工業(yè)自動化——智能制造的“明珠”

在《中日制造產(chǎn)業(yè)系列報告之一—從日本高端制造看中國制造升級》報告中，我們回 顧了日本制造業(yè)的發(fā)展歷史及其市場表現(xiàn)，日本為我國提供了寶貴經(jīng)驗。中日都以制造“硬 科技”為核心競爭力，且目前中國正處于制造業(yè)崛起的階段，在國內(nèi)市場充足需求的支撐 下，預計我國制造業(yè)先“國產(chǎn)替代”，后依賴“效率優(yōu)勢”出海。結(jié)合日本經(jīng)驗，我們梳 理出我國制造中最“長坡厚雪”的幾大領域：工業(yè)自動化、電氣設備、通信設備、半導體 等。本報告圍繞工業(yè)自動化，將從產(chǎn)業(yè)鏈視角來看國產(chǎn)替代，并結(jié)合日本經(jīng)驗篩選核心環(huán) 節(jié)的優(yōu)質(zhì)公司。我們首先將重點梳理工業(yè)自動化主要環(huán)節(jié)，聚焦主要產(chǎn)業(yè)鏈中的優(yōu)質(zhì)公司。

工業(yè)自動化，又稱工業(yè)控制自動化（工控自動化），是指將自動化技術運用在機械工 業(yè)制造環(huán)節(jié)中，實現(xiàn)自動加工和連續(xù)生產(chǎn)，提高機械生產(chǎn)效率和質(zhì)量，釋放生產(chǎn)力的作業(yè) 手段。工業(yè)自動化的發(fā)展依賴于信息技術、計算機技術和通信技術的深度融合，自動化技 術在很大程度上扭轉(zhuǎn)了傳統(tǒng)作業(yè)模式，加速了傳統(tǒng)工業(yè)技術改造。工業(yè)自動化上游行業(yè)是 電力電子元器件，下游行業(yè)主要包括 OEM（代工）型市場和項目型市場。

通過需求動力的不同來源，全球工業(yè)自動化發(fā)展歷程可以分為以下三個階段：第Ⅰ階 段（40 年代-60 年代初）：此階段主要為單機自動化階段，市場上各種單機自動化加工設 備涌現(xiàn)，并不斷擴大應用和向縱深方向發(fā)展，典型成果和產(chǎn)品包括硬件數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控機 床。第Ⅱ階段（60 年代中-70 年代初期）：此階段主要以自動生產(chǎn)線為標志，在單機自動 化的基礎上，各種組合機床、組合生產(chǎn)線出現(xiàn)；同時，軟件數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)并用于機床，CAD、 CAM 等軟件開始用于實際工程的設計和制造中。第Ⅲ階段（70 年代中期-至今）： 20 世 紀 70 年代初期，美國學者首次提出 CIM 概念，CIM 是一種實現(xiàn)集成的相應技術，即把分 散獨立的單元自動化技術集成為一個優(yōu)化的整體，而作為實現(xiàn)集成的相應技術，并行工程 自 20 世紀 80 年代末期開始應用和活躍于自動化技術領域，并將進一步促進單元自動化技 術的集成，該階段的典型成果和產(chǎn)品包括 CIMS 工廠和柔性制造系統(tǒng)（FMS）等。

政策扶持有望進一步推動內(nèi)資企業(yè)克服技術壁壘，國產(chǎn)替代率有望進一步提升。要突 破對海外進口的依賴，最關鍵的仍然是要鼓勵民營企業(yè)加大研發(fā)投入，進軍高精尖智能制 造設備領域。2021 年 1 月 23 日，財政部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《關于支持“專精特 新”中小企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的通知》，啟動中央財政支持“專精特新”中小企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展 政策。除此之外，“十四五智能制造規(guī)劃”和智能制造 2025 等政策中均有相關內(nèi)容支持工 業(yè)自動化發(fā)展。隨著工業(yè)自動化政策扶持力度的進一步加大，工業(yè)自動化高精尖技術有望 得到突破，受制約的細分行業(yè)國產(chǎn)化率有望進一步提升。

工業(yè)自動化產(chǎn)業(yè)鏈零部件數(shù)量眾多，各部分市場規(guī)模和增速差異較大。具體來看，低 壓變頻器、伺服電機、減速器、傳感器和過程儀表價值量較高；分環(huán)節(jié)來看，控制系統(tǒng)和 執(zhí)行系統(tǒng)規(guī)模較大。工業(yè)自動化市場規(guī)模總體保持上升趨勢，中國 2021 年市場超過 2000 億元，為排除疫情造成的影響，我們選取 2021 年和 2019 年的指標進行對比發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)工 業(yè)自動化市場規(guī)模 CAGR 超過 30%，整體市場規(guī)模增長較快。

智能制造是工業(yè)自動化發(fā)展的方向，它將概念更新升級，并擴展到了柔性化、網(wǎng)絡化、 智能化和高度集成化的范圍。智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機 器和人類與家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活勱，諸如分 析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地 取代人。智能制造在物理空間的主要載體是工業(yè)自動化，在信息空間的主要載體是工業(yè)互 聯(lián)網(wǎng)，而三者在工廠智能化的實踐過程中又相互交織。工業(yè)自動化及其相關技術和設備構(gòu) 成了智能制造的基礎，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過存儲、加工和處理生產(chǎn)過程中的各種數(shù)據(jù)和信息， 構(gòu)建了 IaaS（基礎設施即服務）、PaaS（平臺即服務）和 SaaS（軟件即服務）的解決方 案層級，并通過指令與控制系統(tǒng)和設備系統(tǒng)相交互，完成智能生產(chǎn)指令和反饋。

工業(yè)自動化設備主要含有工業(yè)機器人和數(shù)控機床兩大類，就產(chǎn)業(yè)鏈而言，工業(yè)機器人 是工業(yè)自動化的構(gòu)成主體。在控制層面，工業(yè)機器人囊括 DCS、數(shù)控系統(tǒng)等工控產(chǎn)品，進 行。在控制層面，工業(yè)機器人囊括 DCS、數(shù)控系統(tǒng)等工控產(chǎn)品，進行自身目標和功能的管 理。在驅(qū)動層面，各類驅(qū)動器和軟啟動器等工業(yè)自動化涵蓋行業(yè)亦存在于工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè) 之內(nèi)。在執(zhí)行層面，伺服電機是工控和機器人產(chǎn)業(yè)均不可或缺的重要組成。工業(yè)機器人可 以認為是“更需運動控制的易用型數(shù)控機床”。相比數(shù)控機床，工業(yè)機器人通用性更好， 運動能力更強，更易操作和維護。截至 2021 年末，我國工業(yè)機器人年產(chǎn)量已超過數(shù)控機 床，突破 30 萬臺，同時由于工業(yè)機器人單機價格更高，擁有更大的市場規(guī)模，2021 年總 體價值規(guī)模達到 706 億元，同期數(shù)控機床市場規(guī)模 466 億元。此外，工業(yè)機器人擁有更廣 闊的下游集成空間，未來成長空間顯著。工業(yè)機器人是工業(yè)自動化輸出設備的典型代表， 代表著工業(yè)自動化的高成長性。

我國人口紅利逐漸消失，制造業(yè)就業(yè)人員持續(xù)降低，我國制造業(yè)就業(yè)人數(shù)自 2013 年 達到峰值后持續(xù)降低，2020 年已降至不足 4000 萬，一方面是因為 15-64 歲適齡勞動力人 口比重持續(xù)下降，而總?cè)丝诮觊g增長趨緩，近十年凈增長不足 1 億人；另一方面是因為 我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級加速，逐漸降低勞動密集型產(chǎn)業(yè)占比，向第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢明顯。

勞動力價格持續(xù)上升，機器換人大勢所趨。人口紅利的消失伴隨著勞動力價格的上升， 我國制造業(yè)就業(yè)人員年平均工資從 2006 年的 1.8 萬元持續(xù)上升到 2020 年的 8.3 萬元。但 從進口均價來看，盡管庫存、匯率、類型等因素對于價格造成了一定的影響，工業(yè)機器人 價格整體仍呈下降趨勢。3C 產(chǎn)業(yè)機器人壽命 4 年左右，其他產(chǎn)業(yè)壽命則更長，維修保養(yǎng) 成本也較低，生產(chǎn)效率和精度遠高于人工，制造業(yè)領域內(nèi)機器換人是大勢所趨。

我國工業(yè)機器人發(fā)展主要經(jīng)歷四個階段——萌芽、漸起、高增和調(diào)整。2009 年之前 尚未廣泛發(fā)展，處于萌芽階段，彼時汽車產(chǎn)業(yè)落后，3C 電子剛剛開始承接產(chǎn)能轉(zhuǎn)移，自 動化率較低，我國工業(yè)機器人安裝量自 2010 年起開始明顯增加，主要因為汽車、3C 產(chǎn) 業(yè)需求旺盛，自動化程度提高；2013 年至 2017 年高速發(fā)展，主要由于政策及補貼密集出 臺，價格下降，汽車、3C 電子產(chǎn)業(yè)及自動化市場爆發(fā)增長；2018 年之后充實調(diào)整，補貼 開始減少，貿(mào)易摩擦也有所影響。全球工業(yè)機器人保有量增長平穩(wěn)，近年來每年增長 10% 左右，中國工業(yè)機器人保有量增速在 2017 年之前較高，年增速高達 30%以上，2018 年后 因安裝量增速下滑及設備逐漸到期報廢，增速降至全球整體水平。

中國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，仍然與發(fā)達國家有一定差距。從工業(yè)機器人密度 （每萬人擁有工業(yè)機器人數(shù)量）來看，我國近年來持續(xù)增長，但我國工業(yè)機器人密度仍與 前列國家有一定的差距，有足夠的成長空間。從長期來看，我國工業(yè)機器人密度有望達到 日本和德國的水平，目前仍有 50%的增長空間。由于機器人存在折舊，普遍壽命在 4-10 年左右，預計未來幾年國內(nèi)工業(yè)機器人市場更新?lián)Q代需求激增。2020 年我國工業(yè)機器人 市場銷售規(guī)模為 422 億元，2022 年預計達到 552 億元，5-10 年內(nèi)有望達到年均千億的市 場規(guī)模，而系統(tǒng)集成市場規(guī)模一般是本體的 2-3 倍，目前已有上千億規(guī)模。

工業(yè)機器人代表了工業(yè)自動化的高成長性，并且有人機協(xié)作、人工智能、數(shù)字化、輕 型化和普及化的趨勢，這些也都是工業(yè)自動化的趨勢。人機協(xié)作可以將人的智能性和機器 人的高效性相結(jié)合，并且提升有人車間的安全性。隨著智能學習框架的發(fā)展，工業(yè)機器人 有望加載人工智能算法，從工作中積累經(jīng)驗，進一步提升效率。數(shù)字化契合萬物互聯(lián)發(fā)展 趨勢，一方面收集大數(shù)據(jù)進行學習，另一方面參與物聯(lián)網(wǎng)提升控制能力。輕型化可以拓寬 工業(yè)機器人的應用場景，用于精密度更高的工業(yè)，為工業(yè)機器人開辟了新的機遇。普及化要求目前還未廣泛使用機器人的行業(yè)大量使用機器人，這將加快機器換人的速度，進一步 提升全社會的生產(chǎn)效率。