中國工業(yè)機(jī)器人控制器發(fā)展趨勢分析：控制器整體市場，國產(chǎn)替代空間大[圖]

工業(yè)機(jī)器人王密 2019-04-04 06:46 來源：智研咨詢

控制系統(tǒng)作為工業(yè)自動化的大腦，在智能制造的大潮下得以迅速發(fā)展，全球運(yùn)動控制器市場規(guī)模到2022年預(yù)計將達(dá)到228.4億美元。工業(yè)機(jī)器人是控制器新興下游，2016年在專用控制器、PC-based控制器市場占比已達(dá)13.93%、10.50%。控制器作為工業(yè)機(jī)器人核心零部件，在總成本中占比12%。未來工業(yè)機(jī)器人市場持續(xù)擴(kuò)張將使控制器需求進(jìn)一步擴(kuò)大，據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2020年中國工業(yè)機(jī)器人控制器市場規(guī)?？蛇_(dá)63億元。

一、工業(yè)控制器

工業(yè)控制系統(tǒng)一般包括現(xiàn)場控制器、操作員站計算機(jī)、工程師站計算機(jī)，以及聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。可編程邏輯控制器（PLC）等同于工業(yè)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場控制器。

PLC負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)生產(chǎn)線上所有工業(yè)機(jī)器人、工裝夾具、傳送帶、焊接變位機(jī)、移動導(dǎo)軌等設(shè)備的運(yùn)作。無論是工業(yè)控制系統(tǒng)或是系統(tǒng)下的工業(yè)機(jī)器人，都擁有本身的控制系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)上游包括各類電子元器件，如PCB面板、IC芯片、晶體管、電阻電容等，中游核心部件包含運(yùn)動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)等，下游運(yùn)用于工業(yè)機(jī)器人、半導(dǎo)體、機(jī)床等各行各業(yè)。目前控制器有三種主要的控制方式：PLC控制、專用控制、PC-Based控制，三種方式在控制系統(tǒng)市場上平分秋色，各占比30%、38%、32%。

PLC控制占比

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

PC-Based控制占比

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專用控制占比

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從三種工業(yè)控制器下游分布可看出，專用控制主要運(yùn)用于機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人等，PC-based控制器主要運(yùn)用于半導(dǎo)體、包裝和工業(yè)機(jī)器人，PLC主要運(yùn)用于紡織機(jī)械、包裝機(jī)械、EMS等行業(yè)。

PC-based相較PLC在功能占優(yōu)，可實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的運(yùn)動控制，下游廠商可利用PC-based廠商提供的底層函數(shù)庫進(jìn)行靈活的二次開發(fā)和編程，除了傳統(tǒng)的PLC語言，開發(fā)者更可以C++、Basic等語言進(jìn)行編程，通用性強(qiáng)。

專用控制器早期主要用于機(jī)床領(lǐng)域，即計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)（CNC,ComputerizedNumericalControl），隨后在機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人等行業(yè)大范圍使用，是面向特定行業(yè)提供專用的控制產(chǎn)品。專用控制器集成現(xiàn)有的所有控制器技術(shù)，包括PLC、PC-based，核心不在硬件，而在于行業(yè)應(yīng)用軟件功能塊，這種類型的控制器只能滿足特定行業(yè)使用，性能穩(wěn)定，定價高。

控制領(lǐng)域包括運(yùn)動控制、過程控制、開關(guān)量邏輯控制等，其中運(yùn)動控制占比最高。三類控制器中，運(yùn)動控制在專業(yè)控制器的占比最高，預(yù)計到2020年，運(yùn)動控制功能在PC-Based控制器、專用控制器、PLC控制領(lǐng)域的比重將分別達(dá)到59%、92%、27%，其中專業(yè)控制器和PC-Based控制器控制領(lǐng)域中運(yùn)動控制的比例將顯著提升。

在一些運(yùn)動控制運(yùn)用領(lǐng)域中，專用控制器或者PC-Based將替代PLC，PLC的市場占比在減少。比如專用控制器在傳統(tǒng)切削機(jī)床、高端工業(yè)機(jī)器人中發(fā)展較快；PC-Based在雕刻機(jī)、半導(dǎo)體、物流、激光加工機(jī)等運(yùn)用領(lǐng)域增長較快。汽車、半導(dǎo)體行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人需求的增加，以及陶瓷衛(wèi)浴、制藥等新興行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的使用刺激了PC-Based運(yùn)動控制器在機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展。另外由于直角坐標(biāo)機(jī)器人和國產(chǎn)品牌的多關(guān)節(jié)機(jī)器人功能簡單、價格便宜，越來越多的廠商會選擇性價比較高的PC-Based運(yùn)動控制器。

2015-2020年控制器用于運(yùn)動控制的比例

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二、工業(yè)機(jī)器人市場

在自動化生產(chǎn)中，工業(yè)機(jī)器人整體，包括自有控制器，屬于PLC控制下的一個部分，而且自有的控制器通常屬于專業(yè)控制器或PC-based控制器，兩種控制器技術(shù)共用，主要差別在于對應(yīng)用領(lǐng)域是否專業(yè)化。

控制器作為工業(yè)機(jī)器人最為核心的零部件之一，是工業(yè)機(jī)器人的大腦，對機(jī)器人的性能起著決定性的影響。工業(yè)機(jī)器人控制器主要控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動作的時間等。對于不同類型的機(jī)器人，如有腿的步行機(jī)器人與關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人，控制系統(tǒng)的綜合方法有較大差別，控制器的設(shè)計方案也不一樣。

目前使用較為廣泛的為運(yùn)動控制卡+工控機(jī)和嵌入式運(yùn)動控制器，控制器的研發(fā)可分為硬件和軟件兩部分，在工業(yè)機(jī)器人控制硬件研制方面，已經(jīng)開發(fā)出了比較有代表性的雙、多CPU及分級控制系統(tǒng)。其中，基于DSP技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人控制器的設(shè)計較為典型。軟件部分是工業(yè)機(jī)器人的“心臟”，也是目前國內(nèi)外控制器差距最大的地方。

工業(yè)機(jī)器人密度實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，千億市場蓄勢待發(fā)。隨著人口紅利消退和產(chǎn)業(yè)升級需求擴(kuò)張，中國制造業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的需求旺盛。

2018年中國工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模達(dá)到62.3億美元，占全球市場的37.04%。根據(jù)國家級專項(xiàng)規(guī)劃《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年》，2020年中國工業(yè)機(jī)器人使用密度達(dá)到150臺/萬人。假設(shè)到2020年目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)，預(yù)計2018-2020年中國工業(yè)機(jī)器人使用密度分別為109、129和150臺/萬人，同時假設(shè)中國工人數(shù)量保持穩(wěn)定，每年存量工業(yè)機(jī)器人更新率為12.5%。

2013-2018年中國工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模

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控制器屬于工業(yè)機(jī)器人上游生產(chǎn)核心零部件，其他核心零部件包括減速器和伺服系統(tǒng)。核心零部件占工業(yè)機(jī)器人成本的72%，其中控制系統(tǒng)占比12%。

零部件約占機(jī)器人成本占比

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三、國產(chǎn)控制器

在運(yùn)動控制器市場中，德國西門子、臺灣的新代、寶元、研華等廠商表現(xiàn)突出。

國內(nèi)運(yùn)動控制器整體市場分布

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按控制器分類，PLC控制器市場龍頭是西門子，PC-based控制器市場競爭較激烈，臺灣研華、香港固高分別占據(jù)16%、13%，專用控制器領(lǐng)域生產(chǎn)廠商集中，新代、寶元、北京凱恩帝、北京航空航天數(shù)控共占69.6%。

汽車、半導(dǎo)體行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人需求的增加，以及陶瓷衛(wèi)浴、制藥等新興行業(yè)對工業(yè)機(jī)器人的使用，刺激了PC-Based運(yùn)動控制器在機(jī)器人領(lǐng)域的快速發(fā)展。另外直角坐標(biāo)機(jī)器人和國產(chǎn)品牌的多關(guān)節(jié)機(jī)器人功能簡單、價格便宜，越來越多的廠商會選擇性價比較高的PC-Based運(yùn)動控制器。

國內(nèi)PCbased控制器國占比

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國內(nèi)專用控制器占比

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在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，控制器與本體一樣，一般由機(jī)器人廠家自主設(shè)計研發(fā)，四大家族自產(chǎn)自銷，國內(nèi)部分企業(yè)控制器仍通過外購。

中國工業(yè)機(jī)器人本體市場

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中國工業(yè)機(jī)器人控制器市場

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工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈上中游國產(chǎn)化率較低，本土品牌在工業(yè)機(jī)器人控制器市場表現(xiàn)不如整體控制器市場，國產(chǎn)替代將帶來生機(jī)。

四、國產(chǎn)控制器發(fā)展趨勢

國內(nèi)機(jī)器人控制器與國外產(chǎn)品存在的差距主要在軟件部分，即控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。

隨著技術(shù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的積累，國內(nèi)機(jī)器人控制器所采用的硬件平臺與國外差距不大。由于不同生產(chǎn)廠商所使用軟件不同，且國產(chǎn)控制器軟件技術(shù)優(yōu)勢不明顯，再加上國外企。業(yè)領(lǐng)先的機(jī)器人整體技術(shù)及市場中普遍自產(chǎn)自用的模式，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人控制器目前未能得到廣泛應(yīng)用。

對比各大機(jī)器人生產(chǎn)廠商的控制器產(chǎn)品，國產(chǎn)控制器可控制的機(jī)器人類型齊全，其中不乏六軸、八軸機(jī)器人，不輸國外廠商，主要差距在于操作精度和穩(wěn)定性等。
國產(chǎn)控制器性價比高，可搶占對機(jī)器人精度要求不高的、通用型機(jī)器人的市場需求。除了傳統(tǒng)的電子、汽車領(lǐng)域，國產(chǎn)機(jī)器人廠商一直致力于拓展下游領(lǐng)域，如食品飲料、醫(yī)療、物流等行業(yè)。

這些新興行業(yè)機(jī)器人需求多樣化，在工業(yè)機(jī)器人未普及的情況下強(qiáng)調(diào)定制，精度要求不高，且由于價值量較低、訂單規(guī)模不大，外資品牌難以全面顧及，國產(chǎn)品牌占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢。

全球與國內(nèi)各領(lǐng)域占比

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國產(chǎn)和外資機(jī)器人占比

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目前國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人控制器領(lǐng)先企業(yè)可以分為兩種發(fā)展路徑：一是以數(shù)控設(shè)備起家，涉足工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的企業(yè)：廣州數(shù)控、新時達(dá)、埃斯頓、匯川技術(shù)、華中數(shù)控；二是運(yùn)動控制技術(shù)的推廣和高水平應(yīng)用下成長起來的專業(yè)運(yùn)動控制企業(yè)，代表企業(yè)為固高、卡諾普，他們已經(jīng)開始向市場提供機(jī)器人專用控制器。

隨著工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展，針對結(jié)構(gòu)封閉的工業(yè)機(jī)器人控制器的缺陷，開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化控制器，由通用語言模塊化編制形成的專用工業(yè)語言，各個層次對用戶開放是當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人控制器的一個發(fā)展方向。

人工智能是國產(chǎn)機(jī)器人發(fā)展的重要機(jī)會。在傳統(tǒng)機(jī)器人領(lǐng)域，準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠是關(guān)鍵，國產(chǎn)品牌在該領(lǐng)域發(fā)展不及國外。而在適應(yīng)協(xié)作和智能制造需求的領(lǐng)域，在機(jī)器人的柔性，與人和環(huán)境的協(xié)作，在智能制造過程的不同層級輔助做決策等能力上，國內(nèi)外機(jī)器人品牌的起點(diǎn)相近。

中國工業(yè)機(jī)器人密度實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，2018年預(yù)計市場規(guī)?？蛇_(dá)87.3億美元，產(chǎn)量也突破了14萬臺?？刂破髡紮C(jī)器人成本的12%，2020年，中國工業(yè)機(jī)器人控制器市場規(guī)模有望達(dá)到63億元左右。

隨著技術(shù)更迭，針對結(jié)構(gòu)封閉的工業(yè)機(jī)器人控制器的缺陷，開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)機(jī)器人控制器，控制器的產(chǎn)銷將更加市場化，機(jī)器人核心零部件的生產(chǎn)專門化也有望實(shí)現(xiàn)，加上國家政策的大力支持，工業(yè)機(jī)器人控制器行業(yè)格局將被改變，性價比相高的國產(chǎn)控制器前景廣闊。

未來幾年中國工業(yè)機(jī)器人市場將持續(xù)擴(kuò)張，伴隨而來的是對控制器日益增長的需求。據(jù)IFR數(shù)據(jù)顯示，假設(shè)每臺工業(yè)機(jī)器人對應(yīng)3萬元的控制器市場需求，可以大致估算出中國近年來的工業(yè)機(jī)器人控制器市場規(guī)模，2020年中國工業(yè)機(jī)器人控制器市場可達(dá)63億元，現(xiàn)有空間有限，但前景廣闊。

2015-2020年中國工業(yè)機(jī)器人控制器市場規(guī)模及預(yù)測