【智能工厂】数据 | 中国“智慧工厂”现状解读

作为工业4.0的最大主题，智能工厂可谓贯穿产业升级全过程。本文对智慧工厂进行了详细的解读，并对中国智慧工厂发展现状和空间进行全面的分析。
智慧工厂简介
自德国政府于2013年在汉诺威工业博览会上正式公布，“工业4.0”概念就已席卷全球，并被认为是以信息物理系统（CPS）技术为核心的第四次工业革命。



而作为工业4.0的最大主题，智能工厂可谓贯穿产业升级全过程。智能工厂主要研究智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现。
智慧工厂的主要特征包括：
1、利用物联网技术实现设备间高效的信息互联，数字工厂向“物联工厂”升级，操作人员可实现获取生产设备、物料、成品灯相互间的动态生产数据，满足工厂24小时监测需求；
2、基于庞大数据库实现数据挖掘与分析，使工厂具备自我学习能力，并在此基础上完成能源消耗的优化、生产决策的自动判断等任务；
3、引入基于计算机数控机床、机器人等高度智能化的自动化生产线，满足个性化定制柔性化生产需求，有效缩短产品生产周期，并同时大幅降低产品成本；
4、配套智能物流仓储系统，通过自动化立体仓库、自动输送分拣系统、智能仓储管理系统等实现仓库管理过程中各环节数据录入的实时性以及对于货物出入库管理的高效性；
5、工厂内配备电子看板显示生产的实时动态，同时，操作人员可远程参与生产过程的修正或指挥。
智慧工厂的基本架构：计划层+执行层+控制层
智慧工厂拥有三个层次的基本架构，分别为顶层的计划层、中间层的执行层以及底层的设备控制层，大致可对应为ERP系统（企业资源计划）、MES系统（制造执行系统）以及PCS系统（过程控制系统）。


智慧工厂基本架构
智慧工厂下游应用
按MES系统的分类，智慧工厂的下游行业可粗略地划分为离散型与流程型。其中，离散型行业主要包括机械、航空航天、汽车等，流程性行业主要包括石油化工、生物医药、食品饮料、纺织等。


智慧工厂主要下游应用行业


部分下游应用行业工厂自动化改造项目及降本增效情况
我国智慧工厂发展情况
产业升级需求
智能制造装备产业主要包括智能测控仪器仪表、数控机床、工业机器人、自动化成套生产线等。根据《智能制造装备产业“十二五”发展规划》，2010年我国部分智能制造装备产业销售收入逾3000亿元，至2015年产业收入突破1万亿元，至2020年实现销售收入3万亿元。


2010-2020年我国智能装备制造产业市场规模（亿元）
劳动力成本优势消退
自2008年以来，我国劳动力成本的增速明显快于工业生产效率增速。据权威机构的测算数据显示，我国的制造业劳动成本在2019年将为越南的177%、印度的218%。


东南亚国家制造业劳动力成本对比（美元/小时）
我国智能制造示范项目不断加速
在全球制造业加速向数字化、网络化和智能化方向发展的背景下，我国于2015年正式颁布《中国制造2025》，其中明确提出将智能制造工程作为政府引导的五个工程之一。
如果说2015年为我国实施“智能制造试点示范专项行动”元年，2017年项目实施正加速落地。另外，国家对于智能制造装备行业的补贴额增速也在加快。


2015-2017年我国智能制造试点示范专项行动数量变化


2011-2016年我国智能制造专项政府补助金额（亿元）
我国智慧工厂市场空间
自动化生产线通过工件传送系统与控制系统将生产设备相互联结，从而实现全部或部分生产过程的无人化。如果将智慧工厂简单以自动化生产线市场为代表，博思数据的统计显示，2014年我国自动化生产线产量为8780条，同比增长19.29%；需求量为21100条，同比增长10.47%。
从需求分布看，主要来自汽车、工程机械、物流仓储、家电电子行业，占比分别为42.4%、29.8%、9.5%、6.2%。


2009-2015年我国自动化生产线供需情况


我国自动化生产线行业分布
德国工业4.0工作小组的统计认为，2012年我国自动化市场规模已达到约8000亿元，占全球市场的29%。2016年，我国自动化市场规模达1403亿元，其包括产品市场与服务市场。在应用市场方面，罗兰贝格的调查认为，中国2016年的自动化应用市场规模可达3876亿元，同比增长16.43%。


2004-2017年我国自动化市场规模（产品+服务）


2012-2016年我国自动化应用市场规模及增速
智慧工厂：计划层与执行层
工业软件指应用于工业领域的软件，按应用分类可将工业软件划分为运营管理类、研发设计类与生产调度与过程控制类。其中，运营管理类软件主要包括ERP、SCM、CRM等，研发类指CAD、PLM等，调度与控制类的主要代表包括MES、SCADA等。


工业软件应用分类及主要供应商
工业软件的市场规模方面，全球企业级软件市场在2016年规模为3260亿美元，同比增长3.84%。国内市场在2011年的总体规模约为616.34亿元，至2016年上升至1247.3亿元，其中2016年同比增长15.5%。据推算，预计至2018年，国内工业软件的市场规模将超过1600亿元，平均增速保持在两位数水平。


2012-2016年全球企业级软件市场规模


2011-2018年中国工业软件市场规模
智慧工厂：控制层
工业通讯
工业通讯包括现场总线、工业以太网以及无线网络。目前，我国现场总线存量市场占总市场逾95%，但从发展趋势看，工业以太网代表未来方向，2014年，工业以太网新增节点占总新增市场的份额仅为5%左右，预计今后将逐步扩大。
在我国装备制造业向高端化转型的过程中，工业通讯市场成长迅速，根据中国工控网的统计，2014年国内已安装市场规模2891万节点，同比增长10.7%，新增市场规模279万节点，同比增长3.1%，其中，工业以太网占比整体稳步上升。


中国工业通讯行业已安装市场份额占比


中国工业通讯行业新增市场份额占比
中国自动控制系统装置：PLC
根据统计数据，2016年我国PLC市场构成中，小型PLC占比进一步提升，约为46.8%，较2015年提高6.6个百分点。另一方面，按下游应用领域划分，PLC市场可分为OEM市场与项目型市场，整体看OEM市场占总规模约67.4%。


2016年我国PLC市场构成（I/O数量）


2016年我国PLC市场构成（下游应用）
据数据统计，2016年我国PLC市场规模约59.6亿元，较上一年有小幅下滑，预计2017年同比增速将超过10%。ARC调查认为，2016年起亚洲将成为全球最大的PLC市场，占比超过1/3。


2009-2019年我国PLC市场规模
工业自动控制系统装置：DCS
分布式控制系统（DCS）由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统。相较于更偏重局部逻辑控制的PLC，DCS主要用于模拟量系统的整体控制。
ARC的报告显示，2012年中国DCS市场规模约在12亿美元，较上一年同期微增2%。2016年以来，国内市场继续下滑，我国当年DCS市场规模下降至60.52亿元，同比下降14.37%，预计2017年增速将由负转正。


2013-2020年我国DCS市场规模


2016年国内DCS产品下游应用领域占比
从我国DCS产品的供应商结构看，进口供应商的占比约为50%。国内企业则有浙大中控、和利时、国电智深等。


2016年我国DCS市场竞争格局
智慧工厂：设备层
数控机床受益消费电子行业
2016年，我国机床行业产出总额为229亿美元，同比增长3.6%。具体来看，金属成形机床产出值107亿美元，同比增长8.1%；金属切削机床产出值122亿美元，同比增长8.1%，占比46.72%。
数控化率情况方面，以切削机床为例，2016年我国金属切削机床总产量约为78.32万台，其中数控金属切削机床占总产量比例超过30%。


1990-2016年我国金属切削机床产量


1990-2016年我国金属切削机床数控化率
作为金属切削数控机床的重要构成，高速钻攻中心由传统立式加工中心演变而来，主要应用于消费电子行业小型金属精密结构件的CNC加工，具备高速、高精、高效等优势。
据测算，在不考虑苹果手机产业链对于CNC加工中心需求的假设下，至2020年，全球CNC理论存量需求将达到23.57万台。在不考虑更新替换需求的假设下，2017-2020年全球年均新增CNC需求约4.25万台，按一台设备20万元计算，年均增量市场空间约85亿元。


2015-2020年全球手机金属精密结构件CNC设备需求测算

人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能）分支用来的今天，企业领导者必须了解如何将“技术”全面渗入整个公司、产品等“商业”场景中，利用AI-CPS OS形成数字化+智能化力量，实现行业的重新布局、企业的重新构建和自我的焕然新生。

AI-CPS OS的真正价值并不来自构成技术或功能，而是要以一种传递独特竞争优势的方式将自动化+信息化、智造+产品+服务和数据+分析一体化，这种整合方式能够释放新的业务和运营模式。如果不能实现跨功能的更大规模融合，没有颠覆现状的意愿，这些将不可能实现。

领导者无法依靠某种单一战略方法来应对多维度的数字化变革。面对新一代技术+商业操作系统AI-CPS OS颠覆性的数字化+智能化力量，领导者必须在行业、企业与个人这三个层面都保持领先地位：重新行业布局：你的世界观要怎样改变才算足够？你必须对行业典范进行怎样的反思？
重新构建企业：你的企业需要做出什么样的变化？你准备如何重新定义你的公司？
重新打造自己：你需要成为怎样的人？要重塑自己并在数字化+智能化时代保有领先地位，你必须如何去做？
AI-CPS OS是数字化智能化创新平台，设计思路是将大数据、物联网、区块链和人工智能等无缝整合在云端，可以帮助企业将创新成果融入自身业务体系，实现各个前沿技术在云端的优势协同。AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量与行业、企业及个人三个层面的交叉，形成了领导力模式，使数字化融入到领导者所在企业与领导方式的核心位置：精细：这种力量能够使人在更加真实、细致的层面观察与感知现实世界和数字化世界正在发生的一切，进而理解和更加精细地进行产品个性化控制、微观业务场景事件和结果控制。
智能：模型随着时间（数据）的变化而变化，整个系统就具备了智能（自学习）的能力。
高效：企业需要建立实时或者准实时的数据采集传输、模型预测和响应决策能力，这样智能就从批量性、阶段性的行为变成一个可以实时触达的行为。
不确定性：数字化变更颠覆和改变了领导者曾经仰仗的思维方式、结构和实践经验，其结果就是形成了复合不确定性这种颠覆性力量。主要的不确定性蕴含于三个领域：技术、文化、制度。
边界模糊：数字世界与现实世界的不断融合成CPS不仅让人们所知行业的核心产品、经济学定理和可能性都产生了变化，还模糊了不同行业间的界限。这种效应正在向生态系统、企业、客户、产品快速蔓延。
AI-CPS OS形成的数字化+智能化力量通过三个方式激发经济增长：
创造虚拟劳动力，承担需要适应性和敏捷性的复杂任务，即“智能自动化”，以区别于传统的自动化解决方案；
对现有劳动力和实物资产进行有利的补充和提升，提高资本效率；
人工智能的普及，将推动多行业的相关创新，开辟崭新的经济增长空间。

给决策制定者和商业领袖的建议：
超越自动化，开启新创新模式：利用具有自主学习和自我控制能力的动态机器智能，为企业创造新商机；
迎接新一代信息技术，迎接人工智能：无缝整合人类智慧与机器智能，重新评估未来的知识和技能类型；
制定道德规范：切实为人工智能生态系统制定道德准则，并在智能机器的开发过程中确定更加明晰的标准和最佳实践；
重视再分配效应：对人工智能可能带来的冲击做好准备，制定战略帮助面临较高失业风险的人群；
开发数字化+智能化企业所需新能力：员工团队需要积极掌握判断、沟通及想象力和创造力等人类所特有的重要能力。对于中国企业来说，创造兼具包容性和多样性的文化也非常重要。

子曰：“君子和而不同，小人同而不和。”  《论语·子路》云计算、大数据、物联网、区块链和 人工智能，像君子一般融合，一起体现科技就是生产力。
如果说上一次哥伦布地理大发现，拓展的是人类的物理空间。那么这一次地理大发现，拓展的就是人们的数字空间。在数学空间，建立新的商业文明，从而发现新的创富模式，为人类社会带来新的财富空间。云计算，大数据、物联网和区块链，是进入这个数字空间的船，而人工智能就是那船上的帆，哥伦布之帆！
新一代技术+商业的人工智能赛博物理操作系统AI-CPS OS作为新一轮产业变革的核心驱动力，将进一步释放历次科技革命和产业变革积蓄的巨大能量，并创造新的强大引擎。重构生产、分配、交换、消费等经济活动各环节，形成从宏观到微观各领域的智能化新需求，催生新技术、新产品、新产业、新业态、新模式。引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。
产业智能官  AI-CPS用“人工智能赛博物理操作系统”（新一代技术+商业操作系统“AI-CPS OS”：云计算+大数据+物联网+区块链+人工智能），在场景中构建状态感知-实时分析-自主决策-精准执行-学习提升的认知计算和机器智能；实现产业转型升级、DT驱动业务、价值创新创造的产业互联生态链。




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新技术：“云计算”、“大数据”、“物联网”、“区块链”、“人工智能”；新产业：“智能制造”、“智能金融”、“智能零售”、[b]“智能驾驶”、“智能城市”[/b]；新模式：“财富空间”、[b]“工业互联网”、“数据科学家”、“赛博物理系统CPS”、“供应链金融”[/b]。官方网站：AI-CPS.NET
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