文|東灘顧問
《中國製造2025》作為製造強國戰略的行動綱領，明確以智能製造為主要方向，包括數控工具機、工業機器人、增材製造設備、非標自動化設備、智能工廠等，加快應用融合新一代信息技術和先進位造技術的新型生產方式。基於東灘產業內參《智能製造產業投資趨勢及發展模式》，本文對智能製造產業的主要領域和發展特徵做一個梳理。
產業界定：數控工具機是數字控制工具機，是一種裝有程序控制系統的自動化工具機，較好地解決了複雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性、高效能自動化工具機。
產業分類：根據數控工具機的性能不同，分為高檔數控工具機、中檔數控工具機、低檔數控工具機。高檔數控工具機具有高速、精密、智能、複合、多軸聯動、網絡通信等功能。
市場規模：2019年全年我國數控工具機產業低位運行，產量較前年下降。2017年金屬切削工具機全年累計產量64.3萬臺，2018年累計產量48.9萬臺，2019年累計產量41.6萬臺，連續兩年下降。
行業格局：縱觀低檔、中檔、高檔三個層次，國產化率均有顯著提升。目前低檔、中檔市場基本被國內企業佔據，高檔仍是外資的天下。2018年，數控工具機行業市場規模前5名企業市場份額為63.25%，前10名企業市場份額為85.38%，屬於寡頭市場模式。
從供給側看，《中國製造2025》將「高檔數控工具機」列為未來十年製造業重點發展領域之一。從需求側看，工業4.0的到來要求通過智能工廠、智能車間、智能生產線等設備實現生產和流通的智慧化。與此相適應，數控工具機必須向智能化、網絡化、柔性化發展以滿足工業4.0時代的深層需求。
受鋼鐵行業、傳統製造業產能過剩的影響，數控工具機行業的市場需求開始萎縮，市場供過於求。隨著網絡基礎設施的建設和網際網路生態的發展，智慧型手機、平板電腦、可穿戴設備等消費電子產品快速發展，有力地推動了該領域的輕型切削數控工具機的發展。
近年來，下遊企業對廠商提出新需求，趨向於與具備成套的設備生產能力、提供全套解決方案或承擔更為複雜的工程總承包項目的能力、自動化系統改造的能力的供應商合作。
產業界定：機器人是靠自身動力和控制能力來實現各種功能的一種機器，既可以接受人類指揮，又可以運行預先編排的程序，也可以根據人工智慧技術設定的規則行動。工業機器人是面向工業領域的多關節機械手或多自由度的機器裝置，包括焊接、裝配、噴塗、處理、搬運和分揀等不同作業領域的機器人。
應用領域：在汽車、電子電氣、橡膠與塑料、機械製造、食品、化工、冶金等行業獲得廣泛應用。
市場規模：自2013年起，我國已經成為全球最大的工業機器人市場，工業機器人產業也隨之快速增長，月產量穩定在1-2萬臺之間；2018年9月起，我國工業機器人產量和銷量同比從多年的高增長轉變為負增長，持續時間長達一年多，市場進入洗牌期。
行業格局：2018年外資品牌佔比73%，以「四大家族」發那科、ABB、安川、庫卡為主，分別佔18.0%、17.0%、12.0%、10.3%；國產品牌中領先企業為埃斯頓、眾為興、歡顏、匯川、埃夫特，分別佔比8.6%、7.2%、5.9%、4.7%、4.4%；核心零部件如控制系統、減速器、伺服系統等仍依賴進口。
（1）產品智能化
隨著人工智慧、大數據、雲計算等基礎技術的發展，以及多種方法混合技術、多專家系統技術、機器學習、硬軟體一體化和並行分布處理技術的進步，未來工業機器人將向更加智能化的方向發展。未來工業機器人將擁有更高的智能程度，學習能力、邏輯分析能力、解決問題的能力都將提升。
（2）應用多元化
隨著工業機器人的智能化逐漸升級，賦予機器人不同程度的類人智能，可實現「感知-決策-行為-反饋」的閉環工作流程，解決生產中更多維度的問題。智慧機器人不斷衍生進化出複雜功能和新型功能，市場激發多元化需求，應用領域持續拓寬。
（3）複合化發展
傳統工業機器人只具備單一功能，未來的發展方向則是同時涵蓋多種功能，實現複合化發展。使用AGV、機器視覺等技術代替人的「手」、「腳」、「眼」等功能。相比於傳統工業機器人，複合機器人提供了柔性自適應的能力，代替人工將工裝、工件在車間進行周轉、配送，實現無人柔性製造。
產業界定：俗稱3D列印，融合計算機輔助設計、材料加工與成形技術、以數字模型文件為基礎，通過軟體與數控系統將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫用生物材料，按照擠壓、燒結、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，製造出實體物品的製造技術。
市場規模：2012-2017年，我國增材製造(3D列印)市場規模快速增長，在國際市場中的份額從7%增加到21%。2018年我國增材製造(3D列印)產業規模為120億元，2019年產業規模為157.5億元，較2018年增加31.1%，繼續保持快速增長態勢。
應用領域：我國3D列印市場應用程度不斷深化，在航空航天、汽車、船舶、核工業、模具等領域得到廣泛應用。航空航天、工業機械、汽車3個行業佔比繼續擴大，達到總市場份額的50%以上。
發展階段：經過多年的發展，我國3D產業由導入期步入成長期，已經形成比較完整的產業鏈。以高校科研機構為主的3D技術研究不斷取得進步，專利申請數量逐年增多；上遊原材料推出複合型石膏粉末、環氧樹脂、蠟制材料等；中遊列印設備及服務皆有企業涉足；下遊航空航天、汽車、醫療等眾多領域不斷拓展。
（1）以萬物列印為方向，材料多元化發展
塑料材料開啟增材製造熱潮。有機高分子主要有工業塑料、光敏樹脂、橡膠材料等，可應用於航空航天、汽車工業、家用電器、醫療器械等多種領域；是3Dsystem、Stratasys等國際大型增材製造材料生產商的主營方向。
金屬與陶瓷材料突破技術創新。金屬以鈦合金、鋁合金為主，主要面向航空航天、汽車製造、醫療器械等方向，是未來的重點材料；陶瓷硬度高、成本低、脆，還在繼續性能研發中，主要面向航空航天、牙科醫療等應用方向。
生物材料暢想未來萬物列印。生物材料是未來3D列印的焦點，目前還在研發起步階段；Zimmer、Stryker、smith nephew、ohnson Johnson等陸續推出了3D列印產品並已獲得了FDA的批准正式進入到醫療市場。
（2）以整體列印為方向，技術複合化發展
技術複合化實現整體列印是未來的發展趨勢。目前增材製造產業基本以單種材料生產單種零件為主要生產方式，多種材料與多種技術融合於一體尚在開發試驗階段。由於設計模型的複雜性，使得零部件生產後的組裝存在很大阻礙，如果能夠實現整體列印，對於未來的生產製造將會實現巨大突破。不僅能夠節省時間與成本，還能同時省去焊接等步驟，實現結構一體化，從而實現整機更加穩固。
（3）以市場需求為方向，生產方式柔性化發展
技術基礎和市場需求推動生產變革。智能製造、網際網路技術、人工智慧產業等一系列高科技在近年來愈演愈烈，許多不可能成為可能，這些技術的發展，為個性化定製提供了技術基礎，使個性化定製撕去了「昂貴」的標籤。
產業界定：非標自動化設備定義就是用戶定製的、用戶唯一的、非市場流通的自動化系統集成設備，是採用按照國家頒布的統一的行業標準和規格製造的單元設備組裝而成，是根據客戶的用途需要，開發設計製造的設備。
市場規模：2017年我國非標自動化裝備市場規模3499.9億元，同比增長6.2%；2018年我國非標自動化裝備市場規模3667.2億元，同比增長4.8%。隨著非標自動化機械的不斷擴大普及，預計在2020年市場規模將突破4000億元。
應用領域：與一般的標準自動化設備相比非標自動化設備不僅需要考慮生產流程，還需要根據相關的生產場所或置放環境，以及產品加工的特點來進行一個量身定製。國內的主要需求分布在汽車、加工、電子電器、物流及食品等行業。
產業界定：雷射作為一種先進加工技術可以完美融合到智能製造解決方案中，在涵蓋切割、焊接、標記等工藝中廣泛應用。無論是對品質可控的需求、對生產效率和產品效能的需求、對個性定製的需求，都可以滿足。
市場規模：我國雷射設備市場增長迅速，2017年中國雷射設備市場銷售規模超495億元，佔據全球一半以上市場份額；2019年市場銷售規模為658億元，同比增長8.76%，增速有所放緩。
行業格局：我國雷射中低端產品具有絕對優勢，高端產品國產化率增強。2019年國內共有規模以上雷射企業超過150家，多數企業集中在雷射器製造和雷射加工領域。在中低功率的雷射設備市場中，大族雷射與華工科技佔據超過一半的市場份額，高功率國產產品實現部分銷售，是下一個國產替代的方向。
發展趨勢：超快雷射是未來的發展重點，與傳統雷射相比可進行精密冷加工。
手機鋼化玻璃/藍寶石板切割鑽孔
智能手錶藍寶石蓋板切割
手機/智能手錶OLED屏體切割
攝像頭柔性線路板模組切割
大尺寸液晶屏偏光片切割
指紋識別模組玻璃切割
OLED屏體用偏光片切割
飛秒雷射治療眼科手術
心臟支架的超精密切割：雷射切割、等離子切割、電火花加工、光蝕刻等
祛痣祛斑祛黑色素
祛紋身
嫩膚
新型超高溫單晶材料和高精度複雜微結構製造：西安光學精密機械研究所率先攻克難題，實現了對高壓渦輪葉片氣膜孔的「超精細冷加工」
航空濾網清洗
引擎噴油嘴打孔
在光伏能源領域的應用
鈣鈦礦薄膜太陽能電池製造是光伏產業新的發展方向，具有取代現有晶矽太陽能電池產業的潛力。在鈣鈦礦薄膜太陽能電池的精密加工過程中，超快雷射加工起著至關重要的作用。
產業界定：鋰電自動化設備泛指在鋰電池出產過程中使用的各種製作設備。鋰電池出產工藝較長，出產過程有50多道工序，相應需求50多種設備來完結各道工序的製作，主要設備包括製片機、卷繞機、摸切機、疊片機、注液機等。
市場規模：中國2018年鋰電生產設備需求達206.8億元，同比增長18.2%；其中國產設備產值達186.1億元，同比增長20.1%。
行業格局：在行業起步初期，日韓設備性能比國產設備好，隨著中國龍頭電池企業的發展，部分國產設備優於日韓設備。目前，中國鋰電自動化設備企業較多，涉及到核心技術、規模較大的企業數量較少，規模上億元的企業有10幾家。
產業界定：智能工廠是在數位化工廠的基礎上，利用物聯網技術和監控技術加強信息管理服務，提高生產過程可控性、減少生產線人工幹預，以及合理計劃排程。同時，集初步智能手段和智能系統等新興技術於一體，構建高效、節能、綠色、環保、舒適的人性化工廠。
產業界定：離散型製造的產品通常被分解成很多一系列並不連續的工序加工完成，每一道工序只由企業的一個部門承擔。流程型製造領域通過搭建智能工廠，推進數位化設計、裝備智能化升級、工藝流程優化、精益生產、可視化管理、質量控制與追溯、智能物流等應用，推動企業全業務流程智能化整合。
代表行業：機械、航空航天、汽車製造、船舶、輕工業、服裝、醫療器械、電子信息等。
案例連結：三一重工18號廠房
三一重工是重工領域的標杆，其18號廠房是應用基礎的示範。18號廠房是面積約10萬平方米的車間，是三一重工總裝車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是工程機械領域內頗負盛名的智能工廠。
產業界定：流程製造是指被加工對像不間斷地通過生產設備，通過一系列的加工裝置使原材料進行化學或物理變化，最終得到產品。流程型製造領域通過搭建智能工廠，提升企業在資源配置、工藝優化、過程控制、產業鏈管理、質量控制與追溯、能源需求側管理、節能減排及安全生產等方面的智能化水平。
代表行業：石油開採、石化化工、鋼鐵、有色金屬、稀土材料、建材、紡織、食品、醫藥、造紙等。
市場規模：智能工廠是現代製造業、現代工業的發展趨勢，是實現製造業企業轉型升級的路徑，預計未來將保持10%以上的年增速增長，在2022年突破萬億元的市場規模。
主體類型：中國智能製造系統解決方案供應商聯盟將智能工廠的建設主體分為三類，分別是綜合型整體解決方案供應商、由設計單位或科研院所發展而來的智能工廠解決方案供應商，以及以提供三維數位化模型為主的供應商。
（1）從生產過程數位化到智能工廠
在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫藥、食品等流程製造領域，企業發展智能製造的內在動力在於產品品質可控，側重從生產數位化建設起步，基於品控需求從產品末端控制向全流程控制轉變。
（2）從智能製造生產單元到智能工廠
在機械、家用電器、電子信息等離散製造領域，企業發展智能製造的核心目的是拓展產品價值空間，側重從單臺設備自動化和產品智能化入手，基於生產效率和產品的效能提升實現價值增長。
（3）從個性化定製到智能工廠
在家電、服裝等靠近下遊用戶的消費品製造領域，企業發展智能製造的重點在於充分滿足消費者多元化需求的同時實現規模經濟生產，側重通過網際網路平臺大規模個性化定製模式的創新。