文|東灘智庫(kù)
從自動(dòng)化工廠到智能工廠，已成為引領(lǐng)智能制造發(fā)展的新趨勢(shì)?，F(xiàn)在全球的主要制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，都在以工業(yè)4.0為指導(dǎo)推動(dòng)燈塔工廠或是智能工廠的建設(shè)，中國(guó)也在積極推進(jìn)智能制造示范工廠及其優(yōu)秀場(chǎng)景的建設(shè)。而圍繞智能工廠建設(shè)，除了數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、增材制造等執(zhí)行層產(chǎn)品，已形成了以系統(tǒng)集成服務(wù)為主的產(chǎn)業(yè)鏈和服務(wù)生態(tài)。
一、智能工廠的產(chǎn)業(yè)鏈解構(gòu)
智能工廠是通過信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合，將工廠內(nèi)生產(chǎn)資源、生產(chǎn)要素、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)制造、管理等各環(huán)節(jié)高度協(xié)同，實(shí)現(xiàn)以訂單為導(dǎo)向、以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)模式的現(xiàn)代工廠。
1、智能工廠的5層架構(gòu)
智能工廠的架構(gòu)分為5個(gè)層面，自下而上分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、智能裝備層、智能產(chǎn)線層、智能車間層和工廠管控層。
基礎(chǔ)設(shè)施層包括工廠網(wǎng)絡(luò)、車間聯(lián)網(wǎng)、信息安全、視頻監(jiān)控、身份識(shí)別等基礎(chǔ)功能構(gòu)件；智能裝備包括智能生產(chǎn)設(shè)備、能源監(jiān)控設(shè)備、智能物流設(shè)備、智能檢測(cè)設(shè)備，我們?cè)谇皫灼谥v的細(xì)分產(chǎn)業(yè)主要為智能生產(chǎn)設(shè)備；智能產(chǎn)線層包括自動(dòng)化/柔性生產(chǎn)線、電子看板、機(jī)器視覺等；智能車間層包括MES、WMS、車間仿真等；工廠管控層主要是管理系統(tǒng)。
從以下海爾智能工廠解決方案示意圖可以看出，智能工廠涉及工業(yè)生產(chǎn)中的各類作業(yè)活動(dòng)，是各種智能制造技術(shù)的集大成者。
2、智能工廠的三種發(fā)展模式
一是從生產(chǎn)過程自動(dòng)化到智能工廠。在石化、鋼鐵、冶金、建材、紡織、造紙、醫(yī)藥、食品等流程制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能工廠的重點(diǎn)，在于基于品控需求從產(chǎn)品末端控制向全流程控制轉(zhuǎn)變，從生產(chǎn)過程數(shù)字化建設(shè)起步，推進(jìn)生產(chǎn)管理一體化、供應(yīng)鏈協(xié)同化和產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用。
二是從智能制造生產(chǎn)單元到智能工廠。在機(jī)械、家用電器、電子信息等離散制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能工廠的重點(diǎn)，在于從單臺(tái)設(shè)備自動(dòng)化和產(chǎn)品智能化入手，推動(dòng)各個(gè)生產(chǎn)單元之間的協(xié)同運(yùn)作，推進(jìn)車間級(jí)和企業(yè)級(jí)系統(tǒng)集成，推動(dòng)生產(chǎn)和服務(wù)的集成。
三是從個(gè)性化定制到智能工廠。在家電、服裝等靠近下游用戶的消費(fèi)品制造領(lǐng)域，企業(yè)發(fā)展智能工廠的重點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模個(gè)性化定制模式的創(chuàng)新，建設(shè)柔性制造系統(tǒng)，推進(jìn)設(shè)計(jì)虛擬化，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，推進(jìn)制造網(wǎng)絡(luò)協(xié)同化。
3、智能工廠的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成
作為企業(yè)各個(gè)智能制造單元的系統(tǒng)集成，智能工廠產(chǎn)業(yè)鏈涉及多個(gè)層次解決方案和眾多軟硬件系統(tǒng)，主要包括軟硬件基礎(chǔ)件、局部解決方案和整體集成設(shè)計(jì)三部分。
從整體集成設(shè)計(jì)看，包括數(shù)字化車間、數(shù)字工廠和智能工廠三個(gè)層次，信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合不斷深化。從局部解決方案看，包括輔助及設(shè)計(jì)系統(tǒng)、柔性裝備系統(tǒng)、加工數(shù)字化系統(tǒng)、智能包裝系統(tǒng)、仿真及檢測(cè)系統(tǒng)、控制及執(zhí)行系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及信息系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、企業(yè)資源計(jì)劃、管理系統(tǒng)等。從軟硬件基礎(chǔ)件看，包括共性技術(shù)、工業(yè)軟件、元器件及零部件三大類。
二、智能工廠的產(chǎn)業(yè)前景
從全球來看，智能工廠系統(tǒng)集成市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)，據(jù)Markets and Markets發(fā)布的報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2021年全球智能工廠市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到801億美元，到2026年這一數(shù)據(jù)有望增至1349億美元，期間年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到11%。
從國(guó)內(nèi)來看，隨著智能工廠建設(shè)成為智能制造的新趨勢(shì)，2020-2021年中國(guó)智能制造系統(tǒng)集成市場(chǎng)呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，相比2019年的1541億元已增長(zhǎng)了87%，2021年達(dá)到2886億元。從智能工廠投資規(guī)?？矗?6%的標(biāo)桿智能工廠建設(shè)投資總體規(guī)模超億元，45%的智能工廠建設(shè)項(xiàng)目資金總體投入在1-5億區(qū)間；億元以下的項(xiàng)目多以智能化改造、信息化升級(jí)、工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用等單點(diǎn)應(yīng)用為主。
1、智能工廠的行業(yè)應(yīng)用
從行業(yè)應(yīng)用看，智能工廠系統(tǒng)集成服務(wù)主要集中在電子、汽車、機(jī)械裝備三大行業(yè)，根據(jù)中國(guó)數(shù)字網(wǎng)（e-works）發(fā)布的2020年首批標(biāo)桿智能工廠名單，電子、汽車、機(jī)械裝備企業(yè)數(shù)量合計(jì)占比72%。
中國(guó)智能工廠系統(tǒng)集成服務(wù)市場(chǎng)中，離散制造業(yè)所占比例更高，重點(diǎn)體現(xiàn)在電子信息、機(jī)床、航空航天、船舶、汽車等行業(yè)，流程制造業(yè)中，制藥、石化、食品飲料、化工和冶金等行業(yè)的智能制造升級(jí)需求較大。
從應(yīng)用場(chǎng)景看，智能工廠系統(tǒng)集成市場(chǎng)涉及的細(xì)分領(lǐng)域比較多，其中市場(chǎng)份額排在前五位的分別為柔性裝配系統(tǒng)、加工環(huán)節(jié)數(shù)字化系統(tǒng)、智能輸送系統(tǒng)、智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、企業(yè)資源計(jì)劃。
2、智能工廠的產(chǎn)業(yè)政策
在產(chǎn)業(yè)政策方面，從《中國(guó)制造2025》就提出了，要在十大重點(diǎn)領(lǐng)域試點(diǎn)建設(shè)智能工廠、數(shù)字化車間，后續(xù)的智能制造相關(guān)規(guī)劃政策，基本都將智能工廠作為未來的發(fā)展目標(biāo)，鼓勵(lì)在重點(diǎn)領(lǐng)域建設(shè)智能工廠，鼓勵(lì)探索智能制造新模式，鼓勵(lì)系統(tǒng)集成服務(wù)企業(yè)發(fā)展。
這里重點(diǎn)介紹一下《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》的相關(guān)內(nèi)容，主要內(nèi)容要點(diǎn)包括：要建設(shè)智能制造示范工廠，實(shí)現(xiàn)泛在感知、數(shù)據(jù)貫通、集成互聯(lián)、人機(jī)協(xié)作和分析優(yōu)化，建設(shè)智能場(chǎng)景、智能車間和智能工廠；通過智能車間/工廠建設(shè)，帶動(dòng)通用、專用智能制造裝備加速研制和迭代升級(jí)；鼓勵(lì)各地方、行業(yè)開展多場(chǎng)景、多層級(jí)應(yīng)用示范，培育推廣智能化設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、大規(guī)模定制、共享制造、智能運(yùn)維服務(wù)等新模式。
三、智能工廠的產(chǎn)業(yè)主體構(gòu)成
近年來，迎合智能制造技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)家規(guī)劃政策引領(lǐng)下，各行業(yè)企業(yè)紛紛投身智能制造系統(tǒng)集成服務(wù)。根據(jù)我們的研究，主要可以分為四類企業(yè)。
一是自動(dòng)化和機(jī)器人公司，基于關(guān)鍵硬件設(shè)備研發(fā)和服務(wù)，拓展工業(yè)自動(dòng)化解決方案，衍生提供解決方案服務(wù)，如工業(yè)機(jī)器人提供商提供機(jī)器人同時(shí)提供系統(tǒng)集成服務(wù)。代表企業(yè)有匯川技術(shù)、埃斯頓、新松機(jī)器人等。
二是綜合型整體解決方案供應(yīng)商，包括很多創(chuàng)業(yè)科技公司，均以共性智造集成服務(wù)為主，具有實(shí)施智能制造軟硬件一體化系統(tǒng)解決方案能力。代表企業(yè)有中控技術(shù)、研華科技等。
三是由設(shè)計(jì)單位或科研院所發(fā)展而來的智能工廠解決方案供應(yīng)商，主要為企業(yè)提供基于信息模型的工廠全生命周期服務(wù)，能夠?yàn)槠髽I(yè)提供設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)一體化的集成服務(wù)。代表企業(yè)有機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)院等。
四是實(shí)業(yè)領(lǐng)域企業(yè)延伸專業(yè)領(lǐng)域的智能制造集成服務(wù)，汽車、電子、家電、機(jī)械等制造企業(yè)，結(jié)合智能化改造升級(jí)經(jīng)驗(yàn)和積累，拓展柔性化生產(chǎn)及集成服務(wù)。代表企業(yè)有海爾集團(tuán)、三一集團(tuán)等。
鏈接：中控技術(shù)的“區(qū)域+行業(yè)+產(chǎn)品”模式
浙江中控技術(shù)股份有限公司成立于1999年，前身為浙大工業(yè)自動(dòng)化公司，公司主要面向流程工業(yè)企業(yè)，提供以自動(dòng)化控制系統(tǒng)為核心，涵蓋工業(yè)軟件、自動(dòng)化儀表及運(yùn)維服務(wù)的智能制造產(chǎn)品及解決方案。連續(xù)10年蟬聯(lián)國(guó)內(nèi)DCS市占率第一。
在業(yè)務(wù)布局上，中控技術(shù)從產(chǎn)品型向整體解決方案型公司轉(zhuǎn)型，構(gòu)建“區(qū)域+行業(yè)+產(chǎn)品”的組織架構(gòu)，通過前中后臺(tái)分工協(xié)作、“5S店+S2B平臺(tái)”運(yùn)營(yíng)模式快速響應(yīng)客戶。中控技術(shù)現(xiàn)已在國(guó)內(nèi)30個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）及南亞、東南亞、中東等海外地區(qū)設(shè)有區(qū)域事業(yè)部、分公司、辦事處等機(jī)構(gòu)，核心產(chǎn)品已應(yīng)用至30多個(gè)國(guó)家。
中控技術(shù)最近的投資項(xiàng)目，是杭州富陽(yáng)中控技術(shù)產(chǎn)業(yè)園二期項(xiàng)目，占地79.12畝，總建筑面積13.8萬(wàn)平方米，預(yù)計(jì)在2024年全面投入使用。項(xiàng)目規(guī)劃實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)1000臺(tái)(套)電氣及工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、10萬(wàn)臺(tái)(套)智能控制閥、20萬(wàn)臺(tái)高精度壓力變送器。
四、智能工廠的產(chǎn)業(yè)組織特征
智能工廠產(chǎn)業(yè)包括豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，大部分企業(yè)只是涉足局部解決方案，提供整體解決方案、擁有自主核心技術(shù)的企業(yè)能夠獲得高利潤(rùn)，一大部分以系統(tǒng)集成為主的企業(yè)，盈利能力并不高。從企業(yè)選址的驅(qū)動(dòng)因素看，主要包括創(chuàng)新資源集聚和應(yīng)用場(chǎng)景落地兩個(gè)方面。
1、創(chuàng)新資源集聚區(qū)域
智能工廠產(chǎn)業(yè)涉及多個(gè)層次的智能制造技術(shù)集成服務(wù)，具有較高的技術(shù)壁壘和人才壁壘。智能工廠是一項(xiàng)涉及眾多學(xué)科知識(shí)、涵蓋眾多領(lǐng)域的技術(shù)密集型行業(yè)，涉及的學(xué)科知識(shí)包括機(jī)械、電氣、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、信息工程等，需要較強(qiáng)的咨詢規(guī)劃和系統(tǒng)集成綜合能力。智能制造系統(tǒng)集成具有非標(biāo)準(zhǔn)化特性，要求各類專業(yè)人員必須具備深厚的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才、機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)制造專業(yè)人才、軟件編程專業(yè)人才等。
較高的技術(shù)壁壘和人才壁壘，使得智能工廠服務(wù)企業(yè)更容易選址于創(chuàng)新資源豐富的區(qū)域。智能工廠系統(tǒng)集成主要是由軟件和解決方案驅(qū)動(dòng)的，無論是哪種類型的系統(tǒng)集成商，總是傾向于向信息軟件產(chǎn)業(yè)人才密集的區(qū)域集聚，如北京、上海、深圳、杭州等城市。
2、應(yīng)用場(chǎng)景落地區(qū)域
應(yīng)用場(chǎng)景落地區(qū)域，制造業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，場(chǎng)景落地市場(chǎng)需求旺盛，有利于吸引智能制造系統(tǒng)集成商。2021年度智能制造示范工廠揭榜單位共110個(gè)，其中數(shù)量最多的為廣東省共13個(gè)，江蘇、浙江兩地都是9個(gè)。
中國(guó)智能工廠系統(tǒng)集成產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域，主要為京津冀、長(zhǎng)三角及珠三角地區(qū)。從城市來看，智能工廠系統(tǒng)集成商主要集聚在北京、上海、廣州、杭州等城市。比如浙江省發(fā)布《浙江省培育建設(shè)“未來工廠”試行方案》，大力推進(jìn)制造業(yè)升級(jí)和智能工廠建設(shè)。同時(shí)，杭州也培育了一批智能工廠服務(wù)企業(yè)，如中控技術(shù)、新華三、邁的智能科技、聚光科技、浙江精企、集控科技、美格智能、博拉網(wǎng)絡(luò)等。