工业自动化控制设备产业工作报告

工业自动化控制设备产业工作报告

坚持把科技自立自强作为推动机械工业高质量发展的战略支撑，充分发挥企业在创新中的主体作用，加快构建以企业为主体、产学研用相结合的技术创新体系，激发人才创新活力，全面塑造产业发展新优势。转型升级步伐加快（一）智能制造发展迅速企业对智能化发展的内生动力增强，数字化制造已在机械各领域大范围推广应用，机器人应用已覆盖国民经济130多个行业中类。电工行业截至2019年已实施智能制造专项70余个，涉及发电设备及输变电设备等重点领域，涵盖高、中、低压多个等级，基本实现了对电器工业全产业链的覆盖。工程机械骨干企业相继构建了自身的数字化研发体系、管理体系和服务体系，推动了研发、管理与服务的升级。部分农机企业通过应用管材激光切割机、焊接机器人、环保涂装生产线等先进设备，提高了加工制造能力，保证了产品一致性。在铸造行业，很多规模以上企业已采用自动化生产线，部分企业建成了数字化生产车间，少数企业走在了智能铸造领域的前沿，如发动机缸体数字化车间、砂型3D打印智能工厂等，并通过智能制造典型示范项目逐步总结出行业细分领域成熟模式，引领其它企业实施智能化改造。（二）服务型制造快速发展在用户的个性化需求、降本增效、提高盈利的期望驱动下，一批机械企业紧抓发展机遇，向产品+服务的方向发展，提供越来越多的高附加值服务，工业设计、融资租赁、节能服务、信息技术服务等生产性服务业逐步壮大。工程机械重点企业大力推进由工程机械到工程机械+的转型，向主机、服务、配件、租赁、大修等全方位价值链经营转变。电工行业部分骨干企业凭借长期专注技术研发能力和齐全的产品链优势，整合设计、研发、制造等资源，提供一体化产品解决方案和工程服务，积极开展国内外的工程总承包（EPC）项目。一些优秀风力发电设备制造企业积极拓展下游风电场投资业务，形成风机全生命周期管理能力，业务链条已经延伸到风电场的开发、投资、建设、运营等环节。（三）发展渐成共识十三五以来，绿色发展理念逐渐深入人心，绿色制造在机械各行业积极推广，取得了显著成效。随着电机、变压器、锅炉等通用设备能效提升行动的实施，高效装备市场占比不断提升，新增变压器中高效变压器占比已由2015年的12%大幅提高至46%。一批风机、泵、压缩机等制造企业大力开发节能产品，面向建材、冶金、纺织等工业领域通用机械产品存量市场，采用租赁、合同能源管理等多种方式对在用高耗能产品进行节能改造，提供节能减排系统解决方案。内燃机整机再制造企业已形成具有特色的发展模式，尤其是部分试点示范企业持续投入使再制造产业规模不断扩大，初步形成了高效的回收体系和运营模式。传统的铸造产业正逐步撕掉脏乱差的标签，一些关键环节通过机器人代替人工操作，生产效率和质量明显提升，型砂使用减少，能耗和排放大幅降低，车间环境也得到明显改善。2015年至2019年中国机械工业联合会重点联系企业的万元产值综合能耗值能下降了34%，年均下降近10%。高端装备行业利润水平的变动趋势及变动原因历经多年发展，我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，工业自动化控制市场规模亦较为可观。近年来，随着国内人口红利带来的低廉劳动力成本优势逐渐消退，劳动力相对自动化的性价比逐渐减弱，因此长期来看我国制造业亟需产业升级，将催生广阔的工控自动化产品及服务需求，工业自动化控制行业面临着良好的发展机遇。与此同时，可能对行业利润水平产生影响的因素包括但不限于：（1）原材料中功率模块、中低压电器件、壳体及钢材、铜材、永磁材料等价格的频繁波动将对行业利润水平产生重大影响；（2）行业内企业的技术水平、产品竞争力、产品市场竞争程度、经营管理水平亦将对行业利润水平产生重大影响。高端装备行业的经营模式变频调速一体机、专用变频器、特种电机、电气控制及供电产品属于工业自动化领域电气传动与控制设备，其广泛应用于煤炭开采、油气钻采、工程机械、港口、冶金、船舶及水泥等行业。随着下游行业的不同，行业的经营模式亦会有所差异。总体来说，工业自动化领域的销售模式包括直销模式、代理模式及经销模式。从业务获取方式上来看，通常包括招投标和商务谈判。高端装备行业技术发展趋势（一）高端装备行业智能控制以现代控制理论为基础，融入模糊控制、专家控制、神经网络控制，以形成高智能化的自动控制系统为现代自动化控制领域的发展方向。模糊控制依靠模糊控制器在执行控制过程中通过不断获取现场信息，及时调整模糊控制规律，改善系统性能，具有自学习功能。由于具有较强的鲁棒性和不敏感性，模糊控制使得控制系统的稳定性获得改善，可以提高控制精度、抑制振荡等现象；专家控制是人工智能领域的一个重要研究方法，在提高控制系统的灵活性和智能化方面具有优越性；神经网络控制从仿生学角度出发，对人体大脑神经系统进行模拟，使机器具有感知、学习和推理能力，神经网络能够不断逼近任意复杂的非线性关系，能学习与适应严重不确定的系统的动态性能，所有信息都等势分布储存于网络内各神经元，因此有极强的鲁棒性和容错性，在解决高度非线性和严重不确定系统控制方面有巨大潜力。（二）高端装备行业基于新材料的电力电子器件SiC（碳化硅）是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料，可制作出性能更加优异的高温、高频、高功率、高速度、抗辐射器件。基于SiC的IGBT综合了GTR（电力晶体管）和MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）的优点，具有较大的通流能力。目前已有实验证明，使用SiC混合的IGBT与普通IGBT相比，功耗约减小30%，开关频率的提高也有效降低了输出谐波，减小了电机脉动转矩，使整个系统效率提高。基于SiC的新型电力电子器件的研发将成为未来一个主要发展方向。（三）高端装备行业边缘计算传统的工业自动化架构，围绕连接到远程现场设备的集中式可编程控制器搭建。随着计算能力逐渐嵌入到使用新型智能组件的自动化系统的边缘，与传统的集中策略相比，边缘计算在设计上具备更多优势：例如，采用整合输入/输出、控制、数据处理、通信和人机界面等功能的边缘可编程工业控制器，可以实现控制决策实时进行，在数据源附近即可获得、预处理和分析数据，从而减少边缘设备上游组件所需的网络带宽、数据存储和处理能力。同时，边缘计算可以与其它现场自动化平台的监控系统、企业数据库进行交互，甚至可以与云端交换数据。边缘计算实现了物联网技术前所未有的连接性、集中化和智能化，由此可以满足敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的需求，是未来实现分布式自治、工业控制自动化的重要支撑。（四）高端装备行业控制系统网络化随着计算机技术、通信技术和网络技术的不断发展，传统的控制领域正经历着向网络化方向发展的变革。控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统），语音信号等大数据量、高速率传输的要求，又催生了工业以太网与控制网络的结合。这种工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来新的发展机遇。将现场总线、以太网、多种工业控制网络互联、嵌入式技术和无线通信技术融合到工业控制网络中，在保证控制系统原有的稳定性、实时性等要求的同时，又增强了系统的开放性和互操作性，提高了系统对不同环境的适应性。在经济全球化的今天，这一工业控制系统网络化及其构成模式使得企业能够适应空前激烈的市场竞争，有助于加快新产品的开发、降低生产成本、完善信息服务，具有广阔的发展前景。（五）高端装备行业工业通信无线化随着计算机网络技术、无线技术以及智能传感器技术的相互渗透、结合，产生了基于无线技术的网络化智能传感器的全新概念。这种基于无线技术的网络化智能传感器，使得工业现场的数据能够通过无线链路直接在网络上传输、发布和共享。无线通讯技术能够在工厂环境下，为各种智能现场设备、移动机器人以及各种自动化设备之间的通信提供高带宽的无线数据链路和灵活的网络拓扑结构，在一些特殊环境下有效地弥补了有线网络的不足，进一步完善了工业控制网络的通信性能。重大装备有新突破在创新驱动战略推动下，一批具有较高技术含量的重大技术装备实现突破发展。自主设计建造的三代核电华龙一号全球首堆福清核电5号机组成功并网发电，核心零部件全部实现国产制造。自主三代核电国和一号（CAP1400）示范工程项目设备国产化率达到85%以上。装机总容量达1600万千瓦的白鹤滩水电站为目前世界上在建规模最大、单机容量最大的水电站，水电站的设备制造全部实现国产化。昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电工程双极全压通电成功，张北可再生能源±500kV柔性直流电网的投运，标志着我国特高压直流输电成套设备和柔性直流电网居国际领先水平。中海油惠州石化120万吨/年乙烯装置一次试车成功，其关键设备裂解气压缩机、丙烯压缩机、乙烯压缩机全部由国内企业制造。总重2400吨的260万吨/年沸腾床渣油锻焊加氢反应器创造了世界加氢反应器重量和制造工艺复杂性两项世界之最。国产10万m3/h等级空分装置在神华宁煤投产，装置规模等级和各项性能指标均达到或超过了世界先进水平，装置成套设备以及大型空气透平压缩机组实现了国产化突破。工程机械实现了掘进机械整机系统集成技术的产业化应用，15米及以上超大直径泥水盾构和超小直径（≤4．5米）盾构实现了施工应用;700吨超大型液压挖掘机、4000吨级超大型履带起重机、2000吨级全地面起重机、52000千牛米大型动臂塔机等超大型起重机在大型矿山、大化工、核电、超高层建筑和超大型桥梁施工多个重大吊装领域得到运用。新兴产业不断壮大十三五期间，我国机械工业中战略性新兴产业增长相对较快，规模不断壮大，成为行业新的增长点。新能源装备快速发展，2016-2020年，我国风电机组总产量达到11296万千瓦，较十二五时期增长38．9%;光伏设备总产量达到21017万千瓦，比十二五时期翻了两番还多。在新能源车领域，2015年以来我国新能源汽车产销量连续5年位居全球第一，产业技术水平显著提升，产业体系日趋完善，已形成从原材料供应、动力电池、整车控制器等关键零部件研发生产到整车设计制造的完整产业链，电池电机电控等技术也取得明显进步，具备较强的产业基础和优势。机器人产业蓬勃发展，自主品牌工业机器人销量由2015年的2．23万台增长到2019年的