在《中日制造产业系列报告之一—从日本高端制造制造升级》报告中，我们回 顾了日本制造业的发展历史及其市场表现，日本为我国提供了宝贵经验。中日都以制造“硬 科技”为核心竞争力，且目前中国正处于制造业崛起的阶段，在国内市场充足需求的支撑 下，预计我国制造业先“国产替代”，后依赖“效率优势”出海。结合日本经验，我们梳 理出我国制造中最“长坡厚雪”的几大领域：工业自动化、电气设备、通信设备、半导体 等。本报告围绕工业自动化，将从产业链视角来看国产替代，并结合日本经验筛选核心环 节的优质公司。我们首先将重点梳理工业自动化主要环节，聚焦主要产业链中的优质公司。
工业自动化，又称工业控制自动化（工控自动化），是指将自动化技术运用在机械工 业制造环节中，实现自动加工和连续生产，提高机械生产效率和质量，释放生产力的作业 手段。工业自动化的发展依赖于信息技术、计算机技术和通信技术的深度融合，自动化技 术在很大程度上扭转了传统作业模式，加速了传统工业技术改造。工业自动化上业是 电力电子元器件，下业主要包括 OEM（代工）型市场和项目型市场。
通过需求动力的不同来源，全球工业自动化发展历程可以分为以下三个阶段：第Ⅰ阶 段（40 年代-60 年代初）：此阶段主要为单机自动化阶段，市场上各种单机自动化加工设 备涌现，并不断扩大应用和向纵深方向发展，典型成果和产品包括硬件数控系统的数控机 床。第Ⅱ阶段（60 年代中-70 年代初期）：此阶段主要以自动生产线为标志，在单机自动 化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现；同时，软件数控系统出现并用于机床，CAD、 CAM 等软件开始用于实际工程的设计和制造中。第Ⅲ阶段（70 年代中期-至今）： 20 世 纪 70 年代初期，美国学者首次提出 CIM 概念，CIM 是一种实现集成的相应技术，即把分 散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体，而作为实现集成的相应技术，并行工程 自 20 世纪 80 年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域，并将进一步促进单元自动化技 术的集成，该阶段的典型成果和产品包括 CIMS 工厂和柔性制造系统（FMS）等。
政策扶持有望进一步推动内资企业克服技术壁垒，国产替代率有望进一步提升。要突 破对海外进口的依赖，最关键的仍然是要鼓励民营企业加大研发投入，进军高精尖智能制 造设备领域。2021 年 1 月 23 日，财政部、工业和信息化部联合印发《关于支持“专精特 新”中小企业高质量发展的通知》，启动中央财政支持“专精特新”中小企业高质量发展 政策。除此之外，“十四五智能制造规划”和智能制造 2025 等政策中均有相关内容支持工 业自动化发展。随着工业自动化政策扶持力度的进一步加大，工业自动化高精尖技术有望 得到突破，受制约的细分行业国产化率有望进一步提升。
工业自动化产业链零部件数量众多，各部分市场规模和增速差异较大。具体来看，低 压变频器、伺服电机、减速器、传感器和过程仪表价值量较高；分环节来看，控制系统和 执行系统规模较大。工业自动化市场规模总体保持上升趋势，中国 2021 年市场超过 2000 亿元，为排除疫情造成的影响，我们选取 2021 年和 2019 年的指标进行对比发现，国内工 业自动化市场规模 CAGR 超过 30%，整体市场规模增长较快。
智能制造是工业自动化发展的方向，它将概念更新升级，并扩展到了柔性化、网络化、 智能化和高度集成化的范围。智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能机 器和人类与家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活劢，诸如分 析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地 取代人。智能制造在物理空间的主要载体是工业自动化，在信息空间的主要载体是工业互 联网，而三者在工厂智能化的实践过程中又相互交织。工业自动化及其相关技术和设备构 成了智能制造的基础，工业互联网通过存储、加工和处理生产过程中的各种数据和信息， 构建了 IaaS（基础设施即服务）、PaaS（平台即服务）和 SaaS（软件即服务）的解决方 案层级，并通过指令与控制系统和设备系统相交互，完成智能生产指令和反馈。
工业自动化设备主要含有工业机器人和数控机床两大类，就产业链而言，工业机器人 是工业自动化的构成主体。在控制层面，工业机器人囊括 DCS、数控系统等工控产品，进 行。在控制层面，工业机器人囊括 DCS、数控系统等工控产品，进行自身目标和功能的管 理。在驱动层面，各类驱动器和软启动器等工业自动化涵盖行业亦存在于工业机器人产业 之内。在执行层面，伺服电机是工控和机器人产业均不可或缺的重要组成。工业机器人可 以认为是“更需运动控制的易用型数控机床”。相比数控机床，工业机器人通用性更好， 运动能力更强，更易操作和维护。截至 2021 年末，我国工业机器人年产量已超过数控机 床，突破 30 万台，同时由于工业机器人单机价格更高，拥有更大的市场规模，2021 年总 体价值规模达到 706 亿元，同期数控机床市场规模 466 亿元。此外，工业机器人拥有更广 阔的下游集成空间，未来成长空间显著。工业机器人是工业自动化输出设备的典型代表， 代表着工业自动化的高成长性。
我国人口红利逐渐消失，制造业就业人员持续降低，我国制造业就业人数自 2013 年 达到峰值后持续降低，2020 年已降至不足 4000 万，一方面是因为 15-64 岁适龄劳动力人 口比重持续下降，而总人口近年间增长趋缓，近十年净增长不足 1 亿人；另一方面是因为 我国制造业转型升级加速，逐渐降低劳动密集型产业占比，向第三产业发展的趋势明显。
劳动力价格持续上升，机器换势所趋。人口红利的消失伴随着劳动力价格的上升， 我国制造业就业人员年平均工资从 2006 年的 1.8 万元持续上升到 2020 年的 8.3 万元。但 从进口均价来看，尽管库存、汇率、类型等因素对于价格造成了一定的影响，工业机器人 价格整体仍呈下降趋势。3C 产业机器人寿命 4 年左右，其他产业寿命则更长，维修保养 成本也较低，生产效率和精度远高于人工，制造业领域内机器换人是大势所趋。
我国工业机器人发展主要经历四个阶段——萌芽、渐起、高增和调整。2009 年之前 尚未广泛发展，处于萌芽阶段，彼时汽车产业落后，3C 电子刚刚开始承接产能转移，自 动化率较低，我国工业机器人安装量自 2010 年起开始明显增加，主要因为汽车、3C 产 业需求旺盛，自动化程度提高；2013 年至 2017 年高速发展，主要由于政策及补贴密集出 台，价格下降，汽车、3C 电子产业及自动化市场爆发增长；2018 年之后充实调整，补贴 开始减少，贸易摩擦也有所影响。全球工业机器人保有量增长平稳，近年来每年增长 10% 左右，中国工业机器人保有量增速在 2017 年之前较高，年增速高达 30%以上，2018 年后 因安装量增速下滑及设备逐渐到期报废，增速降至全球整体水平。
中国工业机器人产业经过多年发展，仍然与发达国家有一定差距。从工业机器人密度 （每万人拥有工业机器人数量）来看，我国近年来持续增长，但我国工业机器人密度仍与 前列国家有一定的差距，有足够的成长空间。从长期来看，我国工业机器人密度有望达到 日本和德国的水平，目前仍有 50%的增长空间。由于机器人存在折旧，普遍寿命在 4-10 年左右，预计未来几年国内工业机器人市场更新换代需求激增。2020 年我国工业机器人 市场销售规模为 422 亿元，2022 年预计达到 552 亿元，5-10 年内有望达到年均千亿的市 场规模，而系统集成市场规模一般是本体的 2-3 倍，目前已有上千亿规模。
工业机器人代表了工业自动化的高成长性，并且有人机协作、人工智能、数字化、轻 型化和普及化的趋势，这些也都是工业自动化的趋势。人机协作可以将人的智能性和机器 人的高效性相结合，并且提升有人车间的安全性。随着智能学习框架的发展，工业机器人 有望加载人工智能算法，从工作中积累经验，进一步提升效率。数字化契合万物互联发展 趋势，一方面收集大数据进行学习，另一方面参与物联网提升控制能力。轻型化可以拓宽 工业机器人的应用场景，用于精密度更高的工业，为工业机器人开辟了新的机遇。普及化要求目前还未广泛使用机器人的行业大量使用机器人，这将加快机器换人的速度，进一步 提升全社会的生产效率。
目前全部A股尚无收录较为全面的工业自动化分类标准，我们根据上市公司主营业务， 归纳工业自动化零部件及标准设备生产厂商 64 家。从相关业务收入来看，大部分公司业 务收入集中在 30 亿元以下，卧龙电驱、正泰电器、宏发股份和汇川技术相关业务收入较 高。从总市值来看，大部分公司总市值在 100 亿元以下，百亿以上的股票中也仅有汇川技 术、正泰电器超过了 400 亿元。将股票按照业务综合性排序，多数厂商从事产业链中最为 相关的若干个环节，个别厂商几乎横跨产业链全部环节。
按照相关业务收入选取以上上市公司，然而部分上市公司相关业务收入较小，并非相 关环节的主要参与者，而诸多产业链环节的主要参与者还包括海外公司和非上市公司。接 下来，我们将选取主要环节，从产业链基本情况分析，梳理这些环节中包括海外公司和非 上市公司在内的主要参与者，并讨论国产替代情况。
控制系统是工业自动化的核心大脑，更是决定输出产品功能和性能的主要因素。其主 要任务是控制自动化设备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。控制系统主要包括硬件和软件两部分：硬件部分是工业控制板卡，包括主控单元和部 分信号处理电路；软件部分主要是控制算法、二次扩展开发等。控制系统主要包括 PLC、 DCS、数控系统（CNC）、IPC 等。
PLC 是一种采用一类可编程的存储器，中大型 PLC 技术含量更高。PLC 用于其内部 存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过 数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 实质是一种用于工业控制 的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。PLC 按照 I/O 点数分类，可分为小型 PLC 中型 PLC 及大型 PLC；而按照结构形式分类，则可分为整体式和模块式。一般而言，I/O 点数越多，控制关系越复杂，要求的程序存储器容量也越大，可编程的指令及其他 功能也较多，能够适应大型、复杂的控制任务。
乘制造业复苏春风，PLC 市场规模快速恢复。虽然 2020 年整体受到疫情影响全球经 济显著下滑，但是后疫情时代，制造业快速修复对国内市场带来正面影响，PLC 市场持续 复苏；此外，我国在“新基建”推动下投资力度不断加大，带动整体市场的需求向好。2020 年中国 PLC 行业市场规模为 130 亿元，同比上涨 11.68%，预计 2018-2023 年年均复合增 长率 6.4%，保持稳定增长态势。
PLC 主要与下游产业深度绑定，小型与大中型 PLC 市场差异明显。PLC 下游客户广 泛分布于各个工业行业，包括流程型工业、离散型工业在内的钢铁、石油、电力、建材、 汽车、机械制造、交通运输等领域，目前各下业的 PLC 应用均比较成熟。国内大中型 PLC 主要应用于项目型市场，产品的安全性、可靠性、稳定性和网络通信能力要求比较高， 如汽车、冶金、电力、化工、建材等。据 MIR 统计，中国大中型 PLC 超过一半市场份额。 而小型 PLC 主要应用于 OEM 市场，如纺织机械、包装机械、起重机械、食品机械等器械 设备，相比较大中型 PLC 应用来说，市场分布广泛，集中度相对分散。
DCS 中文全称分散控制系统，是一种在模拟量回路控制较多的行业中广泛使用。
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