导语：工业自动化的应用核心是各类工业自动化控制设备和系统，主要产品包括人机界面、控制器、变频器、伺服系统、步进系统、传感器及相关仪器仪表等。工业自动化控制产品作为高端装备的重要组成部分，是发展先进制造技术和实现现代工业自动化、数字化、网络化和智能化的关键。
一、工业自动化行业概述
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。工业自动化的发展依赖于信息技术、计算机技术和通信技术的深度融合，自动化技术在很大程度上扭转了传统作业模式，加速了传统工业技术改造。工业自动化技术现已广泛应用于工业企业的生产、控制、管理环节，有效提高了工业企业日常运作效率以及工业生产科学性。
工业自动化的应用核心是各类工业自动化控制设备和系统，主要产品包括人机界面、控制器、变频器、伺服系统、步进系统、传感器及相关仪器仪表等。工业自动化控制产品作为高端装备的重要组成部分，是发展先进制造技术和实现现代工业自动化、数字化、网络化和智能化的关键，广泛应用于机床、纺织、风电、起重、塑料、包装、电梯、食品、汽车制造等国民经济领域。产品按功能可划分为控制层、驱动层和执行层传感类。
工业革命是自动化发展的主要动力，前三次的工业革命促使全球工业自动化水平大幅提升。进入21世纪以来，以人工智能、机器人技术、电子信息技术等为代表的第四次工业革命进一步整合机械和电子系统，工业自动化水平进一步提升，与之相应的工业自动化设备需求也不断增长。据IHS统计，2019年全球工业自动化设备市场规模达到2,147亿美元，同比增长1.1%。随着行业的快速发展，市场的竞争也越发激烈，目前以西门子、ABB、松下、安川为代表的跨国巨头主导着全球工业自动化市场，其凭借技术先进、功能齐全的产品，拥有庞大的客户群和较高的市场知名度。
我国工业自动化是伴随着改革开放起步的，从发展路径上看，大部分企业是在引进成套设备和各种工业自动化系统的同时进行消化吸收，然后进行二次开发和应用；也有一部分企业通过引进国外技术，与外商合作合资生产工控自动化产品。经过多年的技术积累和应用实践，我国工业自动化控制技术、产业和应用有了很大发展。2019年，我国工业自动化产品+服务市场规模达到1,865亿元，同比增长1.9%。伴随供给侧改革进入后周期，预计2020年之后市场需求将逐步回调企稳，2022年市场规模将达到2,087亿元。
近些年，国产品牌凭借快速响应、成本、服务等本土化优势不断缩小与国际著名品牌在产品性能、技术水平等方面的差距，市场份额自2009年的24.8%逐渐增长到2018年的35.7%。工业自动化控制产品应用范围广泛，几乎遍及所有工业领域，在制造业转型升级的大背景下，我国传统工业技术改造、工厂自动化和企业信息化均需要大量工业自动化系统，市场潜力巨大。
二、工业自动化行业细分市场概况
工业自动化行业包含的产品种类众多，分别有驱动类、控制类、反馈类、执行机构等多种类别及细分市场，具体分类如下图所示：
如上图所示，2019年度各细分市场中，驱动类产品市场规模占工业自动化行业的比重约为19.80%，主要为低压变频器和中高压变频器。
变频驱动类产品和控制类主要产品的下游运用行业、市场规模、市场主要参与者概况如下：
三、低压变频器行业发展概况及发展前景
在变频器诞生之前，由于无法自由地调节电机转速，为了达到某种运动目的，传统的机械不得不增加很多配件，这不仅增加了整体系统的复杂性与成本，还限制了设备的性能和发展空间，因此推出简单而高效的电机调速技术就成为了一项迫切的需求，变频器正是基于这个需求而产生的。此后随着变频器元器件、控制理论和控制技术的发展，变频器的性能不断提升，在此期间，欧美、日本等发达国家凭借电子元器件生产和电子技术的优势，迅速抢占市场。
相对于发达国家，我国变频器行业起步较晚，直到20世纪90年代，变频器才慢慢被广大用户认可；21世纪开始，在国家的大力支持下，国产变频器生产厂商在吸收国外变频技术的基础上通过不断创新并开始尝试自主研发生产，生产规模和产品性能得到了快速发展，其中低压变频器是工业自动化行业下游较大的细分产品领域。
根据中国工控网《中国低压变频器市场研究报告（2020）》，2018-2019年，我国低压变频器市场规模分别达到202亿元、211亿元，分别同比增长9.2%、4.5%。2020年上半年受新冠病毒疫情影响，导致制造企业复产率低，订单减少，同时全球疫情严重化亦影响海外市场的需求，2020年全年低压变频器市场可能会出现微幅萎缩。未来随着新冠疫情的逐步控制，以及随着智能制造带来产业链升级，供给侧结构性改革深入推进，政策红利持续释放，下游制造业投资信心持续回升，预计2022年低压变频器市场规模达到219.74亿元。
2014-2022年低压变频器市场规模及增速情况
四、伺服系统行业发展概况及发展前景
伺服技术可以实现以小功率指令信号去控制大功率负载以及在没有机械连接的情况下为实现由近端输入轴同步控制远端输出轴并跟踪电信号的目的，最早应用于军事需求，例如军事船舶的自动驾驶、火炮的控制发射以及飞船与导弹的制导。后来，伺服技术被逐步应用于民用工业，如自动机床、针式打印机等，但由于其存在发热大、不易维修等缺点，应用范围受到了极大的限制。
随着电机技术、电力电子技术、微电子技术、控制技术和计算机技术的快速发展，交流伺服驱动技术日益成熟，性能和成本更具优势的交流伺服系统在国外得到快速发展，应用领域不断拓展。在行业发展期间涌现出松下、安川、三菱、西门子等知名品牌，并经过数十年积累逐步成为伺服系统市场的领先企业。
我国伺服系统起步较晚，最初也是用于国防军工，自2000年以后随着国内中高端制造业不断发展，各行各业在生产制造活动中越来越多地需要使用伺服系统来实现产品制造高质量和高精度的目的，这一需求促使国内伺服系统市场快速增长。国内厂商纷纷开始民用伺服系统的研发，通过引进、消化吸收国际先进技术等举措，国内厂商自主研发的伺服系统开始进入快速发展阶段，国产伺服系统产品质量和技术水平不断提升，并逐渐在国内市场中取得一定的份额。
根据中国工控网《中国通用运动控制市场研究报告（2020）》，2019年我国伺服系统市场规模达到96亿元，国产品牌市场占有率为40.0%。我国伺服产品真正普及应用仅有十几年，尚处于成长阶段，未来随着工业机器人行业的深化、工业自动化程度的进一步提升和智能制造的深入推进，伺服系统市场将会出现新一轮爆发式增长，尤其伴随着国产伺服技术研发水平的不断提升，国产伺服系统进口替代的步伐将会加快，预计2022年伺服系统市场规模达到110亿元。
五、工业自动化行业技术水平及发展趋势
1、工业自动化行业的技术水平
我国工业自动化行业相对于国外发达国家起步较晚，进入21世纪才开始普及，在技术积累和产品的性能、稳定性及可靠性方面与国外领先企业仍有较大的差距，尤其是在高端产品领域差距更大，目前只有少数领先的本土品牌已在产品技术和性能上接近甚至达到了外资知名品牌的水平，逐步涉足高端应用领域。但从整体来看，本土品牌的技术成熟度与外资知名品牌相比还有一定差距，产品规格和种类也有待进一步丰富。
2、工业自动化行业的技术发展趋势
随着控制工程学、人机工程学、计算机软件、嵌入式软件、电力电子、机电一体化、网络通讯等学科的不断发展，现代工业自动化技术日益完善，基于信息化带动工业化生产的理念，智能化、微型化、网络化、平台化、集成化将成为工业自动化技术发展的主要方向。
（1）变频器技术发展趋势
近年来，我国变频器的市场保持着较高的增长率，变频器市场还在向成熟阶段迈进，市场应用领域不断扩大，而用户需求也日趋多样化，大众的节能环保意识显著提高，同时越来越多的新型技术和材料被应用在变频器研制中，未来，变频器技术将向智能制造、行业定制、系统集成和节能低噪方向发展。
① 智能制造
制造设备逐渐升级，变频器作为智能制造的执行单元，要求变频器自身也具备智能化，在完成节能调速、转矩控制、位置控制等电机驱动功能外，变频器还要能够对驱动设备实施振动、电流、速度、温度等多维度在线监测，可通过监控参数来实现故障诊断和故障预警功能。同时，变频器能够对本体器件提供寿命监测和更换预警等功能，避免故障扩大化和减少非正常停机。工业总线的高效率传输可将大型复杂设备的所有信息集中处理，各个智能节点即各自分工又高效协同。
② 工业自动化行业定制
随着市场应用领域的不断扩展，用户需求也是多样化。变频器在不断满足功能和性能需求的同时，还要不断满足操作习惯需求、机械设备安装简便和空间节省需求、多台自动化设备融合兼容需求等一系列个性化的需求。通用变频器的结构和特征无法全面满足新的个性需求。所以符合机械结构，方便操作，减少多台自动化设备组合不兼容问题的定制机型开始在细分机型种类中获得客户的认可和青睐。如起重机械专用变频器、电梯控制专用变频器、空调专用变频器等。这些行业定制化变频器不但可以提供适应性更好的控制策略，而且能降低设备的综合成本。
③ 系统集成
为满足客户生产现场自动化设备的各类驱动需求，变频器需要有多台变频器联动、多段速电机并行驱动、兼容多种类型电机驱动的集成能力，而且变频器、控制系统、电气件、执行系统等这些需要灵活集成在一起，形成系统解决方案。系统集成可以精简控制系统，降低成本，减少数据冗余，多控制单元并行高效运行，具备可扩展性，满足客户长期发展需要。
此外伴随5G通讯速度提升，物联网系统发展和广泛应用。通过互联网和云平台进行远程遥控监视，实现多台变频器按工艺程序联动，形成最优化的变频器综合管理控制系统，实现无人工厂。
④ 节能低噪
国家一直提倡绿色节能，同时实施一系列举措来督促企业开展节能环保升级。变频调速可以使得异步电机在满足工业要求下以最节能的转速运行。另外高效节能的同步电机、同步磁阻电机等新型高效电机的运行离不开变频器的驱动。变频器驱动永磁同步电机节能降耗非常可观，事实也证明了变频驱动的节能降耗效果。随着变频器向高端大功率节能应用领域的渗透，未来对变频器降低噪音、减少谐波对电网或其他电气设备的干扰的要求进一步提高。
（2）伺服系统技术发展趋势
《中国制造2025》是在新的国际国内环境下，我国政府立足于国际产业变革大势，作出的全面提升中国制造业发展质量和水平的重大战略部署。《中国制造2025》第一阶段目标指明：制造业数字化、网络化、智能化取得明显进展。伺服系统作为智能制造的核心部件，总体来看伺服系统技术未来主要趋势如下：
① 高性能化
快速响应、精准定位是伺服系统核心竞争力，各大伺服系统厂家都在提升电机控制算法和编码器精度上不遗余力，随着芯片运算能力的提升，电机控制算法的优化，编码器技术的升级，伺服系统性能也在稳步提升。
② 集成化
集成化有“控制+驱动”一体化和“驱动+电机”一体化等形式。“控制+驱动”一体化：随着多核芯片能力的提升，将伺服驱动、运动控制一体化集成在底层嵌入式系统当中，可极大地降低系统集成复杂性、成本与体积。“驱动+电机”一体化：通过总线控制，节省了系统布线及空间，有效提高系统可靠性及降低系统成本。
③ 总线化
随着工业总线技术的不断发展以及设备传动部件的增多，总线型伺服系统具有越来越重要的地位，伺服系统与上位控制系统交互的数据更快更多，提升系统控制性能的同时，上位系统还可以根据伺服系统的实时数据预测和判断系统运行状态和趋势，做到隐患提前预警，减少非正常停机。
④ 智能化
智能化伺服系统，具备参数记忆、故障诊断和分析、系统参数自整定、系统参数免调整等功能，主要研究内容包括传动链模式识别、参数免调试技术、电机本体/驱动器/传动链运行状态在线监控、安全运行能力等。
⑤ 高功率密度化
随着市场对伺服系统的小型化需求增加；功率器件技术、材料及工艺升级在降低功耗的同时减小了体积；以及伺服电机材料及编码器技术的升级，电机能够越来越小型化，伺服系统功率密度也会越来越高。