智能制造产业的主要领域和发展特征

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新经济产业领域系列《产业内参》

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近年来，制造业重新获得发达国家的重点关注，譬如德国工业4.0战略、美国先进制造业战略等，发达国家再制造业化推动了智能制造时代的加快到来。《中国制造》作为制造强国战略的行动纲领，明确以智能制造为主要方向，包括数控机床、工业机器人、增材制造设备、非标自动化设备、智能工厂等，加快应用融合新一代信息技术和先进制造技术的新型生产方式。基于东滩产业内参《智能制造产业投资趋势及发展模式》，本文对智能制造产业的主要领域和发展特征做一个梳理。

1、产业界定和产业分类

　　产业界定：数控机床是数字控制机床，是一种装有程序控制系统的自动化机床，较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性、高效能自动化机床。

　　产业分类：根据数控机床的性能不同，分为高档数控机床、中档数控机床、低档数控机床。高档数控机床具有高速、精密、智能、复合、多轴联动、网络通信等功能。

2、市场和格局：寡头市场模式，高档领域仍被外资把持

　　市场规模：2019年全年我国数控机床产业低位运行，产量较前年下降。2017年金属切削机床全年累计产量64.3万台，2018年累计产量48.9万台，2019年累计产量41.6万台，连续两年下降。

　　行业格局：纵观低档、中档、高档三个层次，国产化率均有显著提升。目前低档、中档市场基本被国内企业占据，高档仍是外资的天下。2018年，数控机床行业市场规模前5名企业市场份额为63.25%，前10名企业市场份额为85.38%，属于寡头市场模式。

3、发展趋势：向智能化、柔性化、集成化、多元化发展

（1）需求结构升级，产品向智能化、柔性化方向深入

　　从供给侧看，《中国制造》将“高档数控机床”列为未来十年制造业重点发展领域之一。从需求侧看，工业4.0的到来要求通过智能工厂、智能车间、智能生产线等设备实现生产和流通的智慧化。与此相适应，数控机床必须向智能化、网络化、柔性化发展以满足工业4.0时代的深层需求。

（2）应用领域拓宽，应用行业走向分化

　　受钢铁行业、传统制造业产能过剩的影响，数控机床行业的市场需求开始萎缩，市场供过于求。随着网络基础设施的建设和互联网生态的发展，智能手机、平板电脑、可穿戴设备等消费电子产品快速发展，有力地推动了该领域的轻型切削数控机床的发展。

（3）服务模式升级，由单一产品销售向系统集成方案发展

　　近年来，下游企业对厂商提出新需求，趋向于与具备成套的设备生产能力、提供全套解决方案或承担更为复杂的工程总承包项目的能力、自动化系统改造的能力的供应商合作。

1、产业界定和产业分类

　　产业界定：机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术设定的规则行动。工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，包括焊接、装配、喷涂、处理、搬运和分拣等不同作业领域的机器人。

　　应用领域：在汽车、电子电气、橡胶与塑料、机械制造、食品、化工、冶金等行业获得广泛应用。

2、市场和格局：我国工业机器人市场进入洗牌期，国产替代任重道远

　　市场规模：自2013年起，我国已经成为全球最大的工业机器人市场，工业机器人产业也随之快速增长，月产量稳定在1-2万台之间；2018年9月起，我国工业机器人产量和销量同比从多年的高增长转变为负增长，持续时间长达一年多，市场进入洗牌期。

　　行业格局：2018年外资品牌占比73%，以“四大家族”发那科、ABB、安川、库卡为主，分别占18.0%、17.0%、12.0%、10.3%；国产品牌中领先企业为埃斯顿、众为兴、欢颜、汇川、埃夫特，分别占比8.6%、7.2%、5.9%、4.7%、4.4%；核心零部件如控制系统、减速器、伺服系统等仍依赖进口。

3、发展趋势：向智能化、复合化、行业应用多元化发展

（1）产品智能化

　　随着人工智能、大数据、云计算等基础技术的发展，以及多种方法混合技术、多专家系统技术、机器学习、硬软件一体化和并行分布处理技术的进步，未来工业机器人将向更加智能化的方向发展。未来工业机器人将拥有更高的智能程度，学习能力、逻辑分析能力、解决问题的能力都将提升。

（2）应用多元化

　　随着工业机器人的智能化逐渐升级，赋予机器人不同程度的类人智能，可实现“感知-决策-行为-反馈”的闭环工作流程，解决生产中更多维度的问题。智能机器人不断衍生进化出复杂功能和新型功能，市场激发多元化需求，应用领域持续拓宽。

（3）复合化发展

　　传统工业机器人只具备单一功能，未来的发展方向则是同时涵盖多种功能，实现复合化发展。使用AGV、机器视觉等技术代替人的“手”、“脚”、“眼”等功能。相比于传统工业机器人，复合机器人提供了柔性自适应的能力，代替人工将工装、工件在车间进行周转、配送，实现无人柔性制造。

1、产业界定和产业分类

　　产业界定：俗称3D打印，融合计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

2、市场和格局：行业步入成长期，产业生态圈趋于完善

　　市场规模：2012-2017年，我国增材制造(3D打印)市场规模快速增长，在国际市场中的份额从7%增加到21%。2018年我国增材制造(3D打印)产业规模为120亿元，2019年产业规模为157.5亿元，较2018年增加31.1%，继续保持快速增长态势。

　　应用领域：我国3D打印市场应用程度不断深化，在航空航天、汽车、船舶、核工业、模具等领域得到广泛应用。航空航天、工业机械、汽车3个行业占比继续扩大，达到总市场份额的50%以上。

　　发展阶段：经过多年的发展，我国3D产业由导入期步入成长期，已经形成比较完整的产业链。以高校科研机构为主的3D技术研究不断取得进步，专利申请数量逐年增多；上游原材料推出复合型石膏粉末、环氧树脂、蜡制材料等；中游打印设备及服务皆有企业涉足；下游航空航天、汽车、医疗等众多领域不断拓展。

3、发展趋势：向材料多元化、技术复合化、生产方式柔性化发展

（1）以万物打印为方向，材料多元化发展

　　塑料材料开启增材制造热潮。有机高分子主要有工业塑料、光敏树脂、橡胶材料等，可应用于航空航天、汽车工业、家用电器、医疗器械等多种领域；是3Dsystem、Stratasys等国际大型增材制造材料生产商的主营方向。

　　金属与陶瓷材料突破技术创新。金属以钛合金、铝合金为主，主要面向航空航天、汽车制造、医疗器械等方向，是未来的重点材料；陶瓷硬度高、成本低、脆，还在继续性能研发中，主要面向航空航天、牙科医疗等应用方向。

　　生物材料畅想未来万物打印。生物材料是未来3D打印的焦点，目前还在研发起步阶段；Zimmer、Stryker、smith nephew、ohnson Johnson等陆续推出了3D打印产品并已获得了FDA的批准正式进入到医疗市场。

（2）以整体打印为方向，技术复合化发展

　　技术复合化实现整体打印是未来的发展趋势。目前增材制造产业基本以单种材料生产单种零件为主要生产方式，多种材料与多种技术融合于一体尚在开发试验阶段。由于设计模型的复杂性，使得零部件生产后的组装存在很大阻碍，如果能够实现整体打印，对于未来的生产制造将会实现巨大突破。不仅能够节省时间与成本，还能同时省去焊接等步骤，实现结构一体化，从而实现整机更加稳固。

（3）以市场需求为方向，生产方式柔性化发展

　　技术基础和市场需求推动生产变革。智能制造、互联网技术、人工智能产业等一系列高科技在近年来愈演愈烈，许多不可能成为可能，这些技术的发展，为个性化定制提供了技术基础，使个性化定制撕去了“昂贵”的标签。

1、产业界定和产业分类

　　产业界定：非标自动化设备定义就是用户定制的、用户唯一的、非市场流通的自动化系统集成设备，是采用按照国家颁布的统一的行业标准和规格制造的单元设备组装而成，是根据客户的用途需要，开发设计制造的设备。

　　市场规模：2017年我国非标自动化装备市场规模3499.9亿元，同比增长6.2%；2018年我国非标自动化装备市场规模3667.2亿元，同比增长4.8%。随着非标自动化机械的不断扩大普及，预计在2020年市场规模将突破4000亿元。

　　应用领域：与一般的标准自动化设备相比非标自动化设备不仅需要考虑生产流程，还需要根据相关的生产场所或置放环境，以及产品加工的特点来进行一个量身定制。国内的主要需求分布在汽车、加工、电子电器、物流及食品等行业。

2、激光设备：中国占据全球一半以上市场份额

　　产业界定：激光作为一种先进加工技术可以完美融合到智能制造解决方案中，在涵盖切割、焊接、标记等工艺中广泛应用。无论是对品质可控的需求、对生产效率和产品效能的需求、对个性定制的需求，都可以满足。

　　市场规模：我国激光设备市场增长迅速，2017年中国激光设备市场销售规模超495亿元，占据全球一半以上市场份额；2019年市场销售规模为658亿元，同比增长8.76%，增速有所放缓。

　　行业格局：我国激光中低端产品具有绝对优势，高端产品国产化率增强。2019年国内共有规模以上激光企业超过150家，多数企业集中在激光器制造和激光加工领域。在中低功率的激光设备市场中，大族激光与华工科技占据超过一半的市场份额，高功率国产产品实现部分销售，是下一个国产替代的方向。

　　发展趋势：超快激光是未来的发展重点，与传统激光相比可进行精密冷加工。

在消费电子领域的应用

　　·手机钢化玻璃/蓝宝石板切割钻孔

　　·智能手表蓝宝石盖板切割

　　·手机/智能手表OLED屏体切割

　　·摄像头柔性线路板模组切割

　　·大尺寸液晶屏偏光片切割

　　·指纹识别模组玻璃切割

　　·OLED屏体用偏光片切割

在医疗美容领域的应用

　　·飞秒激光治疗眼科手术

　　·心脏支架的超精密切割：激光切割、等离子切割、电火花加工、光蚀刻等

　　·祛痣祛斑祛黑色素

　　·祛纹身

　　·嫩肤

在航空航天领域的应用

　　·新型超高温单晶材料和高精度复杂微结构制造：西安光学精密机械研究所率先攻克难题，实现了对高压涡轮叶片气膜孔的“超精细冷加工”

　　·航空滤网清洗

　　·引擎喷油嘴打孔

在光伏能源领域的应用

　　·钙钛矿薄膜太阳能电池制造是光伏产业新的发展方向，具有取代现有晶硅太阳能电池产业的潜力。在钙钛矿薄膜太阳能电池的精密加工过程中，超快激光加工起着至关重要的作用。

3、锂电自动化设备：国内企业占据主导地位

　　产业界定：锂电自动化设备泛指在锂电池出产过程中使用的各种制作设备。锂电池出产工艺较长，出产过程有50多道工序，相应需求50多种设备来完结各道工序的制作，主要设备包括制片机、卷绕机、摸切机、叠片机、注液机等。

　　市场规模：中国2018年锂电生产设备需求达206.8亿元，同比增长18.2%；其中国产设备产值达186.1亿元，同比增长20.1%。

　　行业格局：在行业起步初期，日韩设备性能比国产设备好，随着中国龙头电池企业的发展，部分国产设备优于日韩设备。目前，中国锂电自动化设备企业较多，涉及到核心技术、规模较大的企业数量较少，规模上亿元的企业有10几家。

1、产业界定和产业分类

　　产业界定：智能工厂是在数字化工厂的基础上，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。同时，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

2、离散型制造：推动企业全业务流程智能化整合

　　产业界定：离散型制造的产品通常被分解成很多一系列并不连续的工序加工完成，每一道工序只由企业的一个部门承担。流程型制造领域通过搭建智能工厂，推进数字化设计、装备智能化升级、工艺流程优化、精益生产、可视化管理、质量控制与追溯、智能物流等应用，推动企业全业务流程智能化整合。

　　代表行业：机械、航空航天、汽车制造、船舶、轻工业、服装、医疗器械、电子信息等。

案例链接：

三一重工18号厂房

　　三一重工是重工领域的标杆，其18号厂房是应用基础的示范。18号厂房是面积约10万平方米的车间，是三一重工总装车间，有混凝土机械、路面机械、港口机械等多条装配线，是工程机械领域内颇负盛名的智能工厂。

3、流程型制造：提升企业降本增效、安全生产等方面的智能化水平

　　产业界定：流程制造是指被加工对像不间断地通过生产设备，通过一系列的加工装置使原材料进行化学或物理变化，最终得到产品。流程型制造领域通过搭建智能工厂，提升企业在资源配置、工艺优化、过程控制、产业链管理、质量控制与追溯、能源需求侧管理、节能减排及安全生产等方面的智能化水平。

　　代表行业：石油开采、石化化工、钢铁、有色金属、稀土材料、建材、纺织、食品、医药、造纸等。

4、市场和格局：行业处于初创期，市场快速增长，参与主体活跃

　　市场规模：智能工厂是现代制造业、现代工业的发展趋势，是实现制造业企业转型升级的路径，预计未来将保持10%以上的年增速增长，在2022年突破万亿元的市场规模。

　　主体类型：中国智能制造系统解决方案供应商联盟将智能工厂的建设主体分为三类，分别是综合型整体解决方案供应商、由设计单位或科研院所发展而来的智能工厂解决方案供应商，以及以提供三维数字化模型为主的供应商。

5、发展趋势：智能工厂是未来制造业、现代工业的发展方向

（1）从生产过程数字化到智能工厂

　　在石化、钢铁、冶金、建材、纺织、造纸、医药、食品等流程制造领域，企业发展智能制造的内在动力在于产品品质可控，侧重从生产数字化建设起步，基于品控需求从产品末端控制向全流程控制转变。

（2）从智能制造生产单元到智能工厂

　　在机械、家用电器、电子信息等离散制造领域，企业发展智能制造的核心目的是拓展产品价值空间，侧重从单台设备自动化和产品智能化入手，基于生产效率和产品的效能提升实现价值增长。

（3）从个性化定制到智能工厂

　　在家电、服装等靠近下游用户的消费品制造领域，企业发展智能制造的重点在于充分满足消费者多元化需求的同时实现规模经济生产，侧重通过互联网平台大规模个性化定制模式的创新。

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