专用变频器产业发展分析报告

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1、专用变频器产业发展分析报告高度重视产业链安全性、稳定性，系统梳理重点行业和关键产品短板环节，分行业进行战略设计、研究政策措施，有针对性地制定实施方案，一步一个脚印补短板。配合国家有关部门战略部署，抓住时间窗口组织实施一批攻尖项目，集中行业优势力量解决问题，避免产业链断裂。围绕重点领域创新发展和转型升级重大需求，深入实施重大短板装备专项工程，全面推进短板装备不断提档升级。改变高端供给不充分局面，实现产业附加值的提升。除核心零部件依赖进口外，机械工业所需的各类工业软件、国民经济重点领域急需的一批重大短板装备等与国际先进水平存在明显差距。一是研发设计、经营管理、生产控制、运维服务等核心工业软件与系统

2、受制于人问题十分突出。如，在机床行业，机床工具研发设计所需高性能软件以及高档数控系统多被外资品牌所垄断，存在经济与安全风险;汽车行业的产品设计和仿真软件、发动机和变速器等控制软件、工厂生产监控软件等基本依赖进口。二是一批服务于国民经济重点领域的专用生产设备及生产线、专用检测设备及系统等重大短板装备自给能力较差，对产业安全造成严重威胁。如，在航空航天装备领域，大型精密钣金成形设备、大型复合材料构件制造设备等加工设备，以及高场强高电平电磁兼容检测设备等专用检测系统均严重依赖进口;在机器人领域，精密减速器成套装备的研制与生产能力不足，致使高精度减速器尚不能实现大批量生产。一、 经营效益基本稳定十三五

3、期间，我国机械工业收入及利润指标基本稳定，为国民经济稳增长做出了重要贡献。2020年，机械工业规模以上企业累计实现营业收入2285万亿元，同比增长45%，占全国工业的215%，比2015年提高07个百分点;利润总额达到146万亿元，同比增长104%，占全国工业的227%。二、 面临形势当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革深入发展，国际力量对比深刻调整，我国机械工业面临的国际环境日趋复杂，不稳定性和不确定性明显增加。同时，我国经济已转向高质量发展阶段，加快培育完整的内需体系，构建国内国际双循环相促进的新发展格局，对我国机械工业发展提出了新要求，也带来了新的机遇与挑战。总体判断

4、，十四五时期我国机械工业仍处于重要战略机遇期，面临的机遇和挑战之大都前所未有，总体上机遇大于挑战。（一）国际经济环境更加错综复杂当前，世界经济形势空前严峻。2019年，受全球贸易紧张局势等影响，世界经济下行压力持续加大，全年世界经济增长29%，是十年来最低水平。进入2020年，受新冠疫情全球蔓延影响，全球经济进一步下滑，遭遇了20世纪30年代大萧条以来最严重的经济衰退，超过90%的世界经济正在同步萎缩，发达经济体、新兴经济体均难以幸免。同时，受保护主义、技术变革、要素成本变化等多重因素影响，全球产业格局加快调整和重构。发达国家纷纷实施再工业化、制造业回流战略，贸易摩擦频繁高发，中国制造业原有的

5、国际市场拓展模式、产业技术发展模式、资本运作模式等均在一定程度上受到影响。新兴经济体竞相加快推进工业化进程，我国劳动力、土地、自然资源等要素成本已开始超过越南、缅甸等东盟国家以及一些拉美国家。我国机械工业发展面临高端回流和中低端分流的双向挤压。新冠肺炎疫情全球大流行以来，各国为防控疫情采取的封锁、管控等措施，一定程度上加剧和放大了单边主义、保护主义，推动全球供应链体系继续朝着多元化和分散化的方向发展。尤为值得关注的是，近年来以美国为首的一些发达国家通过管制关键技术出口、封堵中国高技术产业、封杀中国科技企业等形式，有意识地增强其产业链控制力。目前在我国机械行业仍有许多关键核心技术依赖进口，一旦被

6、发达国家断供，将对我国机械行业产业链安全带来巨大风险。（二）国内发展环境面临深刻变化新常态下，我国经济已基本告别高速增长期，转向高质量发展阶段，经济发展从规模扩张转向结构升级，从要素驱动转向创新驱动，传统发展动力不断减弱，新动能正在培育。支撑机械工业发展的条件也发生了显著变化，劳动力、资源、土地等各种要素的成本增加，低成本优势减弱;自然资源和环境容量压力加大;新增适龄劳动人口增长放缓，人口红利下降;投资收益下降，要素利用效率有待提高。十四五时期，我国将全力构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，这在为我国机械工业提供广阔市场的同时，也对行业发展提出了新要求。一方面，14亿多

7、人口的美好生活需要所汇集成的超大国内市场规模优势，近60万亿元的全社会固定资产投资需求，特别是超过10万亿元的设备工器具购置投资，都为我国机械工业发展创造了巨大的市场空间，我国机械工业众多投资类及消费类产品都将从中获益。另一方面，机械工业作为国内大循环的重要部分，目前的环节还很多，例如，高端数控机床自给率不足10%，30万千瓦及以上重型燃气轮机整机的核心设计技术尚未掌握，30吨以上大型挖掘机用液压件国内还不能满足需要，农机装备用CVT变速和传感控制等关键核心技术对国外技术依存度高达90%以上。为了保障国内大循环能够畅通运行，必须加快这些技术和产品的突破，使产业链关键环节不再受制于人。（三）科技

8、创新催生新的发展动能当前，新一轮科技革命和产业变革深度演进、相互交织，对传统制造业造成冲击的同时，也带来前所未有的机遇。以人工智能、物联网、大数据等为代表的新一代信息技术正在广泛而深入地渗透到经济社会各领域，与生物工程、新能源、新材料等新兴技术交叉融合，带动了以绿色、智能、泛在为特征的重大变革，产品迭代速度不断加快，协同创新、智能制造、共享制造等新模式、新业态不断形成并发展迅速，极大地提高了生产效率和经济效益，为机械工业转型升级注入新动能。此外，在新一轮科技革命和产业变革背景下，绿色发展与产业数字化、信息化、智能化发展深度融合，叠加碳达峰和碳中和目标约束，催生新的绿色增长动能，促使机械工业发展

9、迈向新阶段。在节能领域，高效锅炉、电机、发动机等节能机电设备，以及能源利用效率较高的空调、风机、泵、空压机等终端用能设备都将实现较快发展;在减排方面，核能、风能、太阳能、生物质能等新能源装备，以及大气、水、固体废弃物等先进高效环保装备规模将迅速扩大;从循环经济来看，盾构机、燃气轮机、重型机床、内燃机整机及关键件等的再制造技术及产品将进一步推广应用。（四）需求升级带动装备结构优化随着经济发展进入新常态，我国机械工业传统需求增长乏力，对于中高端产品的市场需求不断加大，更新换代成为市场增长的主动力。一是工业企业技术改造带动高端装备升级发展。目前，我国规模以上工业企业总资产超过110万亿元，虽然存量设

10、备市场需求有所减缓，但老旧设备的更新淘汰以及技术升级改造所带来的新设备需求依然存在，且随着自主创新能力的提升形成巨大的进口替代空间。例如，在能源、原材料领域，火电、冶炼行业超低排放改造、新能源建设、能源互联网建设等对相关设备提出了新需求;为推进煤炭等矿产安全绿色开采，矿山自动化、数字化、智能化技术装备等将广泛应用。二是在新一轮基础设施建设需求下，一系列新型机械设备将大有可为。十四五时期我国常住人口城镇化率将继续提高，传统的铁路、公路、机场等重大基础设施建设项目以及市政管网、停车设施建设项目等不仅会继续保持量的增长，还将伴随着数字化改造升级的需求，一批融入数字化、信息化、智能化等先进技术的新型机

11、械设备需求将愈加旺盛，并由增量市场为主向存量市场升级、更新为主转变，由仅追求性价比向高性能、高质量、高可靠性发展，由单一通用机型需求结构为主向多元化需求结构发展。三是机械工业消费类产品的发展潜力可期。十四五时期，随着小康社会的全面建成和稳定发展，人民生活水平日渐提高，新能源汽车、服务机器人、轻工纺织机械、食品包装机械、节能环保设备、文化办公设备等与民生相关的机械工业消费类产品需求将持续扩大、消费结构也将不断升级。此外，随着人口老龄化进程加快，大量的老年人口必将催生巨大的老龄产业市场，助老助残机器人、医疗康复类设备的需求量将继续加大，并在技术升级的推动下催生更多新的消费需求。三、 工业自动化控制

12、系统行业行业向煤炭开采、油气钻采、工程机械等需应对复杂工作环境的客户提供变频调速一体机、专用变频器、特种电机以及电气控制及供电产品等高端智能装备，涵盖了工业自动化领域的控制层、驱动层及执行层，因此细分行业是工业自动化控制系统行业。（一）工业自动化控制系统简介工业自动化控制是指运用控制理论、仪器仪表、计算机和信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，从而达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的。而工业自动化控制系统是指利用工业自动化控制技术对工业生产过程及其机电设备、工艺装备进行检测与控制的工业自动化技术工具的总称，属于工业控制系统的重要组成部分。根据国际自动化协会

13、起草的ISA-99/IEC62443标准，工业控制系统是指一个包括人员、硬件以及软件，能够对工业过程的安全性、可靠性造成影响的集合，通常具有测量、比较、计算和矫正四个功能，由传感器、转换器、发射器、控制器以及执行器五个部件完成。工业自动化控制系统包含的细分产品种类繁多，通常可以从功能上划分为控制层、驱动层和执行层，其中控制层主要负责理解与下达指令，一般包括PLC、DCS、HMI等控制元件；驱动层主要进行电信号的识别与传导，一般包括变频器、伺服驱动器等驱动器；执行层负责执行指令，包括各类驱动电机与配套元件等。工业自动化控制系统是现代工业生产实现自动化、柔性化、数字化、智能化的基础手段，是高端制造

14、装备不可或缺的重要组成部分，是发展先进制造技术的关键，是实现产业结构优化升级的重要基础，广泛应用于采矿、油气、机床、风电、纺织、交通运输、电源等行业。（二）工业自动化控制系统产业链情况工业自动化控制系统的上游主要是半导体元器件、电子元器件、钢材以及结构件等，行业下游涉及的领域较多，包括OEM型的电子设备制造、包装、电梯等，以及项目型的电力、石化、油气、冶金、市政等领域。除部分核心零部件外，上游行业的供应情况对工业自动化控制系统的影响总体较小。上游行业基本属于市场自由化竞争阶段，虽然受供求关系等因素的影响，原材料和零部件在价格上出现一定程度的波动，但涉及工业自动化相关领域的业务发展较为充分、技术

15、较为成熟、产品供应较为稳定，因此工业自动化控制系统企业可以通过调整产品价格，合理控制库存等措施转移部分原材料、零部件价格波动的风险。下游行业的市场需求情况对工业自动化控制系统的影响较为显著。下游行业需要的自动化设备种类繁多、型号规格各异，因此对下游行业具有高度依赖性的工业自动化控制系统也多为非标定制化产品。下游行业对自身自动化水平重视程度的高低对工业自动化控制系统产品的需求起到关键作用。（三）细分行业电气传动系统行业工业领域的自动化需要依赖于机械系统。机械系统通常由原动力系统、传动系统和执行系统组成，其中原动力系统为机械系统的运动提供基本动力，执行系统执行机械的具体功能，传动系统负责动力和运动

16、的传递，执行系统与原动力系统不论运动方式，还是结构形式上，都存在一定差异，所以一些时候会出现原动力系统动力输出无法满足执行系统工作要求的情况。因此，机械系统运行中需要传动系统将原动力系统提供的运动和动力进行转换，并将其传递给执行系统，使执行系统正常运作，实现机械系统功能。机械系统的传动方式主要分为机械传动、流体传动以及电气传动，电气传动由于其精确度高、环保节能、节约成本等优势，得到广泛应用。电气传动是指利用电动机把电能转换为机械能，来带动各种类型的生产机械、交通工具等。而电气传动系统（又称作电力拖动系统）是电动机作为原动机的传动系统的总称，其可以通过对电动机进行合理有效的控制，实现生产机械的起

17、动、停止、速度、位置调节，从而满足各项生产工艺的要求。在工业生产领域，电气传动系统是实现自动化控制的重要组成部分，被广泛运用于冶金、机械、轻工、矿山、港口、石化等行业，对于提升生产效率、节能和环保发挥着重要作用。电气传动系统包括三部分：控制部分、功率部分和电动机，三者构成一个整体，完成能量转换并满足特定机械所需的运动特征。利用变频器进行调速具有精度高、启动能耗低、占地少、功能丰富、操作简便、通用性强、易形成闭环控制等特点，目前被认为是理想的调速方案，代表着电气传动的发展方向。变频器是应用变频技术与微电子技术，将交流工频电源转换成电压、频率均可变的适合交流电机调速的电力电子变换装置。其能够通过内

18、部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，从而可以根据电机的实际需要来提供相应的电源电压，进而达到调速的目的；另外，变频器还有很多保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频调速技术飞速发展，变频器已广泛应用于工业生产的各个行业，促进了节能改造，提高了工业电气传动水平。根据使用场合的不同，变频器一般可分为通用变频器和专用变频器。通用变频器即适用于所有负载的变频器，可满足一般条件下机械系统的电气传动，在纺织设备、冶金风机水泵、市政锅炉以及水泥、陶瓷、玻璃生产线等领域应用广泛；专用变频器系因部分领域工作环境复杂，对变频器性能参数具有特殊要求，故应运而生的。例如在煤炭开

19、采领域，因井下开采环境常见瓦斯、煤尘等易燃易爆气体，需对变频器进行隔爆设计，使之具备防爆性能，避免因变频器在使用过程中变热、打电火花等原因造成爆炸。变频器应用在工业生产领域解决了两大难题，一是便于实现自动控制；二是实现节能降耗。随着应用领域的不断推广，其重要性日益得到重视，未来随着工业生产的不断发展，将面临良好的行业发展机遇。以往变频器用于电气传动系统，一般采用电动机与变频器分离的方式，存在占地面积大、谐波干扰大以及电磁污染强等问题，因此以行业核心产品变频调速一体机为代表的，变频器与电动机的一体化逐渐引领技术潮流。四、 产业融合初见成效十三五以来，机械各行业加快与新一代信息技术、先进制造技术、

20、新材料技术等高新技术深度融合，推动了传统机械产品的更新换代。融合现代通信与网络技术的智能网联汽车方兴未艾，技术创新加速迭代，市场牵引力凸显。融合了传感、控制、执行与通信功能的各种智能化电力设备，比传统电力设备控制更灵活、自动化程度更高、使用更方便。基于北斗系统的自动驾驶计亩测产联合收割机、免耕精量播种机等智能农机从样机试验步入应用。数字化、信息化、智能化、轻量化及互联网等先进技术的融入，使得我国工程机械产品获得了新的发展机遇，国际竞争力不断提高。在融合发展理念带动下，跨行业、跨领域、上下游联动融合发展的速度加快，极大推动了机械工业全产业链创新发展。内燃机行业龙头企业发挥全产业链的协同优势，同供

21、应商、研发咨询机构开展合作，对柴油机热效率进行专项攻关，成功发布了全球首款达到5026%热效率的商业化柴油机。轴承企业与用户单位联合攻关，研制成功国内首台628m复合盾构机主轴承，各项技术指标达国际先进水平，实现了我国重大技术装备配套轴承的一项重大突破。五、 产业基础能力不足（一）共性技术研发能力弱我国机械工业技术创新面临的最大困境在于共性技术研发能力较为薄弱，阻碍了我国机械工业的高质量发展。依托企业建设的各类创新载体促进了一些企业创新能力的提升，但是无法有效满足行业大多数企业对共性技术的广泛需求。共性技术研究的缺失，一方面导致了部分共性技术研发存在重复投入、分散投入的问题，另一方面大量技术基

22、础薄弱与资金缺乏的中小企业根本无力自行开发，进而限制了其自主创新能力的提升。由于不掌握核心技术，很多技术标准处于被动跟随状态，国际话语权较弱，存在和断链隐忧。（二）核心零部件依赖进口虽然我国机械工业门类比较齐全、规模优势突出，但仍存在一些短板弱项，突出表现就是核心零部件自主研发能力不强，部分关键零部件严重依赖进口。一方面，高端轴承钢、高端液压铸件、高端涂料、关键绝缘材料、高性能密封材料、润滑油脂等关键基础材料大幅落后于国际先进水平，限制了各类零部件产品的自主创新和提档升级;另一方面，铸造、锻压、焊接、热处理及表面处理等基础制造工艺及装备发展滞后，直接影响到零部件的质量、寿命及可靠性水平。受制于

23、关键基础材料、先进基础工艺和产业技术基础的落后，导致高端轴承、齿轮、液气密件、链传动及联结件、弹簧及紧固件、模具、传感器等基础零部件的自主化能力不足，难以满足主机发展需求而依赖进口。（三）人才短缺问题仍突出机械企业尤其是传统机械制造企业工作条件艰苦、工资水平相对较低，对人才吸引力不足，成为行业人才短缺的重要原因。目前，不仅高层次研发人才缺乏，一线熟练技工、尤其是高级技工非常紧缺。相对于发达国家平均超过35%的高级技工占比来看，中国这一比例仅为5%。同时，高技能技术工人的培养体系缺乏科学性和适用性，现有教育机构缺乏具有丰富实践经验的师资以及与当前实践紧密结合的课程，造成学、教、用之间的断裂。未来

24、十年，随着社会人口老龄化程度的加剧，机械工业招工难问题将更为严重，特别是既掌握先进制造技术、又熟悉新一代信息技术的复合型工程技术人才将面临严重短缺。六、 电气传动系统发展现状电力电子技术、自动化技术、微电子和计算机技术是电气传动的基础。近年来，随着以上技术的不断进步，电气传动技术得到飞速发展。以变频器为例，其控制方式不断发展，已经经历四代：正弦脉宽调制（SPWM）控制方式、电压空间矢量（SVPWM）控制方式、矢量（VC）控制方式以及直接转矩（DTC）控制方式。随着技术的不断进步，变频器控制性能和规格容量不断完善，使得电气传动系统控制精度更高、控制能力更强、成本更低。而不断涌现出的新材料、新工艺

25、和新控制理论又对电气传动系统的发展提出了新的挑战。当前我国经济步入转型发展的关键期，需由以往的资源高消耗转向资源的节约高效利用，因此国家积极推进可持续发展的能源战略，加快经济转型，强化节能减排。推进实施再电气化进程对可持续发展能源战略具有重要意义。所谓再电气化就是对传统电气化进行全面升级，在传统电气化基础上，充分利用现代能源、材料和信息技术，大规模开发利用清洁能源并替代化石能源，最终实现以清洁能源为主体的高度电气化的过程。推进再电气化进程需深入实施电能替代策略，在工业、交通、商业等领域广泛推进以电代煤、以电代油，拓展全社会用电范围，提高能源效率、降低污染排放。工业领域的再电气化将推动电驱化的发

26、展，即使用电能代替燃煤、燃油、燃气等化石能源，实现用电结构优化。电气传动系统是电驱化的重要组成部分，在电驱化不断发展中面临良好发展机遇。电动机是电气传动系统的核心组件之一，2017年至2020年，我国交流电动机产量较为稳定，2021年同比2020年大幅增长，2022年继续平稳增长，全年产量达到42，92870万千万。七、 转型升级步伐加快（一）智能制造发展迅速企业对智能化发展的内生动力增强，数字化制造已在机械各领域大范围推广应用，机器人应用已覆盖国民经济130多个行业中类。电工行业截至2019年已实施智能制造专项70余个，涉及发电设备及输变电设备等重点领域，涵盖高、中、低压多个等级，基本实现了

27、对电器工业全产业链的覆盖。工程机械骨干企业相继构建了自身的数字化研发体系、管理体系和服务体系，推动了研发、管理与服务的升级。部分农机企业通过应用管材激光切割机、焊接机器人、环保涂装生产线等先进设备，提高了加工制造能力，保证了产品一致性。在铸造行业，很多规模以上企业已采用自动化生产线，部分企业建成了数字化生产车间，少数企业走在了智能铸造领域的前沿，如发动机缸体数字化车间、砂型3D打印智能工厂等，并通过智能制造典型示范项目逐步总结出行业细分领域成熟模式，引领其它企业实施智能化改造。（二）服务型制造快速发展在用户的个性化需求、降本增效、提高盈利的期望驱动下，一批机械企业紧抓发展机遇，向产品+服务的方

28、向发展，提供越来越多的高附加值服务，工业设计、融资租赁、节能服务、信息技术服务等生产性服务业逐步壮大。工程机械重点企业大力推进由工程机械到工程机械+的转型，向主机、服务、配件、租赁、大修等全方位价值链经营转变。电工行业部分骨干企业凭借长期专注技术研发能力和齐全的产品链优势，整合设计、研发、制造等资源，提供一体化产品解决方案和工程服务，积极开展国内外的工程总承包（EPC）项目。一些优秀风力发电设备制造企业积极拓展下游风电场投资业务，形成风机全生命周期管理能力，业务链条已经延伸到风电场的开发、投资、建设、运营等环节。（三）发展渐成共识十三五以来，绿色发展理念逐渐深入人心，绿色制造在机械各行业积极推

29、广，取得了显著成效。随着电机、变压器、锅炉等通用设备能效提升行动的实施，高效装备市场占比不断提升，新增变压器中高效变压器占比已由2015年的12%大幅提高至46%。一批风机、泵、压缩机等制造企业大力开发节能产品，面向建材、冶金、纺织等工业领域通用机械产品存量市场，采用租赁、合同能源管理等多种方式对在用高耗能产品进行节能改造，提供节能减排系统解决方案。内燃机整机再制造企业已形成具有特色的发展模式，尤其是部分试点示范企业持续投入使再制造产业规模不断扩大，初步形成了高效的回收体系和运营模式。传统的铸造产业正逐步撕掉脏乱差的标签，一些关键环节通过机器人代替人工操作，生产效率和质量明显提升，型砂使用减少，能耗和排放大幅降低，车间环境也得到明显改善。2015年至2019年中国机械工业联合会重点联系企业的万元产值综合能耗值能下降了34%，年均下降近10%。