工业运动控制系统行业分析报告Word格式文档下载.docx
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对于工业软件来说，优秀的用户界面设计，不仅仅是美学需要，更能提高操作效率、降低操作失误机率。
该运动控制平台符合IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers电气和电子工程师协会）对开放式系统的要求：
1.具备让不同应用程序协调地运行于系统平台的能力；
2.提供面向功能的动态重构工具链；
3.同时提供统一标准化的应用程序用户界面；
4.具有互操作性、可移植性、可伸缩性、可替代性等特征。
基于通用计算机的运动控制系统更适用于加工制造领域复杂多变的加工环境，并且能够通过技术改造快速适应下游加工制造市场对加工设备功能需求多变的现状。
1、按产品应用领域划分
（1）雕刻雕铣控制系统
数控雕刻雕铣机是一种数控加工设备，通过运动控制软件计算加工路径，并通过钻铣等工艺组合实现复杂形状的加工。
随着运动控制技术的发展与成熟，雕刻雕铣机如模具雕刻机、木工雕刻机、广告雕刻机等在各类工业与消费类产品加工领域得到广泛应用，可满足各自领域复杂多变的加工需求。
由于工业运动控制行业目前没有权威的官方机构对市场规模进行统计预测，目前公开可查的只有部分咨询机构根据自身的数据收集和判断来对工业运动控制行业的市场规模进行独立统计预测。
本节中所涉及到的行业数据由中国工控网提供。
根据中国工控网数据，2008-2015年中国雕刻雕铣运动控制市场规模如下：
（2）切割控制系统
利用切削刀具、高压水射流、激光、等离子等手段进行切割加工的机械设备已大量代替手工与半自动切割机，广泛应用于加工制造行业。
以机械切割、超高压水射流为代表的冷切割工艺与以激光、等离子、火焰为代表的热切割工艺在大幅度提高加工效率与加工效果的同时，降低了企业制造成本，缩短了生产周期。
根据中国工控网数据，2008-2015年中国切割运动控制市场规模如下：
（3）机械手控制系统
机械手是工业机器人的一种，其结构类似人的手臂，可用于代替人工完成工业生产中各种繁重或者对人类产生危害的作业，从而实现生产的自动化、标准化，提高生产效率，保护生产人员人身安全。
机械手种类繁多，应用领域广泛，可应用于汽车制造、轨道交通、塑胶加工、机械制造、冶金、电子制造、军工、航天航空等众多行业。
机械手一般分为关节机械手和直角坐标机械手两类，公司目前主要产品可应用于直角坐标机械手。
运动控制系统通过对直角坐标机械手进行驱动及编程控制，使用多点插补方式实现机械手直线、曲线等运动轨迹，通过对示教编程、坐标定位、视觉识别等工作模式的设计，实现不同领域、不同工况的应用要求。
2、产品按照硬件形态划分
由于运动控制软件的计算结果必须转换为电信号，并输出到伺服电机或者步进电机，驱动控制对象按照计算结果运动，所以运动控制软件必须采取软硬件结合的系统架构，具体如下：
（1）信号I/O的需求：
数控设备在实际工作中，以电信号作为信息交互手段，需要硬件设备来接受或产生电信号；
（2）提供其他控制功能接口的需求：
在不同的行业应用中，用户具有不同的附加控制需求，从而需要硬件提供相应接口；
（3）产品保护和加密功能的需求：
为了更好的实施产品保护，采用多种加密手段，也需要一个硬件平台作为载体。
（1）运动控制卡
运动控制卡是数控软件的底层控制算法的载体以及硬件接口，需要整机生产商另行为运动控制卡配备PC机。
优点是客户可以根据加工需求自行选择合适型号的PC机，也可以方便使用PC机上安装的CAD/CAM等其他软件，从而系统灵活性较高。
运动控制卡产品外观如下图所示：
（2）一体化运动控制器
一体化运动控制器集成了运动控制卡、CPU主板、显示器（液晶屏）、专业操作面板等。
优点是使用方便，并且避免了整机生产商在自行组合环节可能出现的问题，但缺点是价格较贵，无法对工业PC机配置的型号进行自由选择。
一体化控制器产品外观如下图所示：
二、行业主管部门、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。
我国对软件行业实行企业认证制度，对软件产品、软件著作权实行登记制度。
我国软件企业认证的业务主管部门是国家工业和信息化部。
经审查合格的软件产品由省级软件产业主管部门批准，核发国产软件产品登记证书。
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：
工业运动控制系统提供商，其下游应用领域主要在工业自动化相关的先进制造行业，先进制造行业的相关法律法规及政策也对公司的生产经营产生较大的影响，先进制造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。
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，NumericalControlSystem）
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（HardNC）；
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,ComputerNumericalControlSystem），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，GeneralMotionController）
通用运动控制器是不面向特定设备的运动控制器。
通常这个术语和“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。
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，MotorandDriver）
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）细分运动控制市场基本情况
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、行业主要企业及其市场份额
由于运动控制系统应用范围极其广泛，其下游应用领域众多，不同行业对于运动控制系统的需求不一，不同行业运动控制系统的应用深度与普及程度都有着很大的差别。
正是由于应用领域的广泛性，在现阶段，运动控制系统提供商一般专注于一种或几种行业领域的应用，由于这些细分行业比较分散，整个运动控制系统行业各个厂商的市场份额缺乏统一权威的统计口径和统计数据。
5、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
升级会员 