伺服系统行业专题研究：持续受益高端装备发展，国产化方兴未艾

（报告出品方/作者：中信建投，吕娟）

定义：伺服系统是以物体的位移、角度、速度为控制量组成的能够动态跟踪目标位置变化的自动化控制系统，是一种是在变频技 术基础上的运动控制部件，可实现精确、快速、稳定的位置控制、速度控制和转矩控制，主要应用于对定位精度和运转速度要求 较高的工业自动化控制领域。 构成：伺服系统由伺服电机、伺服驱动器与编码器组成。其中，伺服电机是伺服系统的执行元件，其作用是把接受的电信号转换 为电动机转轴的角位移或角速度；伺服驱动器是伺服电机的一种控制器，一般通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控 制，以实现高精度的传动系统定位；编码器将信号或数据进行编制，转换为可用于通讯、传输和存储的信号形式，一般将编码器 视为伺服电机的组成部分，多数伺服电机生产厂商外购或自研编码器，将伺服电机与编码器配套出售。

未来的数字化工厂从上到下包括信息层、控制层、驱动层、执行层、传感层，伺服系统中的伺服驱动器、伺服电机、 编码器分别对应驱动层、执行层、传感层。因此，伺服系统相当于工业生产系统的中枢神经+肌肉骨骼+感受系统。构成：伺服系统由伺服电机、伺服驱动器与编码器组成。其中，伺服电机是伺服系统的执行元件，其作用是把接受的 电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度；伺服驱动器是伺服电机的一种控制器，一般通过位置、速度和力矩三种 方式对伺服电机进行控制，以实现高精度的传动系统定位；编码器将信号或数据进行编制，转换为可用于通讯、传输 和存储的信号形式，一般将编码器视为伺服电机的组成部分，多数伺服电机生产厂商外购或自研编码器，将伺服电机 与编码器配套出售。

伺服系统各项性能都优于步进系统。伺服系统（交流伺服）比步进系统精度更高，两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9， 五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°，伺服电机的控制精度则由编码器保证，对于带17位编码器的电机而言，驱动 器每接收2^17=131072个脉冲电机转一圈，其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655；伺服系统响应更快，步进系统从静止加速到工作转速需要200~400毫秒，交流伺服系统仅需几毫秒；伺服系统可靠性更强， 步进多为开环控制，易出现丢步、过冲现象，交流伺服系统为闭环控制，编码器会反馈信号内部构成位置环和速度环，实时调整； 伺服系统具备过载能力，步进电机一般不具有过载能力，交流伺服电机具有较强的过载能力，可用于克服惯性负载在启动瞬间的 惯性力矩。

伺服系统与变频器技术同源，但具备位置控制功能，精度更高，适用于小功率场景。伺服系统和变频器相同点在于，伺服系统中的 伺服驱动器和变频器都要实现变频功能，即将工频电源整流为频率可调的交流电从而控制电机转动；两者不同点在于，首先，伺服 驱动器比一般变频器有更精确的控制技术和算法运算，在功能上最主要的差异是伺服系统可以进行精确的位置控制，而变频器则无 位置环；其次，伺服系统多采用永磁同步交流电机，而变频器主要控制交流异步电机，受工艺限制10KW以上的永磁同步交流电机价 格昂贵，因此大功率场景下多采用性价比更高的变频器驱动异步电机，伺服系统则一般用于小功率场景。综上，能用变频器控制的 场合几乎都能用伺服取代，关键在于价格（伺服系统远高于变频器）及功率。

2008-2021年伺服系统市场规模整体呈现快速增长态势。我国的伺服系统产业起步较晚，2000年以后随着国内中高端制造业不断 发展，各行各业在生产制造活动中越来越多地需要使用伺服系统来满足其高质量和高精度产品的要求，这一需求促使国内伺服系 统市场呈现快速增长趋势。2008-2021年，国内伺服系统市场规模由24.5亿元增长至279.3亿元，CAGR高达20.59%，其中，2021年 增长较快，同比增长37.09%，主要受益于2021年上半年制造业景气度较高，需求较为旺盛。 2022年前三季度通用伺服市场规模有所下滑。2022年前三季度通用伺服市场规模为173.3亿元，同比下滑3.45%，主要受到2022年 传统制造业景气度较弱以及国内疫情影响。

通用伺服系统可以在不同行业广泛应用，主要为交流电伺服系统。通用伺服系统市场规模较大，2021年我国通用伺服 系统市场规模为233.3亿元；其下游应用广泛，包括电子及半导体、机床、机器人、包装、纺织、塑料、纸巾等。专 用伺服系统根据不同行业需求定制化开发，提供专业化产品，主要为交流电伺服以外的其他品类伺服，其市场规模较 小，2021年我国专用伺服系统市场规模为46.0亿元；其下游应用领域包括风力发电、矿山机械、缆车索道、电梯等。 从市场结构来看，我国伺服市场中，通用伺服市场规模占比约为80%，专用伺服市场规模约为20%，近年来基本保持稳 定。由于通用伺服市场空间大，国产化率相对低，本文将重点讨论通用伺服。

通用伺服系统下游较为集中。通用伺服有不少于17个下游行业，包括电池制造设备、电子制造设备、工业机器人、光伏设备、包 装机械、半导体、激光、雕刻机、机床等。2022年前三季度，占比最高的前五个行业为电子制造设备、电池制造设备、工业机器 人、光伏设备、包装机械，分别占比15.81%、13.56%、10.44%、7.57%、6.57%，合计占比达到53.95%。 通用伺服下游多为高端装备赛道，且占比逐年提升。若将电子制造设备、电池制造设备、工业机器人、光伏设备、半导体、激光 定义为高端装备赛道，其余定义为传统行业，由于通用伺服小功率、高精高效的特性更能满足高端装备的需求，当前下游景气赛 道占比已超60%且提升显著，从2017年到2022年前三季度，高端装备赛道占比由55.36%提升至65.35%，提升了近10个pct。

如果以1992年小平同志南巡讲话为起点，我们认为中国制造业发展至今，经历了三个不同特点的发展阶段： 第一阶段，1992-2011年，我们称之为“制造大国”阶段，凭借劳动力成本优势，中国制造物美价廉，既满足了改革开放后国内人民群 众对生活生产物资的需求，又飘洋过海享誉全球，这个阶段我们制造业更多是“走量”，在新技术上更多是模仿、跟随策略。 第二阶段，2012-2016年，即“供给侧改革”阶段，在这个阶段，传统行业经历了或主动或被动的出清过程，很多小企业退出市场，集 中度提升，竞争格局优化。

第三阶段，2017年起，我们称之为“产业升级”阶段，一方面中国制造业发展阶段决定了产业升级是必由之路；另一方面，外部环境 多变，美国发起的贸易摩擦、实体清单、针对我国半导体产业链的进一步制裁，还有全球疫情、俄乌战争等等，都要求通过制造业产业升 级实现核心产品、核心制备的自主可控，降低对海外供应链的依赖，改变制造业大而不强的局面。

国产厂商份额大幅提升，2017年内资份额为9.7%，通用伺服市场几乎被外资垄断，2022年前三季度内资份额达到30.5%，较2017 年提升了20.86个pct，国产品牌显著进步；日系份额下滑明显，2017年日系份额高达49.31%，2022年前三季度份额则下滑至 29.11%，明显失守；欧美系厂商份额稳中有升，2017年欧系和美系份额分别为11.69%、1.27%，2022年前三季度份额分别小幅提 升至15.60%、1.43%，欧美系品牌占据的市场较为坚挺；台资份额波动略有下滑，2017-2022年前三季度台资份额基本在7-8%附近 波动，自2020年起至今份额略有下滑，从8.33%下滑了2.22个pct至6.11%。 通用伺服市场集中度高，头部厂家占据大部分市场份额。2017-2022年前三季度，伺服市场CR10在70%左右，CR5在50%左右，CR3 在40%左右，略有波动但基本稳定。

国产新兴伺服厂商不断涌现。首先，汇川技术份额提升幅度最大，从2008年的0.1%的市场份额提升至2022年前三季度的21%，为 份额提升幅度最大的国产厂商。从伺服销售额角度，汇川已远超西门子、松下、安川等老牌外资龙头。其次，国内涌现了一批新 兴国产伺服品牌，如禾川科技、无锡信捷、雷赛智能等，2022年前三季度市场份额已分别达到3.4%、2.4%、1.3%。最后，老牌国 产厂商经历洗牌，和利时、星辰科技、珠海运控、步科股份等老牌国产厂商进展较慢，埃斯顿份额则有小幅提升，从2008年的 1.6%小幅提升至2022年前三季度的2.4%。

国产化率加速提升。①2008-2017年，九年间伺服国产化率仅提升了3.55个pct；②进入2018年，国产伺服经过多年积 累技术井喷，根据SooPAT，当年伺服系统相关申请专利数量达到历史高点，增速高达36.8%，国产伺服开始形成对国 外品牌的有力竞争，当年国产化率提升了2.16个pct；③2020年起，国产厂商抓住了外资供应紧张的机会，从2020年 到2022年的四年一期中，通用伺服系统国产化率分别提升了6.21pct、5.42pct、6.94pct，三年合计提升18.57pct， 超越2008-2020年十二年来国产化率提升的总和。

通过多年的技术积累，国内头部企业已掌握了伺服系统三环综合矢量控制技术、高级智能调整算法技术、高速高精度 编码器技术、高速总线控制技术等一系列核心技术。国产伺服系统在产品易用性上大幅提升，部分产品已经可以在转 矩精度、速度波动率、速度环带宽、控制周期等性能参数上接近国外主流品牌。

受原材料涨价、上游芯片供应紧张引起的外资工控 产品涨价潮仍在持续。受到俄乌冲突、疫情等因素 影响，外资工控厂商面临原材料价格上涨、芯片供 应紧张等压力。2021年，考虑到中国本土品牌价格 较低、伺服市场竞争激烈、担忧客户流失等因素， 外资厂商多数没有进行大幅涨价；2022年价格影响 因素并未缓解，叠加人民币贬值影响，外资品牌频 繁提价。具体来看，西门子和三菱在伺服产品方面 提价两次，罗克韦尔继2021年提价后于2022.12再次 发布涨价通知，ABB、台达、施耐德、丹佛斯等也对 伺服价格进行上调。在外资频繁涨价背景下，国产 品牌价格优势更加凸显。

受原材料涨价、上游芯片供应紧张引起的外资工控 产品涨价潮仍在持续。受到俄乌冲突、疫情等因素 影响，外资工控厂商面临原材料价格上涨、芯片供 应紧张等压力。2021年，考虑到中国本土品牌价格 较低、伺服市场竞争激烈、担忧客户流失等因素， 外资厂商多数没有进行大幅涨价；2022年价格影响 因素并未缓解，叠加人民币贬值影响，外资品牌频 繁提价。具体来看，西门子和三菱在伺服产品方面 提价两次，罗克韦尔继2021年提价后于2022.12再次 发布涨价通知，ABB、台达、施耐德、丹佛斯等也对 伺服价格进行上调。在外资频繁涨价背景下，国产 品牌价格优势更加凸显。

2017-2021年，电子制造设备、电池制造设备、工业机器人、光伏设备、半导体合计贡献伺服市场55.6%的增量。中国在光伏、锂 电和电子制造方面有全球优势。光伏方面，我国光伏组件产量连续15年位居全球首位，供应全球约80%的量；锂电方面，2021年内资电池厂产能是外资的1.63倍，2025年预计该比值将扩大到2.54倍；电子制造方面，得益于中国制造优势，我国3C设备产能占 据全球的70%。此外，出于自主可控需求，我国半导体和工业机器人过去几年也发展迅速，2016-2021年中国半导体设备市场规模由64.5亿美元提升至296.2亿美元，CAGR为35.65%，2016-2021年国产品牌工业机器人销量由1.71万台增长至8.21万台，CAGR为 36.82%，均属于高成长赛道。国内新兴需求为国产伺服带来机遇。

头部厂商仍有提升空间，且头部示范作用有助引领其他国产伺服品牌突围。对于头部厂商汇川技术而言，2022年前三 季度通用伺服市场份额为21%，实现销售额36亿。结合公司提出的“双50”规划，即50%份额和50亿收入目标，我们认 为汇川有望在2022年可完成50亿的伺服收入目标，但在市占率方面仍有较大提升空间。对于非头部厂商而言，伺服市 场份额提升空间仍较大，2022年前三季度禾川、信捷、埃斯顿、雷赛市场份额分别为3.4%、2.4%、2.4%、1.3%，较汇 川技术差距较大，我们认为这些国产厂商未来将受益于：①客户端已经建立的对国产品牌的良好接受度，②参考汇川 技术厂商在产品、销售、赛道选择等方面的成功经验，从而进一步提升自身份额。

新能源领域积累大量应用案例，帮助国产伺服全面提升国产化率。2022年全年，预计汇川技术能源SBU（主要为新能 源相关行业）占其工业自动化下游约25%，禾川科技下游中新能源占比有望达到50%，埃斯顿下游中新能源占比达到 40%，2022年雷赛和信捷也开始在新能源布局。根据测算，预计新能源领域的伺服国产化率达到50%以上。 如果剔除新能源下游，2022年前三季度伺服国产化率仅为23%，随着在新能源市场积累应用案例并实现品牌认可度提 升，我们认为国产品牌在非新能源市场进展有望进入加速期。

伺服系统中编码器成本占比约11%。根据埃斯顿招股书披露的伺服系统成本占比，2021年伺服驱动器、伺服电机、编码器市场规模分别为117.3亿、97.7亿、30.7亿元。在伺服系统中，编码器市场规模虽只有约30亿，成本占比仅约11%但其对电机精度的重要作用决定了国产厂商对该领域会加大投入争取突破当前外资垄断的竞争格局。编码器分辨率决定了伺服系统的控制精度十分重要。编码器（Encoder）是一种可以将角位移或直线位移转换成电信号，并将电信号进行解析、编制和转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备，伺服编码器通常安装在伺服电机上用以测量磁极位置和伺服电机转角及转速。编码器对伺服系统性能起决定性作用对伺服电机的定位精度、速度稳定性、功率损耗和安全性都有重要影响。

根据工作原理不同，可分为光学编码器和磁性编码器。二者的主要区别在成本、精度和耐用性三个方面。光学编码器由光源、码 盘和光电敏感元件所组成，通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，光编码器寿命长、精度高，但成本 也较高。磁性编码器由磁阻传感器、磁鼓和信号处理电路组成，应用了电磁感应的原理，将磁鼓刻录成等间距小磁极，旋转时产 生周期分布的漏磁场，磁传感器探头把变化的磁场信号加以处理转化成计算机可识别的信号。磁编码器由于结构较光编码器更简 单，因此成本低，耐用性好，但精度不如光编。

核心技术平台化能够帮助公司扩展业务领域。围绕对电机轴的控制技术，汇川技术从工控业务成功延伸至工业机器人、新能源汽 车、轨道交通、电梯大配套领域。尽管市场的形态、客户有所不同，但新能源、轨道交通领域业务本质都是对电机的控制，公司 便通过在自动化领域积累的大量技术储备进行技术平台层面的延伸，设计生产相关产品。

组织管理平台化帮助公司把握市场机遇。对外市场管理方面，汇川技术将下游客户划分为先进、高端、能源、过程工业、重工、 通用区域等SBU，覆盖约70个行业，基于对市场良好的敏感度将研发与市场紧密联动，识别并把握行业技术变革机会，并通过新产 品对现有客户提供新的解决方案。对内运营管理方面，汇川技术推进产品线/行业线/区域线/SEU（超级用户）四个组织协同作战， 配合各IPMT（高层决策团队）快速组建产品销售与服务团队，及时响应客户需求。

平台化能力有助于降低成本。经过19年的发展，目前汇川技术已成为国内领先的工业自动化产品供应商和新能源汽车 电控产品供应商。收入规模、产品品类、业务领域的不断扩大产生了规模效应，为汇川技术的带来的采购和制造成本 节约。采购成本方面，公司于2018年与英飞凌签署战略合作协议，同时公司也是倍福的战略客户，一定程度为2021年 缺芯背景下实现保供提供了条件。制造成本方面，以伺服为例，2011-2021年公司的伺服毛利率明显领先其他内资厂商， 成本优势明显。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）