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我国执行器行业研究

来源:国泰君安 2015-11-27 09:50:00打印

作者:李晴晴

1、行业分类情况

根据中国证监会《上市公司行业分类指引》(2012年修订),执行器属于仪器仪表制造业,分类代码:C40;根据国家统计局发布的《国民经济行业分类》(GB/T 4754-2011),执行器属于仪器仪表制造业中工业自动控制系统装置制造,分类代码:C4011;根据全国中小企业股份转让系统有限公司公布的《挂牌公司管理型分类结果》(截至2015年9月30日),执行器属于工业自动控制系统装置制造,分类代码:C4011。

2、行业生命周期

根据本行业生命周期理论的划分,执行器目前所处行业属于成熟期阶段。执行器最早起源于欧洲,距今已有百年左右的历史。当今信息时代,执行器行业竞争已十分激烈。但国内的计量执行器产业水平发展滞缓,大型和高档仪器设备几乎全部依赖进口例如(法国伯纳德、罗托克、光荣等),许多急需的专用仪器还是空白,中低档产品保证质量上还有许多难关需要攻克。科技创新及其产业化发展滞缓,是制约我国计量仪器仪表产业发展的一个瓶颈。

3、执行器行业简介、现状分析及发展趋势

(1)执行器定义

执行器是自动控制系统中的执行机构和控制阀组合体。它在自动控制系统中的作用是接受来自调节器发出的信号,以其在工艺管路的位置和特性,调节工艺介质的流量,从而将被控制在生产过程所要求的范围内。在过程控制系统中,执行器由执行机构和调节机构两部分组成。调节机构通过执行元件直接改变生产过程的参数,使生产过程满足预定的要求。执行机构则接受来自控制器的控制信息把它转换为驱动调节机构的输出(如角位移或直线位移输出)。

执行器是控制系统必不可少的环节,也是控制系统最薄弱的环节,因为执行器与流体介质直接接触,阀体的选择、执行器材料的选择等均与流体的腐蚀性、粘度、结晶点、温度、深度、压力等指标相关。

(2)执行器分类

根据分类标准不同,可将执行器分为不同的类别。按执行器所用驱动能源不同,可分为气动执行器、电动执行器、液压执行器三种;按照输出位移的形式不同,可分为角行程、多回转和直行程3种;按照动作规律,执行器可分为开关型、积分型和比例型三类;按输入控制信号,执行器分为可以输入空气压力信号、直流电流信号、电接点通断信号、脉冲信号等几类。

具体分类见下表:

标准

分类

驱动能源

气动执行器、电动执行器、液压执行器

输出位移

角行程、多回转、直行程电动执行器

动作规律

开关型执行器、积分型执行器、比例型执行器

控制信号

空气压力信号执行器、直流电流信号执行器、电接点通断信号执行器、脉冲信号执行器

资料来源:国泰君安整理

根据驱动能源而做分类的电动执行器得到广泛的应用。电动执行器的抗偏离能力好,输出的推力或力矩基本上是恒定的,可以很好的克服介质的不平衡力,达到对工艺参数的准确控制,控制精度高。对流体介质控制有平滑、稳定和缓慢要求的动力厂和核动力厂需用电动执行。

其中,角行程、多回转、直行程执行器是常见的分类方法,根据所接阀体不同,执行机构的应用领域及行业也各不相同,可以进一步细分如下:

直行程阀

(Ⅰ)直通单座阀

所谓单座是指阀体内只有一个阀芯和一个阀座。其特点是结构简单、泄漏量小(甚至可以完全切断)和允许压差小。因此,它适用于要求泄漏量小,工作压差较小的干净介质的场合。在应用中应特别注意其允许压差,防止阀门关不死。

(Ⅱ)直通双座阀

直通双座调节阀的阀体内有两个阀芯和阀座。它与同口径的单座阀相比,流通能力约大20%~25%。因为流体对上、下两阀芯上的作用力可以相互抵消,但上、下两阀芯不易同时关闭,因此双座阀具有允许压差大、泄漏量较大的特点。故适用于阀两端压差较大,泄漏量要求不高的干净介质场合,不适用于高粘度和含纤维的场合。

(Ⅲ)角形阀

角形调节阀的阀体为直角形,其流路简单,服力小,适用于高压差、高粘度、含悬浮物和颗粒状物料流量的控制。一般使用于底进侧出、此种调节阀稳定性较好。在高压场合下,为了延长阀芯使用寿命,可采用侧进底出,但在小开度容易发生振荡。

角行程阀

(Ⅰ)蝶阀

蝶阀的挡板以转轴的旋转来控制流体的流量。它由阀体、挡板、挡板轴和轴封等部件组成。其结构简单、体积小、重量轻、成本低、流通能力大,特别适用于低压差、大口径、大流量气体和带有悬浮物流体的场合,但泄漏量较大。其流量特性在转角达到70º。前和等百分比特性相似,70º以后工作不稳定,特性也不好,所以蝶阀通常在0º~70º转角范围内使用。蝶阀不仅在石油、煤气、化工、水处理等一般工业上得到广泛应用,而且还应用于热电站的冷却水系统。

(Ⅱ)球阀

球阀,标准GB/T21465-2008《阀门术语》中定义为:启闭件(球体)由阀杆带动,并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门,球阀它具有旋转90度的动作,旋塞体为球体,有圆形通孔或通道通过其轴线。主要用于截断或接通管路中的介质,亦可用于流体的调节与控制,其中硬密封V型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力,特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。而多通球阀在管道上不仅可灵活控制介质的合流、分流、及流向的切换,同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。本类阀门在管道中一般应当水平安装。球阀分类:气动球阀,电动球阀,手动球阀。球阀只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用,V型球阀。在西方工业发达的国家,球阀的使用正在逐年不断的上升,在我国,球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业,在国民经济中占有举足轻重的地位。

(Ⅲ)凸轮挠曲阀

凸轮挠曲阀又称偏心旋转阀,也是一种新型结构的调节阀。其球面阀芯的中心线与转轴中心偏离,转轴带动阀芯偏心旋转,使阀芯向前下方进入阀座。

偏心旋转阀具有体积小,重量轻,使用可靠,维修方便,通用性强,流体阻力小等优点,适用于粘度较大的场合,在石灰、泥浆等流体中,具有较好的使用性能。

(4)执行器的发展历程

执行器的发展经历了三个阶段,最初是纯机械式阶段(只包含电机和微动开关,没有任何控制功能),后来发展到电子式阶段(包含接触器、电位器等简单电子控制元件,实现简单控制功能),目前已进入了智能型阶段(将智能控制和传动集为一体)。

20世纪80年代起,由于高新技术的迅猛发展,电子计算机技术、微机控制技术己在阀门设计中得到广泛应用。国外相继推出了符合各种现场总线标准的智能执行器,这些智能化电动执行器功能强大、简单可靠、技术先进,在工业现场取得了较好的应用效果。国外的执行器在各个领域有着相当大的应用比例,其中西博思,西纳国际,罗托克,伯纳德,澳玛等品牌占据很大的市场。

(5)我国执行器技术水平

我国执行器行业起步于上世纪50年代末,但直至上世纪80年代改革开放以来才经历了产品仿制、基型产品联合设计、补齐品种和规范系列等各个阶段得到了前所未有的发展。目前,我国执行器发展已逐步跟上国际潮流。从区域来看,我国执行器产业主要集中在浙江、天津、江苏和上海等地。

从企业性质来看,我国民营执行器企业经过近20年左右的技术引进、合作、消化、吸收、再创新、自主研发等手段,其水平和生产能力有了长足进步,已发展成为我国执行器行业一支主力军,部分民营执行器企业的各项经济技术指标已经进入国内执行器生产企业的最前列,其中以浙江区域的执行器企业为代表为我国工业自动化仪表的发展做出了巨大贡献。

从产品定位上来看,我国执行器产业主要集中于中低端产品,在高端、尖端产品领域还比较薄弱,与国外有较大差距。随着科技发展,近年来智能仪表成为执行器产业新的发展趋势,也是未来抢占高端、尖端产品市场的重要发力点。目前我国智能执行器也在逐渐发展,并逐步缩小着与国际先进水平的差距。

(6)执行器技术发展趋势

国际上,执行器的发展趋势表现为:智能化、模块化、精准化,具体表现如下:

智能通信、智能控制:智能电动执行器利用微机技术和现场通信技术,实现双向通信、PID调节、在线自动标定、自校正与自诊断等多种控制技术要求的功能,有效提高控制水平。

集成模块化:机电一体化新型智能化电动执行机构将伺服放大器与执行机构合为一体,驱动电路应用功能强大的集成模块,结构简单,控制性能好。

定位精准化:控制策略更为先进的控制方法有利于解决电机的惯性问题,实现准确定位,提高控制精度。电动执行器利用先进的电制动技术,控制精度可达1/250。

伴随着国家工业化、信息化、城镇化和农业现代化的发展战略的深入落实,战略性新兴产业将呈现良好发展态势,广泛的信息通信技术的产业穿透和引领作用将进一步增强,以执行器为重要组成部分的智能仪表行业亦将具有良好发展趋势

4、行业上下游

执行器的原材料主要有电机及由铝或铁质加工而成的壳体、涡杆、齿轮、中心轴等,因此,电机及金属行业是执行器制造业最主要的上游行业。执行器作为自动化仪器仪表行业的一个重要零部件分支,产品应用范围广泛,发电厂、过程控制、工业自动化三大领域是其主要应用领域。从下游行业的应用上,可用于化工、石化、模具、食品、医药、包装等行业的生产过程控制,从而实现间歇、连续和循环的加工过程的控制;用于较为广泛的航空、航天、军工、机械、冶金、开采、交通、建材等方面,对各类自动化设备和系统的运动点(运动部件)进行各种形式的调节和控制。

5、行业管理体制

根据《国民经济行业分类》最新版本,执行器属于仪器仪表制造业中工业自动控制体统装置制造,广义上,执行器属于国家重点支持的装备制造业(执行器是装备制造业中四大配套产品的基础部件)。行业的产业政策和宏观管理主要以国家相关主管部门监管为主,国家行业组织、地方行业组织补充、辅助管理组成。

(1)国家主管部门

国家相关主管部门主要有国家工业与信息化部、国家发展和改革委员会及国家商务部,主要负责行业的引导管理,产业政策颁布、发展规划制定、项目审批等,具体表现为:承担振兴装备制造业的组织协调责任,制定重大技术装备发展和自主创新的规划、政策,并依托国家重点工程建设,协调有关重大项目的实施,推进重大技术装备国产化,指导引进重大技术装备的消化创新,组织相关重大示范工程和新产品、新技术、新设备、新材料的推广应用,指导行业质量管理工作。

(2)行业组织

主要行业组织包括:中国仪器仪表行业协会、中国执行器行业协会等。其主要职责是向政府部门提出有利于仪器仪表行业或执行器行业振兴和发展的经济和技术政策建议,承办政府委托办理的事项,协助企业贯彻标准,提出行业内部技术、经济管理的行规行约,开展行业发展战略研究,争取有利于行业发展的政策;提供政府政策、经济、技术信息,利用网络为行业企业服务,建立行业统计与数据库;组织生产、经营管理和技术的交流与咨询,人员培训,产品及市场研究、产品评审、专题研究、技术分析,促进中外贸易合作等。

6、行业主要政策及法律法规

执行器是仪器仪表行业的重要组成零部件,工业自动化控制系统和仪器仪表行业作为智能制造装备产业的重要组成部分是国家的大力支持发展、鼓励持续创新的领域。目前,执行器行业相关的主要法律法规和政策如下表:

颁布时间

政策及法规名称

颁布机构

主要的内容

2015年

《中国制造2025》

国务院

大力发展再制造产业,实施高端再制造、智能再制造、在役再制造,推进产品认定,促进再制造产业持续健康发展;加快发展智能制造装备和产品。组织研发具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人、增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线,突破新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统、伺服电机及驱动器和减速器等智能核心装置,推进工程化和产业化。

2012年

《高端装备制造业“十二五”发展规划》

工业和信息化部

围绕智能制造过程中的感知、决策、执行三个关键环节,大力推进智能仪表、自动控制系统、工业机器人、关键执行和传动零部件的开发和产业化,到2015年,智能制造装备技术创新体系初步建成,具有知识产权的智能测控装置及关键执行和传动零部件研制能力显著增强;传感器、自动控制系统、工业机器人、伺服和执行部件为代表的智能装置实现突破并达到国际先进水平,重大成套装备及生产线系统集成水平大幅度提升;

2011年

《机械基础件、基础制造工艺和基础材料产业“十二五”发展规划》

工信部

提出选择带动性强、辐射作用大的高速、精密、重载轴承等11类机械基础件作为发展重点,以提高性能、可靠性和寿命为主攻方向,力争使其达到或接近国际先进水平,其中,智能化阀岛,智能定位气动执行系统在其列。

2011年

《工业产品质量发展“十二五”规划》

工信部

提出重点行业目标,即重要基础件、关键零部件等重点产品的可靠性与使用寿命在现有基础上提升50%

2009

《重大技术装备自主创新指导目录(2009)》

 

工信部

强调机械基础零部件是装备制造业不可或缺的重要组成部分,直接决定着重大装备和主机产品的性能、水平、质量和可靠性

2009年

《装备制造业调整和振兴规划》

国务院

提出引导专业化零部件生产企业向“专、精、特”方向发展,形成优势互补、协调发展的产业格局

2009年

《装备制造业技术进步和技术改造投资方向》

 

工信部

行业技术进步与技术改造投资方向中包含了基础零部件,并对其规格或等级进行了界定

资料来源:国泰君安整理

7、市场规模

中国的执行器行业在近年来一直保持较高速度的增长,2010年之前的增长率一度保持了20%以上的增长速度,虽然2012年之后宏观经济增速下滑,执行器行业的增长亦有所放缓,但依然保持10%以上的增长速度。据立本咨询《中国电动执行机构行业发展现况分析》研究报告统计,2010年,中国电动执行机构生产规模达到79万台,2011年生产规模上升至94万台,同比增长18.4%,2012年此数据已突破100万台;销售规模上,2011年的行业规模达到52.4亿元;进出口规模上,2011年,我国电动执行机构行业进口额3.26亿元,同比增长5.37%,出口1.7亿美元,同比增长14.2%。

伴随着国家工业化、信息化、城镇化和农业现代化的发展战略的深入落实,战略性新兴产业将呈现良好发展态势,广泛的信息通信技术的产业穿透和引领作用将进一步增强,以执行器为重要组成部分的智能仪表行业亦将具有良好发展趋势。

根据国务院发布的《中国制造2025》,高端装备创新与制造属于国家重点鼓励发展的领域之一。其中执行器是配合工业智能控制器,实现工业自动化、智能化的自动执行功能核心硬件基础。电动执行器以其取用能源方便容易、传输信号速度快、信号传输距离远、便于集中操作控制的特点,及其智能总线传输功能,在智能控制系统中更具优势,是工业4.0时代必不可少的环节。

8、行业壁垒

(1)技术壁垒

执行器主要应用于工业自动化控制系统中,终端用户对执行机构的智能化、耐受性、精确性、稳定性、可靠性等要求越来越高。中国产业升级、智能化制造的趋势要求执行器在产品结构设计、技术研发、生产工艺、材料升级及检验技术等方面的更多进步与积累,其技术壁垒越来越高,使行业新进入者处于技术竞争劣势。于此同时,行业内一些产品品质不稳定、成品率低、过程控制不严谨、质量管理要求低的低端企业很难解决技术瓶颈,难免遭市场淘汰。

(2)资金壁垒

执行器生产企业需要厂房及所需生产设备、检验设备种类众多、设备单价高、固定资产投资规模较大。生产运营的前期需要投入大量的人员、设备,经过一段时间工艺上的磨合、试生产才能实现稳定可靠的运营、得到供应商的认证许可,故该行业先期投入较大且投资回报期长,资金投入规模是新进入者不得不考虑的壁垒。

(3)专业生产经验和人才壁垒

我国执行器的生产制造还没有达到全自动化的程度,对相关人员的专业生产及管理经验要求和依赖程度依然较高,如,精细化的现场管理,需要企业拥有一支专业化的人才队伍,以及在长期的经营过程中积累的专业的生产和管理经验。执行器生产具有多品种、多规格、小批量,定制化生产的特点,因此,专业化生产经验和人才是企业进入执行器行业的壁垒之一。

9、行业基本风险特征

(1)行业竞争加剧的风险

国内执行器市场中,尤其在技术含量较低的低端市场经过过去二十年的发展出现了严重的产能过剩、竞争异常激烈,在该市场中主要靠价格竞争获取市场。国内中高端市场的竞争较为缓和,但在国家产业结构调整及鼓励高端装备创新、智能化的环境下,国内中高端执行器制造企业面临国际知名品牌及国内中低端企业向高端转移的双重竞争压力。

(2)业务拓展过程中投入规模较大、周期较长带来的风险

执行器行业所需投入较大,供应商认证流程较长(执行器生产企业是其客户的供应商)。企业在前期投入大量的人员和设备,需要经过一段时间工艺上的磨合才能实现稳定可靠的生产;对于下游客户,供应商和产品的审核认证周期较长,企业前期研发和试制的投入难以确保在短期内获得收益。如果企业的经营能力不善,对未来业务的发展预判出现失误,较容易面临前期投入得不到补偿、又面临错失市场机会的风险。

(3)下游需求波动的风险

执行器的下游行业主要集中在石化化工、发电、石油天然气、暖通、环保、食品、制药等领域,这些应用领域受经济发展状况及政府政策引导影响明显。故下游行业技术发展水平、生产设备更新换代需求及产业需求景气度在很大程度上决定了执行器需求的发展空间。执行器存在受市场因素影响和政策影响导致执行器需求波动的风险。

10、影响行业的有利因素和不利因素

(1)有利因素

1)宏观经济低迷促使国家鼓励制造业发展

国际经济持续低迷,发达国家纷纷制定以重振制造业为核心的再工业化战略,促使高端制造回流,例如,德国的“工业4.0”智能制造战略计划及美国的“高端制造回流计划”。与此同时,中低收入国家依靠资源、劳动力等优势,以更低成本承接劳动密集型制造业的转移,对我国形成“双向挤压”的严峻挑战。中国版的“工业4.0”如期颁布---《中国制造2025》,提出通过“三步走”实现制造强国的战略目标,其中,到2025年迈入制造强国行列是第一阶段目标。各行业新的装备需求、人民群众新的消费需求、社会管理和公共服务新的民生需求、国防建设新的安全需求,都要求制造业在重大技术装备创新、公共服务设施设备供给和国防装备保障等方面迅速提升水平和能力,制造业的再发展将形成经济增长新动力。国务院在政策上更加重视发展高端装备制造业的导向,将有利于工业自动化各子行业未来的发展。

2)下游行业需求回升

《中国制造2025》明确提出我国下阶段的目标是打造具有国际竞争力的制造业,提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国,到2025年,自主知识产权高端装备市场占有率大幅提升,核心技术对外依存度明显下降,基础配套能力显著增强,重要领域装备达到国际领先水平。海洋工程装备及高技术船舶、智能电网成套装备、高档数控机床、核电装备、高端诊疗设备等一批创新和产业化专项、重大工程将得到极大鼓励,与之应用领域相配套的高端、智能执行器的需求将得到激发。

3)外商企业的全球化采购为我国中高端执行器产品出口提供了发展机遇

随着产业结构调整的不断深入,生产执行器的部分企业自主创新意识明显增强,通过不断加大研发投入,进行技术积累,同时重视人才培养和人才梯队的建设,重视知识产权建设,产品技术水平、质量水平、可靠性水平显著提高。中国企业竞争力普遍提高,逐渐跻身国际中高端制造水平,吸引外商来华为其全球或亚太市场采购的执行器数量逐年增加,为我国执行器的发展提供了较大的机遇。

(2)不利因素

1)成本费用上升压力将长期存在

随着物价上涨和劳动工资体系的完善,企业用工成本上升将成为今后的常态,这些因素对执行器制造企业的发展带来了不利影响。

2)国内中高端执行器市场依然受到国际品牌强劲的竞争压力

  我国执行器企业多数规模较小,资金实力不足、研发能力弱、创新能力低,产品结构中普通、低档产品的比例较高,中高端产品市场份额长期被国际品牌占据主导地位。尤其是高端执行器的核心技术依然主要来源于国际品牌企业,终端客户对国内中高端执行器认知力缺乏,接受程度较低。


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