中国工业机器人控制器发展趋势分析：控制器整体市场，国产替代空间大[图]

工业机器人王密 2019-04-04 06:46 来源：智研咨询

控制系统作为工业自动化的大脑，在智能制造的大潮下得以迅速发展，全球运动控制器市场规模到2022年预计将达到228.4亿美元。工业机器人是控制器新兴下游，2016年在专用控制器、PC-based控制器市场占比已达13.93%、10.50%。控制器作为工业机器人核心零部件，在总成本中占比12%。未来工业机器人市场持续扩张将使控制器需求进一步扩大，据调查数据显示，2020年中国工业机器人控制器市场规模可达63亿元。

一、工业控制器

工业控制系统一般包括现场控制器、操作员站计算机、工程师站计算机，以及联系的网络系统。可编程逻辑控制器（PLC）等同于工业控制系统中的现场控制器。

PLC负责协调生产线上所有工业机器人、工装夹具、传送带、焊接变位机、移动导轨等设备的运作。无论是工业控制系统或是系统下的工业机器人，都拥有本身的控制系统。

控制系统上游包括各类电子元器件，如PCB面板、IC芯片、晶体管、电阻电容等，中游核心部件包含运动控制器、伺服驱动器、伺服电机等，下游运用于工业机器人、半导体、机床等各行各业。目前控制器有三种主要的控制方式：PLC控制、专用控制、PC-Based控制，三种方式在控制系统市场上平分秋色，各占比30%、38%、32%。

PLC控制占比

数据来源：公开资料整理

PC-Based控制占比

数据来源：公开资料整理

专用控制占比

数据来源：公开资料整理

从三种工业控制器下游分布可看出，专用控制主要运用于机械、工业机器人等，PC-based控制器主要运用于半导体、包装和工业机器人，PLC主要运用于纺织机械、包装机械、EMS等行业。

PC-based相较PLC在功能占优，可实现更为复杂的运动控制，下游厂商可利用PC-based厂商提供的底层函数库进行灵活的二次开发和编程，除了传统的PLC语言，开发者更可以C++、Basic等语言进行编程，通用性强。

专用控制器早期主要用于机床领域，即计算机数字控制系统（CNC,ComputerizedNumericalControl），随后在机械、工业机器人等行业大范围使用，是面向特定行业提供专用的控制产品。专用控制器集成现有的所有控制器技术，包括PLC、PC-based，核心不在硬件，而在于行业应用软件功能块，这种类型的控制器只能满足特定行业使用，性能稳定，定价高。

控制领域包括运动控制、过程控制、开关量逻辑控制等，其中运动控制占比最高。三类控制器中，运动控制在专业控制器的占比最高，预计到2020年，运动控制功能在PC-Based控制器、专用控制器、PLC控制领域的比重将分别达到59%、92%、27%，其中专业控制器和PC-Based控制器控制领域中运动控制的比例将显著提升。

在一些运动控制运用领域中，专用控制器或者PC-Based将替代PLC，PLC的市场占比在减少。比如专用控制器在传统切削机床、高端工业机器人中发展较快；PC-Based在雕刻机、半导体、物流、激光加工机等运用领域增长较快。汽车、半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴行业对工业机器人的使用刺激了PC-Based运动控制器在机器人领域的快速发展。另外由于直角坐标机器人和国产品牌的多关节机器人功能简单、价格便宜，越来越多的厂商会选择性价比较高的PC-Based运动控制器。

2015-2020年控制器用于运动控制的比例

数据来源：公开资料整理

二、工业机器人市场

在自动化生产中，工业机器人整体，包括自有控制器，属于PLC控制下的一个部分，而且自有的控制器通常属于专业控制器或PC-based控制器，两种控制器技术共用，主要差别在于对应用领域是否专业化。

控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，是工业机器人的大脑，对机器人的性能起着决定性的影响。工业机器人控制器主要控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹，操作顺序及动作的时间等。对于不同类型的机器人，如有腿的步行机器人与关节型工业机器人，控制系统的综合方法有较大差别，控制器的设计方案也不一样。

目前使用较为广泛的为运动控制卡+工控机和嵌入式运动控制器，控制器的研发可分为硬件和软件两部分，在工业机器人控制硬件研制方面，已经开发出了比较有代表性的双、多CPU及分级控制系统。其中，基于DSP技术的工业机器人控制器的设计较为典型。软件部分是工业机器人的“心脏”，也是目前国内外控制器差距最大的地方。

工业机器人密度实现了跨越式的发展，千亿市场蓄势待发。随着人口红利消退和产业升级需求扩张，中国制造业对工业机器人的需求旺盛。

2018年中国工业机器人市场规模达到62.3亿美元，占全球市场的37.04%。根据国家级专项规划《机器人产业发展规划（2016-2020年》，2020年中国工业机器人使用密度达到150台/万人。假设到2020年目标能够实现，预计2018-2020年中国工业机器人使用密度分别为109、129和150台/万人，同时假设中国工人数量保持稳定，每年存量工业机器人更新率为12.5%。

2013-2018年中国工业机器人市场规模

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控制器属于工业机器人上游生产核心零部件，其他核心零部件包括减速器和伺服系统。核心零部件占工业机器人成本的72%，其中控制系统占比12%。

零部件约占机器人成本占比

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三、国产控制器

在运动控制器市场中，德国西门子、台湾的新代、宝元、研华等厂商表现突出。

国内运动控制器整体市场分布

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按控制器分类，PLC控制器市场龙头是西门子，PC-based控制器市场竞争较激烈，台湾研华、香港固高分别占据16%、13%，专用控制器领域生产厂商集中，新代、宝元、北京凯恩帝、北京航空航天数控共占69.6%。

汽车、半导体行业对工业机器人需求的增加，以及陶瓷卫浴、制药等新兴行业对工业机器人的使用，刺激了PC-Based运动控制器在机器人领域的快速发展。另外直角坐标机器人和国产品牌的多关节机器人功能简单、价格便宜，越来越多的厂商会选择性价比较高的PC-Based运动控制器。

国内PCbased控制器国占比

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国内专用控制器占比

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在工业机器人领域，控制器与本体一样，一般由机器人厂家自主设计研发，四大家族自产自销，国内部分企业控制器仍通过外购。

中国工业机器人本体市场

数据来源：公开资料整理

中国工业机器人控制器市场

数据来源：公开资料整理

工业机器人产业链上中游国产化率较低，本土品牌在工业机器人控制器市场表现不如整体控制器市场，国产替代将带来生机。

四、国产控制器发展趋势

国内机器人控制器与国外产品存在的差距主要在软件部分，即控制算法和二次开发平台的易用性方面。

随着技术和应用经验的积累，国内机器人控制器所采用的硬件平台与国外差距不大。由于不同生产厂商所使用软件不同，且国产控制器软件技术优势不明显，再加上国外企。业领先的机器人整体技术及市场中普遍自产自用的模式，国产工业机器人控制器目前未能得到广泛应用。

对比各大机器人生产厂商的控制器产品，国产控制器可控制的机器人类型齐全，其中不乏六轴、八轴机器人，不输国外厂商，主要差距在于操作精度和稳定性等。
国产控制器性价比高，可抢占对机器人精度要求不高的、通用型机器人的市场需求。除了传统的电子、汽车领域，国产机器人厂商一直致力于拓展下游领域，如食品饮料、医疗、物流等行业。

这些新兴行业机器人需求多样化，在工业机器人未普及的情况下强调定制，精度要求不高，且由于价值量较低、订单规模不大，外资品牌难以全面顾及，国产品牌占据主导优势。

全球与国内各领域占比