智能制造行业研究与场景分析 -亚马逊云科技 智次方

智能制造行业研究与场景分析智能制造概述——定义及架构智能制造(智能制造(IntelligentManufacturing，IM)是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式协协同层企业层工厂层产线层设备层研发设计智能工厂转包商研发设计智能工厂转包商客户供应商物联网IT网络办公网CRCRMPLPLMERERPSSCM……生产网BOMBOMMMES设备设备质质量能能源生生产WWMS物料物料货货位OT网络专线/无线网络PPLCDDCSHMIHMI机机器设备设备传感器传感器数控数控机床机机器人产线检测检测设备AAGV..参与者的互动与协同，借助数据平台和信息的实时互通，达到万物互联状态.设备、控制、车间与企业层形成由点到线再到面的递进关系.接收处理后向企业层反馈，处理后向产线层发指令，再传导至设备层，控制与检测.将现场数据进行预处理并向工厂层汇报.执行生产任务，并实时上传现场数据德国，工业4.0英国，制造2050•建立以物联网、互联网和服务化的智能联接的系统框架•推进制造和服务融合，提升高技术人工数量日本，社会5.0战略•建立在包括5德国，工业4.0英国，制造2050•建立以物联网、互联网和服务化的智能联接的系统框架•推进制造和服务融合，提升高技术人工数量日本，社会5.0战略•建立在包括5G网络、传感器、机器人、人工智能、高性能计算和扩展现实(XR)的技术应用美国，先进制造业国家战略计划•实现制造业的智能化，保持美国制造业价值链上的高端位置和全球控制着地位，将ICT和制造业的基础研究与创新转化为成果韩国，制造界创新3.0策略•协助中小企业建立智慧化与优化称产程序中中国，制造2025•三个阶段，五大工程，十大领域法国，新工业法国，新工业法国计划•2013推出无人驾驶汽车、机器人新式高铁等34个优先项目•2015优化了总体布局，标志法国“再工业化”全面学习德国工业4.0智能制造概述——国内政策利好•国家战略聚焦智能制造，2015年国务院印发《中国制造2025》以来，相关政策密集发布，为制造业智能化发展奠定基础•2021年12月发布的《“十四五”智能制造发展规划》提出“到2025年，70%的规模以上制造业企业基本实现数字化网络化，并实现智能制造装备和工业软件市场满足率分别超过70%和50%。”发展规划在转型升级、供给能力、基础支撑三方面给出明确的量化指标，充分表明国家政策层面对发展智能制造软硬件的重视与支持CAGR：21.1%3.9.22CAGR：21.1%3.9.22.72.42.14.2CAGR：13.9%20202021E2022E2023E2024E2025E•在政策推动下，中国智能制造产业链越发活跃，应用场景持续拓宽，市场规模快速增长，预计2025年达到5.3万亿中中国智能制造行业市场规模，按产值计(万亿元)数据来源：头豹研究院，智次方整理游游硬硬件层硬硬件层装装备供应商解决解决方案供应商重重工业汽汽车电子电子—快速迭代创新阶段2016年69%87%31%3%—快速迭代创新阶段2016年69%87%31%3%国内厂商国际厂商2020年传感器类别国内与国际技术差异力阵传感器ULISFLIR商在信用芯片技术上的国产化研发较为困难式智能传感器与统模组•硬件层包括传统硬件与新兴硬件，以镜头模组为代表的传统硬件国产化率高，供应充足，而智能传感器、高功率激光器等新兴硬率较低——高功率领域对外依存度高——高功率领域对外依存度高中国激光设备市场占比(销售额)4.4%5.0%工业信工业信息商业科研医学90%60%60%36%中功率高功率中功率高功率数据来源：头豹研究院，智次方整理研发设计类工业软件——落后国外30年以上9%28%4%2%8%1%9%9%1%39%8%8%6%5%研发设计类工业软件——落后国外30年以上9%28%4%2%8%1%9%9%1%39%8%8%6%5%5%6%6%型及结构争格局西门子宝信软件施耐德和利时GE石化盈可其他•软件层以工业软件为代表，以国际厂商为主导，随着近年“国产化”要求逐步深入，国内厂商陆续崛起，未来有望实现国产化替工业软件——老牌工业企业优势大型及结构型及结构争格局航天神软西门子Autodesk金航数码Cadence其他5.0%备供应商——研发投入最高10.0% 研发成本硬件成本5.0%备供应商——研发投入最高10.0% 研发成本硬件成本人工成本其他业毛利率变化趋势毛利率智能制造渗透程度早期渗透开始进入复利增长工业机器人3D打印智能检测设备解决方案50%36%42%35%•智能制造解决方案定制化程度要求高，需结合企业实际进行规划，因此提供解决方案相比直接售卖设备并无利润优势•随着智能制造逐步深化，覆盖面拓宽，个性化经验积累多，解决方案毛利率有望得到提升毛利率发现当前国内企业对于购买设备和解决方案的偏好呈现1:1备与解决方案——互无利润优势数据来源：头豹研究院，智次方整理26%20%15%14%6%布智能制造产业链——26%20%15%14%6%布•下游产业智能制造渗透率较高，整体呈现由下游逐渐向上游延伸的趋势，但中国智能制造总体渗透水平较低，渗透率提升空间大分布及渗透率车冶炼车冶炼化工数据来源：头豹研究院，智次方整理体水平——能力偏低但在提升85%75%69%4%9%1%5%%6%7%15%2%设计物流销售服体水平——能力偏低但在提升85%75%69%4%9%1%5%%6%7%15%2%设计物流销售服务•中小型制造企业将更加专注于产品(工艺)设计研发、营销以及服务能力提升，走“专精特新”和与大企业协作配套发展的道路，以支撑产业链补链延链固链、提升产业链供应链稳定性和竞争力•中小型制造企业多处于产业链中下游，议价能力不强，对原材料上涨成本压力的传导和消化能力比较弱。尤其是“后疫情时代”经济形势的转变，需求结构的变化、传统消费疲软、新经济业态的突现，增加了中小企业的挑战占比81.08%68.37%70.07%•全国智能制造能力成熟度整体在提升，龙头企业智能化成效显著，带动行业整体水平稳步提升；中小型制造企业整体处于智能化阶段，未来除注重生产制造环节外，将更加专注于设计、营销及服务等能力提升型初级阶段制造能力成熟度水平 制造能力成熟度水平 (级别越高能力越好)2019年2020年2021年 一级及以下二级三级四级及以上能制造市场参与者第三梯队第二梯队第一梯队45%35%35%20%能制造市场参与者第三梯队第二梯队第一梯队45%35%35%20%40%25%整体方案服务商智能装备制造商•服务商：产品门类齐全且技术成熟度极高的国际集团•制造商：具备集成服务能力及软硬件技术开发能力的国际厂商•服务商：行业内积累深厚，战略布局能力较强且可提供针对性解决方案•制造商：可提供系统解决方案的国际智能装备供应商•服务商：在智能系统集成、工控核心算法具有较强研发能力的国有企业•制造商：可提供产品解决方案的智能装备供应商互联网巨头 新兴智能制造企业 传统工业自动化企业•互联网巨头拥有较多的人工智能人才，先进的人工智能技术，正处于智能制造领域“跑马圈地”阶段•新兴智能制造企业是新进入者，拥有一定技术优势，但缺乏行业应用经验•传统工业自动化企业正在向智能制造设备供应商转型，有一定的产业基础，对行业现状及需求更为了解，但在人才培养上处于劣势术层面仍存在较大差距，智能制造技术与装备对外依存度较高市场份额38.0%35.4%33.7%27.4%27.4%24.3%22.0%22.0%38.0%35.4%33.7%27.4%27.4%24.3%22.0%22.0%21.7%20.3%20.0%18.6%18.6%44.0%大数据云计算物联网区块链流程自动化工业机器人工控安全先进监控智能推荐机器学习3D打印软件定义网络微处理语音识别AR/VR/MR的企业对技术的重视程度•制造企业对大数据和云计算的重视程度提高到了前所未有的程度，无论是大型企业还是中小型企业均非常重视，其次是物联网、要受到大型和中型企业关注术关注度非常重视高度重视比较重视大数据算物联网流程自动化工业机器人工控安全先进监控智能推荐机器学习3D打印软件定义网络微处理语音识别AR/VR/MR微业业型业数据来源：海比研究院，智次方整理点项目效益情况6%生产效率能源利用率运营成本产品不良率研发周期-21%-26%点项目效益情况6%生产效率能源利用率运营成本产品不良率研发周期-21%-26%民营企业•••国有企业••“无所谓论”，对智能制造一无所知，没有意识到智能制造的紧迫性，任尔东西南北风，我自岿然不动，当然有政府补贴可以参与一下“守成论”，满足于当下业绩，认为自已是业内的佼使者，不愿意在智能制造上投资，害怕技术改造产能提高后会出现市场阻滞，仍然停留在小富即安的守业状态消极等待论、悲观论，对智能制造所需的技术、资金估计得过分困难，缺乏主观能动性，等待政府推动与促进对企业而言，引入智能制造系统/平台/解决方案可有效提升工厂工作效率，降低成本对社会而言，智能制造的推广可带来相应的环保效应，能源利用率的下降及用水量的减少可促进持续发展•工信部试点项目反馈，智能制造可帮助企业提升生产效率与能源利用率，同时还带来运营成本、产品不良率与研发周期的降低；面对智能制造引入，民营企业与国有企业确有不同种态度造企业不同种态度38%-35%38%-35%术水平层次不齐，部分企业仍在探索试错阶段，因此投入产术水平层次不齐，部分企业仍在探索试错阶段，因此投入产失衡•政府对准入门槛未做限定，且缺乏完善的市场监管序维护制度，初期行业进入者较多，存在没有核心技术的“浑水摸鱼”企业(套用政府补贴)，这类企业难以持续发展难度高收期长•智能制造属于技术导向型而非资本导向型，难以通注入赢得高市场份额，对技术进行长久发才是抢占市场的主要因素，成功的企通过长期研发获得持续且稳定的发展投入产出不及预期•智能制造设计范围广、细分领域多，各领域在生产流程、生产线配置、原材料、产品等均存在，无法产生通用性方案应对不用细分领域需求，因此落地难度更高景应用占比远程运维服务个性化定制平台55%0%景应用占比远程运维服务个性化定制平台55%0%9%2%3%•装备制造领域具有研发技术壁垒高、客户定制化需求多、售后运维成本高、上下游产业关联度高以及应用领域广泛等特点设计运维设计运维提升方向及实施路径•使用MBD技术实现装备的参数化、模块化设装备的数字孪生建设与应用，持续品全生命周期运行效率远程运维平台，提升产品远程诊断、和预测性维护等服务能力直通率，有效缩短产品研发周期、户交期达成率，降低单台制造运营成本装备制造领域装备制造领域全行业65%基于三维模型的数字化设计景应用占比35%37%专用网络环境工业信息安全防护景应用占比35%37%专用网络环境工业信息安全防护质量在线检测自动化物流设备使用率28%24%22%8%1%7%5%注重生产效率和产品良率、研制周期质检提升方向及实施路径•建立复杂电磁环境下的企业通信网络和主动系统，实现企业内数据可靠传输•开发智能检测设备与产品一体化测试平台•建设智能物流配送系统，优化生产经营决策电子信息领域电子信息领域全行业42%生产智能运营决策景应用占比能源管理平台应用情况21%12%1%%景应用占比能源管理平台应用情况21%12%1%%1%源管理和预测性维护提升方向及实施路径•基于数字化模型实现制造工艺关键环节的仿代优化，建成全流程一体化管控与制造全面协同和配方优化效率，提升生产效率，故发生风险原材料领域原材料领域全行业26%25%23%碳排放统计设备预测性维护供应商协同设计质控向及实施路径•建成产品设计云平台，提供满足个性化需求设计，广泛开展大规模个性化定设计质控向及实施路径•建成产品设计云平台，提供满足个性化需求设计，广泛开展大规模个性化定•通过对消费品生产过程数据的实时监控，基模型预测生产过程异常，实现消费品产品一次性合格率据、深度学习等技术进行销售预测，预测的精准性及客户满意度，降低本全流程质量追溯供应商协同12%13%2%1%4%•消费品工业对质量控制要求严格、对供应链稳定需求迫切，具备丰富的市场营销渠道景应用占比消费品消费品领域17%全行业电子商务平台应用率字化率稳步提升质量在线检测设备数字化率50%24%16%22%字化率稳步提升质量在线检测设备数字化率50%24%16%22%9%36%29%23%7%9%2020年2021年40%设备联网率生产数据自动采集全流程质量追溯•设备数字化率的提升，有利于企业提升生产制造效率；车间是生产制造信息的重要载体，包含设备、工艺、质量、作业等相关基源，只有通过设备、质量、生产等环节信息采集与追溯，才能真正意义上实现车间各环节的数据互通联互通能力持续加强202020年2021年58%自动化物流设备使用率视化程度有待进一步提高29%23%8%10%28%73%55%32%25%25%视化程度有待进一步提高29%23%8%10%28%73%55%32%25%25%30%27%2020年2021年89%数字化研发工具普及率数字化设计建模仿真基于三维模型的设计 典型组件和知识库的应用•生产过程的标准化、可视化和智能化是智能化改造和智能车间建设的重要目标；依托计算机辅助设计、试验仿真系统、协同研发模型的定义、知识工程等技术，能够实现产品快速设计、缩短研发周期、降低研发成本，提高研发效率和质量化研发设计能力稳步提升202020年2021年30%生产过程可视化作业文件自动下发应用高级排产系统渐关注工业知识的积累和沉淀29%2%11%4%2%29%23%渐关注工业知识的积累和沉淀29%2%11%4%2%29%23%8%10%28%2020年2021年30%基于标识技术的物料管理 仓储管理系统应用 基于生产需求的精准配送•通过知识的积累和增值，企业才能够不断进行企业管理、产品研发、市场拓展和客户服务的创新，持续提升企业核心竞争力；依流管理系统，借助于二维码、无线射频等标识技术，能够实现自动出入库、自动运输、过程监控，可有效提高配送效率用场景逐渐普及202020年2021年31%技术创新和管理创新知识管理平台知识数字化与软件化统集成水平低但需求旺盛2021年9%3%2%75%70%3%12%5%16%统集成水平低但需求旺盛2021年9%3%2%75%70%3%12%5%16%14%5%2020年2021年部门内数据共享大数据平台基于模型开展企业智能决策数据分析应用实现率•企业集成需求旺盛，普遍存在技术水平低、人员能力弱、资金投入大等问题，难以实现互联互通；同时，已有75%的企业实现了据共享，但在数据分析利用率方面仍处于起步阶段，基于数据驱动的精准决策仍面临巨大挑战应用成本高导致普及率水平低2020年22020年21%集成架构搭建全业务活动集成始逐步实现绿色低碳制造23%0%2%6%2021年3%供应商信息协同始逐步实现绿色低碳制造23%0%2%6%2021年3%供应商信息协同供应商协同平台应用 智慧供应链•碳排放失控的原因，一方面是企业生产环境复杂，能耗设备分散，对设备的过载、空载状况无法进行实时监控，由于设备管理不能源损耗大；另一方面是由于不合理的工艺流程会造成工序能耗高，从而导致产生不必要的碳排放供应链数据的集成和管理2021年22021年26%能源管理平台应用率碳排放统计碳资产闭环管理VSAIAI成深度学习模型训练，能以毫识别缺陷，支持高速应用并提高吞吐量，解决传统方法无法解决的复杂缺陷检测、定位等问题，检测效率提升显著工业AI质检平台软件及服务市场规模399.6327.8258.3197.2142.2107.4••••••••市场兴拓展市场发展市场用市场建陶、制药等场景碎片化，有待探索食品饮料、纺织、化纤等工业AI质检平台软件及服务市场规模399.6327.8258.3197.2142.2107.4••••••••市场兴拓展市场发展市场用市场建陶、制药等场景碎片化，有待探索食品饮料、纺织、化纤等场景初步拓展，竞争小，ROI低电子制造、钢铁、汽车等技术难度高、利润高、ROI低电子制造、半导体、新能源等成熟度最高，竞争激烈，价格•中国工业AI质检平台软件及服务市场有望在2024年达到4亿美元；阿里云、华为云等行业涉足广，但更侧重探索技术要求高，相行业场景，如钢铁、橡胶、纺织、食品、化纤等工工业AI质检市场格局单位：百万美元CAGR：30.0%2019单位：百万美元CAGR：30.0%201920202021202220232024务用户技术关注度23.5%21.5%技术不完善技术人员缺乏易用性差可靠性安全性价格高兼容性差维护不方便技术缺乏自主性务用户技术关注度23.5%21.5%技术不完善技术人员缺乏易用性差可靠性安全性价格高兼容性差维护不方便技术缺乏自主性18.0%13.8%12.3%6.2%3.1%1.5%云计算 大数据 物联网56.7%54.4%45.6%AR/VR/MR 区块链 流程自动化 工控安全 工业机器人 3D打印 机器学习 智能推荐 语音识别 微处理 计算机视觉 量子信息和传感38.9%31.1%30.0%27.8%27.8%26.7%26.7%25.6%24.4%22.2%21.1%21.1%•技术不完善和技术人员缺乏是运维服务应用两大痛点，运维服务用户对云计算、大数据、物联网的技术关