当前位置:资讯 > 业界新闻 > 正文

“智能制造”产业链研究报告

发布时间:2017-05-23     作者:www.cechina.cn

摘要:2017年5月17日国务院召开常务会议,指出下一步深入实施《中国制造2025》,把发展智能制造作为主攻方向。扩大试点示范城市(群)覆盖面,选择20至30个基础条件好、示范带动作用强的城市,以试点示范推进《中国制造2025》深入实施。

  2017年5月17日国务院召开常务会议,指出下一步深入实施《中国制造2025》,把发展智能制造作为主攻方向。
  扩大试点示范城市(群)覆盖面,选择20至30个基础条件好、示范带动作用强的城市(群),继续开展“中国制造2025”试点示范创建工作,以试点示范推进《中国制造2025》深入实施。
  面对国际产业竞争形势、国内经济转型的改革需求,我们认为下一阶段最重要的风口在“智能制造”。2017年智能制造试点正在申报中,值得市场关注。

  一 、下一阶段最重要的风口在“智能制造”
  落子智能制造, 紧跟全球发展竞争形势。
前三次工业革命都有明显的标志,如蒸汽、电力、可编程计算机,第四次工业革命已经到来,以互联网产业化、工业智能化、工业一体化为代表,各个国家都尝试定义。
  美、德先后于2012年2月、2013年4月推出工业4.0、工业互联网等先进制造业战略计划,其实质即是智能制造。我国为了适应全球经济发展新形势,也适时提出了中国制造2025、互联网+等一系列战略计划,因为智能制造可能成为我国在此次技术创新竞争中实现弯道超车的契机。
  第四次工业革命带来的智能制造对我国影响巨大CONTROL ENGINEERING China版权所有,一是7000-8000万产业就业人群;二是大量制造业产品出口;三是涉及我国军事安防,以上均需要未来的互联网和工业融合的智能制造来实现。如果错失紧跟这一轮工业革命的步伐,对整个国家的发展有较大的影响。
  互联网进入工业化第二阶段,未来十年发展方向具有确定性。互联网来到中国,首先进入的是第三产业,迎来“消费互联网”的黄金15年,其间产生了阿里巴巴等重量级企业。现在工业4.0到来,实际上即宣布互联网开始进入工业,这是互联网产业化的第二个时期。
  2013年全球的第四次工业革命迎来战略升级,目前中国有450万制造业企业,这些企业在未来10年或20年,至少有20%的企业要转型成自动化、智能化生产,一个数以十万亿计的市场正在缓缓展开。
  供给侧改革初现成果,制造业升级正当时。自2016年中央经济工作会议明确提出深化供给侧结构性改革以来,推进“三去一降一补”任务已有实质性进展,产能过剩、库存过大、杠杆偏高、成本高企、短板约束等重大结构性失衡问题均有所破解,为经济转型升级扫清障碍、蓄积动能。
  中国经济注入新动力无外乎两种途径:一是将经济增长由投资导向型逐渐转向消费导向型,目前“消费互联网”已有所发力;二是提升制造业的水平,让制造业重新成为驱动中国经济的核心力量。
  过去制造业由于加工贸易和中低端商品加工并不要求技术和创新,中国制造业水平并未随经济总量一同攀升,同时导致大量高附加值产品依赖进口,由于无法输出高附加值产品,我国高端制造业中只有少数领域有企业能够在世界立足。
  当下时点,传统资源型工业领域进行供给侧改革已初现成果,此后的经济动能培养将逐步提上重要日程,2017年5月17日国务院召开常务会议,指出下一步深入实施《中国制造2025》,把发展智能制造作为主攻方向。


  二 、产业链及细分行业重点梳理
  智能制造体系是基于新一代信息技术,贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节,是先进制造过程、系统与模式的总称。
  其中智能制造过程是指通过自动化装备及通信技术实现生产自动化,并能够通过各类数据采集技术,以及应用通信互联手段,将数据连接至智能控制系统,并将数据应用于企业统一管理控制平台,从而提供最优化的生产方案、协同制造和设计、个性化定制,最终实现智能化生产。


  智能制造发展需经历自动化、信息化、互联化、智能化四个阶段。智能制造发展需经历不同的阶段,每一阶段都对应着智能制造体系中某一核心环节的不断成熟,分为四个阶段。
  分别为自动化(淘汰、改造低自动化水平的设备,制造高自动化水平的智能装备)、信息化(产品、服务由物理到信息网络,智能化元件参与提高产品信息处理能力)、互联化(建设工厂物联网、服务网、数据网、工厂间互联网,装备实现集成)、智能化(通过传感器和机器视觉等技术实现智能监控、决策)。
  我国目前仍处于“工业2.0”(电气化)的后期阶段,“工业3.0”(信息化)还待普及,“工业4.0”正在尝试尽可能做一些示范,制造的自动化和信息化正在逐步布局。


  1. 自动化生产线集成
  国内系统集成商正在崛起。系统集成方案解决商处于相对于智能设备的下游应用端,为终端客户提供应用解决方案,负责工业机器人软件系统开发和集成。目前我国系统集成商多是从国外购买机器人整机,根据不同行业或客户的需求,制定符合生产需求的解决方案。
  业务形式主要以大型项目(关键设备生产线的集成,如机器人工作岛)和工厂的产线技术改造为载体,对现有设备进行升级和联网,提供工业控制、传动、通讯、生产与管理信息等方面的系统设计、系统成套、设备集成及EPC工程等服务。
  在系统集成应用领域,外资系统集成商包括ABB、柯玛、KUKA等,国内领先的系统集成商包括新松机器人、大连奥托、成焊宝玛、晓奥享荣等。
  应用市场主要集中于汽车工业,市场规模已超百亿。目前国内智能制造系统集成领域,大部分集中于汽车工业,2016年国内机器人下游应用领域中,占比最大的是汽车制造(48%),其次是3C制造(24%)。
  根据中汽协数据,2015年汽车整车、零部件制造业固定资产投资额分别为2724.16 亿、8685.49亿,若按整车及零部件行业机器人占固定资产投资额比值分别为1%、0.2%来估计机器人本体市场规模,并在此基础上估计系统集成市场规模,则2016年系统集成市场空间就已达134-178亿。
  中投顾问产业研究中心预测显示,至2020年系统集成规模有望接近830亿,2016-2020年期间复合增速可达20%。
  其他应用领域不断扩围。随着国内自主品牌整车企业的崛起,近年来国内系统集成企业份额开始不断提升,机器人产品认可度的不断提高,系统集成应用领域也扩展至一般工业;
  根据中国机器人产业联盟的数据,2016年上半年国产工业机器人应用行业进一步拓宽至农副食品加工业,酒、饮料和精制茶制造业,医药制造业,餐饮业等,较2014年增加6个行业中类、21个行业小类;
  其中金属制造业行业和以家用电器制造、电子元器件、计算机和外部设备制造等为代表的电器机械和器材制造行业,在国产工业机器人销售总量中的占比最高,分别占31%和23%,汽车以外其它领域的系统集成正在迅速增加。


  2. 自动化装备
  工业机器人
  工业机器人销量得到快速提升。由于人工成本的增加和产业转型升级的需求,我国的工业机器人自2010年始,表现了大幅增长,此后销量增速保持在20%-50%的较高水平。
  根据IFR初步统计数据,2016年我国工业机器人销量已高达9万台,较2015年增长31.28%,显著高于全球工业机器人14%的销量增速,其中中国工业机器人销量占全球销量比重以达31%,我国工业机器人的需求有了显著增长,成为全球的重要市场。
  目前工业机械人需求仍高度依赖进口,每年的进口量往往高于当年销量,但2015年数据已显示进口量4.67万台低于当年销量的6.85万台,可见我国自主生产的工业机器人也逐步得到市场的认可。


  我国工业机器人密度仍偏低。从工业机器人的普及使用情况看,截止2015年我国每万人拥有工业机器人的数量已升至49台,虽然仍显著低于全球每万人69台,但较2011年我国每万人10台已有显著提升,目前水平已接近2010年时全球的每万人50台。
  2013年工信部曾下发《关于推进工业机器人产业发展的指导意见》,提出到2020年机器人密度达到100。由此预计,截止2020年,我国工业机器人有50万台的需求空间,按照年均10万台及均价10万/台来估算,在不考虑出口的情况下,国内工业机器人本体的市场空间未来5年每年保守估计均有100亿。


  行业发展主要受制于重要核心零部件 、工控系统依赖于进口。工业机器人的核心零部件主要包括减速器、伺服系统、控制系统三部分,对应着执行系统、驱动系统、控制系统,多轴工业机器人的成本中分别占比分别为36%、24%、12%。
  其中减速器成本占比较最大且对精度要求高,而全球减速器行业集中度较高,目前基本被日本的纳博特斯克(Nabtesco)和哈默纳科(Harmonic Drive)所垄断,全球市场份额超75%;控制器方面,复杂高端工业机器人的控制器对进口依赖较高,中低端机器人的控制器国内基本能够实现自给;
  而伺服电机的技术门槛相对较低,与国际差距相对较小,目前国内部分企业已能实现自给,如埃斯顿、新时达的部分机器人已开始使用自行研制的控制器和伺服系统,但高端市场仍被日本、欧美名企占据,占据近80%的市场份额。
  数控机床
  目前我国数控机床已有较高产量水平。
数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床,该控制系统能够处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,通过信息载体输入到数控装置,经运算处理由数控装置发出控制信号,控制机床动作,从而自动进行零件加工。
  数控机床主要用于金属切削和金属成形,从结构上来看,2015年1-10月年中国数控金属切削机床、数控金属成形机床(数控锻压设备)产量分别为19.7万台、2.0万台CONTROL ENGINEERING China版权所有,同比下降7.1%、4.6%,但仍保持较高产量水平。
  根据中国产业信息网预测CONTROL ENGINEERING China版权所有,预计我国2017年数控金属切削机床、数控金属成形机床(数控锻压设备)产量将分别达到25.3万台、2.76万台,未来五年(2017-2021)年均复合增长率约分别为3.47%、6.33%。
  高端数控仍处于起步阶段。我国目前处于数控机床的智能化技术起步阶段,现阶段大部分的数控机床还不具备智能化功能,自主生产的数控机床主要以中低端产品为主,高端数控机床(数控系统)主要依靠进口,2016年我国数控机床进口额约26亿美元。
  国内机床行业市场集中度并不高www.cechina.cn,主要的市场参与者包括沈阳、大连、济南、秦川等机床厂,进口数控机床主要来自西门子、发那科、三菱等外企;数控系统方面,国产数控系统厂家主要为华中数控、广州数控、大连光洋、沈阳高精和航天数控等。
  目前这5家数控企业均对数控系统软硬件平台等一批高端数控系统关键技术有所突破,高端数控机床被列入“中国制造2025”目标,到2020年,国内市场占有率超过70% 。
  目前该行业的示范效用已取得了一定成果, 由云南CY集团承担的工信部《高档数控车床制造数字化车间的研制与示范应用》于2016年8月通过验收,该项目的关键设备数控化率100%。


  3. 工业信息化
  工业信息化以工业软件为主,工业软件是指在工业领域进行设计、生产、管理等环节应用的软件,可以被划分为系统软件、应用软件和中间件(介于这两者之间),其中系统软件为计算机使用提供最基本的功能,并不针对某一特定应用领域;
  应用软件则能够根据用户需求提供针对性功能,在智能制造流程中,工业软件主要负责从事生产控制、运营管理、研发设计等方面进行优化、仿真、呈现、决策等职能。


  全球各类工业软件发展呈较大差异。由于制造企业的不同发展阶段,对工业软件的功能和技术需求也会出现差异,从而导致每一类工业软件在产业发展中呈现较大差异。
  根据Gartner统计,2011年以来,全球工业软件市场规模每年保持约6%的速度增长。其中研发设计类软件的重要性有所提升,制造企业在产品生命周期各阶段对仿真软件的应用增多,CAE软件在制造业各领域的应用日益广泛,保持8%左右的增速;
  传统管理软件稳步增长,管理软件市场进入成熟期,规模保持平稳上升,增速有所放缓;ERP等相对成熟的市场加快转向按需付费的软件服务模式,在一定程度上影响了行业收入的增长速度。近年来,生产管理类软件市场空间进一步打开,MES软件成为智能工厂多个环节数据交换的核心。
  截止2015年全球MES软件的规模达到78亿美元,维持17%左右的高增长率。客户管理和供应链管理软件的高速增长也反映出制造企业顺应“网络化协同制造”的要求,更加重视与消费者和产业链的信息交流。
  目前产业格局仍是欧美企业主导。从产业格局看,目前全球工业软件产业主要由欧美企业主导,呈“两极多强”态势,SAP、Siemens在多个领域均崭露头角,而IBM、达索系统和Salesforce.com在各自专业领域形成了一定优势。
  其中ERP软件产业格局相对稳定,SAP和Oracle两家企业占据主导,属于一线ERP软件,Infro、Sage、Microsoft隶属二线;在CRM领域中,Salesforce 占据全球CRM市场第一位,且发展迅速,其成功来自基于SaaS的云服务模式;
  CAD产业的主导者是Autodesk和达索系统,且随着仿真、设计技术与先进技术的结合,逐渐出现新的参与者;MES软件具有较强的行业应用特性,与特定的行业关系紧密,需要大量行业领域知识的积累,因此形成不同MES厂家占据不同行业的局面。


  国内企业市占比偏低,水平与领先企业有较大差距。在国内市场方面,国产软件企业在研发设计、业务管理和生产调度、过程控制三类软件中均有一定市场份额,但在某些细分领域仍与国外领先软件企业差距较大,属于行业末端跟随者的角色。
  国内市场排名前五位的国内厂商占据整体市场份额较低,且其96%的销售在国内市场,全球份额不足0.3%。当前我国工业软件产品多集中于OA、CRM等门槛较低的软件类型,而国外产品在MES、ERP、PLM等主流工业软件市场上占据主导,稳定性与可用性均强于国内产品。
  同时国内工业软件产品虽然价格较低,但是性能参差不齐,与其他厂商软件的兼容性较差,持续服务水平无法保证,市场对国内产品的信心和认可程度总体偏弱。


  4. 工业互联/物联网
  国内RFID、机器视觉等物联技术发展处于初期。相较于欧美发达国家,我国在RFID、机器视觉、传感器等物联技术和设备产业上的发展还较为落后,如我国RFID企业总数虽然超过百家,但是缺乏关键核心技术,尤其是芯片、中间件等方面,目前还未形成成熟的RFID产业链。
  虽然中低、高频标签封装技术在国内已经基本成熟,但只有极少数企业已经具备了超高频读写器设计制造能力;机器视觉方面,国内机器视觉厂商多是引进国外的产品,在此基础上做系统集成方面的工作,实际从事生产机器视觉产品的企业非常少。
  传感器行业发展相对成熟。相较于RFID、机器视觉产业发展,国内传感器行业发展相对成熟,目前国内已有1700多家从事传感器生产和研发的企业,其中从事微系统研制、生产的有50多家,已建成三大传感器生产基地(安徽、陕西、黑龙江)。
  传感器应用四大领域为工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备。传感器作为一种信息检测装置,能将监测到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,与RFID(射频识别技术)、机器视觉等物联设备一起运用于产品制造以及全生命周期控制工程网版权所有,从而实现对产品制造与服务过程及全生命周期中制造资源与信息资源的动态感知、智能处理与优化控制、工艺和产品的创新等。
  我国传感器有赖进口,技术差距仍明显。目前全球约有40个国家从事传感器研制、生产和应用开发,其中美、日、德等国的市场总占有率近60%,如德国海德汉、英国雷尼绍。相比下,我国传感器企业95%以上属小型企业,传感器技术水平偏低、研发实力较弱、规模偏小、产业集中度低。
  根据《装备制造》数据,2015年全球市场约1770亿美元,预计在未来五年内,全球所有的传感器领域的复合年增长率都将超过15%,2015年我国传感器销售额突破1300亿元,但95%以上均为进口配套形成。
  目前在全球范围内有2万多种传感器,我国能完全国产的种类大约只有6000多种,且种类远远不能满足国内生产生活的需要,传感器在重大技术装备中所占价值量不足5%,技术攻关及产业化难度大,较重大技术装备主机与国外先进水平差距更大。传感技术及产品已成为制约智能制造工业物联网等产业发展的瓶颈。


  5. 智能生产
  3D打印技术日渐成熟。3D打印技术,也称“增材制造”或“增量制造”,是基于三维CAD模型数据,通过增加材料逐层制造,将直接制造与相应数学模型结合的一种制造方法。它涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”和全生产周期的“快速制造”相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。
  增材制造技术第一次出现于1980年,第一次应用是在汽车的原型设计方面。通过研究者和企业近30年来的努力,3D打印技术已经渐趋成熟,衍生出7种重要的子技术(材料挤出型、粉末床熔化、光聚合成型、粘合剂喷射成型、材料注射成型、熔融沉积成型、层压成型)。
  全球的3D打印产业链已初步形成。全球的3D打印产业链包括3D打印生产制造商(生产3D打印机和开发增材制造子技术)、原材供应商(高分子材料和金属材料)、3D打印软件、3D扫描(产品实物扫描录入电脑生成打印模型)、产品服务商等。其中设备制造是3D市场最重要的组成部分,占据市场最大份额。
  其中主要生产制造商有斯川塔斯(Stratasys)、3Dsystems、EOS、ConceptLaser、SLMSolutions、ExOne和Ultimaker,这些制造商除了生产3D打印配套设备外,还提供相关软件、材料、技术、咨询和其他服务等;
  原材料供应商提供3D打印所需原材料,其中涵盖材料制备、材料热处理和后续烧结工艺等各个方面,目前高分子类原材料主要应用于桌面级的3D打印机,而金属类原材料主要应用于工业级的3D打印,桌面级3D打印机门槛低、设计简单,一般是企业进军3D打印领域切入口,随着工业生产技术的扩展,工业级3D打印有望逐步崛起。
  3D打印市场规模保持高速增长。Gartner发布的数据显示,2016年全球3D打印市场规模为70亿美元,至2020年将达到212亿,未来五年复合增速为32%。尽管增长显著,但事实上3D仅占到全球制造业市场的0.04%,市场潜力还未完全开发。
  目前全球市场主要分布于欧美国家(市场占比超60%),竞争格局也相对集中,其中Stratasys、3DSystems和EOS三家3D设备制造商市场份额占到整个3D打印市场的70%,3D打印服务商也是Materialise和ProtoLabs两家独大,市场份额占10%。


  消费电子和汽车行业应用较多,原型设计及产品开始是主要应用领域。在行业应用方面,消费电子和汽车行业各自贡献了3D打印总收入的20%,这些行业将3D打印技术主要应用于产品的原型设计。除此之外,手机制造商也逐渐使用3D技术制造产品零部件。
  医疗器械行业作为第3大3D打印市场,需求量正在迅速增长,使用3D打印技术大批量定制产品,如人体助听器等。目前,3D打印在制造业适用方面主要有:原型设计(25%)、产品开发(16%)、想法验证(11%)。


  但国内3D打印行业在商业化过程中发展仍相对较慢,而且完整的产业链尚未形成。我国3D打印的研究起步于20世纪90年代,发端于高校,走产学研协同之路,高校中建立的技术研发中心和实验室主要负责材料成型技术方面的研发,2016年10月成立了中国增材制造产业联盟,国家增材制造创新中心建设方案也通过了专家论证。
  近年来,我国3D打印产业已经在打印机的研发方面有了小规模的发展,目前在分层实体制造技术以及电子束融化技术等方面有了一定的突破,截止2015年全球3D打印市场的占比升至14.96%。但由于一些打印材料被国外垄断,市场需求没有较好的开发,导致我国该产业的发展仍然较为缓慢。
  桌面级3D打印由于行业壁垒较低,价格竞争较为激烈,国内企业相对外企具有一定价格优势,代表企业是北京太尔时代、浙江闪铸、珠海西通等;
  工业级3D打印目前主要是国外巨头(通过代理商形式)和我国具有技术实力的企业进行竞争,行业竞争者较小,由于主要是技术竞争,虽然国内企业与国外企业目前仍存在差距,但部分研发早、技术成熟的国内企业已经形成追赶之势。


  国内机器视觉企业同样面临起步晚、技术差等问题。我国机器视觉的起步比较晚,行业的集中度不高,最开始主要是以代理商形式进行国外品牌代理,目前较多经销商已开始推出自有品牌的产品,但是在行业分布、渠道分销以及成熟的自动化产品有着明显的差异。
  目前国内机器视觉企业主要位于珠三角、长三角及环渤海地区,企业重点分布在广东、浙江、江苏、上海等省市,企业类型以民营企业为主,公司规模大多为中小型企业,在规模上难以与国外的主流公司产品竞争,国内机器视觉的相对成熟的自动化产品质量以及技术含量偏低,市场也远远没有饱和。


标签:工业4.0,工业互联网,物联网,智能制造,中国制造2025,

手机随时阅读更多精华文章,请关注控制工程网微信订阅号。
版权声明:版权归中国控制工程网所有,转载请注明出处!

关注本刊新浪微博

关注本刊微信订阅号