老树逢春，工控国产化漫漫“上坡路”

显示全部楼层 · 2024-3-5 17:13:36

数字化转型与智能制造的东风吹来，一批新兴产业雨后春笋般涌现。借此东风，工业自动化控制，这一称得上传统的行业老树逢春。

西门子旗下数字化工业集团2023年三季度营收增长11%，达53亿欧元，运动控制、工厂自动化业务贡献最为突出。国内A股工业自动化板块上半年营收普遍见涨，上市公司龙头汇川技术劲收124.51亿元，达到同比历史最高水平，增长近两成。

事实上，5G、大数据、云计算、物联网、数字工厂，对于这些令人眼花缭乱的工业新概念，工业自动化正是其底层技术之一。

对于普通人来说，无需纠结于工业自动化的定义，只需要知道它实现了什么：通过工业生产自动化，可在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现由机器设备、系统执行预期目标。

工业自动化这一帮助工业实现“机器换人”的有力助手，已经成为中国制造业转型升级的重要基石。工控行业进入国产化提速阶段，上坡路难走，但走好了就是柳暗花明。

据此，本文将聚焦国内工业自动化厂商的发展，回答以下三个问题：

1. 工业自动化这一领域的国产化收获了哪些进展？

2. 在核心环节，各大厂商角力的焦点是什么？

3. 国内工控厂商有何隐忧，如何更上一层楼？

现状：加速国产化

当前制造业宏观环境风谲云诡，虽未切身体会到科技封锁、制裁的压力，工业自动化行业也弥漫着一股“黑云压城”的危机感，加快国产替代已成趋势。

目前，国内厂商在中低端环节的竞争力不断提升，在高端环节，外资品牌仍占主导。

工业自动化控制主要有三大环节，分别是控制、驱动和执行：控制层产品包括PLC、DCS、IPC、运动控制等，驱动层以变频器为主，执行层包括步进系统和伺服系统等。在这些细分环节，工控产品的国产化率参差不齐。

先前也提及，工业自动化行业实际上颇为传统，早在19世纪末的工业革命时期，随着机械工业的发展，部分生产环节就已通过自动化提升效率。纵然市场历经重大技术变革、风云变幻，从全球竞争格局来看，领先供应商们始终江山稳固：西门子、ABB、艾默生、施耐德电气、霍尼韦尔、罗克韦尔自动化和横河电机等传统大型供应商数十年如一日地在自动化领域占据主导地位。

国内市场来看，在控制层的IPC、DCS，以及驱动层的低压变频器、执行层的专用伺服系统等环节，国内厂商已经雄踞一方。

图：2021年工业自动化控制产品国产化率

数据来源：MIR 公开资料整理

其中，国产化率最高的是IPC，市场占比高达84%。IPC是工业控制器的一种，由于与通用计算机相似性比较高，技术难度低，国产IPC凭借价格优势杀出重围。当前，台湾研华、深圳研祥、上海凌华等国内厂商的IPC产品都广受青睐。

国产DCS、低压变频器都占据了全国近半市场份额。国内在这两个领域可谓积累深厚，国产化技术攻关的历史最早可以追溯到上世纪80年代的高技术产业发展计划，2001年，国产DCS系统的品种数量占比就已达到35%。

进入21世纪后，国产变频器厂商派生出了“华为系”“普传系”“富凌系”等诸多派系，在技术条件相对简单的低压变频器领域，以汇川技术、英威腾为代表的国内厂商飞速开疆扩土。

伺服系统来看，专用、通用伺服系统的国产化进程一快一慢。国产产品占据主导的专用伺服系统，以83%的市占率，极大地拉高了伺服系统的综合国产化率。通用伺服系统国产化率仅有24.6%，但下游高端装备占比高，国产化进程将持续受益于产业升级。

尤其中、小型通用伺服系统技术壁垒相对较低，且多用于工业机器人、电子制造、机床等领域，市场需求旺盛，国内厂商在通用伺服系统环节的“战力”正在快速升级。根据MIR数据，2023年上半年汇川技术以24.3%的市占率位居通用伺服系统国产品牌第一，打入了外资云集的伺服系统市场。

无论是IPC、DCS，低压变频器，还是专用伺服系统，不难发现，尽管国内产品的竞争优势更多体现在中低端市场，但整体国产化数据亮眼，行业龙头也已逐步向相对高端的领域发起冲击。若将目光转向工业自动化的核心技术PLC，又是另一个故事。

趋势：角力一体化

工业自动化的核心在于控制，而提到控制器，就无法绕过PLC。PLC对输出产品的功能和性能有决定性的影响。

PLC（可编程逻辑控制器）是生产控制中最核心的控制装置，是控制各类自动化设备、产线及生产流程的“大脑”。它既可以与套件组成独立的系统，也可以作为重要组成设备嵌入DCS、SCADA等功能更全面的控制系统中。

自1969年美国莫迪康（Modicon）公司制造出第一台PLC以来，这种简单部署、成本相对较低的控制器在工业自动化领域长盛不衰。根据核心技术参数I/O点数，以256点为分界线，PLC可划分为小型PLC与中大型PLC，点数越高，可适用的控制场景越复杂。

当前，PLC市场是外资品牌的天下，综合国产化率只有可怜的6.8%。欧美日韩产品垄断市场，其中欧美品牌以西门子、罗克韦尔、施耐德为代表；日韩品牌以三菱、欧姆龙、基恩士为代表。

不过，国产小型PLC与中大型PLC的处境并不相同。小型PLC已经崭露头角，凭借产品性价比高、交期短、客户需求快速响应的优势，本土品牌快速抢占中低端工业自动化市场的外资份额。2023年上半年，汇川技术以15.4%的市占率位居第二，首次超越日本三菱，仅次于西门子。

随着新能源自动化设备需求增长，国内厂商积极布局光伏、储能、锂电等领域的自动化解决方案，国产小型PLC的市场份额还将进一步扩大。

图：2023年上半年全国小型PLC市场份额

数据来源：汇川技术2023年半年度报告

但是，在壁垒高筑的中大型PLC市场，几乎看不见国内厂商的踪迹。西门子以近半的市占率排名第一，三菱、欧姆龙、罗克韦尔等外资品牌吃掉了余下大部分市场份额。

经过多年迭代后，海外厂商稳定高效的工业自动化控制系统牢牢嵌入求稳为上的冶金、石化等项目型市场中，如今已成为不可替代的一部分，更换起来伤筋动骨。而在锂电、纺织等OEM型市场，工程师们也往往被客户专门要求采用外资品牌的PLC，西门子、三菱、欧姆龙等更是行业论坛常客，拥有自己的独立专区，能够熟练使用这几家海外巨头的产品，几乎是业内人士的生存门槛。

图：2021年全国中大型PLC市场份额

数据来源：MIR、公开资料整理

市场发展至今，中大型PLC客户在选择产品时，更加关注供应商能否拿出具有针对性的一体化解决方案，而不仅仅局限于硬件技术，或是优质的单一产品。没有一体化的自动化解决方案，就难以进一步扩张市场份额。

国产品牌中，已有厂商提供PLC、伺服系统、变频系统、总线等多产品的打包解决方案，挖掘客户价值，提高了自身产品的市场竞争力。但是，这离真正一体化的解决方案还有一段距离。

在国内夙兴夜寐“卷硬件”的时候，海外PLC厂商已凭借自身深厚的行业经验，以及对市场需求的了解，推出一体化的自动化解决方案，培养出了强大的客户粘性。

西门子的PLC系列产品SIMATIC诞生于上世纪90年代，发展至今已经引入数字化平台，基本实现了全集成自动化。随着人工智能、云技术的快速迭代，它也在智能化的道路上加速狂奔。

隐忧：软件是软肋

进入智能化时代，软件堪称一体化解决方案的“灵魂”。

工业自动化功能的实现不仅仅依赖于硬件层层递进地执行命令，更依赖于连接硬件、沟通人与机器的工业控制软件。

业内数一数二的巨头西门子，深谙“得软件者得天下”的道理，早在十余年前开始，就已经在谋篇布局，不断地调整着自己的业务重心：一步步剥离非核心的硬件业务，通过收购不断充实工业软件业务。

数据来源：公司官网、公开资料整理

现在，西门子已经是仅次于SAP的欧洲第二大软件公司，以及世界十大软件供应商，也成为了数字化工业界当之无愧的行业龙头。2010年，西门子发布博途TIA Portal——一款“全集成自动化”的软件系统，沟通西门子的全系列产品，为用户提供一站式服务。

博途之于西门子，就如iOS系统之于苹果公司。发布之初，它看上去庞大、冗余、功能复杂，经过十余年的迭代也没有瘦身，尽管没有实现最初的野心，它仍在很大程度上左右了用户们的选择，捍卫着西门子的统治地位。

除西门子之外，三菱、罗克韦尔等老牌巨头亦是如此。传统工控行业格局稳固，势均力敌，包括软件平台、操作流程等等，各家产品自然不会同别家兼容，甚至同一品牌的不同系列也会配套不同的编程平台。

在此背景下，开放式的编程平台Codesys（欧德神思）应运而生，如果将西门子博途比作iOS系统，那么Codesys可谓工控界的“安卓”。

Codesys是德国3S公司推出的一款PLC软件编程工具，用户可以在同一项目中选择不同的语言编辑子程序、功能模块等，且软件不与硬件和制造商直接绑定，支持二次开发。

功能强大的软件全球可不少，比起技术支撑，Codesys成功的秘诀更在于生态。开放性平台对于小厂商有致命的吸引力，使用Codesys，既能节约从零开发的成本，又能够快速提高品牌影响力和知名度，迅速让自己的控制产品与解决方案进入中高端市场，一石多鸟，何乐不为。

应用层面来看，Codesys已经在工厂自动化、过程自动化、能源自动化、轨道交通、智能机器人、智慧城市及智慧医疗等诸多领域中有成熟的使用案例。据官方介绍，使用Codesys解决方案的知名企业超过500多家，其中包括ABB、施耐德等国际龙头。国内厂商汇川技术、雷赛智能、固高科技的产品中也有Codesys的身影。

从短期看，Codesys的出现对于国内厂商而言是一个机遇，打破了西门子等老牌巨头的强势垄断。但从长远看，过度依附于Codesys平台的后果，必然是核心技术的缺失。

目前，国内厂商仍处在通过Codesys建立用户生态、建立市场认可度的阶段。不过，Codesys集成的运动控制组件、总线协议栈都以封装过的方式提供，国内厂商在使用过程中无法获悉底层代码，更遑论根据具体使用需求进行针对性优化，只能简单地调用。在使用过程中所遇到的技术问题，也全然依赖于供应商存在延迟与不确定性的支持。

软件平台或许没有先发优势，但有后发劣势，一旦一款产品或方案根深蒂固，想要将其取代，往往要付出成倍的努力。这个闷亏，我们已经在CAx、ANSYS等工业设计、仿真类软件上吃过了。

图：工业控制器主流厂商控制软件一览

数据来源：公开资料整理

因此，当品牌用户生态与商业循环达到下一个阶段，组织技术力量进行软件仿制或研发，推出全自主生态闭环的自有品牌平台，是国内工控厂商的不二选择。

老树逢春，工业自动化市场在数字化转型的推动下加速国产替代，但多数国内厂商仍然局限于自动化，反观以西门子为代表的外资品牌，早在十多年前就瞄准了数字化生产制造。

本土品牌要与海外品牌分庭抗礼，还有一场持久战要打，既要注重技术，更要提高软实力，走出一条“软硬兼修”的发展之路。

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参考资料

[1]为什么国内外PLC厂家选择了Codesys？Codesys可以和西门子博途平分秋色吗？. 剑指工控

[2]PLC江湖波澜不惊自动化风云录. 知识自动化

[3]工控头部企业拓展技术纵深，受益于锂电、光伏高景气. 国泰君安

[4]2023年半年度报告. 汇川技术

[5]伺服驱动器：机器人国产替代核心环节，龙头全梳理. 乐晴智库

[6]你可能真的不知道，西门子是一家软件公司. 未来科技力

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