行业发展研究系列(第十期)——软件和技术服务业(工业运动控制系统)
发布日期:2016-11-16
软件和技术服务业
——案例:上海维宏电子科技股份有限公司
(维宏股份300508)
目录
一、行业定位
二、行业主管部门、行业监管体制及相关法律法规、政策
三、运动控制技术发展历程
四、运动控制行业现状与发展趋势
五、影响行业发展的有利和不利因素
六、运动控制行业技术特点及发展趋势
七、行业的周期性、区域性和季节性特征
八、公司所处行业与上下游行业的关系
一、行业定位
公司专注于工业运动控制系统的研发、生产和销售。根据中国证监会颁布的《上市公司行业分类指引》(2012年修订),公司所属行业为软件和信息技术服务业(I65),具体细分行业为运动控制领域的应用软件行业。
二、行业主管部门、行业监管体制及相关法律法规、政策
1、行业主管部门及监管体制
我国软件行业的主管部门是国家工业和信息化部,其主要职责为统筹推进国家信息化工作,拟定产业发展战略、方针政策、总体规划和法规,并组织实施工业、通信业、信息化的发展规划,推进产业结构战略性调整和优化升级,推进信息化和工业化融合;指导行业技术创新和技术进步,以先进适用技术改造提升传统产业,组织实施有关国家科技重大专项,推进相关科研成果产业化,推动软件业、信息服务业和新兴产业发展。国家工业和信息化部下属软件服务业司具体负责指导软件业发展;拟订并组织实施软件、系统集成及服务的技术规范和标准;推动软件公共服务体系建设;推进软件服务外包;指导、协调信息安全技术开发。
软件行业的自律组织是中国软件行业协会,其主要职能为:受工业和信息化部委托对各地软件企业认定机构的认定工作进行业务指导、监督和检查;负责软件产品登记认证和软件企业资质认证工作;订立行业规范,约束行业行为,提高行业自律性;协助政府部门组织制定、修改本行业的国家标准和专业标准以及本行业的推荐性标准等。
我国软件著作权登记的业务主管部门是国家版权局中国版权保护中心,由国家版权局授权中国版权保护中心承担计算机软件著作权登记工作。
2、行业主要法律法规及政策
软件行业相关的主要法律法规及政策如下表:
三、运动控制技术发展历程
1、运动控制技术概述
近代工业革命之后,蒸汽机、电动机等新技术的出现使人类突破了传统人畜力的局限,拥有了巨大的机械动力源,因而极大地改变了近现代制造业的格局。随着制造业的不断发展,新的需求被提了出来:人们不仅需要巨大的机械力,而且希望力能够被精确地控制。例如在切割钢板过程中,人们希望控制电动机的转速进而控制切割速度。这就是运动控制技术的起源,它最初是以调速技术这样一个比较狭窄的学科名词发展起来的。后来更多需求被提出,例如:在工件上钻孔,需要电机准确停在指定的位置;若要切割下一片圆形钢板,则需要以一定的函数关系同时控制两个垂直方向上电机的运动;若需要雕刻人面部这样的复杂曲面,则需要同步控制多个电机的运动。运动控制技术正是在类似需求的推动下不断向前发展,而该技术的发展又反过来深刻地改变着整个工业技术体系。到今天,运动控制技术在现代工业中已经得到了广泛而深入的应用,包括装备制造、印刷、包装、纺织、半导体制造、自动化生产线等。
作为工业自动化的一个重要分支,运动控制技术是以力、加速度、速度和位移为控制指标而发展起来的一门控制技术。运动控制技术出现后的很长一段时间,主要应用于数控机床领域,因此通常使用数控这个术语。直到20世纪80年代,运动控制技术越来越多地应用于非数控机床领域,如工业机器人、自动化装配线等等,运动控制这一术语才逐渐普及开来。
运动控制技术是数控机床、机器人以及其他自动化机械设备的关键技术。通常,自动化机械中与运动控制相关的要素包括运动控制系统、执行机构、传感器和负载,其关系如下图所示:
(1)运动控制系统
运动控制系统是自动化机械的核心。其功能是根据控制程序,经计算机处理后,实时控制执行机构的动作。
早期的运动控制系统由数字逻辑电路构成,随着微电子和计算机技术的发展,现在已经被计算机软件取代。相比于硬件电路,计算机软件具有巨大的灵活性,可以实现逻辑电路难以表达的复杂控制算法,从而使运动控制系统性能有了质的飞跃。另外,运动控制软件可在使用过程中通过升级来提升性能或改变用途,从而使自动化机械具有真正的柔性。
得益于现代控制理论、微电子学、计算机技术的进步,运动控制系统不断吸收相关理论创新成果与先进的技术手段,从而成为工业自动化产业中发展最为活跃的领域。
(2)执行机构
根据运动控制系统发出的控制指令,执行机构以可控方式将电能转换为机械能。一般来说,执行机构包括电机和驱动器。早期的执行机构以液压伺服为主,后来的发展经历了步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机等几个阶段。进入21世纪,一些新型执行机构也越来越多地得到应用,例如直线电机和力矩电机,它们有望成为下一代运动控制系统的主流执行机构。
(3)传感器
传感器用于闭环运动控制系统中,用于感知执行机构或者控制对象的位置或者角度,经过简单的数学运算,也可以得到速度和加速度信号。传感器的主要类型有旋转变压器、光栅、磁栅等。例如:旋转变压器和圆光栅通常安装在伺服电机的尾部用于反馈电机角度,直线光栅可用于测量直线进给机构的坐标。
(4)负载
负载是运动控制系统的控制对象。例如:数控机床床身的动体部分就是其控制系统的负载;机械手的手臂和有效载荷是机械手控制系统的负载。机械设备在运动过程中,其负载会发生各种各样的变化。运动控制系统的一个重要职能就是克服负载变化对系统的扰动,保证控制指标稳定。
2、运动控制技术的细分市场
经过几十年的技术演进,运动控制技术发展出非常丰富的产品类型,以满足不同细分市场的特定需求。尤其是在技术进步非常活跃的运动控制系统和运动控制电机领域,新技术、新产品层出不穷。通常,运动控制系统可以进一步细分为数控系统和通用运动控制器两大类,而运动控制领域使用的电机主要有步进电机和伺服电机两类。这几个细分市场的具体情况如下:
(1)数控系统(NC,Numerical Control System)
数控系统是一类专门为数控机床开发的运动控制系统,它能按照零件加工程序的数值信息指令进行控制,使机床完成工作运动并加工零件。
最早期的数控系统没有CPU,由电子管和继电器等硬件构成具有计算能力的运动控制器,因此被称为硬数控(Hard NC);如今的数控系统都已经计算机化了,其严格的称谓是计算机数控系统(CNC,Computer Numerical ControlSystem),但通常NC指的就是CNC。
根据所控制的运动轴数,数控系统可以分为:单轴和多轴数控系统。多轴数控系统根据轴间联动关系称为M轴N联动系统,例如七轴五联动数控系统。联动轴数越多系统越复杂。
根据其控制机床类型不同,数控系统可以分为:车床系统、铣床系统、加工中心系统、雕刻雕铣机系统、切割机系统等。车床等传统数控系统针对典型的机械零件加工而设计,运动控制功能比较简单。加工中心、雕刻、雕铣等数控系统面向复杂的空间曲面加工,有些整合了如自动换刀、网络、机器视觉等功能,系统更加复杂。
机床的运动控制与其他设备的运动控制并不存在本质区别,因此也经常能够见到数控系统用在其他自动化设备上,例如自动化装配线等等。
在数控系统市场,很多厂商(尤其是传统的数控系统厂商)都是将运动控制器、驱动器和电机打包成整体进行销售。到上世纪90年代,随着步进电机和伺服电机的大面积推广,一些新进入该市场的厂商往往只销售此类运动控制器,而将电机与驱动器采购交给整机厂商自主完成。这两种做法的区别在于:整体销售简化了系统调试,减轻了整机厂商与不同供应商打交道的沟通成本,缺点是限制了整机厂商的部分选择权;而分开销售对于一些成本敏感的客户更有吸引力,另外,一些需要特殊功能的客户也往往选择分开采购。
(2)通用运动控制器(GMC,General Motion Controller)
通用运动控制器是不面向特定设备的运动控制器。通常这个和除了数控系统以外的运动控制器是一个意思。
通用运动控制器作为一个独立的产品分类,它的出现晚于数控系统。在20世纪80年代发达国家市场,随着纺织机械、印刷机械、包装机械等领域的自动化需求不断提高,通用运动控制技术开始出现。这些设备原来的自动化程度比较低,通常的PLC控制就可以满足。但是伺服技术的逐渐成熟为这些设备的柔性化提供了技术基础,因此更多的厂商利用伺服传动代替了笨重的机械传动,而传统PLC无法满足这种控制需要,这为通用运动控制器的出现创造了机遇。同时,随着PLC的不断创新,各大PLC厂商都适时推出了具有运动控制功能的PLC产品。因此,通用运动控制器一直在和具有运动控制功能的PLC竞争,并在竞争中不断进步和完善。
由于通用运动控制器是一个统称,各个厂家的此类产品从设计思想、产品架构到应用领域都有很大区别。例如:应用于自动化机械领域的通用运动控制器侧重于电子齿轮、电子凸轮等虚拟传动技术;而工业机械手控制器的技术重点在于空间运动规划。未来随着技术和市场的不断分化,可能不再使用通用运动控制器这样比较模糊的术语,或者通用运动控制器退化为只描述其中某一子类控制器。
近年来,随着运动控制技术应用的日益广泛,各种非传统数控机床和新型自动化加工设备不断涌现,CNC和GMC技术融合的趋势日益显现。首先,这些新型设备属于数控机床还是自动化设备缺乏严格的界定标准;其次,这些设备有些采用了GMC架构的数控系统,有些配置了吸收CNC功能的通用运动控制器。这说明各种运动控制技术在发展中不断融合,CNC与GMC之间的界线不再如原来那么清晰。
(3)电机与驱动器(M&D,Motor and Driver)
在运动控制系统中,电机与驱动器作为执行机构,将运动控制指令精确地转换为机械运动,驱动负载实现控制指标。运动控制领域涉及的电机与驱动器主要有步进和伺服两大类。
步进电机和步进驱动器是一类常见的运动控制系统执行机构,具有结构简单、价格低廉的优势,但是由于步进电机和步进驱动器之间采用开环控制,可靠性不高成为其发展瓶颈。随着运动控制市场的逐步发展,步进电机和驱动器市场逐渐让位于伺服电机和伺服驱动器。
伺服电机和伺服驱动器之间实现了闭环控制,因而具有更高的性能和可靠性。伺服电机通过安装在电机尾部的编码器将电机位置反馈给伺服驱动器;现代伺服驱动器都配备了高性能的微处理器,实时监测伺服电机的位置、电流和电压,并通过复杂的控制算法,实现了对伺服电机的力矩、速度和位置的精确控制。相比于步进电机和驱动器,伺服电机和驱动器具备控制精度高、响应速度快等性能优势,在运动控制领域得到越来越广泛的应用,已经普遍应用于数控机床、包装、印刷、电子设备、纺织、塑料等行业,并且在风电、医疗器械、混合动力汽车等新兴行业开始推广。
3、运动控制技术的发展
1900年,世界上第一台电液仿形机床在意大利出现,这可以被视为是现代运动控制技术开始的标志。1945年,美国麻省理工学院研制成功了世界上第一台数控机床。在1965年的芝加哥全美机床展览会上,数控机床引起了世界各国的普遍关注。20世纪70年代后期,一些现代制造业的重要概念出现:计算机集成制造系统(CIMS)、柔性制造系统(FMS),它表明机械制造业由刚性自动化向柔性自动化方向发展,而运动控制技术的推广揭开了机械制造业第三次技术改造的序幕。进入20世纪90年代,随着计算机时代的到来,运动控制技术不断吸收计算机软件和硬件的技术成果,基于PC的运动控制技术成为时代潮流;同时交流伺服电机驱动技术的成熟极大地促进了运动控制系统的运用,运动控制技术开始大规模普及。
到了21世纪,机床乃至整个机械设备行业的数控化已经成为发展趋势;运动控制技术继续向智能化、网络化方向发展。各种新技术和新工艺持续不断地融合到运动控制技术中,进一步推动装备制造业向高技术化方向发展。
四、运动控制行业现状与发展趋势
1、运动控制行业发展现状
(1)总体情况——发展强劲
从国际上看,西方发达国家对工业运动控制技术的研发较早,技术已经较为成熟,并形成了一批国际知名的运动控制厂商如西门子、发那科、三菱等。这些厂商和产业的终端用户保持着长期合作关系,他们熟谙市场格局、技术挑战和未来的需求,并将从行业中积累的经验和技术融入到运动控制产品开发中。除了提供单台设备的运动控制系统,他们也担当工厂级别的制造自动化的总承包商,提供一站式的自动化解决方案,以帮助客户实现高生产率的制造环境。
具体到我国来看,中国作为世界上经济发展最快的国家之一,随着工业化进程的不断深化,中国运动控制市场一直保持高速增长的态势,各个行业不断出现新型数控设备。新型数控设备的运动控制需求以及传统数控设备的技术升级换代需求,都对运动控制市场提供了强大的发展动力。一批本土企业通过技术积累、专研于细分行业从而突出重围、崭露头角,获得了一定的竞争优势。国产经济型数控系统由于顺应了大多数中国用户的实际使用水平和机床制造企业数控技术配套要求,并具有一定价格优势,得到了广大用户的认同,已形成了规模优势。同时,在高端数控领域,在国家政策的大力支持下,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得到了提高,在高档数控装置技术开发和生产应用方面已经取得明显突破。
(2)与公司产品相关的运动控制市场基本情况
公司主要产品包括雕刻雕铣设备控制系统、切割设备控制系统、机械手控制系统三大类,均服务于新型自动化机械设备。
数控雕刻机和雕铣机是在十多年前才发展起来的新型数控加工设备,与车床等传统机床百多年的发展历史相比,属于一个非常年轻的产业。其应用领域从最早的专门面向雕刻发展成为应用广泛的产业机械门类。在中国,雕刻机广泛应用在广告、家具、塑料制品、铝型材等非金属或轻金属加工行业;雕铣机则相当程度替代了小型加工中心,广泛应用于各种模具、小型金属零件加工等。
作为数控加工的子行业,数控切割这些年来一直发展迅速。特别是数控技术与水射流、激光、等离子等新型切割技术结合后,催生了许多新的切割工艺。目前这些新型切割技术仍处于发展初期,其技术要求的不断提升,必将推动运动控制技术在这些领域的研究不断深化,同时也为相关运动控制产品创造巨大的市场空间。
2、市场供求状况
(1)CNC运动控制系统
数控机床行业是运动控制产品使用最多的行业,其使用的控制系统一般都是集成度较高的专用数控系统,该系统包括控制器、伺服系统和反馈装置。通常数控机床上应用的数控系统完全是由供应商以全套的同一品牌的形式进行提供,主要外资品牌有发那科、西门子、三菱等,台湾品牌有新代、宝元等,本土品牌有广州数控、华中数控、凯恩帝等。但在一些新兴应用领域,由于客户需求不同,导致分散采购程度更高。
根据中国工控网数据,2008-2015年中国CNC领域运动控制市场规模情况如下:
(2)GMC运动控制系统
根据中国工控网数据,2008-2015年国内GMC领域运动控制市场规模情况如下:
3、行业竞争格局和市场化程度
(1)高端市场呈现垄断竞争局面
随着我国机械装备技术水平的提高,中国市场对高端运动控制设备的需求相对保持稳定。尤其在高端医疗设备、高端机床、高端自动化纺织机械、高精密印刷机械、精密电子加工设备等行业,欧美和日本运动控制厂商表现突出,拥有较强的综合竞争优势。
(2)国产经济型运动控制系统竞争激烈
中低端设备制造市场容量巨大,厂商数量众多,由于这类设备厂商主要面向细分行业,性价比往往成为其首要考虑因素。相对于高端进口产品,这些制造商对价格比较敏感,需求变化相对比较剧烈,尽管面临国际品牌的竞争,国产经济型运动控制产品逐渐得到了中低端用户的认同,但是未来仍然面临较大的竞争压力。
(3)细分市场的定制化需求发展迅速
定制化市场的需求逐渐增多的主要原因在于设备制造行业从传统的大行业向细分行业和细分应用的纵深领域发展,原来通用的运动控制产品越来越不能适应特殊应用的需要。
在这样的背景下,本土运动控制产品提供商深耕细分市场,例如雕刻雕铣设备、激光切割机、等离子切割机、电子制造设备、印刷机械、纺织机械等领域,为下游客户提供具有高性价比的运动控制产品。此外,由于大部分国内整机设备制造商不具备专业的运动控制系统二次开发的技能,要求上游系统提供商在提供产品的同时能够为企业提供技术支持与个性化定制服务。国外传统品牌厂商受地域、经营成本与经营策略的影响,在为客户提供技术支持与个性化服务方面的积极性与效率较低,且收费昂贵,不能满足下游企业需求。相较之下,本土的运动控制产品提供商在为客户提供个性化服务方面相对具有优势。
4、进入本行业的主要壁垒
(1)技术壁垒
本行业属于典型的技术密集型行业,涉及数学计算、自动控制、电力电子、计算机软硬件等相关学科知识,还需要机床、加工工艺等相关领域的行业知识。企业需要拥有技术水平过硬的专业研发团队、深厚的运动控制技术积累、经验丰富的生产技术队伍,才有可能在市场竞争中取得优势地位。国内主流运动控制系统开发商通过多年的技术摸索与研发,开发出具有市场竞争力的产品,期间投入了大量的资金与时间,同时也积累储备了深厚的行业经验与高端科技人才,行业新入公司很难在短时间内通过自主研发开发出具有市场竞争力的运动控制系统。
(2)品牌壁垒
国内运动控制系统市场经过十几年的发展,已经形成了由一批主流运动控制系统开发商主导的较为稳定的市场竞争格局。一批技术与产品实力较雄厚的运动控制产品提供商在各自的优势领域树立了各自的品牌地位,形成了较强的品牌效应。由于运动控制系统是自动化机械设备的核心部件,其系统性能直接影响设备的功能实现。因此,下游设备生产商在保证性价比的前提下通常会选择具有品牌实力的运动控制系统,新入品牌难以受到下游客户的认可。
(3)客户粘性高
下游整机设备生产商需要根据所选运动控制系统产品的功能特点来设计和配置对应的电气装置,更换其他品牌的运动控制系统产品需要下游设备生产商付出相应的设计、研发成本。同时,考虑到运动控制系统是整机设备的核心部件,贸然更换,可能存在较大技术风险;并且尊重原有客户操作习惯也是整机厂商必须考虑的市场因素。基于这些原因,在其他系统功能没有明显差距的情况下,整机厂商较少主动更换运动控制系统品牌。
(4)人才壁垒
从事运动控制技术研发的公司不仅需要软硬件研发、行业应用运营、市场推广、客户服务等各领域的专项人才,而且需要具备丰富的从业经验、深刻的市场理解以及敏锐的产品直觉的高水平管理人才。由于中国运动控制行业起步较晚,发展时间较短,在人才的积累和储备上较为薄弱,而为数不多的优秀人才又往往集中于行业龙头企业,新进入者面临较高的人才壁垒。
5、行业利润水平的变动趋势及其原因
就运动控制系统生产商来说,其利润水平与其整体竞争地位密切相关。对于一些低端的运动控制产品,其技术门槛较低,参与竞争的企业数量众多,竞争相对激烈,相应的利润水平就比较低。对于一些高端的以及面向特定行业的运动控制产品,其技术门槛较高或者需要较为长期的行业知识积累,参与竞争的企业数量有限,相应的利润水平就比较高。
6、运动控制行业的发展趋势
(1)快速普及的发展趋势
随着中国制造业的不断升级、中国劳动力的短缺以及劳动成本的上升,中国很多企业长久以来依靠的劳动力优势正在逐步消失。企业需要依靠技术提升来提高生产力水平,这也促进了企业的转型升级,从而使自动化厂商获得了前所未有的市场机遇。无论是代表高精尖的高端装备制造业的持续发展,还是替代传统劳动力的劳动密集型行业对于自动控制工具的需求,都促成了自动化产业在未来一段时期内的迅速发展,从而,运动控制行业将迎来良好的发展机遇。
(2)跨行业发展趋势
传统的运动控制企业往往深耕于一两个特定的行业。随着竞争的加剧和行业的深入发展,一些有着强大的研发能力或者强大的市场及运营能力的企业开始向相关运动控制领域延伸,例如一些传统的数控系统企业进军机器人控制行业,另一些通用运动控制企业进军数控系统产业,即跨行业的发展趋势。预计未来,拥有跨行业的研发、销售能力的企业将会在竞争中获取较大的优势。
(3)基于现场总线技术的运动控制产品将成为主流
现场总线是指安装在制造或过程区域的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线,是自动化领域中底层数据通信网络。基于现场总线技术的运动控制产品的出现是网络化在运动控制领域的具体应用。
通过现场总线技术将运动控制器、驱动器、电机、传感器、人机界面等组件连接起来,实现组件之间彼此通信、控制,对整个控制系统的精度、响应能力、可操作性、可靠性、可维护性等性能指标都有巨大提高。
(4)与生产过程执行管理系统互联将成为行业重要发展方向
现在越来越多企业在制造企业车间执行层引入生产信息化管理系统,将运动控制系统与此类管理系统互联,达到设备管理、工具工装管理、项目看板管理、生产过程控制的一体化。它实现了车间级的生产设备底层数据集成分析和上层数据集成,为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。当数控设备发生实时事件时,透过生产信息化管理系统,工厂能对此及时做出反应,并用当前的准确数据对它进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应能够减少企业内部没有附加值的活动,有效地指导工厂的生产运作过程。
(5)产品定制化
由于运动控制系统与下游细分产业链的需求密切相关,随着运动控制器在行业应用的不断扩大,一些基于行业特定需求而定制的定制化产品将成为产品应用的另一个发展方向。
7、公司产品相关市场未来发展趋势
公司目前的运动控制系统服务的最终客户行业主要为家具、装修装饰、模具、触摸屏等行业。上述行业均与国民消费息息相关,随着国民收入的不断增长与消费需求的持续扩张,上述行业预计在未来几年中将保持较好的发展势头,从而带动上游加工设备行业与相应运动控制行业的需求。
(1)家具行业
刺激国内家具行业增长的因素主要来自内需增长与出口增长两个方面。中国作为新兴大国,预计未来几年内,居民消费收入仍将继续保持增长,为家具消费增长奠定重要的经济基础。同时,中国是家具出口大国,家具产品远销欧美、日本等发达国家。相较其他发展中国家,中国的家具加工生产技术、设备以及劳动力都更加成熟,并且已经在国际贸易格局中占据重要地位,家具出口优势明显。
(2)装饰装修行业
我国建筑装饰行业正处于快速增长阶段,根据中国建筑装饰协会统计,2010年行业总产值达到2.1万亿元人民币,2005年至2010年行业整体复合增长率达到13%。未来几年装饰装修行业规模的稳定增长必定将带动上游装修装饰材料加工业的发展,从而带动了对广泛用于装修装饰材料加工的雕刻机及其上游雕刻机运动控制系统的需求。建筑装饰行业2011年至2015年发展规划情况如下:
(3)模具行业
模具是工业生产中重要而又不可或缺的特殊基础工艺装备,绝大部分的标准化产品都需要模具来成型,其生产过程集精密制造、计算机技术、智能控制和绿色制造为一体,模具行业水平已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。中国模具行业十二五规划制定了到2015年行业总销售额达到1,740亿元、国内市场国产模具自配率达到85%以上的发展目标。预计―十二五期间,塑料模具、汽车模具、电子与信息产品相关的模具产品将分别维持年均15%、10%与20%的市场增长率。
(4)触摸屏行业
触摸屏玻璃精密加工是运动控制技术应用的一个新兴领域,近几年在智能手机、平板电脑等消费类电子产品迅速发展的促进下,触摸屏行业快速成长,同时也带动了触摸屏相关加工设备行业的发展。触摸屏主要应用于智能手机、平板电脑、导航仪、游戏机等电子产品,目前智能手机与平板电脑仍是触摸屏最主要的两个应用领域。中国是全球各类品牌电子设备产品最主要的制造中心,各类电子消费类产品需求的增加必将带动上游相关行业的发展。
五、影响行业发展的有利和不利因素
1、有利因素
(1)产业政策大力扶持
软件产业是国家重点发展、大力扶持的战略先导产业。自2000年以来,为了促进我国软件产业的发展,国家陆续颁布了《鼓励软件产业和集成电路产业发展的若干政策》、《关于鼓励软件产业和集成电路产业发展有关税收政策问题的通知》等一系列法规和政策,在投融资、税收、产业技术、软件出口、收入分配、人才和知识产权保护等方面提供了政策扶持和保障。2011年,国务院办公厅发布了《国务院关于印发进一步鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》,对巩固和进一步发展我国软件产业具有重要的战略意义。
同时,工业自动化和装备制造业也都是国家重点支持和培育的产业,为此国家出台了一系列扶持该行业发展的重大政策,如《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》、《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》、《装备制造业调整和振兴规划》、《工业转型升级规划(2011-2015年)》等等,要求加速装备制造业产业升级、提高设备制造的自动化水平,从客观上加大了设备制造业对运动控制相关产品的需求。
(2)制造业升级转型带来的战略性机会
经过多年的高速发展,中国已经成为全球加工制造业的中心。但是随着劳动力成本的持续上升,我国进一步发展劳动力密集型制造业的比较优势正在持续弱化,因此发展技术密集型产业,提高劳动生产率,实现产业结构转型已经成为各界共识。未来中国在从制造业大国向制造业强国转变过程中,制造业与信息技术的融合将在促进传统制造业向现代制造业转型升级中起到关键性作用。这将为本行业提供广阔的发展空间和历史性的机遇。
以运动控制技术为代表的自动化技术在传统制造行业的推广,实现了由机器代替人工进行标准化、高质量生产过程,大幅提高劳动生产率。随着运动控制技术的进一步发展与下游传统制造业的进一步整合升级,市场对运动控制相关技术与产品的需求将持续旺盛。
2、不利因素
(1)知识产权保护尚需加强
运动控制软件是典型的知识密集型产品,产品的研发需要企业投入大量人才和资金。但软件产品价值高、容易复制和盗版,同时用户尚未形成充分的付费习惯,会对软件公司收入的增长带来不利影响。因此,软件企业需要从加强保密措施、及时对产品更新换代等各个方面采取措施保护其知识产权。随着中国知识产权保护力度的加大,用户付费意识的加强,知识产权保护问题对软件企业的不利影响会逐渐减小。
(2)高质量人才供应不足
运动控制领域的开发人才不仅需要较高的计算机、微电子等专业技术素养,同时需要具备对下游应用领域技术特点的深刻理解。寻找行业经验丰富的复合型开发人才是运动控制系统开发商面临的巨大挑战。目前,国内高校与研究院并未形成一个完善有效的人才培育机制,导致推动行业技术创新的内在动力不足。相关人才的储备不足可能在一定程度上制约运动控制行业发展。
(3)与国际品牌的技术和品牌差距
以日本发那科公司、德国西门子工业自动化集团为代表的全球工业自动化领域行业巨头占据了全球运动控制领域的高端市场,尤其在军事、航天、医疗、汽车制造、机器人等领域。从国际运动控制行业的竞争格局看,我国运动控制软件市场起步较晚,通过十几年的发展,国内主流运动控制品牌已经在雕刻雕铣、冷热切割、电子制造等领域替代了进口品牌。然而,国际传统品牌在技术水平、研发平台、产品多样性和人才储备等方面存在更多优势,产品在高端市场具有更强的竞争力。
六、运动控制行业技术特点及发展趋势
1、运动控制技术的特点
(1)高可靠性
运动控制系统是数控机床、机器人、自动化生产设备等的关键功能部件,而数控机床、机器人、自动化生产设备等往往也是所在车间乃至工厂的关键生产设备。如果这些设备发生故障,轻则影响生产进度,严重的情况可能造成设备永久损坏或者被加工零部件的报废,这些都会给生产企业带来很大的损失。
高可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内以极高的概率完成指定功能的能力。在软件方面,随着控制软件的功能越来越强大,软件设计越来越复杂,软件可靠性主要体现在强大的容错能力上。当软件故障出现时,不会导致整个系统的崩溃,即系统具有自愈能力。在硬件方面,为了提高可靠性,采用经过老化和严格筛选的优质元器件;设备的组装过程也有严格的质量控制,以确保设备长期使用时的高稳定性和高可靠性。
(2)实时性
运动控制软件是实时计算领域的典型应用。实时性作为运动控制系统的一项重要性能指标,主要体现在系统对数据进行快速而准确的处理并及时作出响应,这对设备间实时通信同步精度以及系统中的任务执行效率提出了新的要求:首先是系统中控制装置与现场设备之间实时通信的同步性。运动控制系统作为强实时控制系统,对时间的滞后性相当敏感,并且在系统运行过程中,控制装置持续不断地向现场设备传输控制指令与数据,主机与伺服驱动执行命令和状态反馈必须在同一个时刻进行,因此为了使得数据传输及时有效,必须保证各单元时间上的同步性,以满足系统对实时通信的精度要求。另一方面,为了实现高速高精的发展目标,系统需要快速而有效地对复杂而又庞大的操作任务进行实时处理。
2、运动控制技术的发展趋势
(1)高速度高精度
长期以来,运动控制技术不断挑战新的速度和精度,未来相当长一段时间仍然延续这一重要的发展趋势。数控机床、精密电子制造设备等下游行业将不断推动运动控制技术向高速高精方向发展,而计算机技术、新型传感器、新的电机驱动技术等将为运动控制技术向高速高精方向发展提供技术保障。
(2)新型传感器技术的运用
随着传感器技术领域,特别是机器视觉、新型加速度和位移传感器等技术的不断发展,未来运动控制技术将通过整合这些新技术而更加智能。机器视觉的应用,不仅仅能帮助控制系统实现准确的定位,还能做到及时的判别和辨识等功能。机器视觉功能在传统的纺织及电子设备制造行业,以及一些新兴的领域,如食品饮料包装、LED生产、机械手臂及手机各部件的应用检测等领域,有着广阔的应用空间。
(3)网络化
近些年来,运动控制技术领域发展出EtherCAT(以太网控制自动化技术)、SERCOS(串行实时通信协议)等实时以太网技术,这为下一代网络化运动控制器的发展提供了技术基础。目前虽然这些技术仍处于并存发展的态势,但不断发展的技术和日益开放的技术环境,使运动控制用户的选择越来越简单易行,越来越多的运动控制供应商开始支持并采用这些技术标准。
(4)智能化
在现代传感技术、网络技术、云计算等先进技术的基础上,利用人工智能、大数据以及系统工程等方法和技术,智能控制已经深入到运动控制系统的各个方面,例如模糊控制、神经网络控制、解耦控制等,运动控制系统可以实现专家级的分析、判断、推理以及决策能力,从而实现制造设备各个部分的智能化,并最终形成一个高度智能化的、统一的机械制造系统。
七、行业的周期性、区域性和季节性特征
1、周期性
运动控制系统广泛运用于工业加工制造行业的各个领域,对推动我国加工制造业自动化、机械化进程起着重要作用。运动控制行业的发展除受到宏观经济周期的影响以外,不存在明显的周期性。中国目前仍处于工业自动化战略转型的进程中,对运动控制等自动化产品需求旺盛,因此行业的发展前景良好。
2、区域性
我国运动控制市场的分布与制造业整体格局基本相似,仍主要集中于东部及沿海地区。
3、季节性
国内运动控制行业无明显季节性特征。
八、公司所处行业与上下游行业的关系
1、与上游行业关系
与其他软件产品不同,运动控制软件的计算结果必须经硬件电路转换为电信号,才能驱动电机等执行机构,所以运动控制软件必须采取软硬件结合的系统架构。运动控制系统的原材料主要为各类电子元器件与工业计算机,原材料市场竞争充分、供应充足、价格透明。
上游行业总体来说对运动控制系统的发展提供了较为积极的促进作用。一方面,上游主要原材料的性能对运动控制系统的质量有着直接影响,随着各类电子元器件技术的持续改进,对提高本行业产品性能起着积极的推动作用;另一方面,上游市场持续充分的竞争环境利于运动控制系统生产商控制原材料的采购成本。
2、与下游行业关系
我国经济的持续增长以及经济转型战略机会的出现为行业的发展创造了较好的发展条件。中国正在从世界制造业大国向制造业强国迈进,为行业的长期向好提供了良好的需求环境。下游行业对运动控制系统性能指标要求不断提高,促进本行业不断加大在技术研发领域和自主创新领域的投入。