智能制造产业的主要领域和发展特征

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2025》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。

一、数控机床：装备制造业的“工作母机”

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2025》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。

二、工业机器人：面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置

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。

三、增材制造装备：增材制造即为快速原型、快速成形、快速制造、3D打印

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。

四、非标自动化设备：高端装备的典型代表之一

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。

五、智能工厂：以人机交互为本质的高效、节能、人性化的工厂

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。

制造业升级正当时 智能制造产业链及细分产业重点梳理

（中商情报网）智能制造本质是新一代信息技术与制造业的深度融合。新一代信息技术贯穿于设计、生产、管理、服务、回收利用等制造活动的各个环节，通过组织研发具有信息深度感知、智慧优化决策、精准控制自执行的智能装备及智能化生产线，以达到缩短产品研制周期、降低资源能源消耗、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量的目标。

智能制造的核心构成

智能制造集软件、电子、控制、机械于一体，以智能生产终端为核心，主要由“云”、“网”、“端”三方面构成。

云，是指工业大数据及云计算。自动化设备产生的大量数据通过传感系统等路径，实现采集、反应和预测，形成可行为的大数据，帮助制造形成从生产到销售的整个闭环。

网，是指工厂内物联网及覆盖产业链整体的工业互联网。目前，国内制造业信息化升级，可采用传感器、RFID、机器视觉、人脸识别等20余种方式来实现工业数据的采集和汇总。

端，是指智能机床、机器人、传感器、机器视觉等智能生产设备，AGV、服务机器人等智能物流设备以及智能制造在其他领域的应用。中长期角度来看，智能生产设备后续的竞争力取决于其对硬件与软件结合的能力。

当前，新一轮科技革命和产业变革不断深入，制造业呈现出数字化、网络化、智能化发展趋势，智能制造作为重要的一个发展方向，正在不断地突破新技术、催生新业态，推动制造业升级。智能制造的智能化、数据化、少人化优势在疫情期间充分凸显，让国人看到其改善生产、生活的巨大潜力。

智能制造产业链

从产业链来看，智能制造可划分为感知层、网络层、执行层、应用层。

资料来源：中商产业研究院整理

智能制造上游是制造行业的零部件以及感知层次的相关产品。中游是网络层的相关信息技术、管理软件等。下游是执行层和应用层，以机器视觉、3D打印为产品构成的自动化生产线和智慧工厂。

智能制造细分产业链可分为：系统集成商、智能装备、工业数据库和云计算、工业成产软件、工业互联网、智能生产。

资料来源：中商产业研究院整理

资料来源：中商产业研究院整理

细分产业1：系统集成

智能制造系统集成指以自动化、网络化为基础，以数字化为手段，以智能制造为目标，借助新一代信息通信技术，通过工业软件、生产和业务管理系统、智能技术和装备的集成，帮助企业实现纵向集成、横向集成的各类智能化解决方案的总称。其中纵向集成是指在智能工厂内部，把现场层、控制层、车间管理层有机整合在一起，同时确保这些信息能够传输到生产资源计划（ERP）；横向集成是指将各种不同制造阶段的智能系统集成在一起，既包括一个公司内部的材料、能源和信息的配置，也包括不同公司之间的价值网络的配置。

中国智能制造系统集成市场受益于国家大力推动智能制造和工业互联网发展、智能制造系统解决方案供应商联盟加速细分行业渗透、制造业核心工艺技术加速突破等利好，在2018年整体规模持续保持较高增速，2018年整体规模达到1548亿元，到2021年将达2837亿元，并将有效带动我国制造业整体水平发展，加速向新一代智能制造转型升级的步伐。

数据来源：赛迪顾问、中商产业研究院整理

未来中国智能制造系统集成将呈现四大发展趋势：①智能制造系统集成引领设备供应商及软件集成商融合发展新方向，有望成为智能制造龙头企业发展核心模式。②京津冀、长三角及珠三角地区依旧是智能制造系统集成发展领先区域，其中尤以京津冀地区企业集中程度最高。③局部解决方案仍旧是市场主流，但是国内企业需要积极向整体解决方案领域发力，力争突破国际龙头企业在该领域的行业垄断地位。④边缘智能技术加速应用将打破传统设备集中式软件集成发展思路，使边缘端设备成为集成新端口。

细分产业2：智能制造装备

智能制造装备是指具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能制造装备已经形成了完善的产业链，包括关键基础零部件、智能化高端装备、智能测控装备和重大集成装备四大环节。

在国家政策推动，制造业技术转型升级等背景下，中国智能制造产业发展迅速，对产业发展和分工格局带来深刻影响。2016年我国智能制造装备产值规模突破1万亿，2018年突破15000亿，预计2020产值规模将突破2万亿。

细分产业3：云计算

云计算作为新一代信息技术的基石，也是智能制造的核心平台。云计算深入渗透到制造企业的所有业务流程，能够根据用户的业务需求，经济、快捷地进行IT资源分配，实现实时、近实时IT交付和管理，快速响应不断变化的个性化服务需求。不仅有助于促进创造优质附加值和制造业生产效率的提升，同时提升了制造企业整体竞争力，灵活应对复杂的国际环境变化，为经济全球化环境下制造企业实现智能制造打下坚实基础。

目前，中国云计算市场处于快速发展阶段。随着云计算的应用场景的不断拓展，云计算的应用已深入到政府、金融、工业、交通、物流等传统领域。当前，中国云计算市场规模整体规模较小，与全球市场规模仍存在一定的差距。预计到2021年，我国公有云服务市场规模将达到2119.5亿元。

数据来源：中商产业研究院

细分产业4：工业互联网

工业互联网是满足工业智能化发展需求，具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施，是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式。工业互联网作为新一代信息技术与制造业深度融合的产物，日益成为新工业革命的关键支撑和深化“互联网+先进制造业”的重要基石，对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。

据中国信通院政策与经济研究所所长辛勇飞介绍，测算表明，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，占GDP比重分别为1.5%、2.2%。预计2020年，我国工业互联网产业经济规模将达3.1万亿元，占GDP比重为2.9%，同时可带动约255万个新增就业岗位。

数据来源：中国信通院、中商产业研究院整理

国内RFID等物联技术发展处于初期。相较于欧美发达国家，我国在RFID、传感器等物联技术和设备产业上的发展还较为落后，如我国RFID企业总数虽然超过百家，但是缺乏关键核心技术，尤其是芯片、中间件等方面，目前还未形成成熟的RFID产业链。

传感器行业发展相对成熟。目前国内已有1700多家从事传感器生产和研发的企业，其中从事微系统研制、生产的有50多家，已建成三大传感器生产基地。我国传感器有赖进口，技术差距仍明显。目前全球约有40个国家从事传感器研制、生产和应用开发，其中美、日、德等国的市场总占有率较高。相比下，我国传感器企业以小型企业为主，传感器技术水平偏低、研发实力较弱、规模偏小、产业集中度低。

细分产业5：智能生产

智能生产主要包括机器视觉、3D打印。机器视觉是一种基础功能性技术，是机器人自主行动的前提，能够实现计算机系统对于外界环境的观察、识别以及判断等功能。目前，中国的机器视觉行业正处于快速发展阶段，是世界机器视觉发展最活跃的地区之一。

以智能手机为代表的，全面屏、指纹识别、虹膜识别、柔性屏等新产品乃至整个电子制造领域，对机器视觉也提出了史无前例的精度标准。为了应付层出不穷的新应用需求，工业相机的设计也出现了新的发展方向。由此看来，工业4.0离不开智能制造，智能制造离不开机器视觉。机器视觉是实现工业自动化和智能化的必要手段，也是人类视觉在机器上的延伸。

目前，中国的机器视觉行业正处于快速发展阶段，是世界机器视觉发展最活跃的地区之一。受益于配套基础设施不断完善、制造业总体规模持续扩大、智能化水平不断提高、政策利好等因素，中国机器视觉市场需求不断增长。据数据显示，2018年中国机器视觉市场规模首次超过100亿元。随着行业技术提升、产品应用领域更广泛，未来机器视觉市场将进一步扩大，预计2021年市场规模将逼近180亿元。

数据来源：中商产业研究院整理

3D打印技术，也称“增材制造”或“增量制造”，是基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造，将直接制造与相应数学模型结合的一种制造方法。它涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”和全生产周期的“快速制造”相关的所有打印工艺、技术、设备类别和应用。目前，3D打印技术日渐成熟。

目前，中国的3D打印应用主要集中在家电及电子消费品、模具检测、医疗及牙科正畸、航空航天等领域，未来将向医疗、建筑等更广的应用场景发展。据数据显示，2019年中国3D打印市场规模约为33.6亿元。伴随着中国3D打印技术的相应成熟，在航天航空，汽车等行业需求将持续增加，预计2020年中国3D打印市场规模将近50亿元。

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