运动控制系统：专用控制器应用面较广，伺服系统国产化率持续提升

系列总览：智能制造专精特新系列第一期--运动控制系统行业 此前我们完成了地域系列、产业思维系列的北交所&新三板专精特新“小巨人”研究报告，本系列报告将继续聚焦专精特新优质领域行业研究，本篇重点对智能制造产业链进行细分行业梳理。智能制造的发展以工业自动化为基础，运动控制技术发展程度的高低直接决定了我国工业自动化水平，是实现智能制造的前提和基础。运动控制系统产品主要包括运动控制器、变频器、伺服系统和步进系统。 运动控制器是控制系统核心，激光加工设备等专用控制器应用市场增长较快运动控制器是指以中央逻辑控制单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机或动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置，根据应用范围不同可分为通用型和专用型。2018年中国运动控制器市场规模达到73.58亿元（+3.5%），在国家政策支持下，我国高档数控系统的开发和成果转化能力具有广阔的发展空间，预计2025年规模有望突破100亿元。根据平台不同，运动控制器可以分为PLC型、嵌入式（专用）型和PC-Based型，2020年上述三类控制器在中国的市场份额分别为34.6％、37.8％和27.6％。点胶控制系统和激光加工控制系统是专用控制器的两个具有代表性的应用。点胶控制系统是自动点胶设备等精密流体控制设备的核心部件之一，2020年我国精密流体控制设备行业市场规模为272.3亿元，预计2025年达到490.6亿元，2020-2025年CAGR为12.5%。乐创技术是点胶控制系统龙头企业，2021年实现营收1.03亿元(+39%)。激光加工成套设备的数控系统属于核心部件之一，配件均通过控制系统协调控制运作，2020年国内激光加工设备市场规模为692亿元，2012-2020年CAGR达19%。 步进系统市场以内资品牌为主，伺服系统国产化率升至43%，替代空间广阔步进系统由步进电机和步进驱动器构成；伺服系统包括伺服驱动器、伺服电机、编码器三个部分。伺服系统有精度、性能、矩频和过载等优势，但价格高昂，适用于高端场景，而步进系统的免维护优势和低价适用于高需求量的廉价场景。 2018年-2020年步进系统市场在8.5亿元规模左右稳定波动，雷赛智能、深圳研控、鸣志电器等国产品牌占据90%以上市场份额。鼎智科技是微特电机“小巨人”企业，2021年实现营收1.9亿元（+48%）。我国伺服系统产业起步较晚，处于成长期，2020年我国市场规模达128亿元（+33%），伴随着国产伺服技术研发水平提升，国产伺服系统进口替代步伐预期加快，预计2023年我国伺服系统市场规模达195亿元。内资品牌当前主要以经济型伺服系统业务为主，外资则占据高端市场。中国本土及中国台湾地区于国内伺服系统市有率由2017年的27.6%已爬升至2021年的43.3%，但行业集中度不高，竞争激烈，在未来国产替代的大潮下，国产伺服系统行业前景广阔。星辰科技是伺服系统优质公司，2021年实现营收1.4亿元（+3.5%）。 风险提示：行业竞争风险、原材料价格波动风险、下游行业景气度波动风险 1、系列总览：智能制造专精特新系列第一期--运动控制系统 此前我们完成了地域系列、产业思维系列的北交所&新三板专精特新“小巨人”研究报告，本系列报告将继续聚焦专精特新优质领域行业研究，本篇重点对智能制造产业链进行细分行业梳理。 根据《工业“四基”发展目录（2016年版）》，专精特新发展方向围绕《中国制造2025》十大重点领域，并着力突破工业“四基”发展瓶颈。本篇报告是智能制造专精特新系列之运动控制系统，其属于十大重点领域中高档数控机床和机器人领域。 图1：运动控制系统行业属于十大重点领域中的高档数控机床和机器人领域 工业自动化技术是20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，其发展历程伴随机械、电子电力、计算机和通信等技术的发展升级而不断迭代。全球工业自动化的发展主要经历了自动化技术形成、局部自动化、综合自动化、全面自动化4个阶段。 图2：全球工业自动化的发展主要经历了以下四个阶段 工业自动化产业涉及电力、电子、计算机、人工智能、通讯、机电等诸多领域，其应用可使工厂的生产和制造过程更加自动化、效率化、精确化，并具有可控性及可视性，从而达到增加产量、提高质量、降低消耗等目的。工业自动化主要包括控制系统、自动化仪表、工业软件、企业综合管理信息系统四大类产品。 图3：工业自动化的重要组成部分包括控制系统、自动化仪表、工业软件、企业综合管理信息系统 工业自动化控制系统装置是自动化设备的核心零部件，主要分为控制类、驱动类、执行类与传感类四个层面，并通过系统集成最终形成系统类产品。其中，控制类产品主要用于控制生产制造过程的温度、压力、流量、物位等变量或物体位置、倾斜、旋转等参数；驱动类和执行类产品则根据控制端发出的具体指令驱动终端设备执行相关动作；传感类产品主要负责感应、测量、反馈内外部信息并传输相关信号；系统类产品为集成部分或全部前述产品后形成的自动化整体解决方案。 图4：工业自动化控制系统装置主要分为控制类、驱动类、执行类与传感类四个层面 随着我国制造业的逐渐升级，数控机床、精密机械、锂电设备、3C电子、新能源汽车、机器人等科技含量更高的新兴产业逐渐成为国内制造业的重要成分，新兴产业的蓬勃发展为我国工业自动化市场提供了广阔的空间。根据工控网的数据，我国工业自动化市场规模总体呈上升趋势，2021年达到2530亿元，同比增长23%。 其中，传感系统、控制系统和驱动系统市场份额最大，分别占比23.6%、21.6%、20%。 图5：2021年中国工业自动化市场规模达到2530亿元 图6：反馈系统、控制系统和驱动系统市场份额最大 运动控制行业 工业过程大致分为连续过程工业、离散过程工业、间隙过程工业三大类，随着工业自动化技术的发展，三类工业过程衍生出过程控制、离散控制和间隙控制。 过程控制：在工业生产过程当中，控制一些参量如温度、压力、流量等，使之接近给定值或处于给定区间，确保整个生产流程的准确无误，在矿井、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。间隙控制：检测间隙状态，然后运用控制理论对被控物体进行控制，常用于电火花加工领域。运动控制：源于集散控制系统，通过控制电机(一台或者多台)，使之按照给定运动轨迹和参数运动，完成高速、高精度的生产过程，在机械制造领域运用较广。 图7：运动控制主要用于机械制造领域 智能制造的发展以工业自动化为基础，工业自动化实现生产过程的数字化控制则依赖于运动控制系统的深度应用，运动控制系统作为工业自动化设备的核心部件，可以使系统终端执行机构的位置、速度、转矩等输出参数准确地跟随输入量变化，无论是机床行业、机器人行业、半导体行业、纺织机械、包装机械等，均需要精度高、可拓展性强的运动控制系统予以有力的支持，可以说运动控制是生产执行过程中实现精确定位、精准运动的必要途径，所以，运动控制技术发展程度的高低直接决定了我国工业自动化水平，是实现智能制造的前提和基础。 图8：运动控制系统是工业自动化设备的核心部件 运动控制产品应用于自动化设备制造领域，主要包括运动控制器、变频器、伺服系统和步进系统。上游行业主要包括电子元器件制造业以及五金结构件行业，电子元器件主要有IC类、电阻电容等，五金结构件主要有金属件、塑胶件等；下游主要面向智能装备制造行业，所涉及的领域主要包括电子制造装备、特种机床、工业机器人、喷绘印刷装备、医疗健康设备、纺织服装装备、物流装备及其他设备制造，而终端应用市场的规模需求直接关系到运动控制行业的市场空间。 图9：运动控制产品主要包括运动控制器、变频器、伺服系统和步进系统 多项政策出台鼓励工业自动化行业发展创新。新一轮产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇，国际产业分工格局正在重塑。《工业互联网综合标准化体系建设指南（2021版）》等产业政策出台，为工业自动化发展提供广阔市场前景。 表1：2017-2021年工业自动化行业受到了政府高度重视和国家产业政策的重点支持 运动控制系统行业内不同厂商根据自身技术优势和业务发展形成了各自优势产品以及相应重点应用领域，差异化竞争特点突出。具体而言可划分为以下三类企业。 第一类企业:提供各类生产制造产线工业自动化整体解决方案的大型自动化厂商。第二类企业:提供各类运动控制部件的运动控制厂商。第三类企业:提供细分领域内专用控制系统解决方案的专业控制系统厂商。 图10：运动控制系统行业差异化竞争特点突出 本报告我们将对运动控制器（控制层）、步进系统及伺服系统（执行层）进行概念原理、行业现状及竞争格局的深度梳理。 2、见解一：激光加工设备等专用控制器应用市场增长较快 2.1、概念：运动控制器负责向伺服系统等部件传递控制指令，其性能直接决定运动控制系统性能水平 运动控制器是指以中央逻辑控制单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机或动力装置和执行单元为控制对象的一种控制装置，其主要任务是根据运动控制的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑、数学运算，为电机或其它动力和执行装置提供正确的控制信号。运动控制器由硬件、固件、软件等组成，其中硬件部分包括微处理器、存储器、接口电路、通信接口、电源等；固件是指固化在微处理器、存储器、可编程逻辑器件等元件中的软件；软件部分由实时操作系统、运动控制指令编译器、运动控制参数的预处理及优化、运动控制函数、通信管理等模块构成。 图11：运动控制器根据运动控制的要求和传感器件信号进行必要的逻辑、数学运算 根据平台不同，运动控制器可以分为PLC控制器、嵌入式（专用）控制器和PC-Based控制卡三大类。随着技术的进步和完善，运动控制器从以单片机、微处理器或专用芯片作为核心处理器，发展到以DSP和FPGA作为核心处理器的通用开放式运动控制器。 图12：根据平台不同分为PLC控制器、嵌入式控制器和PC-Based控制卡三大类 根据应用范围不同，运动控制器可分为通用运动控制器和专用运动控制器。通用运动控制器一般为用户提供二次开发接口，设备制造商根据其设备的控制需求基于运动控制器编程开发控制系统；专用控制器是为特定应用领域开发的控制器（如数控机床、激光切割控制系统、激光标刻控制系统、点胶控制系统等），由控制器厂家根据行业应用工艺需求完成应用软件的开发，设备制造商无需二次开发即可直接使用。 图13：专用运动控制器是为特定应用领域开发的控制器，无需二次开发 2.2、现状：2025年我国运动控制器市场规模有望突破100亿元，PC-Based控制器正逐步替代PLC控制器 2025年中国运动控制器市场规模有望突破100亿元。根据GlobeNewswire《2019-2026中国运动控制产业报告》数据，2018年中国运动控制器市场规模达到73.58亿元（+3.5%），未来在高端数控领域，在国家政策支持下，通过自主研发、工程化、产业化攻关，我国高档数控系统的开发和成果转化能力具有广阔的发展空间，预计2025年中国运动控制器市场规模有望突破100亿元。2020年基于PC的运动控制器、专用控制器、PLC控制器在中国的市场份额占比分别为34.6％、37.8％和27.6％。 PC-Based运动控制器价格比传统的专用控制器优惠，功能上比PLC能够实现更为复杂的运动控制；在一些行业中，PC-Based或专用控制器正逐步替代PLC，如PC-Based控制器在雕刻机、半导体、物流、激光加工行业增长较快；专用控制器在传统切削机床、工业机器人领域发展较快。 图14：预计2025年中国运动控制器规模突破100亿元 图15：PC-Based控制器正逐步替代PLC控制器 下游应用一：点胶控制系统--精密流体控制设备 点胶控制系统以控制点胶设备实现智能化、自动化点胶能力为目标，是智能点胶设备的核心构成部分之一。从电子产品整机组装、到组件组装、元器件封装、芯片封装，其作业精度逐步提升，进而对生产设备的精度要求也逐步提高。同时，自动点胶设备作为3C制造产业精密点胶、新能源动力电池涂胶、半导体封测等高精尖电子制造价