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智能制造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

來源： 中研普華研究員
作者：南皮縣五金機電產(chǎn)業(yè)集群窗口服務(wù)平臺
日期： 2024-06-15
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近年來，中國的經(jīng)濟發(fā)展已由高速增長階段逐步轉(zhuǎn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，政府更加關(guān)注于優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長動力。制造業(yè)是供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的主要領(lǐng)域，盡管制造業(yè)增加值在全國GDP總量中的比重呈下降態(tài)勢，但以制造業(yè)為代表的實體經(jīng)濟才是中國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的核心支撐力量。2015-2016年，中國制造業(yè)增加值的同比增速僅為3.5%和5.9%，原料、土地、人力資源等生產(chǎn)要素成本的不斷上漲使制造業(yè)本就不高的利潤率很難提升。提高質(zhì)量效益、轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式是中國制造業(yè)必須要解決的問題，而發(fā)展智能制造正是中國制造由大到強的必由之路。
智能制造是一種可以讓企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等方面變得更加“聰明”的生產(chǎn)方法，制造業(yè)企業(yè)要從自身發(fā)展的核心痛點出發(fā)，在合理的整體規(guī)劃和頂層設(shè)計基礎(chǔ)上，沿著智能制造要素→智能制造能力→智能制造系統(tǒng)的發(fā)展方向，分階段且持續(xù)性的獲取智能制造要素，建立、完善、擴展企業(yè)在研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、物流倉儲、訂單獲取、產(chǎn)品服務(wù)等各個環(huán)節(jié)的智能制造能力，最終形成完整、高效、科學(xué)的智能制造系統(tǒng)。
目前中國智能制造仍面臨關(guān)鍵裝備與核心零部件受制于人、中小企業(yè)難以融入智能制造浪潮、大部分企業(yè)缺少智能制造的文化內(nèi)核等重大挑戰(zhàn)，制造業(yè)企業(yè)要順應(yīng)趨勢，提前規(guī)劃，明確目標(biāo)，關(guān)注網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、5G等新模式、新技術(shù)帶來的新機遇，以“立足當(dāng)前，著眼長遠(yuǎn)”的原則，分階段、持續(xù)性地實施智能化轉(zhuǎn)型。
最新中研產(chǎn)業(yè)研究院的研究報告《2020-2025年中國智能制造行業(yè)深度發(fā)展研究與“十四五”企業(yè)投資戰(zhàn)略規(guī)劃報告》數(shù)據(jù)顯示
目前美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家在數(shù)控機床、測控儀表和自動化設(shè)備、工業(yè)機器人等方面具有多年的技術(shù)積累，優(yōu)勢明顯，特別是高端裝備差距尤為突出。如儀器儀表行業(yè)的功能安全技術(shù)和安全儀表系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線儀表、生物集成微流路片等前瞻性技術(shù)和高端產(chǎn)品，國外公司已經(jīng)有產(chǎn)品投入市場，而國內(nèi)企業(yè)因缺少技術(shù)儲備，技術(shù)水平與國外的差距很大。一旦這些新技術(shù)和新產(chǎn)品在市場上推廣應(yīng)用，有可能出現(xiàn)新一輪國外產(chǎn)品壟斷市場的潛在危險。因此，我國進入智能制造裝備領(lǐng)域?qū)⒚媾R激烈的國際市場競爭。同時，后金融危機時代，美國、英國等發(fā)達(dá)國家重新回歸重視發(fā)展高技術(shù)的制造業(yè)，德國、日本竭力保持在智能制造裝備領(lǐng)域的優(yōu)勢和壟斷地位，韓國也力求躋身世界制造強國之列，這更加擠壓了我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。
為了提高產(chǎn)品利潤率和增強產(chǎn)業(yè)話語權(quán)，中國企業(yè)正在努力從附加值低的產(chǎn)品與服務(wù)向附加值高的產(chǎn)品與服務(wù)、從產(chǎn)業(yè)鏈低端向產(chǎn)業(yè)鏈高端升級。從低端向高端升級，既可以是產(chǎn)品與服務(wù)升級，也可以是產(chǎn)業(yè)鏈升級。無論是產(chǎn)品與服務(wù)還是產(chǎn)業(yè)鏈的升級，對于幫助企業(yè)由大轉(zhuǎn)強都非常重要。產(chǎn)品服務(wù)升級首先是提升產(chǎn)品服務(wù)利潤率，同時也是開拓新市場機會的重要途徑。而產(chǎn)業(yè)鏈升級，指企業(yè)經(jīng)營從產(chǎn)業(yè)鏈低端的制造向高端的研發(fā)設(shè)計、銷售物流升級(即所謂的產(chǎn)業(yè)鏈"微笑曲線"的兩端)，從而增強企業(yè)在產(chǎn)業(yè)鏈中的地位和話語權(quán)，提高企業(yè)抗風(fēng)險能力，更是中國企業(yè)突破危機，長遠(yuǎn)發(fā)展的關(guān)鍵戰(zhàn)略舉措。
工業(yè)機器人可以為企業(yè)提供穩(wěn)定、可靠、廉價的智力和體力服務(wù)，只要價格低于同等水平的勞動力，幾乎所有的企業(yè)都不會拒絕使用機器人。目前看來，機器人在智能制造這個應(yīng)用領(lǐng)域上，前景幾乎無限廣闊。近年來，在行業(yè)形勢及國家政策推動下，我國智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)值規(guī)模已經(jīng)達(dá)到15000億元。當(dāng)前，世界經(jīng)濟進入下行趨勢，各國對于制造業(yè)發(fā)展愈發(fā)重視，紛紛加快推動技術(shù)創(chuàng)新，促進制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，智能制造戰(zhàn)略由此不斷升溫。目前，因此，智能化、綠色化已成為制造業(yè)發(fā)展的主流方向，智能制造也將成為世界各國競爭的焦點。
一、工業(yè)機器人行業(yè)市場規(guī)模
隨著我國工信部裝備工業(yè)司《關(guān)于推進工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》將從產(chǎn)業(yè)研發(fā)方面推進和突破關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)，整合現(xiàn)有資源，形成一批產(chǎn)業(yè)機器人的實驗室、技術(shù)中心;積極推動汽車、電子、軍工、物流、醫(yī)藥、危險品制造等行業(yè)工業(yè)機器人的應(yīng)用示范，配套相關(guān)行業(yè)的發(fā)展;根據(jù)區(qū)域特色，引導(dǎo)行業(yè)有序發(fā)展，制定行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。
智能制造是一種可以讓企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等方面變得更加“聰明”的方法，我們可以把制造智能化理解為企業(yè)在引入數(shù)控機床、機器人等生產(chǎn)設(shè)備并實現(xiàn)生產(chǎn)自動化的基礎(chǔ)上，再搭建一套精密的“神經(jīng)系統(tǒng)”。智能“神經(jīng)系統(tǒng)”以ERP(企業(yè)資源計劃系統(tǒng))、MES(生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng))等管理軟件組成中樞神經(jīng)，以傳感器、嵌入式芯片、RFID標(biāo)簽、條碼等組件為神經(jīng)元，以PLC(可編程邏輯控制器)為鏈接控制神經(jīng)元的突觸，以現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)、NB-IoT等通信技術(shù)為神經(jīng)纖維。企業(yè)能夠借助完善的“神經(jīng)系統(tǒng)”感知環(huán)境、獲取信息、傳遞指令，以此實現(xiàn)科學(xué)決策、智能設(shè)計、合理排產(chǎn)，提升設(shè)備使用率，監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，指導(dǎo)設(shè)備運行，讓自動化生產(chǎn)設(shè)備如臂使指。
制造業(yè)企業(yè)智能化不存在“放之四海而皆準(zhǔn)”的普適路徑。制造業(yè)企業(yè)實現(xiàn)智能化要從自身的核心痛點出發(fā)，在合理且有延續(xù)性的整體規(guī)劃與頂層設(shè)計的基礎(chǔ)上，沿著智能制造要素→智能制造能力→智能制造系統(tǒng)的發(fā)展方向，分階段且持續(xù)性的獲取智能制造要素，建立、完善、擴展企業(yè)在研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、物流倉儲、訂單獲取、產(chǎn)品服務(wù)等各個環(huán)節(jié)的“智造能力”，最終形成完整、高效、科學(xué)的智能制造系統(tǒng)。
對制造業(yè)企業(yè)生產(chǎn)活動中各個環(huán)節(jié)的六種典型智能制造能力從預(yù)期收益、實施難度、成本下降、資金投入、時間跨度五個維度進行分析評價，并以此為基礎(chǔ)提出智能化路徑示例。
數(shù)字化設(shè)計是智能制造系統(tǒng)的源頭，是企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化、智能化道路上必須要突破的關(guān)鍵點。制造業(yè)中的設(shè)計包括產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工藝優(yōu)化、樣品制造、檢測檢驗等一系列過程。傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計流程是以模塊分立形式，按照順序完成開發(fā)，產(chǎn)品開發(fā)周期長且質(zhì)量得不到保證。而數(shù)字化設(shè)計借助計算機輔助設(shè)計軟件(CAX)、三維設(shè)計與建模工具等技術(shù)能夠賦予企業(yè)將研發(fā)過程全面數(shù)字化、模型化，實現(xiàn)研發(fā)設(shè)計流程的高度集成、協(xié)同與融合，大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低開發(fā)風(fēng)險和開發(fā)費用。
目前CAX類軟件在國內(nèi)制造業(yè)企業(yè)中已有一定程度應(yīng)用基礎(chǔ)，但從發(fā)展趨勢及與智能制造系統(tǒng)的契合程度來看，第三代產(chǎn)品設(shè)計語言MBD(基于模型的設(shè)計)技術(shù)將成為數(shù)字化設(shè)計的主武器，MBD的應(yīng)用將打通數(shù)字化設(shè)計與數(shù)字化制造，使三維模型成為制造的唯一數(shù)據(jù)源，讓產(chǎn)品模型在整個生命周期得到充分利用。
銷售是所有企業(yè)的核心業(yè)務(wù)之一，智能制造系統(tǒng)中的銷售智能化除了應(yīng)用CRM等軟件管理銷售業(yè)務(wù)外，更為重要的是在訂單獲取層面發(fā)揮作用。在當(dāng)前個性化需求日益旺盛的環(huán)境下，企業(yè)通過建立定制平臺，能夠?qū)⒂脩籼崆耙氲疆a(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)過程中，通過差異化的定制參數(shù)、柔性化的生產(chǎn)，使個性化需求得到快速實現(xiàn)，以此提升品牌價值，增加用戶粘性。與之相匹配的，企業(yè)應(yīng)將定制平臺與智能制造系統(tǒng)中的研發(fā)設(shè)計、計劃排產(chǎn)、制造執(zhí)行等模塊實現(xiàn)協(xié)同與集成，實現(xiàn)從線上用戶定制方案，到線下柔性化生產(chǎn)的全定制過程;在企業(yè)后臺建立個性化產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對用戶的個性化需求特征進行挖掘和分析，并反饋到研發(fā)設(shè)計部門，優(yōu)化產(chǎn)品及工藝，基于用戶需求新趨勢開展研發(fā)活動。
智能制造視角下的產(chǎn)品服務(wù)是借助云服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘和智能分析等技術(shù)，捕捉、分析產(chǎn)品信息，更加主動、精準(zhǔn)、高效的給用戶提供服務(wù)，推動企業(yè)價值鏈向后延伸。遠(yuǎn)程運維服務(wù)即是典型的制造企業(yè)智能化服務(wù)模式，企業(yè)利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)對生產(chǎn)并已投入使用的智能產(chǎn)品的設(shè)備狀態(tài)、作業(yè)操作、環(huán)境情況等維度的數(shù)據(jù)進行采集、篩選、分析、儲存和管理，基于上述數(shù)據(jù)的分析結(jié)果為用戶提供產(chǎn)品的日常運行維護、預(yù)測性維護、故障預(yù)警、診斷與修復(fù)、運行優(yōu)化、遠(yuǎn)程升級等服務(wù)。
遠(yuǎn)程運維服務(wù)可以有效降低設(shè)備故障率，提升設(shè)備使用率與使用壽命，既能減輕制造商的負(fù)擔(dān)，又能顯著提升產(chǎn)品價值。遠(yuǎn)程運維對于企業(yè)產(chǎn)品的智能化程度要求較高，產(chǎn)品必須配備開放的數(shù)據(jù)接口，具備數(shù)據(jù)采集、通信模塊;企業(yè)還需建立遠(yuǎn)程運維服務(wù)前端平臺與后端數(shù)據(jù)中心，采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)并基于大數(shù)據(jù)分析與計算，向用戶提供增值服務(wù)。
智能制造系統(tǒng)的整體規(guī)劃與頂層設(shè)計是制造業(yè)企業(yè)正式踏上智能化道路的第一步，企業(yè)在這一環(huán)節(jié)要為“我是誰、我在哪、我要干什么”三大問題尋找答案:首先要明確“我是誰”，詳細(xì)掃描企業(yè)自身的核心競爭力、運營情況、財務(wù)狀況、人員配備、組織架構(gòu)等基礎(chǔ)條件;而后通過智能制造能力成熟度模型等工具進行智能程度自評與診斷，了解企業(yè)缺失的智能制造要素、已具備和尚未具備的智能制造能力，精準(zhǔn)定位企業(yè)目前所處的智能化階段，搞清楚“我在哪”;在回答了前兩個問題的基礎(chǔ)上，以企業(yè)發(fā)展的核心痛點為切入點，以獲取關(guān)鍵“智造能力”為階段性目標(biāo)，以搭建完整、高效、科學(xué)的智能制造系統(tǒng)為發(fā)展方向，按照統(tǒng)一架構(gòu)和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃設(shè)計智能制造系統(tǒng)總體實施方案及核心要素能力解決方案，確保企業(yè)在智能化之路上知道“我要干什么”。
二、中國智能制造發(fā)展歷程
智能制造發(fā)展需經(jīng)歷自動化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個階段。我國目前仍處于“工業(yè)2.0”(自動化)的后期階段，“工業(yè)3.0”(信息化)還待普及，“工業(yè)4.0”正在嘗試盡可能做一些示范，制造的自動化和信息化正在逐步布局。
三、我國智能制造未來趨勢
1.關(guān)鍵裝備、核心零部件受制于人，短期內(nèi)難以實現(xiàn)國產(chǎn)替代
我國近90%的芯片、70%的工業(yè)機器人、80%的高檔數(shù)控機床和80%以上的核心工業(yè)軟件依賴進口。這造成國內(nèi)制造業(yè)企業(yè)智能化改造成本居高不下，嚴(yán)重制約我國智能制造的整體進展。以工業(yè)機器人為例，中國已經(jīng)連續(xù)六年成為工業(yè)機器人第一消費大國，2017年中國工業(yè)機器人銷量達(dá)到了13.8萬臺，全球占比達(dá)到36%。而其中僅有3.5萬臺是由國內(nèi)工業(yè)機器人制造商生產(chǎn)，國產(chǎn)率僅為25.2%，比2016年的31%還下降了近6個百分點。由此可見，中國制造業(yè)企業(yè)在提升自動化水平時優(yōu)先選取的是選購國外品牌的工業(yè)機器人，國產(chǎn)機器人盡管發(fā)展較快，但短時間內(nèi)難以滿足智能制造的需求。
2.小微企業(yè)難以融入智能化發(fā)展浪潮
在全國規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)中，84.2%的企業(yè)屬于小型企業(yè)，規(guī)模以下(年主營業(yè)務(wù)收入2000萬元以下)尚有200余萬家小微企業(yè)。廣大小微企業(yè)是制造業(yè)的根基，其智能化水平很大程度上影響著中國智能制造工程的實施效果。然而從《中國制造2025》戰(zhàn)略提出以來，由于自有資金不足、信息化基礎(chǔ)薄弱、缺乏相關(guān)人才等多方面因素的影響，大部分中國制造業(yè)小微企業(yè)只能羨慕大企業(yè)申請智能制造試點示范項目、圍觀大企業(yè)開展轟轟烈烈的智能化改造，自己卻難以融入智能制造的發(fā)展浪潮。相比于大中型企業(yè)，小微企業(yè)的智能化之路面臨更大的試錯成本和不可控風(fēng)險，稍有不慎就會危及生存。
3.流程領(lǐng)域有望率先實現(xiàn)智能化
智能制造系統(tǒng)是一個覆蓋設(shè)計、物流、倉儲、生產(chǎn)、檢測等生產(chǎn)全過程的極其復(fù)雜的巨系統(tǒng)，企業(yè)要搭建一個完整的智能制造系統(tǒng)，最困難也是最核心的部分就是生產(chǎn)過程數(shù)字化。尤其是對于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、原材料及原器件種類繁多的離散制造領(lǐng)域，產(chǎn)品往往由多個零部件經(jīng)過一系列不連續(xù)的工序裝配而成，其過程包含很多變化和不確定因素，在一定程度上增加了離散型制造生產(chǎn)組織的難度和配套復(fù)雜性，要做到生產(chǎn)全程數(shù)字化、可視化、透明化殊為不易。
與離散領(lǐng)域顯著不同的是，流程領(lǐng)域的生產(chǎn)流程本質(zhì)上是連續(xù)的，被加工處理的工質(zhì)不論是產(chǎn)生物理變化還是化學(xué)變化，其過程不會中斷，而且往往是處于密閉的管道或容器中，生產(chǎn)工藝相對簡單，生產(chǎn)流程清晰連貫，生產(chǎn)全過程數(shù)字化難度相對較低。流程領(lǐng)域企業(yè)接下來要做的是在全面貫通整合各階段數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運用人工智能的深度學(xué)習(xí)、強化學(xué)習(xí)(主要是動態(tài)規(guī)劃方法)進行實時數(shù)據(jù)分析和實時決策，并進一步將智能系統(tǒng)延伸至供應(yīng)鏈、生產(chǎn)后服務(wù)等各個環(huán)節(jié)，最終實現(xiàn)全面智能化。
4.供應(yīng)鏈協(xié)同倒逼產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)“上馬”智能制造
制造業(yè)企業(yè)智能化的動力本源是響應(yīng)市場需求，這點在消費品制造領(lǐng)域尤為明顯，乘用車、家電、3C、服裝、醫(yī)藥、食品等直接面向消費者的制造業(yè)企業(yè)搭建智能制造系統(tǒng)的主要目的即是實現(xiàn)高度柔性生產(chǎn)，快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)消費者對產(chǎn)品的個性化、定制化需求。如果我們把視角向上推，對于原材料工業(yè)和裝備工業(yè)的企業(yè)而言，智能化浪潮前沿的消費品制造廠商即是他們的市場所在，要跟上客戶多品種、小批量的生產(chǎn)節(jié)奏，就必然要大幅提升自身的產(chǎn)品創(chuàng)新能力、快速交貨能力以及連續(xù)補貨能力?？焖僮兓氖袌鲂枨髲南M端沿著產(chǎn)業(yè)鏈不斷向上傳導(dǎo)，下游企業(yè)生產(chǎn)方式的顛覆與創(chuàng)新迫使上游供應(yīng)商融入智能化浪潮，智能制造倒逼機制就此形成。在這種倒逼機制的作用下，產(chǎn)業(yè)鏈上游企業(yè)要主動適應(yīng)變化，實現(xiàn)柔性生產(chǎn)，基于供應(yīng)商先期介入思維，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造確立競爭優(yōu)勢，否則將面臨被市場淘汰的風(fēng)險。
智能制造屬于資金密集型行業(yè)，而廣大中小企業(yè)普遍面臨著融資難問題，資金已經(jīng)成為制約中小型智能制造企業(yè)發(fā)展的一個重要因素，來自中央和地方政府的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)和科研基金投入，將為智能制造產(chǎn)業(yè)提供強大的動力和資源，解決智能制造企業(yè)孵化、發(fā)展、擴大規(guī)模的資金需求及資源引進、配置問題。隨著“中國制造2025”的出臺，我國制造業(yè)正式踏上了以智能制造為重要發(fā)展方向的轉(zhuǎn)型升級之路。
 

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