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智能制造裝備行業現狀及十四五發展趨勢分析

2020-05-09   來源:   評論:0
摘要:  近幾年,智能制造裝備產業受到國家高度重視,出臺了一系列鼓勵政策,政策支持下智能制造裝備快速發展。為了更好的了解智能制造裝備在我國的發展,擬從四個方面分析智能制造產業裝備發展背景、產業發展現狀、細分行業、發展趨勢。

1、智能制造裝備產業發展背景

1.1 全球智能制造興起

我國已經成為世界工廠,制造業是我國的支柱產業,但與發達國家的技術差異使我國只能從事勞動密集型產業,效率低、利潤少。所以智能制造裝備是制造業轉型升級的關鍵。因為智能制造裝備系統的主要特征體現了制造業生產的智能化,意味著從本質上提高生產效率,我國也將大力發展。未來,智能制造裝備行業也將向自動化發展,自動化工廠建設是趨勢。

智能制造裝備是具有感知、分析、推理、決策和控制功能的制造裝備的統稱,它是先進制造技術、信息技術和智能技術在裝備產品上的集成和融合,體現了制造業的智能化、數字化和網絡化的發展要求。智能制造裝備的水平已成為當今衡量一個國家工業化水平的重要標志。

促進我國智能制造行業快速發展的原因主要為國家制造業與發達國家存在較大的差異,因為自主創新不足,產業結構較落后及能源消耗過大等劣勢,使我國人力成本較低,只能從事低端制造業,效率較低,收入較少。而制造業價值鏈高端被發達國家控制,能獲取高額利潤。所以,制造強國構筑“綠色貿易壁壘”、“技術壁壘”,通過嚴格的市場準入和限制條件,鉗制欠發達國家制造產品的生產和銷售。

特別是近幾年,以美國為例,美國為了充分保證和利用技術優勢,不斷加大技術創新投入,不斷研發新產品。而且美國目前正在努力重振制造業。2017年底的稅制改革中,美國將企業稅率從35%下調至21%,令企業將部分生產轉移到美國的意愿有所增強,對我國制造業造成嚴重威脅。

中國與發達國家制造業差距主要體現在以下三個方面。一是自主創新不足。我國裝備制造業在自主創新方面明顯不足,完全自主知識產權的技術產品稀缺,原創技術及基礎研究較少,關鍵技術及核心部件依賴進囗,對外依存度較高。二是產業結構待改善。體現在中低端產業產能過剩,高端產業的保障能力不能得到有效滿足,尤其是先進裝備及核心部件、高性能材料以及高技術制造工藝等方面,導致我國裝備制造業中低端市場同質化競爭嚴重。三是能源消耗較大。由于長期的粗放式發展,而且受制于在環保技術開發、環境保護投入、企業社會責任制度建設缺失等方面與制造業發達國家相差較大。

制造業轉型升級原因有兩個方面。一是源自世界制造強國的技術優勢壓力:美國的創新能力全球聞名,在第四次工業革命新興技術重大發展的前沿領域有一席之地。美國目前正在努力重振制造業。2017年底的稅制改革中,美國將企業稅率從35%下調至21%,令企業將部分生產轉移到美國的意愿有所增強。二是源自產業轉移和新國際貿易保護主義的壓力:發達國家將低端制造業向發展中國家轉移并通過對制造業價值準高端的控制,獲取高額利洞,而發展中國家只能收獲較少利潤。

中國裝備自給率雖然達到了85%,但主要集中在中低端領域。中國高端裝備制造產業與國外的技術差距至少在10年以上。

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雖然目前我國已經成為制造業大國,但“大而不強”依然困擾我國制造業發展的主要矛盾,據中國機械工業聯合會的數據顯示,在高端裝備領域,我國80%的集成電路芯片制造裝備、40%的大型石化裝備、70%的汽車制造關鍵設備及先進集約化農業裝備仍然依靠進口。中國裝備自給率雖然達到了85%,但主要集中在中低端領域。中國高端裝備制造產業與國外的技術差距至少在10年以上。

裝備制造業是國之重器,是制造業的基石。美國、德國、英國、日本等世界發達國家紛紛實施了以重振制造業為核心的“再工業化”戰略,頒布了一系列以智能制造為核心的國家戰略。

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1.2 國家鼓勵智能制造業發展

政策支持力度不斷加大,智能制造產業迎來大好發展時機。國家無論是從頂層政策體系,還是細節政策引導都出臺相應規定,如下表。

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2018年11月,國家統計局發布了《戰略性新興產業分類(2018)》,智能制造裝備產業被納入戰略性新興產業。智能制造裝備產業主要包括以下幾個方面。

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1.3人口紅利遞減

人口紅利遞減:人口老齡化、工資高企導致勞動力優勢減弱,智能制造提高生產效率勢在必行。近幾年中國勞動力人口逐年遞減,2013年中國勞動力人口為73.9%,預計至2023年將降至70%左左右。同時, 近幾年,我國城鎮私營企業人員年平均工資不斷上漲,2010年突破,2018年全國城鎮私營單位就業人員年平均工資為49574元,比上年增加3814元,名義增長8.3%,用工成本上漲迫使企業主動選擇智能裝備節省人工成本。而隨著技術的發展,,工業機器人的生產成本不斷降低,成本回收期逐年減少,從2012年成本回收期為5.2年,至2020年有望下降至0.77年。

 

2、智能制造裝備市場發展現狀

2.1 智能制造產業裝備產業

智能制造裝備是指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備,它是先進的制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度整合。智能制造裝備已經形成了完善的產業鏈,包括關鍵基礎零部件、智能化高端裝備、智能測控裝備和重大集成裝備四大環節。

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2.2“四大區域”集聚格局初步顯現

從智能裝備行業的區域競爭格局來看,目前,我國的智能制造裝備主要分布在工業基礎較為發達的地區。在政策東風吹拂下,我國正在形成珠三角、長三角、環渤海和中西部四大產業集聚區,產業集群將進一步提升各地智能制造的發展水平。

環渤海地區:依托地區資源與人力資源優勢,形成“核心區域”與“兩翼”錯位發展的產業格局。其中,北京在工業互聯網及智能制造服務等軟件領域優勢突出。

長三角地區:培育一批優勢突出、特色鮮明智能制造裝備產業集群,智能制造發展水平相對平衡。

珠三角地區:加快機器換人,逐步發展成為“中國制造”主陣地。其中,廣州圍繞機器人及智能裝備產業核心區建設,深圳重點打造機器人、可穿戴設備產業制造基地、國際合作基地及創新服務基地。

中西部地區:落后于東部地區,尚處于自動化階段,依托高校及科研院所優勢,以先進激光產業為智能制造發展的“新亮點”,發展出了技術領先、特色突出的先進激光產業。

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2.3 智能化高端裝備市場份額高

智能化高端裝備在我國經濟結構轉型升級中處于核心環節,是國民經濟和國防建設的重要支撐,是推動工業轉型升級的關鍵引擎。近幾年,我國智能化高羰裝備仍占據最高份額,關鍵基礎零部件份額提升。

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2.4 智能制造裝備存在的3大問題

一是與發達國家相比存在差距。我國智能制造裝備產業技術創新能力薄弱,新型傳感、先進控制等核心技術受制于人,在新技術和新產品的研發上,多數仍跟國外先進企業的技術發展,技術上仍存一定的差距。二是企業規模小,競爭力弱。智能制造裝備產業在我國起步晚,國內優勢企業數量少,產業組織結構小,競爭力弱,缺乏具有國際競爭力的骨干企業,僅少數企業發展到一定的實力。三是產業基礎薄弱,缺乏行業內的支持。智能制造裝備產業基礎薄弱,行業內的配套企業整體實力較弱。一些優勢企業在系統的整體技術與集成能力上有所突破,但一些核心部件的制造仍缺乏國內企業的配套支持,仍受制于國外企業。

 

3、智能制造裝備細分行業

根據德勤調查發現,中國工業企業智能制造五大部署重點依次為:數字化工廠(63%)、設備及用戶價值深挖(62%)、工業物聯網(48%)、重構生態及商業模式(36%)以及人工智能(21%)。從相關技術來看,受訪企業所關注的相關技術包括工業軟件、傳感器技術、通信技術、人工智能、物聯網、大數據分析等。

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3.1 工業機器人

人力成本的上漲是推動電子行業機器換人的主要因素;同時,隨著工業機器人國產化進程的加速帶來了工業機器人價格的下降。據全球預測和定量分析公司牛津經濟研究院(Oxford  Economics)發布的報告顯示,預計未來10年,機器人將代替全球2000萬個制造業崗位,每一個新機器人進入勞動力市場,將平均有1.6名制造工人被替換。其中,中國已占據世界工業機器人的五分之一,每三個進入勞動力市場的新機器人中就有一個安裝在中國。到2030年,中國將有1400萬機器人被投入使用,較世界其它地區處于領先地位。

中國工業機器人發展較快,約占全球市場份額三分之一,連續六年成為全球第一大應用市場。2018年,中國工業機器人產量達到14.8萬臺,占全球產量的38%以上。受制于下游行業的需求放緩——汽車行業迎來28年首次銷量下滑,3C行業增長也大幅度回落,2019年上半年,整個行業訂單增長疲軟,產量持續下滑,僅為7.5萬臺,下降幅度為10.1%。但根據中國電子學會數據顯示,2019年上半年全球機器人市場規模達144億美元,其中中國機器人市場規模達42.5億美元,占比達到29.5%,在全球仍扮演者重要角色。

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3.2 工業互聯網

智能制造可實現整個制造業價值鏈的智能化,而工業互聯網是實現智能制造的關鍵基礎設施。2018年6月12日,工信部公示了《2018年工業互聯網創新發展工程擬支持項目》,表明工業互聯網進入了實質發展階段。2018年中國工業互聯網市場規模達到5313億元,根據中國工業互聯網產業聯盟的測算,預計到2020年市場規模將達到萬億量級。

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各類企業加緊布局,搶占發展制高點。作為推動制造業與互聯網融合發展的重要抓手,工業互聯網平臺的理念和重要性逐漸被產業界所認識,全球各類產業主體積極布局工業互聯網平臺,以搶占發展制高點。在政策、技術等因素的推動下,中國已經出現一批工業互聯網平臺,產業體系已初步完善,具體見下圖。

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3.3 人工智能

人工智能+制造業——創造“智造”新業態。中國人工智能邁向了2.0階段,以通過互聯網聯系在一起的一套巨大的智能系統為標志。從智能制造業角度出發,人工智能技術正在深入改造制造行業。新一代人工智能技術與制造業實體經濟的深度融合,成為應用市場一大亮點,催生了智能裝備、智能工廠、智能服務等應用場景,創造出自動化的一些新需求、新產業、新業態。

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中國人工智能產業規模超400億。近年來,中國人工智能產業發展迅速,跟據中國信通院數據,2015年到2018年中國人工智能產業規模復合平均增長率為54.6%,高于全球平均水平(約36%)。2018年,中國人工智能產業市場規模已達到415.5億元。其中,企業技術集成與方案提供、關鍵技術研發和應用平臺兩個應用領域據發展火熱。據中國新一代人工智能發展戰略研究院2019年5月發布的《中國新一代人工智能科技產業發展報告(2019)》數據,截至2019年2月,人工智能企業廣泛分布在18個應用領域,上述兩個領域企業數占比最高,分別達到15.7%和10.5%。

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3.4 3D打印

3D打印——崛起中的智能制造方式。3D打印不僅僅是炫酷的前沿科技,更是有望革新制造業的“潛力股”。其集合了大規模生產的高效和手工生產的靈活等優點,制造業的全流程都可以引入3D打印,能實現制造過程的高效率和低成本,代表了智能制造的未來發展方向。近年來,我國3D打印行業發展迅速,從2013年3.2億美元的市場規模發展到2018年的23.6億美元,5年的復合增長率達到49.1%。

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3D打印核心零部件依賴進口國內企業有較大提升空間。近年來隨著航空航天、汽車工業等的技術進步,其零部件的結構越來越復雜,對構件的性能要求也更高,傳統的金屬切削加工方法受到嚴峻的挑戰。相比于傳統的減材制造方式,3D打印能夠實現復雜零部件的一次成型,是制造業領域有代表性的顛覆性技術。然而,國內3D打印起步較晚,企業數量與規模均偏小,打印專用新材料與核心零部件嚴重依賴進口,關鍵技術受制于人。2018年國內3D打印行業收入排名第一的先臨三維營收為3.63億元,僅為國際巨頭Stratasys的7%,進口替代還有較大提升空間。

3.5激光切削

金屬切削機床是目前主流的機床產品,全球銷量占全部機床的比例達到52.48%,金屬切削機床不僅可以應用于電力、船舶、航天航空等領域,還可用于電子、汽車、新能源、紡織等行業的自動化設備制造中。在經歷了2011-2017的震蕩波動后,受汽車、3C等主要下游行業景氣度下滑及固定資產投資增速持續疲軟影響,我國機床增量市場持續萎縮,2018年我國金屬切削機床產銷同比分別下降24%和25%,2019年上半年均同比下降了10%左右。

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激光加工作為一種高精度、高效率的材料加工方式,隨著激光設備技術提升,應用越來越廣泛,對于傳統刀具式金屬切削機床的替代率有望不斷提升。假定激光切削比傳統金屬切削機床效率提升3倍,則保有量上限合計約325萬臺,假定滲透率分別達到15%、25%、50%,單臺激光器均價為26/13/6.5萬元,測算得用于金屬切削的激光器市場空間總容量最高可達4000億元。

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3.6 智能制造系統解決方案

智能制造系統解決方案供應商在智能制造的推進過程中起到至關重要的作用。智能制造工程實施三年以來,我國頂層規劃、試點示范、標準體系建設有效推進,全社會智能制造的氛圍逐步形成。2017年,中國智能制造系統解決方案市場規模達1280億元,同比增長20.8%;2018年市場規模約為1560億元,同比增長21.9%。

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受益于用戶數字化建設的持續推進,用于研發、物流、服務等環節的智能制造系統解決方案也在加強,相關環節智能制造系統解決方案的應用比例有所提升。排名前五位的智能制造系統解決方案的是:柔性裝配系統、加工環節數字化系統、智能輸送系統、智能倉儲系統以及企業資源計劃(ERP),占比分別為18%、13%、10%、9%、8%。

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4、智能制造發展趨勢

落后的技術迫使我國制造業轉型升級,同時,也只有掌握技術,才可以改變勞動密集型產業現狀。制造業轉型的主要方向為智能制造,主要有五點特征,第一,智能機器在一定程度上表現出獨立性、自主性和個性,甚至相互間還能協調運作與競爭;第二,人機一體化一方面突出人在制造系統中的核心地位,同時在智能機器的配合下,更好地發揮出人的潛能;其余分別為結合虛擬現實技術,自組織與超柔性以及學習能力與自我維護能力。智能制造不僅能提高生產效率,同時在一定程度上能真正解放生產力。我國也將智能制造裝備系統作為目前制造業發展的主要方向。

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智能裝備制造將體現在五大方向,每一發展方向都涉及兩個相應的具體領域,真正的智能化,是從生產到服務過程的裝備智能化。首先,生產方式的智能化,在生產方式上,智能工廠及智能設備的普及和配備才能真正實現智能生產。其次,產品的智能化體現在芯片、傳感器、機器視覺等新型人工智能產業。另外,定制化生產和產品追溯將成為智能制造的新業態新模式;管理實現智能化需要在生產管理及物流管理等領域結合人工智能等實現機器賦能,讓管理效率同時有更大程度提升。最后,服務將同步實現智能化,具體體現在在線監測、遠程診斷及云服務方面??傮w來看,實現徹底智能化制造裝備主要歷經三個階段,智能工廠到數字化工廠最后實現自動化工廠。

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未來,我國智能制造裝備呈現出自動化、集成化、信息化、綠色化的發展趨勢。自動化體現在裝備能根據用戶要求完成制造過程的自動化,并對制造對象和制造環境具有高度適應性,實現制造過程的優化;集成化體現在生產工藝技術、硬件、軟件與應用技術的集成及設備的成套及納米、新能源等跨學科高技術的集成,從而使設備不斷升級;信息化體現在將傳感技術、計算機技術、軟件技術“嵌入”裝備中,實現裝備的性能提升和“智能”;最后綠色化主要體現在從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的全生命周期中,對環境負面影響極小,使企業經濟效益和社會效益協調優化。

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