉冲工作， 按照设定的方向转动相应的角度；通过控制脉冲个数可以控制角度位移量，达到准确定位； 通过控制脉冲频率可以控制电机的转速和加速度，达到准确调速。按照是否设置位置检测反馈装置，是否构成运动反馈控制回路，步进系统可以分为开环步进系统和闭环步进系统。 步进系统能够满足大多数低负载/恒负载的低速工况，并且具有控制简单、成本低、可靠性 高等方面的优势，因此，在普通机床、纺织、包装、电子加工、仪器、激光加工、线切割、 焊接等领域广泛运用。步进系统市场保持较为稳定的趋势，以国内企业主导为主。与其他运动控制系统相比，在 精度和速度要求并不苛刻的场合下，步进系统凭借其经济性和实用性，渗透率相对较高。 行业格局方面，我国步进系统市场以内资品牌为主，如雷赛智能、深圳研控、鸣志电器等 国产品牌已占据较大的市场份额。3.7 CNC 数控系统：国内替代空间大，看好国内工控龙头切入 数控系统则是利用数字化信息并采用数字控制技术对生产过程进行自动控制的系统，即数 控系统由输入、决策和输出三个环节构成，是一种由程序控制的自动化机床。简而言之， 数控系统是控制机床工作的“大脑”，类似于手机中的操作系统和 CPU 的作用。国产替代空间较大。参考华经情报网，我国数控系统甚至整个机床产业的起步阶段都是以 政府为主导，1949 年我国机床工业在政府领导下开始建设，1958 年我国出现了第一台数 控机床。1981 年北京集装研究所开始引进发那科数控技术，随后我国又引进 GE、西门子 等数控系统。目前民营企业中华中数控、广州数控、科德数控、苏州新代等企业在中高端 数控领域已经取得实质性突破。在市场空间方面，参考华经情报网测算，2021 年 CNC 系 统进口替代空间约 137 亿元。我们认为未来随着汇川技术等企业进军 CNC 系统，CNC 系 统国产替代或将加速。
3.8 工业机器人：市场空间较大工业机器人指的是面向工业生产领域的多关节机械手或多自由度的机械装置，其能够代替 人工完成繁重、重复的工作，同时提高工业加工的精度和生产效率。工业机器人的分类方 式多样，可根据运动坐标形式、驱动方式等进行分类，按照机械结构特点可分为垂直多关 节机器人、SCARA 机器人、协作机器人、Delta 机器人四大类，常见的功能包括搬运、装 配、焊接、喷涂等，广泛应用于汽车制造、3C 电子行业。工业机器人产业链上游为核心零部件，包括控制器、伺服电机和减速器等，根据 OFweek 数据，减速器、伺服电机和控制器分别占工业机器人总成本的 35%、20%、15%，合计占 比高达 70%；中游为机器人本体制造，包括关节机器人、SCARA 机器人、直角坐标系机 器人、DELTA 机器人；下游为工业机器人应用终端，主要应用领域有汽车、家电、航空航天等行业。汽车、电气电子领域应用比例较高。从全球工业机器人应用领域来看，汽车和电气/电子领 域应用比例较高，华经情报网预计 2022 年行业规模分别为 35.45 亿美元和 34.72 亿美元。 从整体市场规模来看，由于疫情影响，近几年市场略有波动，我们认为未来随着疫情影响 的减弱，整体市场规模有望稳健增长。我国已经连续 8 年成为全球最大的工业机器人消费国，工业机器人销售额呈现增长的趋势。 2021 年我国工业机器人市场规模约达 450 亿元，中商情报网预计到 2023 年，国内市场规 模进一步扩大，将突破 500 亿元。国产替代空间大。据 MIR DATABANK 数据，2022 年上半年中国市场工业机器人出货量排 名前二十名中，外资占多数，有 12 家外资企业；8 家内资企业，仅埃斯顿和汇川技术两家 厂商进入了前十。
3.9 工业软件：研发设计类亟待突破，整体国产化率较低 工业软件是指专用于或主要用于工业领域，为提高工业企业研发、制造、生产管理水平和 工业装备性能的软件，其广泛应用于工业领域各个要素和环节之中，与业务流程、工业产 品、工业装备密切结合，全面支撑企业研发设计、生产制造、经营管理等各项活动。从整 体市场来看，2021 年我国工业软件市场规模为 2414 亿元，同比增长 24.8%。国产化率低。《中国工业软件产业白皮书（2020）》的调研数据，我国 95%以上的研发设计 类工业软件依赖进口，研发设计类各细分软件领域的前十大供应商中，国内企业数量明显 处于劣势。国产生产制造类工业软件占据 50%的国内市场，在部分领域已经具备一定实力， 涌现了宝信软件、和利时自动化、中控技术等行业领军企业，但在高端市场中并不占优势。 国产经营管理软件占有国内 70%的市场份额，代表厂商有用友网络、金蝶国际、浪潮信息 等。70%的运维服务类工业软件依赖进口，国内运维服务类工业软件缺少成熟工程应用， 缺乏数据和经验积累。四、重点公司分析4.1 汇川技术：穿越周期，工控龙头韧性十足 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”核心技术经过十多年的深耕和行业积累，已成为国内工业自动化领域的龙头企业。 在业务方面，公司当前已形成通用自动化、电梯电气大配套、新能源汽车、工业机器人和 轨道交通五大业务板块发展格局。公司从通用自动化领域变频器业务起家，逐步拓展至伺 服、PLC&HMI、传统器和工业互联网相关产品；并横向拓展电梯行业专用变频器及人机界 面、门系统、控制柜等相关电气产品；新能源汽车主要生产电机控制器、电驱总成相关产 品；工业机器人和轨交业务主要为机器人核心部件/整机和牵引系统相关零部件。我们认为公司通用自动化业务增速明显领先于行业主要有以下几个原因： 1）早期专注推行行业解决方案，聚焦“行业营销+品牌营销”。公司从变频器产品起家， 早期在电梯、空压机、金属制品等细分行业具备优势，之后公司推出“行业营销+品牌 营销”理念，在现有优势产业基础上，公司通过推出一系列行业解决方案，实现了覆盖 产业的横向拓展，在有效防范单一下游行业波动对公司影响风险的基础上，也实现了 市占率的持续提升。 2）产品种类全面，坚持“技术营销”，推行综合解决方案，拥有较强盈利能力。公司之所以能通过提供行业解决方案方式实现下游覆盖领域拓展及市占率提升，很大程度上来 自公司全面的产品品类，公司已实现工业自动化领域信息层、控制层、驱动层、执行 层和传感层产品的全覆盖，可基于客户需求、通过不同产品组合实现不同要求。 3）多年的行业营销使公司具备标准化产品生产能力和条件，公司开始开拓散单市场。通 过多年行业营销，公司已树立知名品牌形象、同时掌握可适用多个行业的相对标准化 的产品，基于此，2019 年公司提出“上顶下沉”经营策略，聚焦行业 TOP 客户的同时， 深耕区域散单市场，进一步提升市占率。
4.2 麦格米特：平台型企业典范，多极发展打开增长空间 华为+艾默生体系成员之一。公司以电力电子及自动控制为核心技术，从事电气自动化领 域硬件和软件研发、生产、销售与服务。公司业务遍布海内外，产品广泛应用于工业自动 化设备、家用及商业显示、变频家电、智能卫浴、新能源汽车、轨道交通、制冷制热、工 业视觉、传感器、数字化智能焊机、精密连接、5G 通信、医疗设备、服务器、光伏、风力 发电、储能、锂电池包、工业微波、石油装备等消费和工业的众多行业。新能源业务+电源业务有望高增长。公司不断开拓新能源汽车领域新客户，与宁波菲仕（应用于哪吒汽车）、零跑等客户已建立合作，未来新能源业务有望维持高增速；电源业务 方面，受益于国产替代+公司不断开拓细分领域，电源业务整体有望维持高增长。4.3 英威腾：优秀工控行业方案提供商，第二曲线成长加速 低压变频头部企业，深耕行业二十余年。公司于2002年成立，专注电力电子、自动控制、 信息技术，聚焦工业自动化与能源电力领域，主营产品包括变频器、UPS（不间断电源）、 精密空调、新能源车电控、光伏储能逆变器等。从业务来看，公司低压变频在国产品牌中 市场份额较为领先，受益于工业自动化行业增长，未来有望持续稳健发展；新能源汽车与 光储作为景气赛道，公司相关业务保持较为高速增长。组织结构优化，第二成长曲线有望加速。2021 年以来，公司进行了组织优化，成立工业自 动化事业群，调整、优化集团研发技术中心，使研发资源得到有效整合，工业自动化业务 年销量实现较大增长，疫情下海外市场持续保持较快增长。同时，公司不断发力新业务领 域，新能源电控业务发掘重卡等客户；光储行业，公司产品覆盖国内和国外市场，2022 年 在国内中东部分布式增量显著，与国内较多大客户建立了合作关系。 4.3 蓝海华腾：聚焦电驱动+工业自动化，换电重卡发展趋势下持续受益 聚焦新能源电驱动+工业自动化领域。公司成立于 2006 年，主要产品为中低压变频器、电 动汽车电机控制器和伺服驱动器。在新能源电驱动领域，公司产品涵盖主驱多合一集成控 制器、主/辅驱集成控制器、混合动力集成控制器、辅驱集成控制器、电机+主驱控制器集 成系统、电机+变速箱+主驱控制器集成系统以及客户定制化产品等；在工业自动化领域， 公司产品为中低压变频产品、伺服驱动器等。把握细分领域重卡电控需求，业务有望高增速。随着碳酸锂等电池材料的降价，同时考虑 电价与油价的价差等因素，换电重卡经济性日益凸显，未来换电重卡有望维持较高增速。 从财务数据来看，在重卡电控业务的驱动下，2022H1 公司电控业务收入为 1.5亿，同比增 长 57.42%。剔除蓝海永辰影响，2022H1 公司营业收入较上年同期增长 30.29%，归属于 上市公司股东的净利润同比增长 54.89 %。（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）精选报告来源：【未来智库】。