??▌控制器是自動化的核心

??工業(yè)過程大致分為連續(xù)過程工業(yè)、離散過程工業(yè)、間隙過程工業(yè)三大類，隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，三類工業(yè)過程衍生出過程控制、離散控制和間隙控制。1930年以來，工控技術(shù)經(jīng)歷了三個主要階段。

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??目前工業(yè)控制屬于直接數(shù)字控制(DDC)，即由計算機集中控制系統(tǒng)。通常使用的控制系統(tǒng)包括集散控制系統(tǒng)(DCS)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)，二者主要區(qū)別在于DCS一對多，F(xiàn)CS一對一。

??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、工程師站計算機，以及聯(lián)系的網(wǎng)絡系統(tǒng)?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)等同于工業(yè)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)場控制器。

??PLC負責協(xié)調(diào)生產(chǎn)線上所有工業(yè)機器人、工裝夾具、傳送帶、焊接變位機、移動導軌等設備的運作。無論是工業(yè)控制系統(tǒng)或是系統(tǒng)下的工業(yè)機器人，都擁有本身的控制系統(tǒng)。

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??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動控制器、伺服驅(qū)動器、伺服電機等，下游運用于工業(yè)機器人、半導體、機床等各行各業(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%。

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

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

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??專用控制器早期主要用于機床領域，即計算機數(shù)字控制系統(tǒng)(CNC,ComputerizedNumericalControl)，隨后在機械、工業(yè)機器人等行業(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。

??控制領域包括運動控制、過程控制、開關量邏輯控制等，其中運動控制占比最高。

??三類控制器中，運動控制在專業(yè)控制器的占比最高，預計到2020年，運動控制功能在PC-Based控制器、專用控制器、PLC控制領域的比重將分別達到59%、92%、27%，其中專業(yè)控制器和PC-Based控制器控制領域中運動控制的比例將顯著提升。

??在一些運動控制運用領域中，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)切削機床、高端工業(yè)機器人中發(fā)展較快;PC-Based在雕刻機、半導體、物流、激光加工機等運用增長較快。

??汽車、半導體行業(yè)對工業(yè)機器人需求的增加，以及陶瓷衛(wèi)浴、制藥等新興行業(yè)對工業(yè)機器人的使用刺激了PC-Based運動控制器在機器人領域的快速發(fā)展。

??另外由于直角坐標機器人和國產(chǎn)品牌的多關節(jié)機器人功能簡單、價格便宜，越來越多的廠商會選擇性價比較高的PC-Based運動控制器。

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??工業(yè)機器人是控制器的重要下游領域

??在自動化生產(chǎn)中，工業(yè)機器人整體，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，主要差別在于對應用領域是否專業(yè)化。

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??控制器作為工業(yè)機器人最為核心的零部件之一，是工業(yè)機器人的大腦，對機器人的性能起著決定性的影響。

??工業(yè)機器人控制器主要控制機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡，操作順序及動作的時間等。

??對于不同類型的機器人，如有腿的步行機器人與關節(jié)型工業(yè)機器人，控制系統(tǒng)的綜合方法有較大差別，控制器的設計方案也不一樣。

??例如直角坐標機器人售價低，運動控制相對簡單，多采用運動控制卡+工控機;在多關節(jié)機器人和SCARA機器人售價高，結(jié)構(gòu)緊湊，運動控制較為復雜，多采用嵌入式控制器。

??目前使用較為廣泛的為運動控制卡+工控機和嵌入式運動控制器，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)機器人控制器的設計較為典型。軟件部分是工業(yè)機器人的“心臟”，也是目前國內(nèi)外控制器差距最大的地方。

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??機器人市場擴張帶動控制器需求上漲

??工業(yè)機器人密度實現(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)升級需求擴張，中國制造業(yè)對工業(yè)機器人的需求旺盛。

??自2013年起，我國發(fā)展成為全球工業(yè)機器人的第一大市場。2018年我國工業(yè)機器人市場規(guī)模達到62.3億美元，占全球市場的37.04%。

??根據(jù)國家級專項規(guī)劃《機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年》，2020年我國工業(yè)機器人使用密度達到150臺/萬人。

??假設到2020年目標能夠?qū)崿F(xiàn)，預計2018-2020年我國工業(yè)機器人使用密度分別為109、129和150臺/萬人，同時假設我國工人數(shù)量保持穩(wěn)定，每年存量工業(yè)機器人更新率為12.5%。

??考慮工業(yè)機器人售價降低的情況，我們預計2020年我國工業(yè)機器人本體市場規(guī)?？蛇_到459億元，2018-2020年我國工業(yè)機器人本體市場規(guī)?？傆嬁蛇_千億元以上。

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??控制器屬于工業(yè)機器人上游生產(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)機器人成本的72%，其中控制系統(tǒng)占比12%。

??可以預見，未來幾年中國工業(yè)機器人市場將持續(xù)擴張，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，假設每臺工業(yè)機器人對應3萬元的控制器市場需求，可以大致估算出我國近年來的工業(yè)機器人控制器市場規(guī)模，2020年我國工業(yè)機器人控制器市場可達63億元，現(xiàn)有空間有限，但前景廣闊。

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??▌運動控制器整體市場國產(chǎn)化程度較高

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

??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、半導體行業(yè)對工業(yè)機器人需求的增加，以及陶瓷衛(wèi)浴、制藥等新興行業(yè)對工業(yè)機器人的使用，刺激了PC-Based運動控制器在機器人領域的快速發(fā)展。

??另外直角坐標機器人和國產(chǎn)品牌的多關節(jié)機器人功能簡單、價格便宜，越來越多的廠商會選擇性價比較高的PC-Based運動控制器。

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??工業(yè)機器人本體制造商自產(chǎn)控制器，國外品牌占據(jù)大部分市場

??在工業(yè)機器人領域，控制器與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發(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。

??目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發(fā)，各品牌機器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。

??四大家族在中國控制器市場的占比與其在本體市場的占比基本保持一致，國內(nèi)自主品牌本體市場市占率達32.8%，而在控制器市場僅占不到16%，國內(nèi)企業(yè)控制器尚未形成市場競爭力，部分本體生產(chǎn)廠家的控制器需要通過外購。

??但在發(fā)展過程中仍然涌現(xiàn)出一批具有代表性的企業(yè)，比如匯川技術(shù)、埃斯頓、新時達、固高、新松、華中數(shù)控等企業(yè)較有優(yōu)勢。

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??工業(yè)機器人產(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。

??目前國內(nèi)的上游核心零部件廠商以及中游的本體制造商國產(chǎn)化率都較低，市面上80%的市場份額都被外資占據(jù)。

??雖然目前國內(nèi)部分廠商已經(jīng)在技術(shù)上實現(xiàn)了突破，核心零部件以及本體都實現(xiàn)了大規(guī)模的量產(chǎn)，但是由于國內(nèi)機器人發(fā)展起步較慢，規(guī)模不及海外巨頭。除了控制器外，在工業(yè)機器人領域本土品牌的減速器市場份額不及10%，在伺服電機市場僅占22%。

??而核心零部件占機器人成本的72%，其中控制系統(tǒng)占比12%，國產(chǎn)廠商技術(shù)不斷進步的情況下，核心零部件國產(chǎn)替代將為本土品牌帶來生機。

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??▌主要差距在于軟件，國產(chǎn)機器人在中低端、新興領域可有所突破

??國內(nèi)機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。

??控制系統(tǒng)的開發(fā)涉及較多核心技術(shù)，包括硬件設計，底層軟件技術(shù)，上層功能應用軟件等，隨著技術(shù)和應用經(jīng)驗的積累，國內(nèi)機器人控制器所采用的硬件平臺與國外差距不大。

??但是由于缺乏平臺基礎，國產(chǎn)廠家制造的控制器多為封閉結(jié)構(gòu)，存在開放性差、軟件獨立性差、容錯性差、擴展性差、缺乏網(wǎng)絡功能等缺點，難以適應智能化和柔性化要求。

??另一方面，由于硬件大多外購，工業(yè)機器人供應商幾乎都能買到相同的硬件，軟件就成為了競爭核心。

??而在機器人軟件開發(fā)環(huán)境方面，一般工業(yè)機器人公司都有自己獨立的開發(fā)環(huán)境和獨立的機器人編程語言:如ABB的RAPID編程語言，庫卡的KRL，安川的INFORM和川崎的AS，發(fā)那科的Karel。

??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)領先的機器人整體技術(shù)及市場中普遍自產(chǎn)自用的模式，國產(chǎn)工業(yè)機器人控制器目前未能得到廣泛應用。

??可控制的機器人類型齊全，其中不乏六軸、八軸機器人，不輸國外廠商，主要差距在于操作精度和穩(wěn)定性等。

??國內(nèi)工業(yè)機器人生產(chǎn)廠家的控制器主要具有價格優(yōu)勢。

??隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，處理器的性能越來越高，成本越來越低廉，高性價比的微處理器使得開發(fā)低成本、高性能的工業(yè)機器人控制器成為可能。

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??KUKA、ABB控制器價格分別為5.8、6.8萬元，而固高只需6千元。國產(chǎn)控制器性價比高，可搶占對機器人精度要求不高的、通用型機器人的市場需求。

??對比各大機器人廠商的控制器產(chǎn)品，國產(chǎn)控制器可控制的機器人類型齊全，其中不乏六軸、八軸機器人，不輸國外廠商，主要差距在于操作精度和穩(wěn)定性等。

??國內(nèi)工業(yè)機器人生產(chǎn)廠家的控制器主要具有價格優(yōu)勢。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，處理器的性能越來越高，成本越來越低廉，高性價比的微處理器使得開發(fā)低成本、高性能的工業(yè)機器人控制器成為可能。

??同時，從控制器應用領域來看，國產(chǎn)機器人應用也十分廣泛，其中一些新興領域?qū)戆l(fā)展機遇。

??除了傳統(tǒng)的電子、汽車領域，國產(chǎn)機器人廠商一直致力于拓展下游領域，如食品飲料、醫(yī)療、物流等行業(yè)。

??這些新興行業(yè)機器人需求多樣化，在工業(yè)機器人未普及的情況下強調(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)主導優(yōu)勢。

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??兩種發(fā)展路徑

??目前國內(nèi)工業(yè)機器人控制器領先企業(yè)可以分為兩種發(fā)展路徑:

??一是以數(shù)控設備起家，涉足工業(yè)機器人領域的企業(yè):廣州數(shù)控、新時達、埃斯頓、匯川技術(shù)、華中數(shù)控;

??二是運動控制技術(shù)的推廣和高水平應用下成長起來的專業(yè)運動控制企業(yè)，代表企業(yè)為固高、卡諾普，他們已經(jīng)開始向市場提供機器人專用控制器。還有開發(fā)自己控制系統(tǒng)的機器人企業(yè)，包括新松機器人。

??短期而言，與第三方合作、并購可能是中國機器人企業(yè)提升控制器質(zhì)量的有效途徑。

??目前中國工業(yè)機器人企業(yè)尚未完全掌握最先進的控制器，未來可能有兩種趨勢:

??(1)采用第三方供應商的控制器。工業(yè)機器人本體企業(yè)通過引進第三方的控制器，實現(xiàn)機器人控制技術(shù)提升，比如很多國產(chǎn)機器人企業(yè)采用固高科技的控制器，固高的產(chǎn)品適配從三軸到八軸各種型號的機器人，為國內(nèi)基于PC運動控制器市場的龍頭企業(yè)。

??(2)通過投資并購逐步引入國外的控制器技術(shù)。2010年，專注電氣傳動及運動控制的新時達切入工業(yè)機器人領域，后從2013年開始，新時達收購眾為興、曉奧享榮、會通科技，其中眾為興主營應用領域自動化

??控制系統(tǒng);隨后又牽手外資運動控制巨頭貝加萊。先后進軍金屬成形機床數(shù)控系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)、交流伺服系統(tǒng)的埃斯頓2012年布局智能工業(yè)機器人，2017年收購TRIO、意大利ROBOX公司，TRIO是全球運動控制行業(yè)領軍企業(yè)之一，其產(chǎn)品應用涵蓋包裝機械、3C電子機械、印刷機械、工業(yè)機器人、食品生產(chǎn)線等。

??ROBOX是一家創(chuàng)立于1975年的為機器人和運動控制系統(tǒng)設計和生產(chǎn)電子控制器的公司，產(chǎn)品覆蓋至幾十個控制軸。

??通過對TRIO和ROBOX的收購，埃斯頓作為工業(yè)機器人本體廠商，控制器生產(chǎn)水平將進一步提升。

??長期而言，第三方控制器企業(yè)發(fā)展壯大，國產(chǎn)廠商通過拓展下游應用、并購和科研搶占控制器市場，或可實現(xiàn)專門化生產(chǎn)。

??除了傳統(tǒng)的汽車行業(yè)，機器人應用當中具有高附加值的應用行業(yè)還有很多，且目前3C已超越汽車成為工業(yè)機器人最大的下游領域。

??可以預見立足于國內(nèi)市場，現(xiàn)有應用提升和應用領域拓展有助于實現(xiàn)國產(chǎn)機器人行業(yè)的國產(chǎn)替代和長期盈利。

??隨著工業(yè)機器人控制技術(shù)的發(fā)展，針對結(jié)構(gòu)封閉的工業(yè)機器人控制器的缺陷，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前工業(yè)機器人控制器的一個發(fā)展方向。

??開放式模塊化的優(yōu)勢:控制系統(tǒng)中的各模塊相互獨立，可讓用戶在較大范圍內(nèi)根據(jù)要求配置系統(tǒng)，如機器人軸數(shù)、I/O點數(shù)等，具有更大的靈活性;

??便于用戶進行二次開發(fā)，下游生產(chǎn)商或用戶可在開放式環(huán)境下用不同的編程語言開發(fā)人機界面和某些特殊機器人的專屬控制功能;

??對第三方應用軟件、各種操作平臺兼容性強;價格較低，性價比極高。

??除了開放式模塊化的趨勢，標準化作為機器人行業(yè)整體的發(fā)展方向，一直都是國內(nèi)外政府引導的重點。

??為進一步加快推進我國機器人領域標準化水平，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和競爭實力的提升，2015年9月，國家機器人標準化總體組和專家咨詢組成立，負責擬定我國機器人標準化戰(zhàn)略和推進措施，組織開展機器人基礎共性等相關國家標準制定、國際標準化和標準應用實施等工作。

??2017年10月《中國機器人標準化白皮書(2017)》正式發(fā)布，全面梳理國內(nèi)外機器人相關技術(shù)標準，提出我國機器人標準化工作的思考。標準化不僅有利于機器人相關產(chǎn)品的質(zhì)量控制，更能讓產(chǎn)品市場化，增強國產(chǎn)機器人的市場競爭力。

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??人工智能是國產(chǎn)機器人發(fā)展的重要機會。在傳統(tǒng)機器人領域，準確、穩(wěn)定、可靠是關鍵，國產(chǎn)品牌在該領域發(fā)展不及國外。

??而在適應協(xié)作和智能制造需求的領域，在機器人的柔性，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)外機器人品牌的起點相近。

??隨著技術(shù)更迭，針對結(jié)構(gòu)封閉的工業(yè)機器人控制器的缺陷，開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標準化工業(yè)機器人控制器，由通用語言模塊化編制形成的專用工業(yè)語言正在成為工業(yè)機器人控制軟件的主流，屆時控制器不必與本體進行捆綁銷售，四大家族除技術(shù)外的品牌優(yōu)勢將不再明顯，控制器的產(chǎn)銷將更加市場化，機器人核心零部件的生產(chǎn)專門化也有望實現(xiàn)，性價相對高的國產(chǎn)控制器前景廣闊。

??除此之外，如今中國工業(yè)自動化已經(jīng)達到世界先進水平，在一些頂尖技術(shù)領域我們與國外企業(yè)處于同一起跑線，沒有了過去發(fā)展時間晚的劣勢，加上國家政策的大力支持，工業(yè)機器人控制器行業(yè)格局將被改變。

??綜上所述，控制系統(tǒng)是工業(yè)自動化的重要核心，而工業(yè)機器人是控制系統(tǒng)的最有發(fā)展?jié)摿Φ南掠晤I域之一。

??近年來我國工業(yè)機器人密度實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，2018年預計市場規(guī)模可達87.3億美元，產(chǎn)量也突破了14萬臺。控制器占機器人成本的12%，2020年，我國工業(yè)機器人控制器市場規(guī)模有望達到63億元左右。

??但是從現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)格局看，工業(yè)機器人控制器市場的國產(chǎn)化遠不及控制器整體市場，四大家族就占據(jù)了53%的市場，原因有三:

??(1)在工業(yè)機器人領域控制器為廠家自產(chǎn)自銷，四大家族整體產(chǎn)品優(yōu)于國產(chǎn)機器人，且目前各大品牌都擁有自己的軟件系統(tǒng)，在自有平臺上開發(fā)產(chǎn)品，國產(chǎn)控制器本身具有容錯性差、擴展性差的劣勢，更加難以兼容，如此整機銷售的產(chǎn)品優(yōu)勢造成了國外控制器在市場中的壟斷;

??(2)控制器主要技術(shù)差距在于軟件，控制精度比不上國外產(chǎn)品，在傳統(tǒng)下游領域如汽車、電子優(yōu)勢不明顯;

??(3)雖然國產(chǎn)控制器已經(jīng)可以控制各種多軸機器人，且應用領域足夠廣，但目前規(guī)?；a(chǎn)控制器的廠商不多，中低端市場待拓展。

??但是這種局面很快將被打破，隨著技術(shù)更迭，針對結(jié)構(gòu)封閉的工業(yè)機器人控制器的缺陷，開發(fā)具有開放式結(jié)構(gòu)的模塊化、標準化工業(yè)機器人控制器，控制器的產(chǎn)銷將更加市場化，機器人核心零部件的生產(chǎn)專門化也有望實現(xiàn)，加上國家政策的大力支持，工業(yè)機器人控制器行業(yè)格局將被改變，性價比相高的國產(chǎn)控制器前景廣闊。

??因此我們認為，以工業(yè)機器人為主要發(fā)展方向的運動控制器龍頭可依托規(guī)模和技術(shù)優(yōu)勢，順應未來機器人零部件生產(chǎn)專門化趨勢拓展工業(yè)機器人下游領域。

??長期深耕機器人控制器領域、深度綁定主流國產(chǎn)機器人本體廠商，產(chǎn)品性價比高的機器人控制器企業(yè)也有望突出重圍，隨國產(chǎn)機器人一同提升市占率。