技術前沿：中國工業自動化與智能化

在自動化驅動領域，變頻器涉及電力電子、計算機、自動控制、運動控制、電機、傳感器等多項學科領域，無論在理論上還是設計及制造工藝上，都需要較高的技術水平和經驗積累，因此對人才隊伍有較高的要求。行業需要在軟件、硬件、結構、電磁兼容、安規設計等方面具備較高理論素養和較高實踐水平、經驗豐富的技術人才。變頻器研發需要在硬件設備、軟件工具、人才等多方面的持續投入。

在設備智能操控系統領域，涵蓋圖像處理、點云數字分析、算法、AI識別等多領域技術，這些技術應用到工業領域存在著較高的門檻，以智慧港口、水泥智能化應用為例，業內企業需要將物聯網、人工智能、大數據等新一代信息技術更加深入的融合應用于相關的企業生產運營管理系統中，才能逐漸實現企業的自動化、智能化、智慧化運營目標。

工業自動化根據自動化層級遞進順序主要可分為設備單機自動化、設備生產作業過程自動化和企業生產管理自動化。

自動化驅動產品與智能操控系統主要用于工業自動化中的設備自動化領域，其中自動化驅動產品是實現設備單機自動化的核心部件；智能操控系統是在設備單機自動化的基礎上，實現設備生產作業過程的自動化，即設備操控的遠程化或自動化。

自動化驅動產品主要包含變頻器和行業專機。變頻器是設備內部單機自動化控制系統中，應用最為廣泛的核心驅動產品之一，變頻器主要是通過調節電流頻率控制電機的轉速與轉矩，實現對各行業各類設備的機械傳動控制；行業專機是在變頻器的基礎上，根據各行業具體應用場景需求，添加行業專用控制器、傳感、安全保護等功能模塊或配件，并集成為一體形成專機形態，其主要工作原理、技術特征及核心功能模塊仍與變頻器產品趨同。

智能操控系統是在設備單機實現自動化的基礎上，實現對設備群操控的遠程化或自動化，即實現設備生產作業過程的自動化，將操控人員（即司機）工作場所由設備上的“司機室”變成了遠程的“中控室”，將傳統的一人現場操控一臺設備改變成一人遠程監控或操控多臺設備，改善了操控人員工作環境、減少職業健康危害，同時通過系統操控設備自動化作業可以節省用工數量、降低人工操作出錯率、提高設備作業效率與作業質量。 ? ?

自動化驅動產品主要應用領域為各行業領域的中大型起重、搬運設備以及盾構機的單機自動化控制系統，該類設備實際運行工況中對低速大轉矩、帶負載電機動態自學習、多電機剛性同步、防搖擺等控制技術有著較高的要求，該領域變頻器產品長期被安川、西門子、ABB、丹弗斯等國外品牌所壟斷。

（1）變頻器

變頻器基本概念

是應用變頻技術與微電子技術，通過把電壓與頻率固定不可調的交流電（通常來自電網端）通過“整流—逆變”成電壓和頻率可變可調的交流電，以實現對機械設備上電機的轉速、轉矩進行控制，從而實現對機械設備整體運轉的調速控制。 ? ?

變頻器通常由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動等單元組成。整流是指對電網輸入的三相不可調交流電進行整流，將交流電整流成直流電；濾波是通過對電路中所需頻率之外的電信號或諧波進行濾除，以獲得所需頻率段質量較高的電源；逆變是指將直流電轉化成為電壓和頻率可變可調的交流電；制動單元主要是對電機運行過程中由于減速或勢能下降所產生的再生電能進行及時消耗，避免由于返回電能過大導致變頻器直流電路電壓過高，從而產生損壞。

通常情況下，制動單元是通過在直流電路上直接并聯制動電阻，對電機再生發電返回的電能直接通過電阻轉化成熱能消耗掉。

變頻器產品根據電壓等級不同，可以分為低壓變頻器（690V以下）和中高壓變頻器，目前低壓變頻器占據市場的主導地位。根據中國工控網《2022年中國自動化市場白皮書》顯示，2021年度我國低壓變頻器市場占整個驅動系統產品市場規模的80.86%。

低壓變頻器，其根據驅動電機或電機組數量的不同可以分為單傳動變頻器和多傳動變頻器。單傳動變頻器是指一個變頻器包含一個逆變器，同時只能驅動一個或一組電機，其工作原理與上圖“變頻器基本工作原理示意圖”一致，產品功率范圍涵蓋0.4kW至1,120kW。多傳動變頻器是指一個變頻器包含多個逆變器，同時能驅動多個或多組電機。

多傳動變頻器是針對各行業對節能減排、綠色發展的訴求，推出的一款節能型產品，主要應用定位于港口機械、盾構機等功率相對高、能耗相對大、且存在多電機組協同作業的設備或設備組。 ? ?

多傳動變頻器通常由一個整流回饋單元連接并聯在直流線路上的多個逆變器，驅動多個或多組電機運行，產品功率范圍涵蓋5.5kW至2,400kW。

多傳動變頻器主要通過以下兩方面實現了電能的循環利用，達到節能降耗的目的：一方面，通過在直流電路并聯多個逆變器，可同步驅動多個或多組不同頻率運轉的電機，不同電機或電機組之間電能可以互相連通，使得處于發電狀態的電機所產生的再生電能可以直接用于驅動處于用電狀態的其他電機運轉；

另一方面，電網端通過用“LCL濾波+IGBT整流”組合成的“整流回饋單元”代替了傳統的二極管整流，實現了電流的雙向高質量流通，即當所有電機整體處于再生發電狀態時，再生電能不再通過電阻轉化成熱能消耗掉，而是直接通過整流回饋單元返回至電網，從而實現電能的循環利用。

變頻器關鍵技術性能指標

變頻器關鍵技術性能指標包括電機矢量控制基礎性能指標、電機參數自學習功能指標、硬件功能指標、行業特色功能指標。

①電機矢量控制基礎性能指標

電機矢量控制基礎性能指標包括啟動轉矩、穩速精度、轉矩響應、轉矩精度、調速范圍、寬電壓輸入范圍、開環矢量起升機構運行中反向，前述指標具體衡量標準如下： ? ?

A、啟動轉矩：能在更低的速度提供更大的轉矩代表低速性能越好；

B、穩速精度：該值越小代表電機速度越接近給定速度，精度越高；

C、轉矩響應：該值越小代表轉矩響應速度越快；

D、轉矩精度：該值越小代表轉矩精度越高；

E、調速范圍：調速范圍越寬代表可控制電機在更低的速度穩定運行；

F、寬電壓輸入范圍：該值下限越低代表越能適應低電壓下的重載工況；

G、開環矢量起升機構運行中反向：允許反向代表更好的低速性能和更高的效率。

②電機參數自學習功能指標

電機參數自學習功能指標包括帶載自學習能力、最低動態自學習速度、轉動慣量自學習能力、速度環PI參數自整定，前述指標具體衡量標準如下：

A、帶載自學習能力：該值越大代表能更多的適應電機不脫軸的工況；

B、最低動態自學習速度：該值越低代表越能適應電機不脫軸的工況；

C、轉動慣量自學習能力：是否具備此功能，可解決加減速過程中對負載的判斷；

D、速度環PI參數自整定：是否具備此功能，可解決現場速度環參數調試的效率高低。

③硬件功能指標

硬件功能指標包括過載能力、多電機切換功能、故障記錄功能、自由功能塊功能、與其他品牌變頻器位置同步功能，前述指標具體衡量標準如下：

A、過載能力：越大的過載倍數持續的時間越長，代表變頻器適應負載短時過載的能力越強；

B、多電機切換功能：該值越多代表變頻器可分時驅動電機的數量；

C、故障記錄功能：故障記錄信息越多越豐富，越能方便故障原因的診斷；

D、自由功能塊功能：是否具備此功能，決定變頻器二次邏輯開發的能力； ? ?

E、與其他品牌變頻器位置同步功能：是否具備此功能，決定變頻器是否能與其他品牌變頻器共同驅動非剛性聯接負載。

④行業特色功能

行業特色功能指標包括制動器失效保護、定位+防搖擺功能、回轉平穩控制功能、平穩起升控制功能、防沖頂控制功能、反檔急減速功能、軟著陸功能、重量檢測功能，前述功能指標提升起重機械等設備起升運行過程穩定性、安全性、運行效率。

（2）行業專機

行業專機是

根據不同行業客戶在具體應用場景中對設備自動化控制的驅控一體化、功能集成化、裝配空間集約化等一系列個性化需求，在變頻器的基礎上，添加各類行業專用控制器、傳感、安全保護等功能模塊或配件，并集成為一體形成專機形態。相較于單一變頻器，行業專機功能更加多元化，產品更加集約化，操作更加方便。

專機產品根據不同客戶需求增加了其他功能模塊或配件，但其主要工作原理、技術特征及核心功能模塊仍與變頻器產品趨同。

智能操控系統簡介

送設備傳統的操控方式都是由人員在設備現場或設備上的司機室進行操控，該類設備現場工作環境中普遍存在噪聲、粉塵等因素，且受天氣寒熱影響大，因此傳統的操控方式普遍存在操控人員工作環境差、勞動強度高、對身體傷害大等特征，且工作效率受操控人員精神狀態、工作經驗、晝夜及氣候變化等因素影響，生產效率不穩定，同時安全性也得不到根本保障。

安裝了智能操控系統的設備，可以實現遠程操控或者完全自動化操控，相較于傳統的現場操控方式，大大改善了操控人員工作環境、減少職業健康危害，同時可以節省用工數量、降低操作出錯率、提高設備作業效率與作業質量。 ? ?

智能操控系統屬于“軟硬件一體化”產品。硬件部分主要包括各類具備傳感、傳輸、控制、算力等功能的硬件或軟件載體；軟件部分主要包括各類感知、決策、執行及交互類算法或軟件，軟件部分根據不同行業設備的作業需求，結合硬件產品特性，自行搭建軟件系統構架，并自主開發各構架層算法或軟件。

具體到項目執行中，主要是根據客戶具體訴求，結合設備工況環境，自行設計技術方案，并根據方案對各類硬件進行選型、采購、現場安裝布置，同時于硬件中安裝各類程序或軟件，并完成軟硬件各項功能調試，形成軟硬件高度一體化融合的智能操控系統，操控設備實現自動化生產作業。

智能操控系統具備信息化程度高、軟硬件融合度好、功能全面、性能穩定等優勢。智能操控系統的軟硬件整體架構一般可分為數據層、服務層、應用層和交互層四個層級：

①數據層是對基礎信息的采集，負責數據信息的生成、采集、優化及存儲。

信息采集主要包括通過攝像儀、激光雷達、毫米波雷達、紅外熱像儀、位置標識卡、編碼器等各類數據采集與感知設備，完成對圖像、三維點云、位置等各類基礎信息的收集；以及通過建立客戶生產作業管理系統與公司智能操控系統之間的通信，實時獲取客戶的生產作業指令信息；

②服務層是對基礎信息的有效處理、傳輸與決策，實現生產作業指令的在智能操控系統各構架層之間的有效通信，以及完成作業指令的自動化執行。

服務層是智能操控系統的核心技術支撐，通過搭建系統構架、開發各層級軟件并對硬件進行安裝布置與集成，最終實現設備的自動化作業。

底層通過自行開發點云3D重建、機器視覺、多模態融合感知、決策規劃等技術對數據層獲取的基礎信息進行解析，轉化成能被智能操控系統有效識別的信息；

中層根據設備自動化作業的需求，利用解析后的基礎信息針對性開發出系統各功能子系統（如定位系統、引導與糾偏系統、作業對象識別系統、吊具防搖系統、安全防護系統等），并通過軟件系統形成決策指令； ? ?

上層通過PLC通信程序建立智能操控系統與設備上單機自動化控制系統的通信，根據決策指令引導設備全自動完成作業，或者通過交互平臺的智能操控軟件進行人工遠程操控完成作業。

③應用層是智能操控系統所能實現的目標，即產品的最終具體應用。

智能操控系統除能實現設備生產作業流程自動化外，可以衍生出設備管理、作業區域管理、數據統計與分析等多種應用功能。

④交互層是人機交互界面，提供用戶與系統的友好訪問與互動。

交互層是智能操控系統的可視化界面與遠程操控平臺，傳統的設備操控交互層位于設備上的操作室，智能操控系統的交互層位于遠程的中控室。

管理系統軟件

管理系統軟件是在設備單機自動化以及作業流程自動化的基礎上，結合具體行業客戶對整個生產運營管理自動化的訴求，針對性開發的自動化與信息化軟件產品。產品主要包括全生命周期資產管理系統、生產操作管理系統、機器智能管理系統、機械動態監視系統、管控一體化系統等軟件產品。 ? ?

工業自動化層級情況

（1）自動化驅動產品與單機自動化

單機自動化即單臺設備的自動化控制，主要是通過設備自身的自動化控制系統帶動設備的各機械部件實現運轉，利用人工現場操控設備完成單臺設備的各項生產作業指令。

設備單機自動化控制系統主要包括控制層、驅動層和執行層，而控制層與驅動層通過系統集成商進行集成組合形成電控系統，實際操控中，由人工通過設備上的人機聯動臺（即人機界面）輸入操控作業指令，指令通過電控系統轉化成頻率、電壓可調整的交流電輸出，從而控制執行層電機（也稱電動機或馬達）的轉動，最終帶動設備各機械單元按預期規劃運轉從而完成作業指令。 ? ?

（2）智能操控系統與生產作業自動化

智能操控系統是在設備單機實現自動化的基礎上，實現對設備群操控的遠程化或自動化，即實現多個設備生產作業過程的自動化。智能操控系統并不改變單機自動化控制系統的內部結構和控制路徑，而是在單機自動化控制系統的基礎上“做加法”。

智能操控系統可以替代人的感官、四肢及部分腦力分析與決策。主要是通過智能控制技術替代人工現場操控設備，使得設備或設備群在不需要人工干預的情況下按照既定操作指令與程序運轉，完成各項生產作業指令。

①智能操控系統對人的感官的替代 ? ?

通過在設備外部及作業區加裝攝像儀、激光雷達、毫米波雷達、紅外熱像儀、位置標識卡、編碼器等各類數據采集與感知設備，并進行設備二次開發，主要用于代替人的感官對周邊環境數據進行采集。

②智能操控系統對人的大腦分析與決策的替代

通過搭建軟硬件系統構架，對各類具備傳輸、控制、算力等功能的硬件或軟件載體進行選型、采購、現場安裝布置，同時于硬件中安裝公司自主研發的各類決策、執行及交互類算法或軟件，形成具有分析與決策功能的“軟硬件一體化”智能系統，主要用于代替人的大腦對感官獲取的信息進行處理、分析與決策。 ? ?

③智能操控系統對人的四肢操作的替代

通過建立智能操控系統與單機自動化控制系統間的通信程序，將決策指令自動傳送給單機自動化控制系統，并引導設備或設備群完成生產作業指令，主要用于代替人的四肢對操控手柄進行操控并完成生產作業。 ? ?

智能操控系統能部分或全部替代人工的感官、四肢及部分腦力分析與決策活動，在不需要人工介入的情況下實現對各類大型起重、輸送設備群的遠程或自動化操控，完成生產作業，其對應生產作業自動化層級。

（3）管理系統軟件與生產管理自動化

管理系統軟件是公司在設備單機自動化以及作業流程自動化的基礎上，結合具體行業客戶對整個生產運營管理自動化的訴求，針對性開發的自動化與信息化軟件產品，旨在幫助客戶實現生產管理自動化。 ? ?

自動化驅動產品生產工藝流程圖：

自動化驅動產品包含了電機矢量控制、整流回饋控制、帶負載電機動態自學習、同步控制、回轉平穩控制、防搖擺控制、回轉斷電平穩減速控制、起重機制動器失效保護等多個領域技術，包括底層軟件算法、技術設計能力、產品設計能力、產品創新優化能力等，從而促進產品迅速迭代并落地生產，有效滿足下游客戶對產品的各類需求。

（1）工業自動化行業發展概覽

工業自動化產品是現代化工廠實現規模、高效、精準、智能、安全生產的重要前提和保證，應用十分廣泛，發展前景良好。進入21世紀以來，以人工智能、機器人技術、電子信息技術等為代表的第四次工業革命進一步整合機械和電子系統，工業自動化水平進一步提升，與之相應的工業自動化設備需求也不斷增長。 ? ?

我國工業自動化行業雖然起步較晚，但發展勢頭強勁，尤其在制造業轉型升級的大背景下，我國傳統工業技術改造、工廠自動化和企業信息化均需要大量工業自動化控制系統，市場潛力巨大。中國工控網發布的數據顯示，2022年，我國工業自動化市場規模達到2,611億元，同比增長3.2%。伴隨供給側改革進一步深化，預計2023年市場規模將達到2,822億元。2017-2023年我國工業自動化市場規模與增速情況如下：

近些年，我國政府制定的工業自動化控制產業政策對行業發展起到了積極地引導和支持作用，國產品牌憑借快速響應、成本、服務等本土化優勢不斷縮小與國際巨頭在產品性能、技術水平等方面的差距，市場份額自2009年的24.80%逐漸增長到2022年的43.70%，工控行業正進入一個國產品牌全面替代進口品牌的快速發展階段，國內廠商市場占有率將有望不斷提高。2009-2022年工業自動化本土品牌市場份額變化趨勢如下： ? ?

隨著控制工程學、人機工程學、計算機軟件、嵌入式軟件、電力電子、機電一體化、網絡通訊等學科的不斷發展，現代工業自動化技術日益完善，基于信息化帶動工業化生產的理念，智能化、微型化、網絡化、平臺化、集成化將成為工業自動化技術發展的主要方向。

（2）變頻器行業發展狀況和發展趨勢

①變頻器行業市場規模

變頻器通過應用變頻技術與微電子技術達到調節電動機變頻調速、軟啟動、節能等功能，此外變頻器還能通過連接PLC進行更準確有效的控制，在工業自動化中發揮著重要作用。根據工作電壓，可分為中低壓與高壓變頻器，低于3KV的歸為中低壓變頻器（低于690V的為低壓變頻器），發行人自動化驅動產品屬于低壓變頻器。根據中國工控網數據，2020-2022年，我國低壓變頻器市場規模分別達到236.0億元、283.0億元、290.0億元，同比增長分別為11.85%、19.92%、2.47%，2022年以來整體經濟出現恢復態勢，隨著投資穩定增長和出口訂單回流，整體低壓變頻器市場表現良好，預計2025年低壓變頻器市場規模將達到334.8億元。2016-2025年我國低壓變頻器市場規模及增速如下： ? ?

從下游應用領域來看，低壓變頻器涉及下游應用領域較廣，前五大應用領域包括起重機、電梯、紡織、冶金和電力領域，2021年前五大行業領域占比為43%。2021年低壓變頻器市場應用領域分布情況如下：

②變頻器行業發展趨勢

隨著用戶需求日趨多樣化，變頻器市場應用領域不斷擴大，同時越來越多的新型技術和材料被應用在變頻器研制中，變頻器產品也加快向智能化、定制化、集成化和節能化方向發展。 ? ?

由于數字化轉型與智能制造的持續推進，變頻器作為智能制造的驅動單元，也正在邁向智能化。變頻器不僅能完成節能調速、轉矩控制、位置控制等驅動功能，也能夠對驅動設備振動、電流、速度、溫度等多維度數據在線監測，實現故障診斷、故障預警以及預測性維護等。

隨著市場應用領域的不斷擴展，用戶需求更加多樣化。變頻器在不斷滿足功能和性能需求的同時，需要不斷適應用戶操作習慣，滿足安裝簡便、空間節省、多臺自動化設備融合兼容等需求。

起重機械專用變頻器、電梯控制專用變頻器、空調專用變頻器等定制機型開始在細分機型種類中獲得客戶的認可和青睞。這些行業定制化變頻器不但可以提供適應性更好的控制策略，而且能降低設備的綜合成本。

隨著各行各業自動化應用的系統化與集成化越來越高，用戶對行業的整體解決方案的需求日益凸顯，變頻器作為工業自動化產品也朝著集成化方向發展。變頻器與PLC控制器、PID調節器和通信單元等集成在一起，組成高可靠性、多功能的一體化產品和系統解決方案。

集成化的變頻器產品不僅可以精簡控制系統，還可降低成本并提高可擴展性，可滿足客戶更多復雜需求。

隨著可持續發展戰略深入各主要行業門類，工業生產中環保要求日益提高，變頻器運行產生的高次諧波對電網帶來的污染也逐漸被加以重視。采用低諧波技術、變頻調制方法等技術的變頻器也因此近年來開始誕生，該類型變頻器諧波污染小，功率因數高，工作的可靠性與安全性高。

A、港口、建機等應用在起重領域的低壓變頻器發展趨勢

起重領域為低壓變頻器最大應用領域之一。從發展趨勢來看，起重領域的低壓變頻器正在主要向智能化、定制化、集成化等方向發展。 ? ?

智能化方面，起重領域變頻器逐漸從實現節能調速、轉矩控制、位置控制等驅動功能的基礎上，發展到能夠對起重電機振動、電流、速度、溫度等多維度數據監測以及對起重機溜鉤、沖頂、落地等外部運行狀態實現安全防護，實現智能化運行、智能化操作、安全運行。

定制化方面，隨著市場應用領域的不斷擴展，用戶需求更加多樣化，起重機械專用變頻器需要不斷適應用戶操作習慣，滿足安裝簡便、空間節省、多臺自動化設備融合兼容等需求，定制化程度預計進一步提高。

集成化方向，伴隨著提高運行效率及提高擴展性的設備運行需求，用戶對行業整體解決方案的需求日益凸顯，起重機械變頻器與控制器、調節器和通信單元等集成在一起可組成高可靠性、多功能的一體化產品和系統解決方案，朝著集成化方向發展。

B、盾構機械低壓變頻器發展趨勢

盾構領域屬于低壓變頻器細分應用領域，從發展趨勢來看，盾構機械特殊的機械架構、作業工況決定該領域變頻器發展趨勢主要為定制化、高可維護性等方向。定制化方面，由于盾構施工的環境惡劣，高溫、高濕、多塵、振動不可避免，且不同地質結構導致施工環境差異較大，柜體防護、冷卻散熱、凝露預防、冷卻液泄露和刀盤脫困等功能與變頻調速功能需要結合具體盾構機械需要進行定制整合。高可維護性方面，盾構工程施工空間有限，機械尺寸要求嚴格，施工環境密閉而且通常要求長時間不停機作業，這就要求盾構領域變頻器必須采用模塊化設計等方案提高可維護性，確保作業安全穩定運行。

（3）智慧港口行業發展現狀及前景

智慧港口是利用新一代信息技術，將港口運輸業務和管理創新深度融合，使港口更加集約、高效、便捷、安全、綠色，具有生產智能、管理智慧、服務柔性、保障有力等鮮明特征的現代港口運輸新業態。智慧港口的設施配置主要涉及物流交通運輸基礎設施網絡、信息化基礎設施網絡以及港口運輸裝卸裝備。智慧港口建設模式既包括新建和改擴建自動化碼頭，也包括對碼頭現有設備進行自動化升級改造。 ? ?

近年來，我國5G、物聯網、大數據及人工智能等領域的發展為港口的自動化、智慧化提供了底層技術支持。依托圖像識別技術對港口閘口、集裝箱編碼等進行識別，并依托自動化運輸技術、網絡層實現港口低延遲通信及高帶寬視頻傳輸，為智慧港口各個板塊的聯動發展提供基礎技術支持。

在底層技術的基礎上，結合各個港口的實際發展現狀和業態特征，以數據中臺為基礎集中融合物聯及互聯數據，搭建智能生產管理系統、設備控制系統和大型設備智能監測/操控系統等應用系統。結合港口內部前沿智能裝卸設備、堆場智能裝卸設備和水平智能裝卸設備，通過對應的前沿裝卸管理系統、堆場裝卸管理系統及車輛運輸管理系統的統籌實現港口從整體管理、監測、統籌控制全流程的智能化操作運營，從而提升港口生產運營效率、強化港口安全生產管理、實現港口綠色低碳目標。

港口機械設備主要負責港口集裝箱的裝卸和搬運，包括岸邊集裝箱起重機（岸橋）、集裝箱龍門起重機（場橋）等。其中岸邊集裝箱起重機是港口碼頭用于從運輸船舶上裝卸集裝箱，而集裝箱龍門起重機則用于在港口碼頭或集裝箱堆場內堆放物料及運輸貨物。此外還涉及散貨裝卸機械設備，包括散貨作業中常用的門座式起重機，以及散貨裝船機、卸船機、堆料機、斗輪堆取料機等。 ? ?

集裝箱裝卸設備、散貨裝卸機械設備是自動化碼頭新建或升級改造的核心設備。通過自動化控制改造后，司機在中控室即可觀看多路視頻進行操作，完成各類裝卸設備所有作業動作。例如單臺場橋遠程控制一般需要回傳多路監控視頻，對視頻傳輸帶寬需求要求較高，同時中控室與起重設備之間的通信對網絡時延要求也較高。隨著底層技術成熟及港口智慧化需求不斷挖掘，各類港口機械遠程操控應用場景日益拓展。

由于智慧港口建設投資大、周期長、要素多，并面臨技術儲備、資本積累、創新能力、人力資源等不足的情況，智慧港口的內涵也在不斷豐富。我國智慧港口的發展將繼續圍繞物流供應鏈協同化、運營智能化等趨勢發展。

物流供應鏈協同化方面，港口充分利用處于物流供應鏈中心的優勢，在更高層面上整合與優化物流鏈資源，推進跨行業、跨部門、跨區域的物流鏈高效協同，提高港口全程物流服務核心競爭力；

物理層面，港口進一步完善碼頭、堆場、倉庫、環保等基礎設施、支持保障系統和港口集疏運系統，建立便捷、安全、高效、可靠的港口全程物流服務體系；

業務層面，圍繞以港口為核心樞紐的綜合物流體系，加強港口物流上下游資源整合與集成，促進港口全程物流鏈服務相關方業務協同與高效銜接；

信息層面，打造互聯互通的智能云服務平臺，保障全程物流鏈開放、透明、高效，促進港口服務鏈中的物流、信息流、資金流高效運轉，為港口物流上下游客戶提供全方位價值鏈服務。

運營智能化方面，一方面，港口充分利用現代信息技術、控制算法技術、自動控制技術及智能化機械設備等，推進實現港口作業調度、平面運輸及堆場作等全過程自動化、智能化，提升碼頭運作能力；另一方面，通過大數據智能分析技術、移動互聯網、云計算等手段應用，打通港口物流供應鏈的信息孤島，整合港口物流鏈信息資源，實現基于數據驅動的智能化運營服務，全面提升港口運營效率與生產力水平。 ? ?

智慧港口集裝箱、散貨裝卸搬運設備自動化及半自動化智能操控系統及相關自動化驅動產品將順應智慧港口流供應鏈協同化、運營智能化總體發展趨勢，將繼續拓展在物流供應鏈協同中不同設備、不同系統中、不同信息平臺中的應用場景，以及提升支撐港口運營數字化、智能化方面產品功能。

水泥智能化發展現狀及前景

①水泥智能化發展現狀

水泥工業是國民經濟重要的基礎產業，是改善人居條件、治理生態環境和發展循環經濟的重要支撐。隨著經濟發展由高速增長階段向高質量發展的轉換，水泥行業的發展目前正處于新舊動能更迭的關鍵階段，自動化、智能化和信息化水平參差不齊，亟需采用貼合生產工藝機理的智能化和信息化技術，推動生產、管理和營銷模式從局部、粗放向全流程、精細化和綠色低碳發展方向變革，解決資源、能源與環境的約束問題，提高生產制造水平和效能，實現水泥行業高質量發展。

我國水泥行業智能化發展仍處于起步階段，不同層次企業自動化、智能化和信息化水平參差不齊，尤其是在水泥物料傳輸、水泥聯合儲庫進出料等工況復雜的生產環節智能化水平還有待提高。

水泥行業存量市場大，近年來水泥行業的市場集中度較快提升，水泥企業降本、提效、增質的壓力大，水泥行業對數據開放、數據共享與應用比較積極等因素都促進了近年來工業智能化技術在水泥行業的較快應用。華潤水泥、安徽海螺集團有限責任公司、焦作千業水泥有限責任公司等一大批水泥龍頭企業也積極發力，紛紛利用工業智能化技術賦能水泥行業各大業務場景降本增效。 ? ?

智能水泥工廠建設成為水泥產業智能化轉型的重要載體，涵蓋了智能控制、智能管理、智能物流、智能分析和智能服務等方面內容，通過生產過程的自動化控制、生產信息的數字化收集處理、全局的智能化協同等手段，使生產制造更加透明化，極大提高了水泥產品質量水平。根據麥肯錫咨詢公司公開數據，智能化、數字化將是水泥工廠降本增效、節能減排的關鍵舉措，可以將每噸水泥的利潤提升3-6美元，讓工廠的成本曲線升至同等技術裝備工廠中排名前25%的水平。水泥行業智能化對水泥整個行業的生產效率和利潤的貢獻將會日益凸顯。

②水泥智能化主要應用場景

水泥行業的智能化正在穩步推進，主要應用場景在以下方向：生產流程自動化有助于提高生產效率。水泥行業具有無間斷的生產特性，一旦停機可能造成巨額經濟損失，通過機器視覺、AI檢測等技術手段，第一時間排除生產故障，保障生產的連續性。通過自動化系統，降低了生產系統操作難度，提升設備的可操作性，加快了生產節奏。根據各自企業現有工藝情況量身制定完整、標準、自動控制的操作方式，減少操作員人為干預，避免了人力執行的不確定性，推動生產更加高效。例如傳統的水泥聯合儲庫存在進出料或庫存缺少準確統計、存儲空間利用率低、作業過程缺乏總體規劃、物料堆放隨意導致清庫難等問題，智能倉儲系統通過數字化、智能化手段，運用路徑規劃、多機構聯動調度技術把原來人為的主觀經驗變成自動化運行物料系統從而提高生產效率。

設備運行數字化有利于生產連續性和穩定性。水泥生產設備數量眾多，導致設備檢修工作量大、備品備件庫存壓力大。設備一旦發生突發故障，無法按計劃生產，不但會影響生產進度，也無法保證產品質量。提高設備可靠性、減少故障停機成為數字化生產的重要方向，通過數據分析可以提前進行預知性檢修和檢查，加快故障分析判斷進度，進而提升維修速度，有效保障水泥生產的連續性和穩定性。 ? ?

水泥智能化有助于提升安全與環境管理水平。水泥生產的不安全因素較多，本公司人員安全防護，外來人員安全識別、行走路線、危險區域預警等都可通過數字系統進行及時有效的辨別。環境管理方面，強化環境污染的實時監測，通過機器視覺和AI分析，避免污染事件的發生；強化生產工藝管理，自動調節氨水、脫硫劑等輔助材料及添加，達到控制指標值，降低能源消耗，減少環境污染。

③水泥智能化市場空間

根據全球最大的水泥技術裝備工程系統集成服務商中材國際（股票代碼：600970）公開披露信息顯示，我國目前在運行的水泥熟料生產線中運轉10年以上的線大概有1,400余條，均有著智能化改造的需求。

④水泥智能化行業發展趨勢我國水泥智能化行業已催生豐富的應用場景，如無人機巡檢、協同作業、遠程控制、設備安全運維、水泥庫裂紋檢測等。但是由于技術實施方面的困難，企業自身條件的限制等因素，水泥行業智能操控系統及應用大多數情況下并沒有實現較好的融合與集成，由此導致水泥行業的制造業要素難以實現全要素連接，企業經營決策難以實現精準數據驅動，生產和管理決策的智能化水平提升有限。

為了實現水泥行業雙碳環境下降本、增效、節能、降耗的政策強約束，水泥企業也必然加快實施覆蓋生產經營全環節、全流程綜合集成的智能操控系統應用，智能操控系統技術服務商也需要在全面洞悉水泥行業全產業鏈、全生命周期經營發展的基礎上，充分應用新一代信息技術助力賦能企業生產方式、管理模式、經營模式的加速變革。

工業自動化重點領域發展狀況

①起重機械行業發展狀況

起重機械主要包括橋式、門式起重機、流動式起重機、門座式起重機，也包括塔式起重機、升降機、纜索式起重機、桅桿式起重機、機械式停車設備。起重機械主要是在企業內部進行物料的裝卸、運輸、升降、分揀、堆垛、儲存和配送，有時還需要對物料進行計量、識別、跟蹤、管理和搬運加工，可以應用于社會生產、商品流通和日常生活的各個領域，是現代化工業生產不可或缺的重要工具。橋式、門式起重機應用領域較廣，以水泥行業為例，橋式、門式起重機可在生產、倉儲等環節于車間、倉庫和料場進行物料吊運作業。 ? ?

橋式、門式起重機行業是資源和技術密集性行業，隨著行業不斷發展與成熟，智能化、專業化、系統化、綠色化、全生命周期服務成為行業發展趨勢。

據中國重型機械工業協會統計，2017-2021年，我國橋、門式起重機銷量持續穩定增長，從2017年的8.6萬臺增長到2021年11.69萬臺；2017-2021年我國橋、門式起重機銷售額為360億元、393億元、432億元、460億元及472億元。2017-2021年我國橋、門式起重機銷售額及同比增速情況如下：

②建筑機械（工程機械）行業發展狀況

建筑機械（工程機械）指為城鄉建設、鐵路、公路、港口碼頭、農田水利、電力、冶金、礦山等各項基本建設工程服務的機械，主要有塔式起重機、汽車起重機、挖掘機、裝載機、推土機、鏟土運輸機械等，是裝備工業的重要組成部分。 ? ?

工程機械行業內企業不斷發展創新和轉型升級，持續推出更加優質可靠、高效環保的工程機械，為滿足新的市場需求打下堅實基礎。近年來，得益于新基建熱潮，我國工程機械行業市場需求增加，市場規模持續增長。“十三五”期間，我國工程機械行業呈現出規模、效益、品牌價值、國際化、創新研發和智能制造等全面提升的局面，在高質量發展的道路上穩健前行。2017-2021年工程機械行業營業收入及同比增長情況如下：

根據中國工程機械工業協會建筑起重機械分會統計，2016-2021年塔式起重機銷量觸底進入上升周期，塔式起重機銷售數量由2016年的8,923臺上升到2021年60,691臺。2016-2021年塔式起重機銷量及同比增長情況如下： ? ?

隨著經濟改革升級、環保法規要求不斷提高，工程機械行業將不斷加快轉型升級進程，提升發展質量，從而產生更多市場需求。同時，行業替換周期到來以及出口市場逐步恢復等多重因素均會推動工程機械行業的快速發展。

③港口機械行業發展狀況

港口機械指在港口用于貨物裝卸、堆碼、拆垛和搬運等作業的機械，主要包括港口起重機械、港口裝卸搬運機械、港口連續輸送機械、港口連續裝卸機械、其他港口機械等。

目前我國大型港口機械的設計與制造技術達到世界先進水平，在全球港口機械市場中也占據了重要地位，主要生產企業有振華重工、三一集團、中聯重科等企業。由于港口機械具備在固定場景下作業的特點，其自動化、智能化發展具備良好的應用場景支撐，隨著港口分揀、起重、運輸、倉儲等物流環節對效率和安全性需求的不斷提升，港口機械的自動化、智能化成為行業發展方向。

④盾構機行業發展狀況

盾構機（全斷面隧道掘進機）根據應用地質層面的不同分為用于軟土地層或者富水地層施工的全斷面軟土隧道掘進機和用于巖石地層的全斷面硬巖隧道掘進機（TBM）。從下游應用來看，盾構機主要應用于城市軌道交通，并逐步向鐵路、水利水電、公路、礦山等領域拓展。 ? ?

伴隨著經濟發展和隧道施工需求的不斷提升，全斷面隧道掘進機的生產總量穩中有升。根據中國工程機械工業協會掘進機械分會統計，2012-2022年中國全斷面隧道掘進機年生產總量及同比變動情況統計如下：

全社會固定資產投資狀況

工程機械等機械設備市場需求與基礎設施建設等固定資產投資情況緊密相關。根據國家統計局發布數據，2020-2022年，全社會固定資產投資分別為52.73萬億元、55.29萬億元、57.96萬億元，分別比上年增長2.67%、4.85%、4.83%，固定資產投資維持穩健增長，其中2022年基礎設施投資同比增長9.40%，出現較為明顯恢復態勢。2015-2022年全社會固定資產投資及同比變動情況如下： ? ?

變頻器行業競爭狀況

變頻器市場格局中，以ABB、西門子和施耐德等為主要代表廠家的歐美系品牌擅長生產制造大型自動化系統所用的變頻器產品，以三菱電機、安川電機和富士電機等為主要代表廠家的日韓系品牌則在小型自動化系統變頻器產品中更具優勢。

由于多年來持續的研發投入，國產變頻器廠家逐步掌握和積累產品技術，并在產品性能、可靠性、銷售服務、成本控制等方面逐漸顯現優勢，市場占有率逐步擴大。

目前在低壓變頻器市場形成了以歐美品牌、日韓系品牌和本土品牌為主的三大品牌格局。2022年，歐美系、日韓系、國產品牌的市占率分別為51.00%、10.60%、38.40%，具體如下： ? ?

我國自動化驅動產品整體市場集中度較高，匯川技術、ABB、西門子、丹弗斯、安川等頭部企業業務通常會涉及各個行業。 ? ?

變頻器不同細分應用領域的壁壘及難度

變頻器具備無級調速、可靠性高、精度高、節能等優點，可提高各類設備調速、變速場景自動化水平，廣泛應用在多個國民經濟行業中。

變頻器廠商通常會根據變頻器的應用行業領域對變頻器功能要求的不同將變頻器分為通用變頻器和行業專用變頻器，通常情況下，通用變頻器的應用行業只要求變頻器具備基礎的變頻驅動功能，不對某項或某些特定性能指標有著特殊或更高要求，如食品飲料、塑料、印刷包裝、物流輸送、機床、風機、石油、木工等行業使用的機械設備；行業專用變頻器是根據某些特定行業實際工況的需求，對變頻器某些性能指標具有特殊或更高要求。

比如起重領域，對低速大轉矩、過載保護等性能有著更高的要求；盾構領域，對低速大轉矩、多電機剛性聯軸同步、密閉空間散熱等性能有著特殊或更高要求；煤炭礦山等領域，對散熱、防爆等性能有著特殊要求。 ? ?

通用變頻器和行業專用變頻器通常是不同廠商根據自身的產品技術特征或行業特色屬性而進行的人為劃分與命名，行業內并沒有公認且明確統一的劃分標準，且不同品牌廠商的劃分標準亦不盡相同，但通常會以行業為單位進行整體劃分，即同一行業領域通常會統一歸類為通用或行業專用，二者之間不存在替代關系。

例如匯川技術將用于注塑、起重、風電、空壓機、中央空調、煤礦防爆等行業領域的變頻器均稱為行業專用變頻器，而將用于上述行業領域之外的均稱為通用變頻器；英威騰將起重、空壓機、光伏水泵、紡織機械、電源系統等行業領域的變頻器均稱為行業專用變頻器，將用于上述行業領域之外的均稱為通用變頻器。

從技術壁壘來看，變頻器不同細分應用領域，由于變頻器涉及電力電子、計算機、自動控制、運動控制、電機、傳感器等多項學科領域，無論在理論上還是設計及制造工藝上，都需要較高的技術水平和經驗積累，切入不同的細分領域需要在硬件設備、軟件工具、人才等多方面的持續投入，存在一定技術壁壘。

從市場壁壘來看，國內變頻器市場經過多年的發展，各個細分行業市場已形成了一定的競爭格局，各細分市場中品牌廠商經過多年的業務拓展，已經積累了一定的品牌優勢、客戶粘性優勢以及渠道優勢，因此具備相對較高的市場壁壘。 ? ?

自動化驅動產品

ABB：成立于1988年，總部位于瑞士，全球500強企業之一，是電力和自動化技術的全球領導廠商，擁有廣泛的產品線，銷售和服務網絡遍布世界各地，產品包括全系列中壓、低壓變頻器、伺服系統、控制器、電機和傳動系統、機器人軟硬件和仿真系統等。

西門子：成立于1847年，總部位于德國，全球500強企業之一，業務范圍廣闊，涵蓋工業自動化、樓宇科技、驅動技術、能源、醫療和交通等領域，為電子與電機產品全球業界先驅。

安川電機：1915年創立，全球伺服電機的龍頭企業，日本安川電機以驅動控制、運動控制、機器人和系統工程四大事業為發展軸心。

匯川技術（300124）：成立于2003年，于2010年登陸深交所創業板。該公司聚焦工業領域的自動化、數字化、智能化，專注“信息層、控制層、驅動層、執行層、傳感層”核心技術，業務涵蓋通用自動化業務、電梯電氣大配套業務、新能源汽車業務、工業機器人業務、軌道交通業務五大業務板塊。 ? ?

正弦電氣（688395）：成立于2003年，于2021年登陸上交所科創板，系國內較早從事變頻器研發和生產的企業之一。該公司主要為機械設備制造商和電控系統集成商提供變頻器、一體化專機、伺服系統產品和系統解決方案。

偉創電氣（688698）：成立于2013年，于2020年登陸上交所科創板，自設立以來一直專注于電氣傳動和工業控制領域，該公司的主營業務為變頻器、伺服系統與運動控制器等產品的研發、生產及銷售。

智能操控系統

ABB、西門子：ABB、西門子作為世界知名工業自動化企業，既提供變頻器等工業自動化硬件產品，也提供智慧港口、水泥智能制造等領域智能化解決方案。

北路智控（301195）：主營業務為智能礦山相關信息系統的開發、生產與銷售，目前已形成了包含智能礦山通信、監控、集控及裝備配套四大類系統的較完善產品體系。針對采礦行業提供智能礦山相關信息系統，能夠為下游客戶提供“軟硬件一體”的信息化、智能化綜合解決方案，包括整體方案設計、軟硬件產品開發、信息系統集成及相關技術服務等；是國內少數產品能夠覆蓋智能礦山感知層、傳輸層、智能應用與決策層三大層級的智能礦山企業。

蘭劍智能（688557）：主要產品是智能倉儲物流自動化系統，并基于該產品提供RaaS代運營、售后運營維護、技術咨詢規劃等服務；通過方案仿真設計、軟件產品開發、硬件產品設計及零部件定制和裝配、系統集成等環節，為客戶提供定制化倉儲物流自動化系統解決方案，在智能倉儲物流自動化細分市場領先。 ? ?

審核編輯：黃飛

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