智能裝備 ── 強化工業(yè)基礎能力
“中國制造2025”要抓住智能裝備和智能產品的研發(fā)和生產，通過高檔數字機床、工業(yè)機器人等智能制造裝備和智能化生產建材，加快可穿戴產品、智能家電、服務機器人等智能化產品的研發(fā)和產業(yè)化，大力推進制造過程的智能化。
——工業(yè)和信息化部部長 苗圩
發(fā)展智能制造對于中國制造業(yè)乃至中國經濟的重要性不言而喻，先進制造業(yè)公眾號作為深耕制造業(yè)領域的專業(yè)媒體，長期關注智能制造發(fā)展，助力中國制造轉型升級，努力做“中國制造2025”的推動者。先進制造業(yè)全媒體陸續(xù)推出智能制造專題，試圖從智能制造產業(yè)鏈、智能工廠、智能裝備、智能產品、智能服務、產業(yè)變革模式、產業(yè)集群發(fā)展等方面，全面深度地剖析智能制造的發(fā)展，以期勾勒智能制造的全貌。
智能制造專題第三期：智能裝備 ── 強化工業(yè)基礎能力，主要從智能裝備的整體發(fā)展和關鍵產業(yè)的應用角度剖析裝備制造的發(fā)展。
前兩期如下：
專題|智能制造 ── 引領新一輪制造業(yè)革命（產業(yè)鏈篇）
專題|智能制造的主線——智能生產（工廠/車間數字化）
裝備制造業(yè)是國之重器，是制造業(yè)的基石，在推動《中國制造2025》實施、實現中國制造由大到強的轉變中肩負重要使命。在“中國制造2025”中，智能生產是“智能制造工程”的主戰(zhàn)場；生產模式變革是“制造業(yè)服務化行動計劃”的主戰(zhàn)場，而智能裝備則是“高端裝備創(chuàng)新工程”的主戰(zhàn)場。隨著智能制造領域政策密集出臺，我國制造業(yè)向智能制造方向轉型已是大勢所趨，主動擁抱智能制造，并開始大量應用云計算、大數據、機器人等相關技術。
一、智能裝備產業(yè)的總體結構
《智能制造裝備產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》將智能制造裝備定義為：具有感知、決策、執(zhí)行功能的各類制造裝備的統(tǒng)稱。它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合。智能制造裝備主要包括智能控制系統(tǒng)、自動化成套生產線、智能儀器儀表、高檔數控機床、工業(yè)機器人等。
智能制造裝備產業(yè)的核心能力主要體現在關鍵機車零部件、智能儀表和控制系統(tǒng)、數控機床與基礎制造裝備、智能專用裝備等四大領域。
我國重點推進高檔數控機床與基礎制造裝備，自動化成套生產線，智能控制系統(tǒng)，精密和智能儀器儀表與試驗設備，關鍵基礎零部件、元器件及通用部件，智能專用裝備的發(fā)展，實現生產過程自動化、智能化、精密化、綠色化，帶動工業(yè)整體技術水平的提升。
二、智能裝備產業(yè)發(fā)展概況
總體而言，我國高端裝備制造業(yè)已初具規(guī)模，除了在航空、造船、汽車、軌道交通等領域取得巨大成績之外，還逐漸形成了以北京、天津、山東、上海、江蘇、浙江、廣州、珠海、深圳、長沙、武漢、西安、成都、重慶為中心的多個制造業(yè)核心區(qū)域。但與發(fā)達國家相比，我國智能裝備制造業(yè)技術水平仍存在差距，尤其在關鍵零部件如伺服電機、精密減速機、機器人控制器等方面的核心技術積累和自主生產能力較弱。關鍵零部件產業(yè)被國外廠商把持使得零部件價格居高不下，提高了國內自動化單元產品和自動化設備的生產成本，削弱了國內廠商的綜合競爭力。
據“先進制造業(yè)”統(tǒng)計近年來，我國出臺了一系列旨在促進智能制造發(fā)展的文件和措施，為智能制造發(fā)展和制造業(yè)轉型升級創(chuàng)造了寬松良好的政策環(huán)境。工信部發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》提出，到2020年，研制60種以上智能制造關鍵技術裝備，達到國際同類產品水平，國內市場滿足率超過50%?！吨悄苤圃旃こ虒嵤┲改?2016-2020)》等產業(yè)扶持政策陸續(xù)頒布，推動產業(yè)加速發(fā)展。
圖：2017《中國裝備制造業(yè)100強》
資料來源：前瞻產業(yè)研究院整理
從智能裝備行業(yè)的企業(yè)競爭格局來看，2017《中國裝備制造業(yè)100強》上榜企業(yè)整體趨穩(wěn)向好。軌道交通裝備、增材制造、通用航空等將成為新增長亮點，汽車工業(yè)保持平穩(wěn)增長，機械工業(yè)運行延續(xù)分化走勢，船舶工業(yè)將逐漸好轉，智能制造加速發(fā)展，高端裝備創(chuàng)新發(fā)展。整體來看，2017年我國裝備制造業(yè)工業(yè)增加值增速在7%左右，盈利能力與上年相比有了全面改善，但在營業(yè)收入利潤率、人均凈利潤方面都處于劣勢，與總體水平還有很大差距。
2010-2020年中國智能制造裝備產業(yè)銷售規(guī)模增長趨勢如下：
三、智能裝備關鍵領域發(fā)展
1、關鍵基礎零部件
關鍵基礎零部件一向被視為中國制造業(yè)“軟肋”，長期依賴進口。新中國成立第一個30年和改革開放后的第二個30年，中國制造業(yè)走的一直是以“整機帶動零部件”發(fā)展的道路，推動了中國制造業(yè)“從無到有”、“從小到大”發(fā)展，但在這個思想指導下，規(guī)模發(fā)展起來了，基礎技術和基礎零部件發(fā)展并沒有被帶動起來。在第三個30年，中國制造業(yè)要“由大變強”，進入世界制造業(yè)前列，必須把制造基礎技術和關鍵基礎零部件的發(fā)展放到更為突出的位置。
一個個超大、超重、超寬、超高的重大技術裝備被研制出來，鼓舞著國人的信心，但超精、超微產品卻時時困擾著中國裝備制造業(yè)。
“當我們把一個個引以為豪的裝備拆解開來，越往下拆，發(fā)現的問題就越多?！睓C械工業(yè)信息研究院副院長石勇說，“以工業(yè)機器人為例，機器人的關節(jié)用RV減速機，90%以上被日本帝人精機公司壟斷。有人講，日本人說跪，全球機器人沒有幾個能站著……”
很多關鍵基礎零部件，我國無力自主研發(fā)，技術掌握在發(fā)達國家企業(yè)手中，特別是運動部件，如閥門、伺服電機、發(fā)動機、減速機、自動變速箱幾乎全部依賴進口。因此，關鍵基礎零部件成為歐美企業(yè)最大的競爭優(yōu)勢，中國廠家只能花高價進口，一臺整機的大部分利潤被別人拿走，我們的企業(yè)僅僅掙一點辛苦錢。利用關鍵基礎零部件卡我國企業(yè)的“脖子”，便成為國外企業(yè)限制中國制造業(yè)發(fā)展的重要手段。
以工業(yè)機器人為例，中國2014年就成為世界第一大工業(yè)機器人應用市場，但是大部分整機需要進口，少部分自己研發(fā)制造的成品，其中關鍵零部件也是國外產品，一臺整機90%以上的利潤被國外零部件企業(yè)拿走。
實現中國制造的由大變強，必須切實解決長期困擾我們的關鍵基礎零部件空心化問題，這一問題已經迫在眉睫。
不過近年來，國家出臺《工業(yè)強基工程實施指南（2016-2020 年）》等相關政策，開展工業(yè)強基專項行動，加強“四基”（核心基礎零部件(元器件)、關鍵基礎材料、先進基礎工藝和產業(yè)技術基礎創(chuàng)新能力）建設。加強應用牽引、平臺支撐、重點突破，攻克一批先進基礎工藝，解決重點產業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問題。推動企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，提高核心基礎零部件的產品性能和關鍵基礎材料的制備水平，提高重點行業(yè)產品的性能穩(wěn)定性、質量可靠性和環(huán)境適應性，形成整機牽引和基礎支撐協(xié)調發(fā)展的產業(yè)格局。
制造業(yè)競爭越來越表現為精尖技術的競爭。在關鍵基礎零部件上搶占技術高地，打破國外企業(yè)的壟斷，必定會大大提升我國制造業(yè)的整體競爭實力。因此，我們在鼓勵國企技術攻關的同時，也要注重利用多種政策、措施激發(fā)更多民企潛在的、巨大的創(chuàng)新能量
2、工業(yè)機器人
政策紅利
在《中國制造2025》規(guī)劃中，機器人與高檔數控機床被列為政府需大力推動實現突破發(fā)展的十大重點領域。2016年工業(yè)和信息化部、國家發(fā)改委、財政部聯(lián)合發(fā)布了《機器人產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》?！兑?guī)劃》針對我國機器人產業(yè)現狀，目標為經過五年的努力，形成較為完善的機器人產業(yè)體系。技術創(chuàng)新能力和國際競爭能力明顯增強，產品性能和質量達到國際同類水平，關鍵零部件取得重大突破，基本滿足市場需求。同時，《規(guī)劃》提出到2020年，我國自主品牌工業(yè)機器人年產量達到10萬臺，六軸及以上工業(yè)機器人年產量達到5萬臺以上；工業(yè)機器人速度、載荷、精度、自重比等主要技術指標達到國外同類產品水平，平均無故障時間（MTBF）達到8萬小時；機器人用精密減速器、伺服電機及驅動器、控制器的性能、精度、可靠性達到國外同類產品水平，在六軸及以上工業(yè)機器人中實現批量應用，市場占有率達到50%以上；完成30個以上典型領域機器人綜合應用解決方案，并形成相應的標準和規(guī)范，實現機器人在重點行業(yè)的規(guī)?；瘧?，機器人密度達到150以上。
同時，環(huán)渤海、長三角、珠三角等地區(qū)也紛紛出臺相應政策支持機器人產業(yè)發(fā)展。
產業(yè)現狀
自2013年以來，中國已成為全球最大的機器人市場。盡管銷售額一直維持在較高水平，但中國去年的機器人銷售量仍增長了30%。據國際機器人聯(lián)合會 (IFR) 預測，到2019年，中國的機器人市場將占據全球市場需求量的40%。盡管如此，我國的機器人密度顯著低于韓國、日本、德國、美國等國家，機器人的滲透率還處于較低水平。
圖：機器人市場份額趨勢圖
來源：IFR-STM訪談和分析
根據中國工業(yè)和信息化部的調查，中國國內機器人公司的數量從2012年的不足300家猛增至2016年的約3,400家。但其中只有27家是在中國有生產基地并真正具備競爭力的公司。
圖：中國國內機器人公司分布金字塔
來源：MIIT、STM訪談和分析
外國制造商依然占據中國市場機器人銷量的約70%。盡管基數較低，但本地機器人生產商正在趕上。排名前七的國產機器人制造商去年的平均銷售增長率為36.7%。中國市場排名前七的外國制造商去年的平均銷售增長率為26.6%。
如果把目前市場分成四個體隊，那第一梯隊毫無疑問為機器人四大家族（ABB（Asea BrownBoveri Ltd）、庫卡（KUKA）、發(fā)那科（FANUC）、安川電機（YASKAWA）），第二梯隊為歐地希、松下、川崎重工等老牌企業(yè)，第三梯隊為新松、廣州數控、廣州起凡等國內較為知名的機器人廠商。
產業(yè)鏈方面，工業(yè)機器人行業(yè)按產業(yè)鏈分為上游、中游和下游。上游生產核心零部件：包括減速器、伺服系統(tǒng)、控制器；中游是本體生產商，包括工業(yè)機器人本體。下游是系統(tǒng)集成商，包括單項系統(tǒng)集成商、綜合系統(tǒng)集成商。
減速器：中國的工業(yè)機器人用精密減速器研究開始較晚，技術不成熟，形成了精密減速器不能自給自足的局面，嚴重依賴進口。對于高精度機器人減速器，日本具備絕對領先優(yōu)勢，目前全球機器人行業(yè)75%的精密減速機被日本的Nabtesco和HarmonicDrive兩家壟斷。
伺服電機：目前國內高端市場主要被國外名企占據，主要來自日本和歐美，未來國產替代空間大。目前國外品牌占據了中國交流伺服市場近80%的市場份額，主要來自日本和歐美。其中，日系產品以約50%的市場份額居首，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋、富士等，其產品特點是技術和性能水平比較符合中國用戶的需求，以良好的性價比和較高的可靠性獲得了穩(wěn)定且持續(xù)的客戶源，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優(yōu)勢。未來五年，我國伺服系統(tǒng)行業(yè)受益于產業(yè)升級的影響，將保持較快增長，國產替代空間還很大。
控制器：機器人控制器的軟件部分是工業(yè)機器人的“心臟”， 是機器人產品中與國外產品差距最小的關鍵零部件。目前國外主流機器人廠商的控制器均為在通用的多軸運動控制器平臺基礎上進行自主研發(fā)，各品牌機器人均有自己的控制系統(tǒng)與之匹配。因此控制器的市場份額基本和機器人保持一致。經過多年的沉淀，國內機器人控制器所采用的硬件平臺和國外產品相比并沒有太大差距，差距主要體現在控制算法和二次開發(fā)平臺的易用性方面。未來幾年中國國產機器人將得到快速發(fā)展，國產機器人控制器應用市場面臨較好的發(fā)展契機，尤其是在運動控制領域深耕多年的企業(yè)。
系統(tǒng)集成：集成系統(tǒng)的研發(fā)，是機器人產業(yè)鏈上利潤最高也是技術門檻最高的環(huán)節(jié)，一般情況下，系統(tǒng)集成市場規(guī)?？蛇_機器人本體市場規(guī)模的三倍。中國企業(yè)目前主要的競爭優(yōu)勢在系統(tǒng)集成方面，中國80%的機器人企業(yè)都集中在該領域，但是普遍規(guī)模較小，年產值不高。而且隨著進入系統(tǒng)集成這個領域的門檻越來越低，企業(yè)與上下游議價能力較弱，毛利水平不高，競爭更為激烈。
3、數控機床
《中國制造 2025》將“高檔數控機床”列為未來十年制造業(yè)重點發(fā)展領域之一。國家制造強國建設戰(zhàn)略咨詢委員會發(fā)布的《<中國制造 2025>重點領域技術路線圖》對未來十年我國高檔數控機床的發(fā)展方向作出規(guī)劃。未來十年，我國數控機床將重點針對航空航天裝備、汽車、電子信息設備等產業(yè)發(fā)展的需要，開發(fā)高檔數控機床、先進成形裝備及成組工藝生產線。
數控機床作為工業(yè)的“工作母機”，是一個國家工業(yè)化水平和綜合國力的綜合表現，其水平代表了國家的制造能力。機床是用來制造機器的母機，這是機床區(qū)別于其他裝備的重要特點，隨著工業(yè)化的進程，制造業(yè)對工作母機提出了高速、精密、柔性制造的要求，機床也由普通的三軸聯(lián)動的機床逐漸發(fā)展為高速精密復合加工、五軸聯(lián)動加工中心等高檔數控機床，實現了工件一次裝卡中進行銑、鉆、鏜等多工序的加工，不僅加工精度高，同時由于快速移動和定位準確，提高了生產效率。
通過發(fā)展，我國形成了涵蓋航空航天、汽車、高檔機床等重點領域典型裝備的十大標志性成果，基本代表了我國高檔機床裝備研發(fā)與應用的最高水平，先后為核電、大飛機等國家重大專項和新型戰(zhàn)機、運載火箭等一批國家重點工程提供了關鍵制造裝備，在多項關鍵技術和裝備方面實現了突破，有力支撐和保障了國家安全。例如8萬噸大型模鍛壓力機和萬噸級鋁板張力拉伸機等重型設備的成功研制，填補了國內航空領域大型關鍵重要件整體成形的技術空白；大型燃料貯箱成套焊接裝備成功用于長征五號等新一代運載火箭的研制，在航天領域建立了首條采用國產加工中心和數控車削中心的示范生產線，已應用于新一代運載火箭、探月工程等100余種10000余件關鍵復雜零部件的加工，取得了顯著的經濟效益和社會效益。數控鍛壓成形裝備的產業(yè)化成效顯著，其中汽車大型覆蓋件高效自動沖壓生產線達到了國際領先水平，國內市場占有率超過70%，全球市場占有率超過30%。
中國二重8萬噸級液壓機
同時，機床主機平均無故障運行時間從500小時左右提升到1200小時左右，部分產品達到國際先進的2000小時水平。專項提出的“五軸聯(lián)動機床用S形試件”標準通過國際標委會審定，實現了我國在高檔數控機床國際標準領域“零”的突破。
雖然數控機床專項取得了一定的成就，但是隨著國際機床市場和技術飛速發(fā)展，也要看到我們的高檔數控機床產品在可靠性和精度保持性等方面還與國際先進水平有一定差距，同時我們與國外機床行業(yè)在網絡化和智能化、成組連線和系統(tǒng)解決方案等方面有進一步拉大差距的風險。
圖：近十年數控機床企業(yè)數量穩(wěn)步增長，2014年達到1896家
來源：騰訊財經、九次方大數據
《<中國制造 2025>重點領域技術路線圖》明確了高檔數控機床未來發(fā)展目標，“到 2020 年，高檔數控機床與基礎制造裝備國內市場占有率超過 70%，到 2025 年，高檔數控機床與基礎制造裝備國內市場占有率超過 80%”。
近年來，我國數控機床行業(yè)出現了明顯的供需矛盾，主要體現在低檔數控機床的產能過剩和高檔數控機床的供應不足而導致供給側結構性失衡。 由于低檔數控機床行業(yè)門檻低，進入企業(yè)多，且近幾年低檔數控機床市場有效需求不足，該領域已經出現產能過剩的現象；另一方面，隨著國民經濟的發(fā)展以及產業(yè)結構的升級， 高檔數控機床的應用越加普及， 產品需求越來越大， 供給卻難以滿足需求。由于我國高檔數控機床起步較晚，目前國產產能不能滿足國內需求，國內大多數高檔數控機床依賴進口。國產數控機床國內市場占有率相對較低，其中附加值較低的簡單經濟型數控機床占比較大。
作為制造業(yè)的基礎，機床的不少核心零部件仍需依賴進口。即便在機床整機部分，也不樂觀。在中國的機床進口國中，日本和德國占到56%左右。分產品來看，高端數控機床，日德占70%;鉆攻中心，日本約占100%;臥式加工中心，日德占72%以上;立式加工中心，日德占64%左右;龍門加工中心，日德約占50%;臥式數控車床，日德占52%;立式數控車床，日德約占50%。
圖：全國數控機床企業(yè)營收排行榜（統(tǒng)計時間2016年）
圖：江蘇是數控機床企業(yè)最多的省份
來源：騰訊財經、九次方大數據
中國作為制造業(yè)大國，市場需求巨大，吸引了大批國際品牌數控機床企業(yè)入駐搶占中國市場。 FANUC、 Brother 品牌的國際數控機床品牌具備先發(fā)優(yōu)勢，其技術水平較高、更具品牌知名度，在全球數控機床產業(yè)高端市場、中高端市場均有較高的市場份額。經過幾十年的發(fā)展，不斷自主研發(fā)和汲取國外經驗，我國國產數控機床產業(yè)從無到有，市場不斷壯大，近十年數控機床企業(yè)數量穩(wěn)步增長，2014年達到1896家。
4、海洋工程裝備
海洋工程裝備和高技術船舶也是《中國制造2025》十大重點發(fā)展領域之一。2018年1月初，由工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)展改革委、科技部、財政部、人民銀行、國資委、銀監(jiān)會和國家海洋局組織編制的《海洋工程裝備制造業(yè)持續(xù)健康發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》正式印發(fā)。
據“先進制造業(yè)”公眾號了解，目前我國海工裝備的國際市場份額，已從2010年的不足20%增長到35%，躍居世界首位。外商在中國投資的海洋工程裝備項目主要集中在江蘇、遼寧、山東、河北、浙江和廣東6省。
我國正在大力推進南海開發(fā)進程以及海上絲綢之路建設，對海上基礎設施建設、資源開發(fā)、空間開發(fā)等相關裝備的需求將更為急迫，也對我國高端海洋裝備的發(fā)展提出了更高的要求。
海工裝備具有高技術含量、高投入、高風險的特征，設備的可靠性、安全性要求嚴格；設備成套性強；多品種、小批量；建造工藝要求高。對生產廠商的技術能力和資金實力要求非常高，行業(yè)進入壁壘高。在海洋工程裝備制造的產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的價值增值分配比率從高到低依次為：研發(fā)設計、高端裝備生產加工、工程裝備服務、基礎部件生產加工、原材料生產加工環(huán)節(jié)。
當前，全球海洋工程裝備市場已經形成了“歐美設計、亞洲制造”的格局，國內企業(yè)在自主研發(fā)、設計等關鍵領域仍處于落后位置，國內企業(yè)尚未進入到海工裝備產業(yè)鏈的上游位置。
目前全球海工裝備市場已形成三層級梯隊式競爭格局，歐美壟斷了海工裝備的研發(fā)、前期設計、工程總包以及關鍵設備供貨，同時建造少量深水高技術裝備。主要公司包括美國McDermott公司、法國Technip公司、意大利Saipem公司、和Subsea公司等。
亞洲國家主導裝備制造領域，韓國和新加坡在高端海工裝備模塊建造與總裝領域占據領先地位。其中，韓國壟斷了鉆井船市場，市場占有率達94%，在FPSO新建市場的占有率高達82%，新加坡在FPSO改裝市場的份額也高達67%。
中國、阿聯(lián)酋等位于第三梯隊，具備一定的建造能力和研發(fā)設計能力。主要從事淺水裝備的建造，開始進軍深水裝備建造領域，并從事裝備的改裝和修理，在自升式鉆井平臺和半潛式鉆井平臺建造領域占據主導地位，自升式鉆井平臺市場占有率77%。此外，隨著深海油氣新發(fā)現的增加和已發(fā)現的深海油氣田投入開發(fā)，深海鉆井平臺將更加緊俏。
目前絕大部分海洋平臺的概念設計、基礎設計都來自國外設計公司，國內建造企業(yè)只承擔一部分詳細設計、生產設計任務，在系統(tǒng)研發(fā)方面沒有取得實質進展；從核心技術來看，包括鉆井包在內的核心設備和控制系統(tǒng)主要依賴進口，愈發(fā)成為國內企業(yè)的關鍵短板。海工裝備整體本土化的配套率很低，總體裝備國產率還不到30%。
近年來，國內海工裝備企業(yè)可以自主建造新的產品，而且國內海工制造企業(yè)格局發(fā)生了新的改變、一批新的海工后起之秀在國內和國際舞臺上嶄露頭角，中國的海工裝備制造業(yè)發(fā)展不再僅由中船重工和中船集團所主導。
在國內海工裝備競爭格局中，中遠船務已經與中船重工同為主要生產企業(yè)。在海工輔助船方面，太平洋造船集團、中船集團和中船重工位列前三名；在設備改裝方面，中遠船務也和中船集團、中船重工齊頭并進。中國海工裝備制造業(yè)已經出現群雄并起的苗頭。我國海工裝備制造企業(yè)正逐漸走出國門，在世界海工裝備制造市場占據一席之地。
圖：海洋工程產業(yè)鏈涉及的主要公司
然而，產業(yè)鏈布局不完善及配套能力薄弱一直是我國海工裝備業(yè)的軟肋，國內企業(yè)想要克服這一短板，必須從市場需求出發(fā)，立足科技創(chuàng)新，加快產品結構調整，形成現代化的海工制造業(yè)體系。
總結
智能裝備產業(yè)的浪潮已到，傳統(tǒng)制造業(yè)的升級空間巨大。未來，借助關鍵基礎零部件、元器件、智能專用裝備的發(fā)展，尤其在精密和智能儀器與試驗設備領域，對涉及石油化工、生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測等產業(yè)發(fā)展需要，嚴格落實生產過程精密化、綠色化、自動化、智能化，帶動工業(yè)整體技術水平的提升將成為企業(yè)獲利最快、最正確途徑之一。
