近幾年，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)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(fā)展。為了更好的了解智能制造裝備在我國的發(fā)展，擬從四個方面分析智能制造產(chǎn)業(yè)裝備發(fā)展背景、產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、細分行業(yè)、發(fā)展趨勢。
1智能制造裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景
1.1全球智能制造興起
我國已經(jīng)成為世界工廠，制造業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)，但與發(fā)達國家的技術差異使我國只能從事勞動密集型產(chǎn)業(yè)，效率低、利潤少。所以智能制造裝備是制造業(yè)轉型升級的關鍵。因為智能制造裝備系統(tǒng)的主要特征體現(xiàn)了制造業(yè)生產(chǎn)的智能化，意味著從本質(zhì)上提高生產(chǎn)效率，我國也將大力發(fā)展。未來，智能制造裝備行業(yè)也將向自動化發(fā)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(tǒng)稱，它是先進制造技術、信息技術和智能技術在裝備產(chǎn)品上的集成和融合，體現(xiàn)了制造業(yè)的智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡化的發(fā)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(yè)化水平的重要標志。
促進我國智能制造行業(yè)快速發(fā)展的原因主要為國家制造業(yè)與發(fā)達國家存在較大的差異，因為自主創(chuàng)新不足，產(chǎn)業(yè)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(yè)，效率較低，收入較少。而制造業(yè)價值鏈高端被發(fā)達國家控制，能獲取高額利潤。所以，制造強國構筑“綠色貿(mào)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(fā)達國家制造產(chǎn)品的生產(chǎn)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(yōu)勢，不斷加大技術創(chuàng)新投入，不斷研發(fā)新產(chǎn)品。而且美國目前正在努力重振制造業(yè)。2017年底的稅制改革中，美國將企業(yè)稅率從35%下調(diào)至21%，令企業(yè)將部分生產(chǎn)轉移到美國的意愿有所增強，對我國制造業(yè)造成嚴重威脅。
中國與發(fā)達國家制造業(yè)差距主要體現(xiàn)在以下三個方面。一是自主創(chuàng)新不足。我國裝備制造業(yè)在自主創(chuàng)新方面明顯不足，完全自主知識產(chǎn)權的技術產(chǎn)品稀缺，原創(chuàng)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(chǎn)業(yè)結構待改善。體現(xiàn)在中低端產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能過剩，高端產(chǎn)業(yè)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(yè)中低端市場同質(zhì)化競爭嚴重。三是能源消耗較大。由于長期的粗放式發(fā)展，而且受制于在環(huán)保技術開發(fā)、環(huán)境保護投入、企業(yè)社會責任制度建設缺失等方面與制造業(yè)發(fā)達國家相差較大。
制造業(yè)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(yōu)勢壓力：美國的創(chuàng)新能力全球聞名，在第四次工業(yè)革命新興技術重大發(fā)展的前沿領域有一席之地。美國目前正在努力重振制造業(yè)。2017年底的稅制改革中，美國將企業(yè)稅率從35%下調(diào)至21%，令企業(yè)將部分生產(chǎn)轉移到美國的意愿有所增強。二是源自產(chǎn)業(yè)轉移和新國際貿(mào)易保護主義的壓力：發(fā)達國家將低端制造業(yè)向發(fā)展中國家轉移并通過對制造業(yè)價值準高端的控制，獲取高額利洞，而發(fā)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(chǎn)業(yè)與國外的技術差距至少在10年以上。
雖然目前我國已經(jīng)成為制造業(yè)大國，但“大而不強”依然困擾我國制造業(yè)發(fā)展的主要矛盾，據(jù)中國機械工業(yè)聯(lián)合會的數(shù)據(jù)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(nóng)業(yè)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(chǎn)業(yè)與國外的技術差距至少在10年以上。
裝備制造業(yè)是國之重器，是制造業(yè)的基石。美國、德國、英國、日本等世界發(fā)達國家紛紛實施了以重振制造業(yè)為核心的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略，頒布了一系列以智能制造為核心的國家戰(zhàn)略。
1.2國家鼓勵智能制造業(yè)發(fā)展
政策支持力度不斷加大，智能制造產(chǎn)業(yè)迎來大好發(fā)展時機。國家無論是從頂層政策體系，還是細節(jié)政策引導都出臺相應規(guī)定，如下表。
2018年11月，國家統(tǒng)計局發(fā)布了《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類（2018）》，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)被納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)主要包括以下幾個方面。
1.2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(yōu)勢減弱，智能制造提高生產(chǎn)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(zhèn)私營企業(yè)人員年平均工資不斷上漲，2010年突破,2018年全國城鎮(zhèn)私營單位就業(yè)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(yè)主動選擇智能裝備節(jié)省人工成本。而隨著技術的發(fā)展，，工業(yè)機器人的生產(chǎn)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(fā)展現(xiàn)狀
2.1智能制造產(chǎn)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)鏈
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(jīng)形成了完善的產(chǎn)業(yè)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(huán)節(jié)。
2.2“四大區(qū)域”集聚格局初步顯現(xiàn)
從智能裝備行業(yè)的區(qū)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(yè)基礎較為發(fā)達的地區(qū)。在政策東風吹拂下，我國正在形成珠三角、長三角、環(huán)渤海和中西部四大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，產(chǎn)業(yè)集群將進一步提升各地智能制造的發(fā)展水平。
環(huán)渤海地區(qū)：依托地區(qū)資源與人力資源優(yōu)勢，形成“核心區(qū)域”與“兩翼”錯位發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。其中，北京在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及智能制造服務等軟件領域優(yōu)勢突出。
長三角地區(qū)：培育一批優(yōu)勢突出、特色鮮明智能制造裝備產(chǎn)業(yè)集群，智能制造發(fā)展水平相對平衡。
珠三角地區(qū)：加快機器換人，逐步發(fā)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(chǎn)業(yè)核心區(qū)建設，深圳重點打造機器人、可穿戴設備產(chǎn)業(yè)制造基地、國際合作基地及創(chuàng)新服務基地。
中西部地區(qū)：落后于東部地區(qū)，尚處于自動化階段，依托高校及科研院所優(yōu)勢，以先進激光產(chǎn)業(yè)為智能制造發(fā)展的“新亮點”，發(fā)展出了技術領先、特色突出的先進激光產(chǎn)業(yè)。
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(jīng)濟結構轉型升級中處于核心環(huán)節(jié)，是國民經(jīng)濟和國防建設的重要支撐，是推動工業(yè)轉型升級的關鍵引擎。近幾年，我國智能化高羰裝備仍占據(jù)最高份額，關鍵基礎零部件份額提升。
2.4智能制造裝備存在的3大問題
一是與發(fā)達國家相比存在差距。我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)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(chǎn)品的研發(fā)上，多數(shù)仍跟國外先進企業(yè)的技術發(fā)展，技術上仍存一定的差距。二是企業(yè)規(guī)模小，競爭力弱。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)在我國起步晚，國內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)數(shù)量少，產(chǎn)業(yè)組織結構小，競爭力弱，缺乏具有國際競爭力的骨干企業(yè)，僅少數(shù)企業(yè)發(fā)展到一定的實力。三是產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，缺乏行業(yè)內(nèi)的支持。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)基礎薄弱，行業(yè)內(nèi)的配套企業(yè)整體實力較弱。一些優(yōu)勢企業(yè)在系統(tǒng)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(nèi)企業(yè)的配套支持，仍受制于國外企業(yè)。
3智能制造裝備細分行業(yè)
根據(jù)德勤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國工業(yè)企業(yè)智能制造五大部署重點依次為：數(shù)字化工廠（63%）、設備及用戶價值深挖（62%）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（48%）、重構生態(tài)及商業(yè)模式（36%）以及人工智能（21%）。從相關技術來看，受訪企業(yè)所關注的相關技術包括工業(yè)軟件、傳感器技術、通信技術、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等。
3.1工業(yè)機器人
人力成本的上漲是推動電子行業(yè)機器換人的主要因素；同時，隨著工業(yè)機器人國產(chǎn)化進程的加速帶來了工業(yè)機器人價格的下降。據(jù)全球預測和定量分析公司牛津經(jīng)濟研究院（Oxford Economics）發(fā)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(yè)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(jù)世界工業(yè)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(qū)處于領先地位。
中國工業(yè)機器人發(fā)展較快，約占全球市場份額三分之一，連續(xù)六年成為全球第一大應用市場。2018年，中國工業(yè)機器人產(chǎn)量達到14.8萬臺，占全球產(chǎn)量的38%以上。受制于下游行業(yè)的需求放緩——汽車行業(yè)迎來28年首次銷量下滑，3C行業(yè)增長也大幅度回落，2019年上半年，整個行業(yè)訂單增長疲軟，產(chǎn)量持續(xù)下滑，僅為7.5萬臺，下降幅度為10.1%。但根據(jù)中國電子學會數(shù)據(jù)顯示，2019年上半年全球機器人市場規(guī)模達144億美元，其中中國機器人市場規(guī)模達42.5億美元，占比達到29.5%，在全球仍扮演者重要角色。
3.2工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)
智能制造可實現(xiàn)整個制造業(yè)價值鏈的智能化，而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)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(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程擬支持項目》，表明工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)進入了實質(zhì)發(fā)展階段。2018年中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模達到5313億元，根據(jù)中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的測算，預計到2020年市場規(guī)模將達到萬億量級。
各類企業(yè)加緊布局，搶占發(fā)展制高點。作為推動制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的重要抓手，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的理念和重要性逐漸被產(chǎn)業(yè)界所認識，全球各類產(chǎn)業(yè)主體積極布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，以搶占發(fā)展制高點。在政策、技術等因素的推動下，中國已經(jīng)出現(xiàn)一批工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，產(chǎn)業(yè)體系已初步完善,具體見下圖。
3.3人工智能
人工智能+制造業(yè)——創(chuàng)造“智造”新業(yè)態(tài)。中國人工智能邁向了2.0階段，以通過互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系在一起的一套巨大的智能系統(tǒng)為標志。從智能制造業(yè)角度出發(fā)，人工智能技術正在深入改造制造行業(yè)。新一代人工智能技術與制造業(yè)實體經(jīng)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(chuàng)造出自動化的一些新需求、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)。
中國人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)模超400億。近年來，中國人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，跟據(jù)中國信通院數(shù)據(jù)，2015年到2018年中國人工智能產(chǎn)業(yè)規(guī)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(chǎn)業(yè)市場規(guī)模已達到415.5億元。其中，企業(yè)技術集成與方案提供、關鍵技術研發(fā)和應用平臺兩個應用領域據(jù)發(fā)展火熱。據(jù)中國新一代人工智能發(fā)展戰(zhàn)略研究院2019年5月發(fā)布的《中國新一代人工智能科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2019）》數(shù)據(jù)，截至2019年2月，人工智能企業(yè)廣泛分布在18個應用領域，上述兩個領域企業(yè)數(shù)占比最高，分別達到15.7%和10.5%。
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(yè)的“潛力股”。其集合了大規(guī)模生產(chǎn)的高效和手工生產(chǎn)的靈活等優(yōu)點，制造業(yè)的全流程都可以引入3D打印，能實現(xiàn)制造過程的高效率和低成本，代表了智能制造的未來發(fā)展方向。近年來，我國3D打印行業(yè)發(fā)展迅速，從2013年3.2億美元的市場規(guī)模發(fā)展到2018年的23.6億美元，5年的復合增長率達到49.1%。
3D打印核心零部件依賴進口國內(nèi)企業(yè)有較大提升空間。近年來隨著航空航天、汽車工業(yè)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(tǒng)的金屬切削加工方法受到嚴峻的挑戰(zhàn)。相比于傳統(tǒng)的減材制造方式，3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)復雜零部件的一次成型，是制造業(yè)領域有代表性的顛覆性技術。然而，國內(nèi)3D打印起步較晚，企業(yè)數(shù)量與規(guī)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(nèi)3D打印行業(yè)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(chǎn)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(yè)的自動化設備制造中。在經(jīng)歷了2011-2017的震蕩波動后，受汽車、3C等主要下游行業(yè)景氣度下滑及固定資產(chǎn)投資增速持續(xù)疲軟影響，我國機床增量市場持續(xù)萎縮，2018年我國金屬切削機床產(chǎn)銷同比分別下降24%和25%，2019年上半年均同比下降了10%左右。
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(tǒng)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(tǒng)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。
3.6智能制造系統(tǒng)解決方案
智能制造系統(tǒng)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(guī)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(tǒng)解決方案市場規(guī)模達1280億元，同比增長20.8%；2018年市場規(guī)模約為1560億元，同比增長21.9%。
受益于用戶數(shù)字化建設的持續(xù)推進，用于研發(fā)、物流、服務等環(huán)節(jié)的智能制造系統(tǒng)解決方案也在加強，相關環(huán)節(jié)智能制造系統(tǒng)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(tǒng)解決方案的是：柔性裝配系統(tǒng)、加工環(huán)節(jié)數(shù)字化系統(tǒng)、智能輸送系統(tǒng)、智能倉儲系統(tǒng)以及企業(yè)資源計劃（ERP），占比分別為18%、13%、10%、9%、8%。
4智能制造發(fā)展趨勢
落后的技術迫使我國制造業(yè)轉型升級，同時，也只有掌握技術，才可以改變勞動密集型產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。制造業(yè)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(xiàn)出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協(xié)調(diào)運作與競爭；第二，人機一體化一方面突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時在智能機器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能；其余分別為結合虛擬現(xiàn)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(chǎn)效率，同時在一定程度上能真正解放生產(chǎn)力。我國也將智能制造裝備系統(tǒng)作為目前制造業(yè)發(fā)展的主要方向。
智能裝備制造將體現(xiàn)在五大方向，每一發(fā)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(chǎn)到服務過程的裝備智能化。首先，生產(chǎn)方式的智能化，在生產(chǎn)方式上，智能工廠及智能設備的普及和配備才能真正實現(xiàn)智能生產(chǎn)。其次，產(chǎn)品的智能化體現(xiàn)在芯片、傳感器、機器視覺等新型人工智能產(chǎn)業(yè)。
另外，定制化生產(chǎn)和產(chǎn)品追溯將成為智能制造的新業(yè)態(tài)新模式；管理實現(xiàn)智能化需要在生產(chǎn)管理及物流管理等領域結合人工智能等實現(xiàn)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(xiàn)智能化，具體體現(xiàn)在在線監(jiān)測、遠程診斷及云服務方面。總體來看，實現(xiàn)徹底智能化制造裝備主要歷經(jīng)三個階段，智能工廠到數(shù)字化工廠最后實現(xiàn)自動化工廠。
未來，我國智能制造裝備呈現(xiàn)出自動化、集成化、信息化、綠色化的發(fā)展趨勢。自動化體現(xiàn)在裝備能根據(jù)用戶要求完成制造過程的自動化，并對制造對象和制造環(huán)境具有高度適應性，實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化；集成化體現(xiàn)在生產(chǎn)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(xiàn)在將傳感技術、計算機技術、軟件技術“嵌入”裝備中，實現(xiàn)裝備的性能提升和“智能”；最后綠色化主要體現(xiàn)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(huán)境負面影響極小，使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。
