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金准产业研究 中国智能制造发展情况研究报告

发布日期:2019-12-26

前言

全球各国都开始意识到先进技术对制造业的重要作用,德国提出的工业4.0战略,将利用信息物理系统提升制造业水平。近几年我国制造走向智造步伐加快,人们创业热度不减,智能制造产业园区如雨后春笋般接连涌现,智能制造发展持续向好。

一、智能制造的概念

1.1 智能制造定义 

智能制造(Intelligent Manufacturing,IM)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。

国际上,智能制造通常是指一种由智能机器人和人类专家共同组成的人机一体智能系统,其技术包括自动化、信息化、互联网和智能化四个层次。

1.2 制造业智能进程

18世纪末以来人类经历了三次工业革命,无论是蒸汽机、电力还是电子信息技术,每一次革命都给人类的生产力带来了几倍或者是几十倍的巨大提升。今天,我们迎来了第四次工业革命——以智能制造为主导,运用信息物理系统,实现生产方式的现代化。

 

1.3智能制造产业链

智能制造实现需要多个层次上技术产品支持,主要包括工业机器人、3D打印、工业物联网、云计算、工业大数据、知识工业自动化、工业网络安全、虚拟现实和人工智能等。这些技术产品中会产生无数的商机和上市公司。

 

二、中国智能制造发展现状

2.1智能制造背景及驱动因素

2.1.1中国制造业步入平稳发展阶段

近年来,中国的经济发展已由高速增长转入高质量发展阶段,工业高度发展时期已过,进入新常态。金准产业研究团队认为,尽管制造业增加值在全国GDP总量中的比重呈下滑趋势,但以制造业为代表的实体经济才是中国经济高质量发展的核心支撑力量。

 

2.1.2 中国制造业亟待升级

目前,我国仍处于“工业2.0”(电气化)的后期阶段,质量基础相对薄弱、产业结构不合理、资源利用效率偏低、行业信息化水平不高、劳动力成本提高。“工业3.0”(信息化)还有待进一步普及,“工业4.0”(智能化)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。

 

2.1.3 智能制造驱动因素一:人口老龄化、工资高企导致劳动力优势减弱,智能制造提高生产效率

21世纪以来,中国制造业平均工资逐年增长,增速加快;2017年中国城镇单位就业人员平均工资达到7.43万元/年,是泰国和越南的2.14/3.51倍。中国劳动力成本优势逐渐丧失,世界制造中心逐渐向东南亚等劳动成本低的国家转移,中国工业企业面临着越来越高的人工成本压力。

由于人口老龄化加快,劳动力供给不断减少,2013年至2018年中国劳动人口比重从73.9%下降至了71.8%,预计到2023年将下降至70%。同时,工业机器人成本回收期在不断下降,与人力成本上升趋势形成了剪刀差,在人力成本上升与设备价格上升的确定性趋势下,金准产业研究团队认为,未来工业机器人回收期有望进一步缩短,机器换人经济型临界点已至。

 

2.1.4 智能制造驱动因素二:产业政策驱动制造迈向“智造”

 

2.1.5 驱动因素三:技术领先,全联网时代到来

科技创新已经越来越成为国家进步的根本推动力。因此,中国政府和企业不断加大研发投入,至2016年,研发投入占GDP的比重已经达到2.25%,接近发达国家的水平。中国在人工智能、大数据、5G通信、新能源等应用研究上,以及港珠澳大桥、国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600等具体的项目上处于全球领先水平。

此外,中国在固定宽带等科技基础的发展上与发达国家差距不断缩小。2018年,中国固定宽带用户规模达到4.07亿户,固定宽带家庭普及率达到86.1%,较2017年增长了11.7个百分点。

2.2全球智能制造发展现状

2.2.1 全球主要国家智能制造布局

 

2.2.2 全球形成了智能制造“引领型”与“先进型”国家稳定发展,

“潜力型”与“基础型”国家努力追赶的局面

根据《全球智能制造发展指数报告》评价结果显示,美国、日本和德国名列第一梯队,是智能制造发展的“引领型”国家;英国、韩国、中国、瑞士、瑞典、法国、芬兰、加拿大和以色列名列第二梯队,是智能制造发展的“先进型”国家。目前全球智能制造发展梯队相对固定,形成了智能制造“引领型”与“先进型”国家稳定发展,“潜力型”与“基础型”国家努力追赶的局面。

 

2.2.3 中美两国在智能生产和产值方面表现突出

智能化生产在智能制造中的地位举足轻重,是智能制造的核心所在。在世界智能制造智能生产排名前十的城市中,中国的苏州以0.7702分排名第一;在此项排名中,亚洲表现尚可,有3座城市入榜。从智能制造产值来看,美国的旧金山、西雅图、洛杉矶分别以2.60万亿元、2.44万亿元、2.33万亿元稳居前三。

 

2.3中国智能制造发展现状

2.3.1 中国智能制造企业数量增长趋势趋向平稳

2014-2015年中国智能制造行业新成立企业数量骤增,处上升风口时期,工业巨头、互联网科技等领域企业拓展业务范围,积极转型,进军智能制造行业。2015年新增企业数量达到顶峰,2016年以后,中国智能制造新增企业数量开始降低,开始纵向拓展和深化智能制造关键技术和应用领域。金准产业研究团队认为,中国智能制造企业在地域分布方面存在明显差异,普遍分布在一线城市,广东省以绝对优势领跑市场。

 

2.3.2 中国智能制造细分领域众多行业差别大

参考证监会以及统计局对制造业的行业划分,将我国制造业划分为19个制造子行业,其中纺织服装、机械装备、食品饮料规模以上企业数最多,当前智能制造领域中离散制造业所占比例更高,重点体现在电子电器、工业装备、航空航天、汽车等行业。不同细分行业因其产业特质、发展历史等原因集中度、规模等均大有不同。

 

2.3.3 中国智能制造行业迎来融资高峰初创企业备受青睐

自2015年起,智能制造广受资本市场青睐,融资数量和规模显著增长;2016-2018年,中国智能制造发展动力强劲,迎来融资高峰。2018年,智能制造融资金额达到325.15亿美元,融资数量为942起。从融资轮次来看,中国智能制造企业多数处于早期阶段(种子轮-A+轮),占比超过50%。

 

2.3.4 苏州、深圳、佛山智能制造成绩亮眼

与世界水平对比,整体上中国智能化水平较低于国外水平,仍有待提升,但苏州表现强势,成为世界和中国智能生产的第一名。从智能制造产值来看,在《世界智能制造中心发展趋势报告(2019)》中的样本城市智能制造整体平均产值约为1.14万亿元,全球仅有18个城市超过这一水平,其中包含了中国的7个城市:深圳、苏州、上海、重庆、天津、佛山、广州。

 

2.4中国“智带”分布

2.4.1 中国“智带”初步形成

智能制造被认为是中国制造的主攻方向。从“中国制造”到“中国创造”的转变,科技创新无疑是最重要的抓手。从全国各地雨后春笋般出现的各类智能制造产业园区,到国家智能制造示范试点项目以及国家智能制造综合标准化与新模式应用试点项目,中国的“智能制造产业带”(智带)正在初步形成。从中国智能制造中心城市潜力榜来看,上海、深圳、苏州分别位列前三名,其主要承载区分别为浦东新区、龙岗区以及吴江区。

 

2.4.2 中国国家级智能制造试点项目达816个

近年来,相关部门机构陆续出台政策法规,扶持和推动中国智能制造产业发展。其中,中国智能制造试点示范项目从2015年开始,已公示了四批,总数为307个;智能制造综合标准化项目从2016年开始,已公示共三批,总数为509个;两个试点项目共有816个项目。

2.4.3 中国智能制造产业园区达到537个

各地为了发展智能制造产业,在智能制造链条上诞生了大量的产业园区,孕育了一大批智能制造产业链企业。为了兼具样本的广泛性和科学性,《世界智能制造中心发展趋势报告(2019)》在园区样本选择上,涉及带有“智能制造”名称的所有产业园区,共得到园区样本537个。

 

2.4.4 大数据类产业园最多

在智能制造的产业链上,云计算、大数据和人工智能技术的发展成为智能制造业发展的底层驱动力,是智能制造系统具备“数据采集、数据处理、数据分析”能力的基础设施。近年来,大数据产业园也是数量最多的产业园类别,达到111个。其次是综合园区,达到96个。新材料园区为智能制造产业发展提供了“物质引擎”,应用非常广泛,产业园区达到92个。

 

2.4.5 四大产业集聚区撑起“中国智造”

从智能装备行业的区域竞争格局来看,目前,我国的智能制造装备主要分布在工业基础较为发达的地区。在政策东风吹拂下,我国正在形成珠三角、长三角、环渤海和中西部四大产业集聚区,产业集群将进一步提升各地智能制造的发展水平。

环渤海地区——人才储备雄厚科研实力突出,长三角地区——经济活跃创新能力强,珠三角地区——基础技术实力充足产业效益领先,中西部地区——有科研院所优势尚处于自动进化阶段。

三、中国智能制造重点领域发展

根据德勤调查发现,中国工业企业只能制造五大部署重点依次为:数字化工厂(63%)、设备及用户价值深挖(62%)、工业物联网(48%)、重构生态及商业模式(36%)以及人工智能(21%)。从相关技术来看,受访企业所关注的相关技术包括工业软件、传感器技术、通信技术、人工智能、物联网、大数据分析等。

 

3.1工业机器人——新一轮直接人力替代

人力成本的上涨是推动电子行业机器换人的主要因素;同时,随着工业机器人国产化进程的加速带来了工业机器人价格的下降。据全球预测和定量分析公司牛津经济研究院(Oxford Economics)发布的报告显示,预计未来10年,机器人将代替全球2000万个制造业岗位,每一个新机器人进入劳动力市场,将平均有1.6名制造工人被替换。其中,中国已占据世界工业机器人的五分之一,每三个进入劳动力市场的新机器人中就有一个安装在中国。到2030年,中国将有1400万机器人被投入使用,较世界其它地区处于领先地位。

中国工业机器人发展较快,约占全球市场份额三分之一,连续六年成为全球第一大应用市场。2018年,中国工业机器人产量达到14.8万台,占

全球产量的38%以上。受制于下游行业的需求放缓——汽车行业迎来28年首次销量下滑,3C行业增长也大幅度回落,2019年上半年,整个行业订单增 长疲软,产量持续下滑,仅为7.5万台,下降幅度为10.1%。但根据中国电子学会数据显示,2019年上半年全球机器人市场规模达144亿美元,其中中 国机器人市场规模达42.5亿美元,占比达到29.5%,在全球仍扮演者重要角色。

 

智能制造可实现整个制造业价值链的智能化,而工业互联网是实现智能制造的关键基础设施。2018年6月12日,工信部公示了《2018年工业互联网创新发展工程拟支持项目》,表明工业互联网进入了实质发展阶段。2018年中国工业互联网市场规模达到5313亿元,根据中国工业互联网产业联盟的测算,预计到2020年市场规模将达到万亿量级。

 

金准产业研究团队认为,作为推动制造业与互联网融合发展的重要抓手,工业互联网平台的理念和重要性逐渐被产业界所认识,全球各类产业主体积极布局工业互联网平台,以抢占发展制高点。在政策、技术等因素的推动下,中国已经出现一批工业互联网平台,产业体系已初步完善。

3.2 人工智能+制造业——创造智造新业态

中国人工智能迈向了2.0阶段,以通过互联网联系在一起的一套巨大的智能系统为标志。从智能制造业角度出发,人工智能技术正在深入改造制造行业。新一代人工智能技术与制造业实体经济的深度融合,成为应用市场一大亮点,催生了智能装备、智能工厂、智能服务等应用场景,创造出自动化的一些新需求、新产业、新业态。

近年来,中国人工智能产业发展迅速,跟据中国信通院数据,2015年到2018年中国人工智能产业规模复合平均增长率为54.6%,高于全球平均水平(约36%)。2018年,中国人工智能产业市场规模已达到415.5亿元。其中,企业技术集成与方案提供、关键技术研发和应用平台两个应用领域据发展火热。据中国新一代人工智能发展战略研究院2019年5月发布的《中国新一代人工智能科技产业发展报告(2019)》数据,截至2019年2月,人工智能企业广泛分布在18个应用领域,上述两个领域企业数占比最高,分别达到15.7%和10.5%。

3.4 3D打印——崛起中的智能制造方式

3D打印不仅仅是炫酷的前沿科技,更是有望革新制造业的“潜力股”。其集合了大规模生产的高效和手工生产的灵活等优点,制造业的全流程都可以引入3D打印,能实现制造过程的高效率和低成本,代表了智能制造的未来发展方向。近年来,我国3D打印行业发展迅速,从2013年3.2亿美元的市场规模发展到2018年的23.6亿美元,5年的复合增长率达到49.1%。

 

近年来随着航空航天、汽车工业等的技术进步,其零部件的结构越来越复杂,对构件的性能要求也更高,传统的金属切削加工方法受到严峻的挑战。相比于传统的减材制造方式,3D打印能够实现复杂零部件的一次成型,是制造业领域有代表性的颠覆性技术。然而,国内3D打印起步较晚,企业数量与规模均偏小,打印专用新材料与核心零部件严重依赖进口,关键技术受制于人。2018年国内3D打印行业收入排名第一的先临三维营收为3.63亿元,仅为国际巨头Stratasys的7%,进口替代还有较大提升空间。

3.5激光切削机床替代传统金属切削机床

金属切削机床是目前主流的机床产品,全球销量占全部机床的比例达到52.48%,金属切削机床不仅可以应用于电力、船舶、航天航空等领域,还可用于电子、汽车、新能源、纺织等行业的自动化设备制造中。在经历了2011-2017的震荡波动后,受汽车、3C等主要下游行业景气度下滑及固定资产投资增速持续疲软影响,我国机床增量市场持续萎缩,2018年我国金属切削机床产销同比分别下降24%和25%,2019年上半年均同比下降了10%左右。

 

激光加工作为一种高精度、高效率的材料加工方式,随着激光设备技术提升,应用越来越广泛,对于传统刀具式金属切削机床的替代率有望不断提升。假定激光切削比传统金属切削机床效率提升3倍,则保有量上限合计约325万台,假定渗透率分别达到15%、25%、50%,单台激光器均价为26/13/6.5万元,测算得用于金属切削的激光器市场空间总容量最高可达4000亿元。

3.6智能制造系统解决方案市场规模超千亿

智能制造系统解决方案供应商在智能制造的推进过程中起到至关重要的作用。智能制造工程实施三年以来,我国顶层规划、试点示范、标准体系建设有效推进,全社会智能制造的氛围逐步形成。2017年,中国智能制造系统解决方案市场规模达1280亿元,同比增长20.8%;2018年市场规模约为1560亿元,同比增长21.9%。

 

受益于用户数字化建设的持续推进,用于研发、物流、服务等环节的智能制造系统解决方案也在加强,相关环节智能制造系统解决方案的应用比例有所提升。排名前五位的智能制造系统解决方案的是:柔性装配系统、加工环节数字化系统、智能输送系统、智能仓储系统以及企业资源计划(ERP),占比分别为18%、13%、10%、9%、8%。

 

结语

智能制造是全球工业行业苏醒的至关点之一,在5G、人工智能、物联网等技术的快速发展下,智能制造引来了冬天的第一缕阳光。金准产业研究团队认为,随着智能制造领域政策的持续出台,中国制造业逐渐向智能制造方向转型,并开始大量应用云计算、大数据、机器人等相关技术。作为中国制造业的主要驱动力之一,利好政策的不断出台,行业将持续稳定增长,中国制造业中所起到的地位将会越来越重要。