中国智能制造发展新趋势,智能制造装备行业六大特点及四大主要趋势

浏览:4714   发布时间: 2022年05月05日

智能制造装备行业六大特点及四大主要趋势

智能制造装备行业六大特点及四大主要趋势

智能制造设备的下游客户包括消费电子、新能源、医疗等行业。随着技术的进步,消费电子产品将在新兴需求的带动下不断更新迭代,向智能化、集成化发展。下游产品旺盛的市场需求将有效带动智能制造行业的发展,为智能制造行业的发展提供了有效的支撑。我国新能源市场前景广阔,上下游行业配套不断完善,同时在国家补贴政策的支持下,新能源产业得到了长足的发展。未来,随着“双碳”目标的提出,新能源行业发展环境将继续向好,行业发展前景可期。作为新能源产业的重要组成部分,我国动力锂电池企业在全球市场中的竞争力也不断增强,在推动新能源车技术突破的同时,也为其上游的精密装备制造企业的发展创造了条件。

1、行业概况

(1)智能制造装备业是提质增效、转型升级、提升我国产业核心竞争力的必然要求

我国2021年工业增加值达到37.3万亿元,连续12年位居世界第一,在制造业规模上已成为“制造大国”。同时,我国制造业仍存在明显短板,与发达国家相比仍存在一定差距,在发展高质量制造业并成为“制造强国”道路上任重道远。

根据中国工程院战略咨询中心等机构发布的《2020中国制造强国发展指数报告》,我国制造强国发展指数低于美国、德国等发达国家,位居全球第三阵列。我国与制造强国的差距主要体现在“制造业增加值率”、“制造业全员劳动生产率”等指标。与美国、德国等工业发达国家“制造业增加值率”平均30%以上的高水平相比,中国“制造业增加值率”始终在20%左右;2019年我国“制造业全员劳动生产率”仅相当于美国同期水平的20.46%。因此,我国制造业产业体系运转效率仍处于较低水平,提质增效、转型升级已成为我国制造业实现高质量发展的必然要求。

随着全球新一轮科技革命和产业变革深入发展,大国战略博弈进一步聚焦制造业,美国、德国等世界发达国家纷纷实施了以重振制造业为核心的“再工业化”战略,颁布了一系列以智能制造为核心的国家战略,令企业将部分产能转移到发达国家的意愿有所增强,对我国制造业的发展造成一定影响。当前,我国正处于转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力并向高质量发展阶段转变的特殊时期。智能制造作为“制造强国”建设的主攻方向,其发展水平对我国未来制造业的全球地位,加快发展现代产业体系,构建新发展格局均具有重要作用。因此,大力培育和发展智能制造业,是提质增效、转型升级、提升我国产业核心竞争力的必然要求,也是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择。

(2)产业政策支持智能制造装备业发展

智能制造装备行业是制造业产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。近年来国家对智能制造装备行业政策支持力度不断加大,先后出台《中国制造2025》《我国十三五规划纲要》《十四五规划和2035年远景目标纲要》等顶层政策体系及《智能制造发展规划(2016-2020年)》《增强制造业核心竞争力三年行动计划(2018-2020年)》《关于促进制造业产品和服务质量提升的实施意见》等一系列细节政策引导智能制造装备行业发展。为贯彻落实“十四五规划”,加快推动智能制造发展,工信部在《“十四五”智能制造发展规划》(征求意见稿)提出“到2025年,规模以上制造业企业基本普及数字化,重点行业骨干企业初步实现智能转型;到2035年,规模以上制造业企业全面普及数字化,骨干企业基本实现智能转型”的发展目标。目前,我国智能制造装备产业处于发展的重要战略机遇期,行业有望保持快速增长趋势。

(3)智能制造装备行业发展概况

2、行业特点

资料来源:普华有策调研整理

(1)产品多领域应用

智能装备是现代工业生产体系的物质基础,可应用于产品制造、安装、检测、仓储等多个环节,应用领域包括消费电子产品制造、新能源动力电池、光伏等新能源产品制造、医疗设备制造、工程机械制造、家电制造、轨道交通设备制造、电子元器件制造、食品制造、冶金及印刷出版等领域。

(2)技术人才供不应求

智能制造装备行业的发展离不开相关专业技术人才的支持。由于智能制造装备行业融合了多种先进技术,对相关行业人才提出了较高的要求:一方面,要求人员能够对不同领域的专业技术做到跨界融合,具备复合的知识结构;另一方面,要求人员具备自我驱动力和创新意识,在面对不断变化的新型技术和下游需求时,能够满足生产企业的研发经营需要,推动行业发展。

(3)技术更新迭代快

随着科技的不断进步,该领域产品更新迭代速度加快、对核心零部件的要求日益严格。这也促使智能设备制造商需要不断进行技术革新以满足下游客户的生产检测需求。同时,随着传感技术、网络技术、自动化技术等先进技术的不断突破,智能制造装备行业也在不断推动设计过程、制造过程和制造装备智能化的革新,促进信息技术、智能技术与装备制造技术的深度融合与集成。

(4)资金密集性特征

国内智能制造装备行业项目实施存在一定时间周期,智能制造装备供应商需要在项目初期垫付较多成本,如出现多个大型项目共同推进时,会面临较大的资金压力。同时,智能制造装备企业为保持自身竞争力,需要投入大量资金研发先进技术,培养设计人员等。因此,智能制造装备业在快速发展过程中具备显著的资金密集特征。

(5)多技术融合综合性强

智能制造装备业是技术综合性较强的制造产业,融合了先进制造、信息技术、人工智能等多个领域,综合运用了控制系统设计、传感技术、精密制造技术、智能识别技术等技术。2021年3月,国家发改委等部门联合发布《关于加快推动制造服务业高质量发展的意见》,提出将利用5G、大数据、云计算、区块链等新一代信息技术大力发展智能制造产业,预示着智能制造产业的技术综合性在未来将进一步加强。

(6)产品需求呈定制化趋势

智能制造业主要采用定制化的设计生产模式,需要根据客户的特殊需要,量身定制最佳解决方案。因此行业内企业需要深刻了解和熟悉设备的生产工艺,将智能制造技术运用到各个细分市场,为不同产品创造自动化解决方案,以满足下游生产商对设备的定制化需求。同时,在定制化的生产模式下,下游生产商会对设备制造商的生产规模、质量控制与快速反应能力进行综合考量,进一步提升了对设备制造商工艺技术的要求。

3、行业发展趋势

(1)自动化、集成化、集群化、信息化有望成为智能制造装备行业未来发展方向

未来智能制造装备行业将能够根据要求完成生产过程的高度自动化,并对制造对象和制造环境具有一定的适应性,从而实现制造过程的优化。

未来智能制造行业的生产工艺中,硬件、软件与应用技术以及配套设备将实现深度集成,在生产管理及物流管理等领域结合人工智能等实现机器赋能,使生产效率实现较大程度提升,并同步实现包括在线监测、远程诊断及云服务在内的服务集成,从而实现设备的不断升级。

目前智能制造厂商主要集中分布在经济较发达的长三角、珠三角等地区,集群化有助于提高产业上下游关联度、降低运营成本、提高生产效率,同时也是推动产业升级、提升区域经济的有效保障。

信息化体现在将传感技术、计算机技术、软件技术“嵌入”设备中,实现设备的性能提升和智能化。这一过程既是硬件与软件的融合,又是制造技术与信息技术的融合。信息化将贯穿于采购、生产、销售、售后服务全过程,从而大大提高生产和服务效率。

(2)国内供应商市场竞争力逐渐加强

我国工业化进程起步较晚,但经过数十年的发展,已经出现一批具有较强自主创新能力的优秀企业。“十三五”以来,通过试点示范应用等措施,我国制造业智能化水平显著提升,自主供给能力增强,行业发展态势良好。

近年来迅速兴起并发展的新一代信息技术在制造业也得到深度地应用与融合,有效推动了智能制造行业的前进步伐。技术方面,得益于网络信息技术的迅速发展,智能制造技术与先进工艺技术在产业重点行业内持续普及,制造业数字化、网络化与智能化程度不断加深,制造过程控制与制造执行系统在全行业内普及,核心工艺流程数控化率显著提高;产品方面,以高档数控机床、工业机器人、智能仪器仪表等为代表的关键技术产品研发与生产取得飞速进展,产品质量与生产水准持续提高。

国内厂商制造成本低廉,销售渠道多元,了解客户需求,有着较高的客户服务水准,已形成了一批设计研发经验丰富、服务水平高端、配套能力强的厂商,市场竞争力逐渐加强。

(3)推进中小微企业转型,提升全产业链智能化水平

在我国,中小微企业贡献50%以上的税收以及80%以上就业,但是由于受制于资金和技术,其在固定资产投资和智能化转型过程中往往处于不利地位。“十四五”期间,国家提出“坚持融合发展”的发展原则,要求龙头制造企业发挥牵引作用,带动产业链上下游企业数字化智能化同步提升,实现大中小企业融通发展。

(4)我国人口结构变化和人工成本上升将推动制造业智能化

制造业作为我国经济发展的支柱产业之一,受人口结构变化和人工成本上升等因素的影响,我国人口红利优势正逐渐丧失。据国家统计局数据显示,中国15-64岁劳动年龄人口占比从2011年以来逐年递减,而总抚养比在逐年攀升,人口老龄化趋势明显。2011年至2020年,我国15-64岁人口占总人口比重由74.40%降低至68.55%,下降近6个百分点;总抚养比由34.40%上升至45.90%,上升近11个百分点。随着我国人口结构趋于老龄化,以人口红利为基础的传统制造业原有优势逐渐消失,而以智能制造为主的高端装备制造能够帮助企业实现高效运作、解决管理难题,从而带动整个产业转型升级。

随着劳动年龄人口的逐渐减少,企业面临持续劳动力短缺的压力,人工成本也在不断提升,2020年制造业城镇非私营单位就业人员平均工资达8.28万元,为2010年平均工资3.09万元的2.68倍;2020年制造业城镇私营单位就业人员平均工资达5.79万元,为2010年平均工资2.01万元的2.88倍。人口红利逐步消失、人工工资高企,使得以工业自动化代替流水线、工业机器人代替人工成为必然的发展趋势。制造业企业将通过智能化转型提高生产效率和资源利用率,降低运营成本和产品不良率,利用新一代信息技术解决经营生产中的实际问题。

4、面临的挑战

(1)专业技术人才短缺

作为知识密集型、技术密集型行业,行业内企业对于专业技术人才的需求较高。在智能制造的背景下,相关人才需要具备融合的专业技能和丰富的实践经验以应对新技术对传统行业带来深刻变革。由于我国智能制造行业发展相对滞后,行业发展时间较短,人才培育和积累不足,高端人才相对匮乏。智能装备制造行业对人才的综合能力和技术水平要求较高,我国应加快构建支撑制造强国战略的人才培养体系,打造智能制造人才队伍,构建多层次的人才队伍,支撑智能制造产业快速发展。

(2)国际竞争愈加激烈

受新冠肺炎疫情影响,当前世界经济形势复杂严峻,部分国家的贸易保护主义、单边主义和霸权主义再次抬头,经济复苏具有不稳定性和不平衡性。美国、德国等发达国家加快推动以信息技术为核心的先进制造计划,构建智能化的工业生产制造体系,努力抢占新一轮国际竞争的制高点。中国作为制造业大国,对世界经济的发展格局具有重要影响,同时也面临着更加激烈的国际竞争。目前,我国制造行业发展水平总体上仍呈现大而不强,强而不精的格局,产品的技术含量和附加值较低,产业总体上处于全球价值链的中低端,在国际市场中的竞争力仍有待提高。

(3)行业集中度低,业内企业规模偏小

智能制造装备中如自动化设备、自动化线体及夹治具产品属于完全竞争市场,行业内企业在对客户行业和客户需求深刻理解的基础上,凭借其设计研发能力和项目经验,根据客户需求自主设计、研发自动化设备,依据产品设计方案采购原材料,并最终完成设备的制造及交付。由于生产所需的机器人本体、模组、电机等原材料均为通用标准化产品,因此与关键自动化单元产品及零部件供应商相比,设备制造商所生产的非标准化设备对配套设计研发能力、项目执行经验、客户行业理解深度和客户服务能力的要求较高,因此行业集中度相对较低、行业内企业规模偏小。

更多行业资料请参考普华有策咨询《2022-2028年智能制造装备行业细分市场分析及投资前景专项报告》,同时普华有策咨询还提供产业研究报告、产业链咨询、项目可行性报告、十四五规划、BP商业计划书、产业图谱、产业规划、蓝白皮书、IPO募投可研、IPO工作底稿咨询等服务。

目录

第一章 宏观经济环境分析

第一节 全球宏观经济分析

一、2021年全球宏观经济运行概况

二、2022年全球宏观经济趋势预测

第二节 中国宏观经济环境分析

一、2017-2021年中国宏观经济运行概况

二、2022年中国宏观经济趋势预测

第三节 智能制造装备行业社会环境分析

第四节 智能制造装备行业政治法律环境分析

一、行业管理体制分析

二、行业相关发展规划

三、主要产业政策解读

第五节 智能制造装备行业技术环境分析

一、技术发展水平分析

二、技术革新趋势分析

第二章 国际智能制造装备行业发展分析

第一节 国际智能制造装备行业发展现状分析

一、国际智能制造装备行业发展概况

二、主要国家智能制造装备行业的经济效益分析

三、2022-2028年国际智能制造装备行业的发展趋势分析

第二节 主要国家及地区智能制造装备行业发展状况及经验借鉴

一、美国智能制造装备行业发展分析

1、2017-2021年行业规模情况

2、2022-2028年行业前景展望

二、欧洲智能制造装备行业发展分析

1、2017-2021年行业规模情况

2、2022-2028年行业前景展望

三、日韩智能制造装备行业发展分析

1、2017-2021年行业规模情况

2、2022-2028年行业前景展望

四、2017-2021年其他国家及地区智能制造装备行业发展分析

五、国外智能制造装备行业发展经验总结

第三章 2017-2021年中国智能制造装备市场供需分析

第一节 2017-2021年智能制造装备产能分析

一、2017-2021年中国智能制造装备产能及增长率

二、2022-2028年中国智能制造装备产能预测

三、2017-2021年中国智能制造装备产能利用率分析

第二节 2017-2021年智能制造装备产量分析

一、2017-2021年中国智能制造装备产量及增长率

二、2022-2028年中国智能制造装备产量预测

第三节 2017-2021年智能制造装备市场需求分析

一、2017-2021年中国智能制造装备市场需求量及增长率

二、2022-2028年中国智能制造装备市场需求量预测

第四章 中国智能制造装备产业链结构分析

第一节 中国智能制造装备产业链结构

一、产业链概况

二、特征

第二节 中国智能制造装备产业链演进趋势

一、产业链生命周期分析

二、产业链价值流动分析

三、演进路径与趋势

第三节 中国智能制造装备产业链竞争分析

第五章 2017-2021年智能制造装备行业产业链分析

第一节 2017-2021年智能制造装备行业上游运行分析

一、行业上游介绍

二、行业上游发展状况分析

三、行业上游对智能制造装备行业影响力分析

第二节 2017-2021年智能制造装备行业下游运行分析

一、行业下游介绍

二、行业下游需求占比

三、行业下游发展状况分析

1、A用智能制造装备市场分析

(1)行业发展现状

(2)需求规模

(3)需求前景预测

2、B领域用智能制造装备市场分析

(1)行业发展现状

(2)需求规模

(3)需求前景预测

3、C领域用智能制造装备市场分析

(1)行业发展现状

(2)需求规模

(3)需求前景预测

4、D用智能制造装备市场分析

(1)行业发展现状

(2)需求规模

(3)需求前景预测

5、E领域用智能制造装备市场分析

(1)行业发展现状

(2)需求规模

(3)需求前景预测

6、F用智能制造装备市场分析

(1)行业发展现状

(2)需求规模

(3)需求前景预测

7、G领域用智能制造装备市场分析

(1)行业发展现状

(2)需求规模

(3)需求前景预测

第六章 中国智能制造装备行业区域市场分析

第一节 华北地区智能制造装备行业分析

一、2017-2021年行业发展现状分析

二、2017-2021年市场规模情况分析

三、2017-2021年市场需求情况分析

四、2022-2028年行业发展前景预测

第二节 东北地区智能制造装备行业分析

一、2017-2021年行业发展现状分析

二、2017-2021年市场规模情况分析

三、2017-2021年市场需求情况分析

四、2022-2028年行业发展前景预测

第三节 华东地区智能制造装备行业分析

一、2017-2021年行业发展现状分析

二、2017-2021年市场规模情况分析

三、2017-2021年市场需求情况分析

四、2022-2028年行业发展前景预测

第四节 华南地区智能制造装备行业分析

一、2017-2021年行业发展现状分析

二、2017-2021年市场规模情况分析

三、2017-2021年市场需求情况分析

四、2022-2028年行业发展前景预测

第五节 华中地区智能制造装备行业分析

一、2017-2021年行业发展现状分析

二、2017-2021年市场规模情况分析

三、2017-2021年市场需求情况分析

四、2022-2028年行业发展前景预测

第六节 西南地区智能制造装备行业分析

一、2017-2021年行业发展现状分析

二、2017-2021年市场规模情况分析

三、2017-2021年市场需求情况分析

四、2022-2028年行业发展前景预测

第七节 西北地区智能制造装备行业分析

一、2017-2021年行业发展现状分析

二、2017-2021年市场规模情况分析

三、2017-2021年市场需求情况分析

四、2022-2028年行业发展前景预测

第七章 中国智能制造装备行业市场经营情况分析

第一节 2017-2021年行业市场规模分析

第二节 2017-2021年行业基本特点分析

第三节 2017-2021年行业销售收入分析(包含销售模式及销售渠道)

第四节 2017-2021年行业区域结构分析

第八章中国智能制造装备产品价格分析

第一节 2017-2021年中国智能制造装备历年价格

第二节 中国智能制造装备当前市场价格

一、产品当前价格分析

二、产品未来价格预测

第三节 中国智能制造装备价格影响因素分析

第四节 2022-2028年智能制造装备行业未来价格走势预测

第九章 智能制造装备行业竞争格局分析

第一节 智能制造装备行业集中度分析

一、市场集中度分析

二、区域集中度分析

第二节 智能制造装备行业竞争格局分析

一、行业竞争分析

二、与国际产品竞争分析

三、行业竞争格局展望

第十章 普华.有策对行业重点企业经营状况分析

第一节 A公司

一、企业基本情况

二、企业主要业务概况及智能制造装备产品介绍

三、企业核心竞争力分析

四、企业经营情况分析

第二节 B公司

一、企业基本情况

二、企业主要业务概况及智能制造装备产品介绍

三、企业核心竞争力分析

四、企业经营情况分析

第三节 C公司

一、企业基本情况

二、企业主要业务概况及智能制造装备产品介绍

三、企业核心竞争力分析

四、企业经营情况分析

第四节 D公司

一、企业基本情况

二、企业主要业务概况及智能制造装备产品介绍

三、企业核心竞争力分析

四、企业经营情况分析

第五节 E公司

一、企业基本情况

二、企业主要业务概况及智能制造装备产品介绍

三、企业核心竞争力分析

四、企业经营情况分析

第十一章 智能制造装备行业投资价值评估

第一节 2017-2021年智能制造装备行业产销分析

第二节 2017-2021年智能制造装备行业成长性分析

第三节 2017-2021年智能制造装备行业盈利能力分析

一、主营业务利润率分析

二、总资产收益率分析

第四节 2017-2021年智能制造装备行业偿债能力分析

一、短期偿债能力分析

二、长期偿债能力分析

第十二章PHPOLICY对2022-2028年中国智能制造装备行业发展预测分析

第一节 2022-2028年中国智能制造装备发展环境预测

第二节 2022-2028年我国智能制造装备行业产值预测

第三节 2022-2028年我国智能制造装备行业销售收入预测

第四节 2022-2028年我国智能制造装备行业总资产预测

第五节2022-2028年我国智能制造装备行业市场规模预测

第六节 2022-2028年中国智能制造装备市场形势分析

一、2022-2028年中国智能制造装备生产形势分析预测

二、影响行业发展因素分析

1、有利因素

2、不利因素

第七节 2022-2028年中国智能制造装备市场趋势分析

第十三章 2022-2028年智能制造装备行业投资机会与风险

第一节智能制造装备行业投资机会

一、产业链投资机会

二、细分市场投资机会

三、重点区域投资机会

第二节智能制造装备行业投资风险及防范

一、政策风险及防范

二、技术风险及防范

三、供求风险及防范

四、宏观经济波动风险及防范

五、关联产业风险及防范

六、产品结构风险及防范

七、其他风险及防范

第十四章 普华有策对智能制造装备行业研究结论及投资建议

重磅发布|2021-2022中国智能制造十大热点新鲜出炉

智能制造日益成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容,e-works特别盘点了2021至2022年中国智能制造十大热点,聚焦智能制造推进政策、工业软件、智能物流、绿色制造、工业机器人、标杆工厂等内容,剖析中国智能制造的发展现状和未来趋势。

TOP 01

各地纷纷出台智能制造推进政策

加快发展智能制造,是促进我国经济增长的新动能,也是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择,对于推动我国制造业供给侧结构性改革,打造我国制造业竞争新优势,实现制造强国具有重要战略意义。为了加速推动我国制造企业转型升级,我国各地纷纷出台了推进智能制造与数字化转型的政策措施。

2021年,我国已陆续发布了《“十四五”数字经济发展规划》、《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》、《“十四五”智能制造发展规划》等一系列政策,从国家层面部署推动智能制造发展。

2021年5月,广东省印发《关于加快数字化发展的意见》,7月,广东省印发《广东省制造业数字化转型实施方案(2021-2025年)》,并制定了数字化转型的政策措施。随后,佛山、广州、中山、东莞等城市也积极响应,相继制定推动制造业数字化转型发展的若干扶持政策。在江苏,智能化、数字化有一个专有词:“智改数转”。2021年12月,江苏省印发《江苏省制造业智能化改造和数字化转型三年行动计划(2022-2024年)》。

此外,2021年,全国各省市也相继出台了一系列推进智能制造与数字化转型的行动计划与措施,包括《天津市加快数字化发展三年行动方案(2021-2023年)》、《上海市全面推进城市数字化转型“十四五”规划》、《山东省“十四五”数字强省建设规划》、《广西加快工业互联网发展推动制造业数字化转型升级行动方案》、《成都市智能制造三年行动计划(2021-2023年)》等,对各地制造企业推进数字化、智能化转型给予指引,具有重要的意义。

TOP 02

国产工业软件迎投资热潮,仍需务实前进

2021年12月,工信部、发改委、教育部、科技部等八部委联合发布的《“十四五”智能制造发展规划》则提出,70%的规模以上制造业企业基本实现数字化网络化,并实现智能制造装备和工业软件市场满足率分别超过70%和50%。在国家政策大力支持的背景下,工业软件在2021年受到资本的高度热捧,无论是一级市场的融资,还是二级市场的表现,都在释放一个很明显的信号:国产工业软件迎来了资本风口。一批国产工业软件企业得以走到聚光灯下,迎来了前所未有的发展机遇。

工业软件是在长期工业实践中为支持工业界的创新实践而生的,客观来说,国产工业软件存在的不足仍十分明显:一是自主创新能力薄弱;二是基础配套能力不足;三是部分领域产品质量可靠性有待提升;四是产业结构不合理。智能制造相关政策的大力扶植,以及资本的不断涌入给国产工业软件注入了发展活力,一定程度上加速了国产工业软件奋起直追的步伐。

TOP 03

工业软件平台化趋势凸显

从工业软件的发展趋势来看,其演进方向不仅体现在软件功能上,还体现在系统架构、软件性能、用户界面等诸多方面,在这个过程中,工业软件正逐渐摆脱单纯的工具属性,成为支撑企业业务的重要使能平台。进一步来说,随着工业软件平台化趋势愈加凸显,也带来了商业模式的革新和改变,越来越多工业软件支持SaaS模式,部署在云端的工业软件将普惠更广泛的中小企业。

TOP 04

智能物流产业生态圈全面发展

智能物流是智能制造的核心与关键。面对全球供应链一体化、各种新业态不断落地和疫情散发等影响因素,企业在推进智能制造过程中,物流环节面临着诸多新需求、新变化与新挑战,向智能化转型升级已是大势所趋。乘此时势,由物流设备制造商、物流软件供应商、物流系统集成商和物流信息平台服务商等构成的智能物流产业生态圈迎来全面发展。

从政策层面来看,2021年是智能物流产业持续深入发展的一年。从市场层面来看,2021年是智能物流产业百花齐放的一年。从应用层面来看,2021年是智能物流技术加速落地的一年。

中物联统计数据显示,2021年工业品物流总额299.6万亿元,同比增长9.6%,两年平均增长6.1%,增速接近疫情前水平。其中制造业中出口相关以及高新制造业物流需求发展较好,2021全年装备制造业、高技术制造业物流需求比上年增长12.9%、18.2%,增速高于全部工业平均水平3.3、8.6个百分点,是工业物流恢复的主要拉动力。然而此前第三季度,工业生产与物流需求受主动调控、原材料价格高位上涨等因素叠加影响,增速明显放缓。因此,为更好地应对全球供应链中断和原材料价格波动风险,企业仍然需要借助自动化、数字化、智能化科技手段建设高智能、全覆盖、高柔性的智能物流,不断改善物流运行效率和增强供应链韧性,从而支撑制造稳定、高效发展。

TOP 05

绿色低碳趋势下,企业关注能源管理

绿色制造是生态发展的需要,也是中国制造向高端发展的必然选择,其与智能制造相互补充,相互促进,不可分割。面对未来绿色低碳的大趋势,国内制造企业势必进一步加强对生产过程中的能源管控,通过数字技术优化资源利用率,降低能源消耗,减少碳排放,早日实现我国“双碳”目标。其中,工业物联网技术、软件与数据分析技术,都将在能源管理中起到积极的支撑作用。

回顾2021年,许多企业借助工业物联网、云平台搭建能源管理系统,以数据采集、数据建模和智能分析为基础,实现绿色低碳的发展目标。

TOP 06

工业机器人市场百舸争流,新兴厂商不断涌现

2021年我国工业机器人产量再上新台阶,首次突破30万套大关。与此同时,工业机器人领域的投融资热潮再起,工业机器人企业注册数量也大增。尤其在并联机器人、协作机器人、自主移动机器人等细分领域,不仅老牌工业机器人厂商纷纷涉足,新兴工业机器人厂商也不断涌现。

整体来看,随着智能制造浪潮的兴起,以及越来越多的创业团队、投资机构都加入到工业机器人赛道中,工业机器人市场正呈现出“百花齐放、百舸争流”的局面。但这同时也意味着工业机器人厂商之间的竞争也将更加激烈。所谓“百舸争流,奋楫者先”。因此,对于工业机器人厂商而言,更应找准自身定位、紧随市场变化、迅速抓住机遇、建立核心优势,不断探索新的增长动力与发展路径,以在制造业数字化、智能化的浪潮中不断奋进。

TOP 07

标杆工厂照亮制造业转型升级之路

智能工厂是制造业转型的枢纽与核心。近年来,随着新一轮制造业转型升级浪潮再起,以及物联网、大数据、人工智能、5G、VR/AR等技术的蓬勃发展,众多制造企业加快了智能工厂推进步伐,并涌现了一批真正取得成效的标杆智能工厂。这些标杆工厂,在数字化和智能化方面领跑所属行业,并探索出了推进数字化和智能化转型的成功之道,为广大制造企业推进智能工厂提供了良好示范与借鉴 ,助推企业成功实现转型升级。

2021年3月,e-works重磅发布2020中国标杆智能工厂百强榜。该活动受到业界广泛关注, 吸引了中国一汽、海尔、华星光电、潍柴、宁德新能源等200多家优秀企业的参与。通过遴选出不同地域、不同行业背景的标杆智能工厂,形成了2020“中国标杆智能工厂”画像,并总结了标杆智能工厂的推进之“道、术、法”,为其他制造企业推进智能工厂提供了借鉴与参考,并极大地推动了我国制造企业智能工厂建设的燎原之势。例如,通过分析入选百强榜的标杆工厂,e-works发现真正的智能工厂并不是一味地追求无人工厂,而是实现少人化和人机协作,是精益、柔性、绿色、节能的工厂;标杆智能工厂非常注重工业互联网、5G+MEC、工业机器人、人工智能、工业大数据等智能制造使能技术在重点业务场景中的交叉融合、集成应用等。

作为数字化转型的先驱与领航者,灯塔工厂也备受关注。近年来,中国灯塔工厂数量不断攀升。据世界经济论坛(WEF)在2021年9月发布了新一期全球制造业领域灯塔工厂名单显示,全球灯塔工厂数量已增加至90家,而中国有31家入选,是目前拥有灯塔工厂最多的国家,主要分布在3C电子、家电、汽车、钢铁、新能源等行业。另外,从纵向看,中国“灯塔工厂”在2020年两批次共新增10家,2021年两批次共新增15家,增速明显。

TOP 08

从数字化交付到数字化运营,掀起流程行业发展新浪潮

以钢铁及石化工业为代表、占全国规模以上工业总产值的47%的流程制造业,正顺应时代技术发展潮流,积极在工程建设、投产运营各阶段开展数字化交付实践,努力实现从数字化交付到数字化运营的全方位数字化转型目标。数字化交付作为流程行业的关键技术,贯穿从工厂建设交付到运营管理的全生命周期,为企业打造智能工厂奠定基础。

TOP 09

打破虚实界线,XR技术增添制造新势能

2021年,受新冠疫情影响,在急于减少开销和停机时间的情况下,越来越多的制造企业将眼光对准XR技术,使其在工业领域的多元化应用正逐步打开。XR技术正迅速成为制造企业车间工人、技术服务人员和工程师的全新用户界面。例如,XR技术可为企业产品提供三维交互手册,在营销、运维等场景为企业提供增值,实现产品3D化;根据企业数字平台和工艺流程,提供虚拟仿真培训技术开发服务,实现培训场景化;结合AR/VR硬件平台,为企业的运维、巡检等场景开发定制化虚拟仿真应用;结合企业IoT物联网和全流程的数字化需求,为企业提供生产、管理等多维度的仿真应用平台。

作为真实世界的延伸与拓展,XR技术所带来的巨大机遇和作用是值得期待的。然而,XR设备仍然存在缺陷,无法完美贴合用户的需求。体验感上,目前设备的清晰度和刷新率仍有提升空间;性能上,现有设备的算力负荷大,功耗过高,直接影响续航;价格上,设备昂贵,造成消费者经济压力。可以预见的是,虽然面临诸多问题和难题,但在技术演进和消费者需求的共同推动下,XR技术将催生出更多新的应用场景,赋予制造业全新的黑科技发展势能。

TOP 10

装备制造企业积极探索MBSE应用

当前,随着装备系统的技术复杂性和密集性越来越突出,传统的装备产品研制方法已经无法满足新产品功能、性能的持续提升及研制周期的持续缩短。MBSE方法被视为系统工程的革命,是装备产品研制不可逆转的趋势。装备制造企业应当主动拥抱MBSE,全面梳理企业内外、产品全生命周期业务流程、标准规范,将软件设计、机械工程、电气工程、多领域建模和仿真等技术融合,形成企业完整的产品研制能力体系。

从全球视野看,在产品研制需求和系统工程理论发展的推动下,国内外的科研机构及航天航空企业利用MBSE开展了大量技术研究及工程研制应用。NASA是最早将MBSE应用于复杂系统设计中的科研机构之一,近些年,中国高校和航空航天院所也在使用MBSE方法开展工程设计,构建了基于MBSE的设计工作流程和设计方法。从应用层面来看,MBSE的应用由航空航天领域扩展至国防工业、汽车、船舶、核工业等装备制造领域,通过系统模型体现系统工程流程,并贯穿于全生命周期,实现设计一致性与关联可追溯性。

需要指出的是,MBSE并不是要颠覆现有的系统工程体系,而是在原有的基于文档的基础上,通过统一建模语言对文件中隐含的设计要素进行显性化的关联建模,通过模型的不断迭代、演化,最终形成一个具有和实物产品完全一致且经过虚拟试验仿真验证的产品数字样机,避免因后期总装和测试试验不满足而导致设计更改的问题,确保复杂产品研制的“一次成功”。

刘玉书 王文|中国智能制造发展现状和未来挑战

作为制造强国建设的主攻方向,智能制造发展水平关乎我国未来制造业的全球地位,对于加快发展现代产业体系,巩固壮大实体经济根基,构建新发展格局,建设数字中国具有重要作用。站在新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式的历史性交汇点,要坚定不移地以智能制造为主攻方向,推动产业技术变革和优化升级,推动制造业产业模式和企业形态根本性转变,助力碳达峰碳中和,促进我国制造业迈向全球价值链中高端。

中国人民大学重阳金融研究院研究员刘玉书、中国人民大学重阳金融研究院执行院长王文认为,智能制造与传统制造有诸多不同,是对传统制造业各个环节的全面转型升级。近年来,我国已经形成十余个先进制造业集群。其中工业互联网、工业机器人、高端数控机床和半导体产业的发展与数字化进程密切相关,发展迅速,但同时也暴露出智能制造快速发展过程中的一系列问题。

如何推动智能制造高质量发展

1、建立更为健全的在职教育体系,加快培养智能制造人才;形成适应互联网时代特点的用人管人方式,确保人才“引得进、留得住、用得好”。

2、加强多部门协同联防联控,并根据具体情况制定更为细节和差异化的政策,进一步明确各领域各环节的责任体系,形成完善的智能制造发展促进制度体系。

3、进一步深化科研体制改革,加强科研机构和智能制造产业界的联动,通过提高国家系统自主创新能力来推动关键领域的技术瓶颈突破。

4、强化企业市场主体地位,激发企业推进智能制造的内生动力;进一步完善相关领域的竞争和退出机制等,全面布局有利于智能制造产业发展的市场体系。

更多精彩观点

01

智能制造的基本概念

关于智能制造(Smart Manufacturing/Intelligent Manufacturing)的定义,目前不同国家在表述上有一些差异。本文采用中国工业和信息化部对智能制造的定义:“智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。”该定义代表了中国政府对智能制造的权威认知。

日本工业界在1989年提出智能制造系统时,首次提出了“智能制造”的概念;美国1992年实施旨在促进传统工业升级和培育新兴产业的新技术政策(Critical Technology),其中涉及信息技术和新制造工艺、智能制造技术等。综合已有文献看,美日是智能制造的先行者。到2013年德国在汉诺威工业博览会上正式推出旨在提高德国工业竞争力的“工业4.0”,智能制造作为国家战略已经开始受到全球各国的关注。从德国工业4.0的相关文献看,其战略的核心是智能制造技术和智能生产模式,旨在通过“物联网”和“务(服务)联网”两类网络,把产品、机器、资源、人有机联系在一起,构建信息物理融合系统(CPS),实现产品全生命周期和全制造流程的数字化以及基于信息通信技术的端对端集成,从而形成一个高度灵活(柔性、可重构),个性化、数字化、网络化的产品与服务的生产模式。结合我国工业和信息化部对智能制造的定义可以看出,智能制造是工业4.0的核心。本文因篇幅限制,只聚焦智能制造相关内容,不对工业4.0作更为全面的展开研究。

通过表1可以看出,智能制造与传统制造有明显区别。这些区别主要体现在四个方面。一是制造设计更突出客户需求导向,在技术手段上可以做到虚拟与现实相结合,可实现需求与设计的实时动态交互,设计周期更短。二是加工过程柔性化、智能化,生产组织方式更加个性化,检测过程在线化、实时化,人机交互网络化,加工成型方式多样化。三是制造管理更加依赖信息系统,例如更多借助计算机信息管理技术,更多人机交互的指令管理模式,涵盖上下游企业甚至整个产业链的数据交互和管理沟通等。四是智能制造的产品服务可以做到涵盖整个产品生产周期,真正实现产品从制造到终结的全闭环管理,能够极大提高产品适应市场的能力,更充分满足客户的个性化需求。

02

我国智能制造发展基础和支撑能力明显增强

我国智能制造发展迅速、发展战略清晰。2016年12月8日,我国工业和信息化部、财政部联合制定的《智能制造发展规划(2016–2020年)》(以下简称《规划》)颁布。根据《规划》,2025年前,我国推进智能制造发展实施“两步走”战略。第一步,到2020年,智能制造发展基础和支撑能力明显增强,传统制造业重点领域基本实现数字化制造,有条件、有基础的重点产业智能转型取得明显进展;第二步,到2025年,智能制造支撑体系基本建立,重点产业初步实现智能转型。

《规划》要求到2020年实现四个具体目标:

目标一:智能制造技术与装备实现突破。研发一批智能制造关键技术装备,具备较强的竞争力,国内市场满足率超过50%。突破一批智能制造关键共性技术。核心支撑软件国内市场满足率超过30%。

目标二:发展基础明显增强。智能制造标准体系基本完善,制(修)订智能制造标准200项以上,面向制造业的工业互联网及信息安全保障系统初步建立。目标三:智能制造生态体系初步形成。培育40个以上主营业务收入超过10亿元、具有较强竞争力的系统解决方案供应商,智能制造人才队伍基本建立。

目标四:重点领域发展成效显著。制造业重点领域企业数字化研发设计工具普及率超过70%,关键工序数控化率超过50%,数字化车间/智能工厂普及率超过20%,运营成本、产品研制周期和产品不良品率大幅度降低。

宏观地看,制造业是数字经济的主战场。近年来,制造企业数字化基础能力稳步提升,制造业企业设备数字化率和数字化设备联网率持续提升。根据前瞻产业研究院《高质量发展新动能:2020年中国数字经济发展报告》的数据,2019年,规模以上工业企业的生产设备数字化率、关键工序数控化率、数字化设备联网率分别达到47.1%、49.5%、41.0%,工业企业数字化研发设计工具普及率达到69.3%。数字化率指标直接反映了我国智能制造转型升级的进展速度。

我国已经形成系列先进制造业产业集群。根据赛迪研究院对我国先进制造业集群空间分布的研究成果,我国已形成以“一带三核两支撑”为特征的先进制造业集群空间分布总体格局。环渤海核心地区主要包括北京、天津、河北、辽宁和山东等省市,是国内重要的先进制造业研发、设计和制造基地。其中,北京以先进制造业高科技研发为主,天津以航天航空业为主,山东以智能制造装备和海洋工程装备为主,辽宁则以智能制造和轨道交通为主。长三角核心地区以上海为中心,江苏、浙江为两翼,主要在航空制造、海洋工程、智能制造装备领域较突出,形成较完整的研发、设计和制造产业链。珠三角核心地区的先进制造业主要集中在广州、深圳、珠海和江门等地,集群以特种船、轨道交通、航空制造、数控系统技术及机器人为主。中部支撑地区主要由湖南、山西、江西和湖北组成,其航空装备与轨道交通装备产业实力较为突出。西部支撑地区以川陕为中心,主要由陕西、四川和重庆组成,轨道交通和航空航天产业形成了一定规模的产业集群。

03

中国制造业主要领域发展情况:

以工业互联网、工业机器人、高端数控机床和半导体产业为例

(1)新一代信息技术与智能制造的结合:工业互联网发展迅速

工业互联网发展迅速。新一代信息技术与制造业的深度融合发展,是推动制造业升级的重要引擎。其中,工业互联网又是这个融合过程中的核心。工业互联网与我国智能制造发展正相关。2018年、2019年我国工业互联网产业经济增加值规模分别为1.42万亿元、2.13万亿元,同比实际增长分别为55.7%、47.3%,占GDP比重分别为1.5%、2.2%,对经济增长的贡献分别为6.7%、9.9%。2018年、2019年我国工业互联网带动全社会新增就业岗位分别为135万个、206万个。从这个数据来看,中国工业互联网的发展已经形成全新的动能。

工业互联网发展存在三大痛点。我国工业互联网仍处于发展初期,标准架构还在探索之中,商业模式尚不成熟,技术、人才、安全等方面存在瓶颈和短板,推广应用的艰巨性和复杂性并存,需要保持耐心、稳中求进。具体而言,存在三大问题:

一是数据流动与融合问题。主要体现在三个方面。首先,是设备互联互通信息孤岛问题。例如,一条生产线涉及大量不同的设备底层通信和数据交互协议等,要实现设备之间有效的数据流动和融合,难度较大。其次,在目前的人工智能发展阶段,对依托工业生产所产生的大数据进行智能化自动决策依然是有难度的。最后,工业互联网设备的专用软件难以通用也是当前工业互联网发展的一个较大瓶颈。

二是对成本和安全问题考虑不足。一方面,存在成本问题。例如,工业互联网安全涉及专业人员、数据中心、云计算等方面的成本。另一方面,存在安全挑战。例如,工业互联网的数据泄露和网络攻击风险等。

三是工业互联网的盈利模式依然需要摸索。工业互联网行业标准多,涉及各个制造业的垂直领域,专业化程度高,难以找到通用的盈利和发展模式。

2020年6月30日召开的中央全面深化改革委员会第十四次会议就工业互联网发展提出了明确要求。会议强调,加快推进新一代信息技术和制造业融合发展,要顺应新一轮科技革命和产业变革趋势,以供给侧结构性改革为主线,以智能制造为主攻方向,加快工业互联网创新发展,加快制造业生产方式和企业形态根本性变革,夯实融合发展的基础支撑,健全法律法规,提升制造业数字化、网络化、智能化发展水平。由此看来,从2020年开始,在未来一段时期内,工业互联网会是智能制造最为关键的国家战略。

(2)我国工业机器人发展迅速

政策方面,我国对工业机器人的支持具有长期性和持续性。1959年,美国人乔治·德沃尔与约翰·英格伯格联手制造出第一台工业机器人,标志着机器人技术进入制造业。我国在1972年开始工业机器人研究,与美国相差仅约10年。1982年,中国科学院沈阳自动化研究所研制出我国第一台工业机器人。20世纪80年代,我国工业机器人发展主要涉及喷涂、焊接等工业流水线上机械手的研发。“863计划”启动后,我国开始大力支持工业机器人技术发展。“十五”规划(2001~2005年)期间,我国开始发展危险任务机器人、反恐军械处理机器人、类人机器人和仿生机器人等。“十一五”规划(2006~2010年)期间,开始重点关注智能控制和人机交互的关键技术。到“十二五”规划(2011~2015年),“智能制造”开始正式全面提上国家战略。2016年,《机器人产业发展规划(2016-2020年)》发布,开始进一步完善机器人产业体系,扩大产业规模,增强技术创新能力,提升核心零部件生产能力,提升应用集成能力。

技术方面,我国机器人技术发展迅速,但工业机器人关键零部件国产化率依然有很大的上升空间。2011年至2020年,国内机器人技术相关的专利数量快速增加,年平均申请量为17009.2件,年平均增长率为39.53%,最高年增长率为79.67%(2016年),2018年的年度申请量最高,申请数量为37853件。我国机器人专利数量的快速增长,说明了2011年以来我国机器人技术的快速发展。但我国工业机器人关键零部件技术国产化率依然较低,制约着我国工业机器人产业的发展。根据头豹研究院的数据,我国工业机器人机械本体国产化率为30%、减速器国产化率为10%、控制器国产化率为13%、伺服系统国产化率为15%;而在我国工业机器人生产成本结构中,伺服系统、控制器与减速器这三大核心零部件的成本占比超过了70%。核心零部件因为技术壁垒高,国产化程度低,主要依赖进口,因而成本占比较高。例如,中国工业机器人制造企业在采购减速器时,由于采购数量较少,难以产生规模效应,面临国际供应商议价权过高问题,相同型号的减速器,中国企业采购价格是国际知名企业的两倍。

需求方面,国家政策的支持和智能制造加速升级,使工业机器人市场规模持续迅速增长。根据2019年8月中国电子学会发布的《中国机器人产业发展报告2019》,我国生产制造智能化改造升级的需求日益凸显,工业机器人需求依然旺盛,我国工业机器人市场保持向好发展,约占全球市场份额三分之一,是全球第一大工业机器人应用市场。另外,根据国际机器人联盟(IFR)统计,我国工业机器人密度在2017年达到97台/万人,超过全球平均水平,并将在2021年突破130台/万人,达到发达国家平均水平。如图1所示,从长期来看,制造企业对工业机器人仍有巨大需求,机器人价格下行的态势也将延续。在“量增价降”综合因素作用下,工业机器人本体销售额平稳增长,预计到2023年将达265.8亿元。此外,随着部分西方国家对华扼制战略的推进,我国工业机器人在快速发展的同时,也在加快工业机器人伺服电机、减速器、控制器等关键部件的国产替代。工业机器人核心部件国产化,也将成为未来发展的重要趋势。

销售方面,从我国工业机器人销售情况看,我国工业机器人国产替代在加速,国际市场竞争力在加强。一是我国国产工业机器人销量逐步增长,国产替代加速。根据前瞻产业研究院的研究报告,随着我国机器人领域的快速发展,我国自主品牌工业机器人市场份额也在逐步提升,与外资品牌机器人的差距在逐步缩小。例如,2019年,自主品牌工业机器人在市场总销量中的比重为31.25%,比2018年提高3.37个百分点。另据民生证券研究的研究报告,“2011~2020年,国内工业机器人销量复合增速达25.1%;其中国产工业机器人销量由约800台增加至约5万台,复合年均增长率达58.3%,高于国内整体销量增速约33个百分点;同期国产工业机器人市场渗透率上升约26个百分点。”二是国内工业机器人出口增长迅速,国际市场份额在提升。2015~2020年,我国国内工业机器人出口量由2015年的1.2万台提升至2020年的8.1万台,复合年均增长率达46.5%;出口量在全球占比由4.6%提升至20.4%,增长约16个百分点。

(3)高端数控机床依然是我国的短板

高端数控机床与我国工业机器人的发展密切相关,但目前我国高端数控机床发展依然相对落后,这也是制约我国智能制造业发展的重要短板。有数据显示,2019年全球排名前10的数控机床企业中,来自日本的山崎马扎克公司以52.8亿美元的营收排名第一,德国通快公司以42.4亿美元排名第二,德日合资公司德玛吉森精机以38.2亿美元排名第三,其后分别为马格、天田、大隈、牧野、格劳博、哈斯、埃玛克,这10家高端机床企业没有一家是中国的。

我国对进口机床有着较大的需求。根据海关总署披露的数据,2015年至2019年,我国进口的数控机床合计达29914台,进口总额达978亿元。此外,我国高端机床及核心零部件仍依赖进口,截至2021年,国产高端数控机床系统市场占有率不足30%。国产精密机床加工精度目前仅能达到亚微米,与国际先进水平相差1~2个数量级。因此,在供需矛盾之下,我国高端机床的自主化、国产替代任务依然艰巨。

具体而言,我国高端数控机床主要存在四个方面的问题。一是高端机床的精密数控系统主要来源于日本、德国,国产数控系统主要应用于中低端机床,国产高端机床精密数控系统自主供给依然缺乏;二是主轴主要来源于德国、瑞士、英国等国,国产企业已具备一定生产能力,但技术仍需迭代提升;三是丝杠主要来源于日本,国内相关技术较多,但技术水平有待提升;四是刀具主要来源于瑞典、美国、日本等国,国产刀具材料落后,寿命和稳定性不高,平均寿命只有国际先进水平的1/3~1/2。

(4)半导体发展进展

半导体市场需求占全球第一,但国内供给能力有限。我国半导体行业发展非常迅速,影响力也越来越大。根据Statista全球统计数据库的数据,截至2012年,我国半导体市场需求份额首次过半——占全球半导体总需求的52.5%。根据赛迪顾问2021年6月1日公布的《2021全球半导体市场发展趋势白皮书》的数据:“从区域结构来看,中国已经连续多年成为全球最大的半导体消费市场。2020年,中国市场占比最高达到34.4%。美国、欧洲、日本和其他市场的市场份额分别为21.7%、8.5%、8.3%和27.1%。”

但是,同时我国半导体自给自足能力严重不足。根据中国半导体行业协会(CSIA)公布的可查数据,2016年中国集成电路进口额度达2271亿美元,而同年我国石油进口原油38101万吨,金额为1164.69亿美元,集成电路进口额远超石油进口额。中国半导体生产一直不能满足国内半导体消费需求。根据法资知名市场调查公司博圣轩(Daxue Consulting)2020年10月的数据,“自2005年以来,中国一直是半导体的最大市场。然而,在2018年,中国的半导体消费总量中,只有略多于15%是由中国的生产提供的”。根据彭博社的数据,2020年中国芯片的进口额攀升至近3800亿美元,约占我国国内进口总额的18%。到2021年上半年,国内半导体领域的供应缺口依然未缩小。根据海关总署的数据,2021年1月至5月,我国进口集成电路2603.5亿个,同比增加30%。由此看来,截至2021年上半年,国内半导体供给能力依然有限。

我国部分半导体产业领域已具备国际竞争力,但缺乏高端芯片生产能力。半导体产业的整个生产制造过程可以分为三个部分:分布式设计、制造和封测。2021年3月1日,国新办举行工业和信息化发展情况新闻发布会。工业和信息化部党组成员、总工程师、新闻发言人田玉龙在回答记者提问时介绍:“‘十三五’中国集成电路产业发展总体是非常骄人的,产业规模不断增长。据测算,2020年我国集成电路销售收入达8848亿元,平均增长率达20%,为同期全球集成电路产业增速的3倍。技术创新上也不断取得突破,制造工艺、封装技术、关键设备材料都有明显大幅提升。”

在半导体产业制造领域,国产自主创新替代在全面加速。根据国盛证券2020年6月的报告,我国国内半导体制造已基本完成从无到有的建设工作。例如,中微公司介质刻蚀机已经打入5nm制程;北方华创硅刻蚀进入SMIC28nm生产线量产;屹唐半导体(Mattson)在去胶设备市场的占有率居全球第二;盛美半导体单片清洗机在海力士、长存、SMIC等产线量产;沈阳拓荆PECVD打入SMIC、华力微28nm生产线量产;2018年ALD通过客户14nm工艺验证;精测电子、上海睿励在测量领域突破国外垄断等。但总体来看,目前我国缺乏7nm及以下的高端芯片的稳定、规模化生产能力,华为当前遇到的困境也很大程度上根源于此,我国距离实现高端芯片的量产还有很长的路要走。

我国晶圆生产能力发展迅速,已形成相对完整的半导体产业链,但产业结构失衡。我国在半导体生产材料——晶圆制造方面取得长足进步。截至2020年12月,中国大陆晶圆产能占全球晶圆产能15.3%的份额,已超越北美(北美占全球晶圆产能的12.6%),成为全球第四大晶圆制造地区(第一名为中国台湾,占21.4%;第二名为韩国,占20.4%;第三名为日本,占15.8%)。

半导体材料制造的快速发展,对我国整个半导体产业链的提升有非常重要的作用。例如,海思半导体是我国IC设计企业龙头,2016年销售额达260亿,是国内最大的无晶圆厂芯片设计公司。海思半导体的业务包括消费电子、通信、光器件等领域的芯片及解决方案,代表产品为麒麟系列处理器等。2020年10月22日,华为在HUAWEI Mate 40系列全球线上发布会上发布的麒麟9000芯片,采用了5nm工艺制程。据报道,麒麟9000在多个参数上超越骁龙865、苹果A14等竞争对手。但是,麒麟的加工生产仍然需要海外公司代工,因此麒麟芯片的供应会受到“美国的芯片禁令”等国际因素的影响。我国在半导体产业结构上还存在发展不均衡的问题,难以完全自给自足。

当前,全球半导体产业链细分趋势非常明显。较诸之前设计、制造和封测在同一公司完成的IDM模式,这三个环节已经形成相对独立的专业企业分工。全球半导体产业链走向分工的过程也是半导体产业链全球化的过程。以1996年为分水岭。在此之前,中国半导体产业受制于国际和国内政治因素,与全球半导体产业发展的“摩尔定律”速度完全脱节。但在1996年之后,通过“908”“909”工程等系列战略推动,加上进入21世纪以来全产业链的系列配套发展,我国半导体产业体系已经取得了长足进步,当前中国已跃升为晶圆代工产业全球第二大国。从中国半导体产业技术发展进程看,中国半导体制造工艺从落后3代以上,缩小为仅落后1~2代。

同时,我们也要看到,在芯片制造环节,虽然有“908”“909”工程以及最近十余年来国家的大力推动,但中国集成电路产业的落后依然不容置疑。必须承认,整体的产业结构严重失衡,设计企业少而弱,制造方面虽有半导体巨头纷纷设厂,但以封装测试为主,而且由于国外政策的限制,制造工艺均落后于国外。至于制造设备,几乎完全依赖进口。这些问题我们依然要面对,而且还需要深入分析和挖掘原因。

04

我国智能制造发展面临的问题及对策建议

智能制造业人才紧缺,需加快培养相关人才。我国智能制造面临人才缺口大、培养机制跟不上、现有制造业人员适应智能制造要求的转型难度较大等问题。

一是整体人才缺口大。我国教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合发布的《制造业人才发展规划指南》预测,到2025年,高档数控机床和机器人有关领域人才缺口将达450万,人才需求量也必定会在智能制造不断深化中变得更大。

二是人员流动性大,且刘易斯拐点后人口红利在缩小。不仅是人才缺口大,制造业人员流动性也很大。根据中金公司的调研,在跨过刘易斯拐点后,制造业劳动力市场中需求方的议价能力下降。例如,有纺织企业反映2012年以来企业在国内就面临基层员工招不进来、大专生留不下来的情况;另外,有些汽车配件企业希望可以留住熟练工人,但新冠肺炎疫情发生后,部分四川、重庆的工人可能选择不再回来,过去几年的产业内迁也使很多中西部劳动力选择就近就业。

三是智能制造转型升级创造的新职位需要新型技术人才,但传统就业人员并不一定能在短期内转型并适应新职位需求。以工业互联网为例,中国工业互联网研究院的研究表明,工业互联网相关职业在不断涌现。2019年、2020年国家发布的29个新职业中,与工业互联网相关的达到13个,如大数据工程技术人员、云计算工程技术人员,占新增职业的44.8%。要胜任这些新职位需要较高、较新的知识储备,原有传统制造业领域的工程技术人员要满足这些新岗位的技能需求,需要时间培养。

以上都是智能产业结构升级过程中难以避免的问题。要解决这些问题,可从两方面着手。一方面,建立更为健全的在职教育体系、提供在职教育的认可度和含金量。制造业是就业的重要领域,相关人员的转型升级是迈向智能制造的前提。在人才缺口较大的情况下,在职人员“干中学(Learning by doing)”是制造业智能化人才培养比较务实的路径。同时,用人单位也要抛弃对在职学习的成见和歧视,避免“唯学历论”,要根据制造业实际需求和个人能力来选用人才。

另一方面,制造业人才使用面临“Z世代”挑战。“Z世代”是美国及欧洲的流行用语,意指1995~2009年间出生的人,又称网络世代、互联网世代,统指受互联网、即时通信、短信、MP3、智能手机和平板电脑等科技产物影响很大的一代人。面对时代变化,制造业传统的用人管人方式需要转变,使年轻一代能够留得下来、干得下去,能够越干越有希望。

工业互联网的安全问题需引起高度重视,进一步细化明确责任体系。工业互联网作为智能制造的“血脉”,其安全性直接关系到智能制造的安全。工业互联网和制造系统具有高度集成的特征,而这些集成使智能制造系统更容易受到网络威胁的攻击。2019年7月,工业和信息化部等十部门联合印发了《加强工业互联网安全工作的指导意见》(以下简称《指导意见》),提出了两大总体目标:一是到2020年年底,工业互联网安全保障体系初步建立;二是到2025年,制度机制健全完善,技术手段能力显著提升,安全产业形成规模,基本建立起较为完备可靠的工业互联网安全保障体系。

当前,我国工业互联网面临的威胁较为严峻。2020年1月至6月,国家工业互联网安全态势感知与风险预警平台持续对136个主要互联网平台、10万多家工业企业、900多万台联网设备安全监测,累计监测发现恶意网络行为1356.3万次、涉及2039家企业。有数据显示,截至2020年6月,我国工业互联网虽然总体安全态势平稳,未发现重大工业互联网安全问题,但对工业互联网基础性设备和系统的攻击正在增多,攻击范围、深度都在扩张,未来工业互联网面临严峻安全挑战。

工业互联网安全问题难以避免地会随着智能制造升级发展而不断变化,因此相关的防范体制机制是关键所在。《指导意见》特别强调,到2020年年底,“制度机制方面,建立监督检查、信息共享和通报、应急处置等工业互联网安全管理制度,构建企业安全主体责任制,制定设备、平台、数据等至少20项亟需的工业互联网安全标准,探索构建工业互联网安全评估体系”。由此可见,工业和信息化部等我国相关主管部门对工业互联网安全问题的复杂性和多部门协同联防联控的重要性有充分认识。而细化工业互联网各领域、各环节的责任体系,是多部门合作防控的首要问题。因此,在加强相关标准建设的同时,也要进一步细化相关安全体系的职责,需要将防范工作落实到具体的主管部门。

半导体、高端数控机床、工业机器人核心零部件等的国产替代需要我国提高自主创新能力,建议进一步深化科研体制改革、加强科研机构与产业界的联动,通过提高国家系统自主创新能力来推动关键领域的技术瓶颈突破。半导体、高端数控机床、工业机器人核心零部件这些领域在技术路径上是密切相关的。例如,这三个领域在传感器、控制系统、各种智能芯片模块方面均有相似或共同的技术栈。我国要提高这些领域的国产替代率,不是依靠个别技术突破能够实现的。半导体、高端数控机床、工业机器人核心零部件的国产替代突破需要依托国家系统创新能力的提升,这将是一个长期的过程。在国家层面,目前这几大领域主要依靠相关部委和地方产业政策支持,但缺乏中央的统一战略。建议立足于国家整体系统创新能力的提高,从中央层面明确具体的责任人,统筹半导体、高端数控机床、工业机器人核心零部件等领域自主创新问题。通过中央层次的统筹,在不断改革中建立与解决当前半导体、高端数控机床、工业机器人核心零部件“卡脖子”问题相适应的国家系统自主创新机制,建立制度化的创新突破能力,推动我国智能制造迈上新的台阶。

加快智能制造升级发展,需进一步激活民营企业活力,完善相关市场竞争和退出机制。一方面,未来我国企业的智能制造转型升级,在国企做大做强的同时,民营制造业发展的动能不容忽视。2018年以来,我国对于行政性政策对民营企业的影响问题已有较深入的认知,特别是政策刚性对民营企业生命力的影响问题,需要长期警醒。此外,我国智能制造同时也要为“小微民营企业”预留发展空间,引导和促进小微企业形成或者融入产业链。

另一方面,我国大部分制造业领域已经不是幼稚产业,保护与竞争、政策支持和市场退出机制等需要并行推进。以半导体产业为例,我国半导体芯片需求当前已经占据全球第一,除了芯片制造还与国际发展存在较大差距,我国在晶圆材料生产、封测和电子产品制造方面的全球竞争中已经具备较强的竞争力。结合美国的半导体产业经验,在行业发展早期是需要产业政策扶持的,但是随着产业自身发展的不断成熟,要逐步从产业政策推进向产业政策与贸易政策相结合的方式过渡,适当引进竞争机制,淘汰落后产能,为有竞争力的企业提供更好的创新空间。因此,我国半导体行业最终仍需面对与美国等发达国家在全球的较量,长期的竞争与较量将是常态。

原文标题:《中国智能制造发展现状和未来挑战》(微信有删节)

作者:中国人民大学重阳金融研究院研究员 刘玉书;中国人民大学重阳金融研究院执行院长 王 文

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