北京研精毕智信息咨询有限公司

工业自动化作为现代工业的核心支撑，在全球制造业的发展进程中占据着举足轻重的地位，它是指在工业生产中，运用自动控制、自动调节装置，对生产过程进行自动检测、操纵和管理，以实现生产的连续化、自动化和高效化。近年来，随着科技的飞速发展，工业自动化技术取得了显著的进步，广泛应用于汽车制造、电子信息、机械加工、化工等众多行业。

1、定义与分类

工业自动化是指机器设备或生产过程在不需要人工直接干预或较少干预的情况下，按预期目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。在工业生产自动化条件下，人只是间接地照管和监督机器进行生产。工业自动化广泛应用于机械制造、信息技术、人工智能等领域，是提高生产效率、降低能耗和保证生产安全性的重要手段。从构成上，工业自动化主要由工业自动化软件、硬件和系统三大部分组成。

根据市场调研报告指出，工业自动化软件涵盖了计算机辅助设计与制造系统（CAD/CAM）、工业控制软件、网络应用软件、数据库软件、数据分析软件等，这些软件在工业生产中发挥着关键作用，CAD/CAM 软件能够辅助设计人员进行产品设计和制造工艺规划，提高设计效率和准确性；工业控制软件负责对生产过程进行实时监控和控制，确保生产过程的稳定运行；网络应用软件实现了工业设备之间的通信和数据传输，促进了生产系统的互联互通；数据库软件用于存储和管理生产过程中的各种数据，为数据分析和决策提供支持；数据分析软件则能够对大量的生产数据进行挖掘和分析，帮助企业发现潜在的问题和优化机会。

硬件部分包括自动化设备、仪器仪表与测量设备、传动设备、计算机硬件等。自动化设备如可编程序控制器（PLC）、传感器、编码器、人机界面、开关、断路器、按钮、接触器、继电器等工业电器及设备，是实现工业自动化的基础。PLC 作为工业自动化的核心控制设备之一，能够根据预设的程序对生产过程进行逻辑控制和顺序控制；传感器用于检测生产过程中的各种物理量和化学量，如温度、压力、流量、位置等，并将其转换为电信号或数字信号，为控制系统提供实时的数据支持；编码器则用于测量旋转运动的角度、速度和位置等参数，广泛应用于电机控制、机器人运动控制等领域；人机界面为操作人员提供了与工业自动化系统进行交互的平台，方便操作人员对生产过程进行监控和操作。

仪器仪表与测量设备包括压力仪器仪表、温度仪器仪表、流量仪器仪表、物位仪器仪表、阀门等设备，用于对生产过程中的各种参数进行精确测量和控制。压力仪器仪表用于测量和控制生产过程中的压力，确保设备和工艺的安全运行；温度仪器仪表用于测量和控制生产过程中的温度，保证产品质量和生产效率；流量仪器仪表用于测量和控制生产过程中的流量，实现物料的精确输送和配比；物位仪器仪表用于测量和控制生产过程中的物位，如液位、料位等，确保生产过程的连续性；阀门则用于控制流体的流动方向、流量和压力，是工业自动化控制系统中的重要执行元件。

传动设备包括调速器、伺服系统、运动系统、电源系统、发动机等，负责将动力传递给执行机构，实现生产过程中的各种运动。调速器用于调节电机的转速，以满足不同生产工艺的需求；伺服系统能够精确控制电机的位置、速度和转矩，实现高精度的运动控制；运动系统包括各种机械传动装置，如齿轮传动、带传动、链传动等，用于将动力传递给执行机构，实现直线运动或旋转运动；电源系统为工业自动化设备提供稳定的电力供应，确保设备的正常运行；发动机则是提供动力的源头，常见的有电动机、内燃机等。

计算机硬件包括嵌入式计算机、工业计算机、工业控制计算机等，作为工业自动化系统的核心计算设备，承担着数据处理、运算和控制任务。嵌入式计算机通常集成在工业自动化设备中，具有体积小、功耗低、可靠性高等特点，适用于对空间和功耗要求较高的应用场景；工业计算机专门为工业环境设计，具有较强的抗干扰能力和稳定性，能够在恶劣的工业环境中长时间运行；工业控制计算机则是一种专门用于工业自动化控制的计算机，具有丰富的接口和高速的数据处理能力，能够满足工业自动化系统对实时性和精确性的要求。

工业自动化系统通过工业控制计算机对传感器及局域网所采集的各种信息进行归纳、分析、整理，实现信息管理与自动控制的一体化，并通过权限认证确保信息的安全。现今应用较多的工业自动化控制设备与系统主要有伺服系统、步进系统、变频器、传感器、仪器仪表、人机界面、数据采集与监视控制系统（SCADA）、分散式控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器（PLC）、现场总线控制系统（FCS）等。

2、发展历程

工业自动化的发展历程是一部不断创新和演进的历史，与科技的进步和工业的发展紧密相连。其发展历程可以追溯到工业革命时期，经过了多个重要阶段，逐步从简单的机械自动化发展到高度智能化的现代工业自动化。

工业革命时期，蒸汽机的发明和应用开启了机械自动化的先河。蒸汽机作为一种动力源，取代了人力和畜力，推动了纺织、采矿、冶金等行业的机械化生产。在纺织行业，蒸汽机驱动的纺织机械实现了大规模的纺织生产，大大提高了生产效率。18 世纪 60 年代，英国的詹姆斯・瓦特改进了蒸汽机，使其更加高效和可靠，为工业自动化的发展奠定了基础。这一时期的自动化主要依靠机械设备实现，通过机械传动和简单的控制机构来完成生产任务，虽然自动化程度较低，但为后续的发展奠定了基础。

20 世纪初，电力和电子技术的兴起推动了电气自动化的发展。电力的广泛应用为工业生产提供了更加便捷和高效的动力，电子技术的发展则使得自动化控制设备得以出现。1913 年，美国福特汽车公司采用了流水线生产方式，通过传送带将汽车零部件传送到各个工位，工人在固定的工位上进行装配操作，实现了汽车的大规模生产。流水线生产方式的出现，标志着电气自动化在工业生产中的应用取得了重大突破，大大提高了生产效率，降低了生产成本。这一时期，继电器、接触器等电气控制元件开始广泛应用于工业控制领域，实现了对生产过程的简单控制。

20 世纪后半叶，计算机技术的迅猛发展引领了计算机自动化时代。可编程逻辑控制器（PLC）、工业控制计算机等设备的出现，使得工业生产过程的控制更加精确和高效。PLC 是一种专门为工业环境设计的数字运算操作电子系统，它采用可编程存储器，能够存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程逻辑控制器，从此 PLC 在工业自动化领域得到了广泛应用。工业控制计算机则是一种专门用于工业自动化控制的计算机，它具有丰富的接口和高速的数据处理能力，能够满足工业自动化系统对实时性和精确性的要求。这一时期，计算机自动化技术的应用使得工业生产过程的控制更加智能化和自动化，提高了生产效率和产品质量。

随着信息技术革命的深入，现代工业自动化阶段以信息化、智能化为主要特征。物联网、大数据、人工智能等技术的应用，使得工业生产更加智能化、高效化和可持续化。物联网技术实现了工业设备之间的互联互通，通过传感器和网络技术，将工业设备的运行数据实时传输到云端或本地服务器，实现对设备的远程监控和管理。大数据技术则能够对海量的工业生产数据进行分析和挖掘，帮助企业发现潜在的问题和优化机会，提高生产效率和产品质量。人工智能技术在工业自动化中的应用越来越广泛，如机器学习、深度学习等技术能够实现对生产过程的自主优化和故障预测，提高生产系统的智能化水平。例如，在汽车制造行业，人工智能技术可以用于车身焊接质量的检测和预测，通过对焊接过程中的电流、电压、温度等数据进行分析，提前发现焊接缺陷，提高焊接质量。

3、产业链结构

据市场研究报告进行披露，工业自动化产业链较长且各环节联系紧密，涵盖了从上游零部件供应到中游产品制造，再到下游应用领域的完整产业生态系统。

产业链上游主要是各类电力电子元器件、原材料以及相关的研发设计环节。电力电子元器件包括 IGBT 等半导体元器件、电阻电容等电子元器件，它们是工业自动化设备的核心组成部分，对设备的性能和稳定性起着关键作用。IGBT（绝缘栅双极型晶体管）作为一种新型的电力电子器件，具有高电压、大电流、低导通电阻等优点，广泛应用于变频器、伺服驱动器等工业自动化设备中。原材料方面，包括永磁材料、绝缘材料、结构件等，这些原材料的质量和性能直接影响到工业自动化产品的质量和可靠性。永磁材料用于制造电机的转子和定子，其性能的优劣直接影响电机的效率和功率密度；绝缘材料用于隔离电气设备中的不同电位，保证设备的安全运行；结构件则为工业自动化设备提供机械支撑和保护。

研发设计环节在产业链上游也占据着重要地位。随着工业自动化技术的不断发展，对产品的创新性、高性能和可靠性要求越来越高，研发设计能力成为企业在市场竞争中取得优势的关键因素。企业需要投入大量的资金和人力进行技术研发，不断推出新的产品和解决方案，以满足市场的需求。一些国际知名的工业自动化企业，如西门子、ABB 等，都拥有强大的研发团队和先进的研发设施，不断在工业自动化领域进行技术创新和产品升级。

中游为工业自动化产品的制造环节，按功能可将其分为控制层、驱动层、执行层以及传感层。控制层是工业自动化系统的核心，主要实现对任务的分析、处理和分配，常见的设备有 PLC、DCS（集散控制系统）等。PLC 通过编写程序实现对生产过程的逻辑控制和顺序控制，广泛应用于各种工业自动化场景；DCS 则主要用于大型工业生产过程的集中监控和分散控制，通过网络将各个控制单元连接起来，实现对整个生产过程的统一管理和协调控制。

驱动层的作用是将控制层的任务进行解码，变成能被电机、阀门等执行机构能够识别的信号，主要设备包括变频器和伺服驱动器等。变频器通过改变电机的电源频率来调节电机的转速，实现对电机的节能控制和调速控制；伺服驱动器则能够精确控制电机的位置、速度和转矩，广泛应用于需要高精度运动控制的场合，如数控机床、机器人等。

执行层是工业自动化系统的末端执行机构，负责执行相应的任务，如各类电机、阀门等。电机是将电能转换为机械能的设备，通过旋转运动或直线运动来驱动机械设备完成各种生产任务；阀门则用于控制流体的流动方向、流量和压力，是工业自动化控制系统中的重要执行元件。

传感层用于检测生产过程中的各种物理量和化学量，并将其转换为电信号或数字信号，为控制系统提供实时的数据支持，常见的传感器有温度传感器、压力传感器、流量传感器、位置传感器等。温度传感器用于测量生产过程中的温度，压力传感器用于测量压力，流量传感器用于测量流量，位置传感器用于测量物体的位置和运动状态。这些传感器能够实时感知生产过程中的各种参数变化，并将数据传输给控制系统，以便控制系统根据实际情况进行调整和控制。

下游为工业自动化系统的应用领域，可将其分为 OEM 型行业和项目型行业。OEM（Original Equipment Manufacturer）型行业主要有锂电池、电子制造、半导体、机床、包装等，这些行业通常需要大量的自动化设备来进行批量生产，对自动化设备的精度、速度和稳定性要求较高。在锂电池生产行业，自动化设备用于电芯制造、电池组装、检测等环节，能够提高生产效率和产品质量，降低生产成本。

项目型行业主要有冶金、化工、石化、电力等，这些行业的生产过程通常较为复杂，需要根据具体的项目需求进行定制化的工业自动化系统设计和实施。在冶金行业，工业自动化系统用于高炉炼铁、转炉炼钢、连铸连轧等生产环节，通过自动化控制实现对生产过程的精确控制和优化，提高生产效率和产品质量，降低能源消耗和环境污染。

北京研精毕智信息咨询有限公司（XYZResearch），系国内领先的行业和企业研究服务供应商，并荣膺CCTV中视购物官方合作品牌。公司秉持助力企业实现商业决策高效化的核心宗旨，依托十年行业积累，深度整合企业研究、行业研究、数据定制、消费者调研、市场动态监测等多维度服务模块，同时组建由业内资深专家构成的专家库，打造一站式研究服务体系。研精毕智咨询凭借先进方法论、丰富的案例与数据，精准把脉市场趋势，为企业提供权威的市场洞察及战略导向。