中國工業機器人控制器發展趨勢分析：控制器整體市場，國產替代空間大[圖]

工業機器人王密 2019-04-04 06:46 來源：智研咨詢

控制系統作為工業自動化的大腦，在智能制造的大潮下得以迅速發展，全球運動控制器市場規模到2022年預計將達到228.4億美元。工業機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13.93%、10.50%。控制器作為工業機器人核心零部件，在總成本中占比12%。未來工業機器人市場持續擴張將使控制器需求進一步擴大，據調查數據顯示，2020年中國工業機器人控制器市場規模可達63億元。

一、工業控制器

工業控制系統一般包括現場控制器、操作員站計算機、工程師站計算機，以及聯系的網絡系統。可編程邏輯控制器（PLC）等同于工業控制系統中的現場控制器。

PLC負責協調生產線上所有工業機器人、工裝夾具、傳送帶、焊接變位機、移動導軌等設備的運作。無論是工業控制系統或是系統下的工業機器人，都擁有本身的控制系統。

控制系統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、伺服驅動器、伺服電機等，下游運用于工業機器人、半導體、機床等各行各業。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市場上平分秋色，各占比30%、38%、32%。

PLC控制占比

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PC-Based控制占比

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專用控制占比

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

PC-based相較PLC在功能占優，可實現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庫進行靈活的二次開發和編程，除了傳統的PLC語言，開發者更可以C++、Basic等語言進行編程，通用性強。

專用控制器早期主要用于機床領域，即計算機數字控制系統（CNC,ComputerizedNumericalControl），隨后在機械、工業機器人等行業大范圍使用，是面向特定行業提供專用的控制產品。專用控制器集成現有的所有控制器技術，包括PLC、PC-based，核心不在硬件，而在于行業應用軟件功能塊，這種類型的控制器只能滿足特定行業使用，性能穩定，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切削機床、高端工業機器人中發展較快；PC-Based在雕刻機、半導體、物流、激光加工機等運用領域增長較快。汽車、半導體行業對工業機器人需求的增加，以及陶瓷衛浴、制藥等新興行業對工業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展。另外由于直角坐標機器人和國產品牌的多關節機器人功能簡單、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。

2015-2020年控制器用于運動控制的比例

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二、工業機器人市場

在自動化生產中，工業機器人整體，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控制器或PC-based控制器，兩種控制器技術共用，主要差別在于對應用領域是否專業化。

控制器作為工業機器人最為核心的零部件之一，是工業機器人的大腦，對機器人的性能起著決定性的影響。工業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型工業機器人，控制系統的綜合方法有較大差別，控制器的設計方案也不一樣。

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，控制器的研發可分為硬件和軟件兩部分，在工業機器人控制硬件研制方面，已經開發出了比較有代表性的雙、多CPU及分級控制系統。其中，基于DSP技術的工業機器人控制器的設計較為典型。軟件部分是工業機器人的“心臟”，也是目前國內外控制器差距最大的地方。

工業機器人密度實現了跨越式的發展，千億市場蓄勢待發。隨著人口紅利消退和產業升級需求擴張，中國制造業對工業機器人的需求旺盛。

2018年中國工業機器人市場規模達到62.3億美元，占全球市場的37.04%。根據國家級專項規劃《機器人產業發展規劃（2016-2020年》，2020年中國工業機器人使用密度達到150臺/萬人。假設到2020年目標能夠實現，預計2018-2020年中國工業機器人使用密度分別為109、129和150臺/萬人，同時假設中國工人數量保持穩定，每年存量工業機器人更新率為12.5%。

2013-2018年中國工業機器人市場規模

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控制器屬于工業機器人上游生產核心零部件，其他核心零部件包括減速器和伺服系統。核心零部件占工業機器人成本的72%，其中控制系統占比12%。

零部件約占機器人成本占比

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三、國產控制器

在運動控制器市場中，德國西門子、臺灣的新代、寶元、研華等廠商表現突出。

國內運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16%、13%，專用控制器領域生產廠商集中，新代、寶元、北京凱恩帝、北京航空航天數控共占69.6%。

汽車、半導體行業對工業機器人需求的增加，以及陶瓷衛浴、制藥等新興行業對工業機器人的使用，刺激了PC-Based運動控制器在機器人領域的快速發展。另外直角坐標機器人和國產品牌的多關節機器人功能簡單、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。

國內PCbased控制器國占比

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國內專用控制器占比

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在工業機器人領域，控制器與本體一樣，一般由機器人廠家自主設計研發，四大家族自產自銷，國內部分企業控制器仍通過外購。

中國工業機器人本體市場

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中國工業機器人控制器市場

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工業機器人產業鏈上中游國產化率較低，本土品牌在工業機器人控制器市場表現不如整體控制器市場，國產替代將帶來生機。

四、國產控制器發展趨勢

國內機器人控制器與國外產品存在的差距主要在軟件部分，即控制算法和二次開發平臺的易用性方面。

隨著技術和應用經驗的積累，國內機器人控制器所采用的硬件平臺與國外差距不大。由于不同生產廠商所使用軟件不同，且國產控制器軟件技術優勢不明顯，再加上國外企。業領先的機器人整體技術及市場中普遍自產自用的模式，國產工業機器人控制器目前未能得到廣泛應用。

對比各大機器人生產廠商的控制器產品，國產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定性等。
國產控制器性價比高，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。除了傳統的電子、汽車領域，國產機器人廠商一直致力于拓展下游領域，如食品飲料、醫療、物流等行業。

這些新興行業機器人需求多樣化，在工業機器人未普及的情況下強調定制，精度要求不高，且由于價值量較低、訂單規模不大，外資品牌難以全面顧及，國產品牌占據主導優勢。

全球與國內各領域占比