中国智能工厂发展现状及趋势研究

二、值得关注的几点问题

    近来年，在两化融合相关政策的指导和推动下，我国工业实力持续提升，国内智能工厂建设稳步推进，加快了我国工业化和现代化进程。但不可否认，目前我国智能工厂建设还存在诸多值得关注的问题，主要表现在以下方面：

    (一)行业对智能工厂认知程度不同，建设水平分化差距较大

    智能工厂属于舶来词，在国外发达国家有比较丰富的实践基础和经验，但就我国而言，目前存在各个行业对智能工厂建设的认知程度不同，建设水平参差不齐的问题。关于智能工厂的认知主要有以下几个方面：一是智能工厂建设是采用三维数字化设计和仿真技术，实现产品研发设计的效率和质量；二是智能工厂建设是采用工业机器人、高端数控机床、PLC等智能制造设备，提高制造装备的自动化和智能化水平；三是智能工厂建设是把传感器、处理器、通信模块融入产品中，实现产品的可追溯、可识别、可定位；四是智能工厂建设是构建基于互联网的C2B模式，实现产品个性化自主设计，满足消费者个性化定制需求等等。这些对智能工厂的认知主要集中在产品、装备、生产、管理、服务等某个方面以及研发设计、生产制造、售后服务等某个环节的智能化改造，全面性和系统性较为不足。而基于对智能工厂的不同认知，行业之间建设水平分化差距较大。

    (二)智能工厂建设的系统性规划不足，全生命周期价值创造力有待增强

    智能工厂建设是一项复杂的系统性工程，涉及研发设计、生产制造、仓储物流、市场营销、售后服务、信息咨询等各个环节，需要企业立足于围绕产品的全生命周期价值链，实现制造技术和信息技术在各个环节的融合发展。限于资金投入不足、智能生产设备和技术缺乏以及认知不够深入等因素，我国企业智能工厂建设整体来看缺乏系统性规划，覆盖的环节还有待完善。虽然大型龙头企业有相对长远的规划布局，但从总体上来看，我国企业建设智能工厂的全生命周期特征仍不明显。一是企业缺乏统筹规划，各部门、各业务板块之间资源整合力度还有待提高，特别是企业内部门间的横向数据对接、信息共享和业务协同。二是企业普遍缺乏从产品研发、设计、生产、物流到服务的全信息流管理，难以实现全部环节的无缝衔接和信息集成。

    (三)对外技术依存度仍然较高，安全可控能力有待进一步提升

    一是从智能装备领域来看，国内智能装备市场国产化率仍较低。目前，国外品牌占据国内工业机器人市场的主导地位，国内工业机器人受制于基础工业的差距，在关键零部件伺服电机、减速器、控制器等方面自主研发生产能力较弱，与国外品牌相比，在精密度、可靠性和稳定性方面还有较大差距。我国数控机床产业大而不强，国内生产高效汽车引擎、飞机发动机涡轮盘、飞机机身、高速列车头等的高端数控机床仍不同水平地依赖国外品牌。二是从工业控制领域来看，国内信息安全的形势较为严峻。国外相关建设与研究起步较早，已有较成熟的标准、产品、服务体系，同时检测认证、安全防护产品等核心技术及工具也较为成熟。国内缺乏自主可控的检测认证技术与工具，相关标准、安全咨询评估等方面仍处于探索建设阶段。目前，国内工业控制系统尚以国外产品为主，运维服务还主要依赖于国外供应商，可以说国内大多数工业控制系统仍基本处于不设防状态。

三、下一阶段趋势预测

    随着信息技术与工业技术的不断深入融合，我国智能工厂建设实践将逐渐推进，下一阶段智能装备、物联网、3D打印等相关领域将得到蓬勃发展，呈现出以下发展趋势:

    (一)在技术、市场及政策的驱动下，本土机器人企业有望在竞争中脱颖而出

    技术进步及市场需求为本土机器人企业的脱颖而出提供了基础和空间。从技术进步方面来看，我国机器人行业起步较晚，还处于发展初期，本土企业不断推进技术进步，有望在未来几年内发展壮大成有国际竞争力的企业。从关键零部件来看，在控制器上，国内的新松机器人、埃斯顿、广州数控等企业支持自主配套研发，已完全掌握硬件开发技术，功能基本满足机器人的控制需求；在伺服电机上，汇川技术、华中数控、广州数控等企业已经实现小批量试用；在减速机上，南通振康、苏州绿的等企业已推出相对成熟的产品，虽然在扭转刚度、传动精度等方面与国外产品还有较大差距，但已经在额定扭转和传动效率等方面实现突破。从本体来看，在关节型机器人上，新松关节型机器人的负载能力、定位精度和响应速度等指标已基本达到ABB的水平，广州数控关节机器人的定位精度和新时达的定位精度及响应速度均已达到国际先进水平；在并联机器人上，国内新松机器人等企业的机器人在工作范围、重复定位精度和响应速度等方面与国外先进水平差距较小。从系统集成来看，新松机器人等国内企业在机器人系统集成技术方面已经达到国际先进水平。从市场需求方面来看，在产业转型升级、人力成本上升等因素的推动下，我国工业机器人的市场需求将爆发式增长，为本土机器人企业发展壮大提供广阔空间。国家和地方政府为本土机器人企业的发展壮大提供良好的政策环境。

    国家出台了一系列支持机器人产业发展的政策，如在《“十二五”国际战略新兴产业发展规划》、《高端装备制造业“十二五”发展规划》、《智能制造科技发展“十二五”专项规划》中指出，要大力推进工业机器人及关键基础零部件的技术突破和产业化；由机械工业联合会牵头成立“中国机器人产业联盟”以推动我国机器人的产、学、研、用，加速机器人技术与产品在各行业中的普及应用；《关于推动工业机器人产业发展的指导意见》指出，到2020年，形成较为完善的工业机器人产业体系，培育3-5家具有国际竞争力的龙头企业和8-10个配套产业集群；工业机器人行业和企业的技术创新能力和国际竞争能力明显增强，高端产品市场占有率提高到45%以上，机器人密度达到100以上。这些政策主要集中在工业机器人的研发布局、核心零部件突破、应用引导等方面，注重产业本土化和全产业链布局，为本土机器人企业的脱颖而出提供了良好的环境。同时，各地政府纷纷开展机器人产业园规划和建设，目前，分布在国家高新区的机器人产业园已超过30家。机器人产业园的建立，有利于发挥产业集群效应，发挥技术积累优势，分摊产业链协作研发成本，也有利于产业上下游与应用市场的对接，为本土机器人企业的发展壮大提供了肥沃的土壤。

    (二)提前布局优势明显，工业物联网有望成为国内智能工厂赶超发展的关键抓手

    我国物联网领域在技术、标准、基础设施等方面优势明显，为工业物联网的发展提供坚实基础。经过几年的发展，我国物联网发展的政策环境日趋完善，在技术研发、标准制定、基础设施等方面已具备一定优势，同时，积极布局物联网通用架构、数据与语义、标识和安全等基础技术研发，加快了物联网理念和相关产品及技术向生产制造领域的渗透和应用。在传感器、RFID、标识解析等特定技术领域已经拥有一定具有自主知识产权的成果。在传感器方面，我国企业已经在高端传感器和以MEMS为代表的新型传感器方面取得一定突破。在RFID技术方面，我国中高频RFID技术接近国际先进水平，超高频(800/900MHz)和微波(2.45GHz)RFID空中接口物理层和MAC层已具有明显的优势。在标识方面，我国物联网标识编码以自主设计并能够兼容多种编码方案为主，标识解析体系则基于国际主流标准进行扩展。我国在物联网国际标准化领域中的影响力不断提升，开始积极参与国际标准的制定工作，并牵头制定了首个国际物联网总体标准《物联网概览》。我国无线通信网络和宽带覆盖率较高，为物联网发展提供基础设施支持。

    工业物联网已进入实质性应用推进阶段，积极推动智能工厂实现赶超发展。目前，我国工业物联网在汽车、钢铁冶金、石油化工、工程机械、橡胶轮胎等行业应用较为突出，主要集中在智能工厂领域的生产过程工艺优化、产品设备监控、供应链管理、工业安全生产管理等环节。如部分汽车企业通过运用工厂物联系统管理车间，将车间中的机器、人员、物料、工艺、图纸、刀具等生产要素进行无线联网，实时采集车间中任何需要监控、连接、互动的物体或过程，建立实时的生产管理信息上传下达系统。部分橡胶轮胎企业通过传感器、RFID技术、工业以大网和现场总线技术的应用，实现生产过程数据的实时采集，生产设备的远程监控和预警显示，促进企业生产向“精益生产”以及“敏捷制造”的柔性化生产模式转变。

    (三)增材制造概念已得到普及，3D打印领域或有较大进步

    国内较早开展增材制造相关研究和应用工作，在概念层面已基本实现普及。增材制造诞生于20世纪80年代后期，是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，是传统减材制造方式的重要补充，具有绿色环保、制造成本低、生产周期短等明显优势，已成为第三次工业革命的标志性生产技术之一。我国自20世纪90年代初，在国家科技部等多部门持续支持下，西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京隆源公司等较早进行典型成形设备、软件、材料等方面的研究和产业化工作，并获得了重大进展。随后，西北工业大学、北京航空航天大学、华南理工大学、南京航空航宋大学、上海交通大学、大连理工大学、中北大学、中国工程物理研究院等单位开展了探索性的研究和应用工作。

    目前，国内增材制造领域有北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等较早开展技术研发和应用，拥有自身核心技术的企业，也有湖南华曙、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等刚成立不久的企业。

    在技术、材料、应用服务等方面已具备一定基础，我国3D打印领域有望获得较大发展。从技术方面来看，我国增材制造技术的自主创新能力处于世界领先地位，在利用选择性激光烧结(SLS)技术制造大型零部件领域，我国走在3D打印技术发展最为成熟的美国之前。从材料方面来看，国内有些金属材料(铝、铁等)与国外的差距相对较小，最有希望实现进口替代。在设备方面，目前新松机器人等龙头企业正拟研发打印金属材料的3D打印设备，以增强设备的市场竞争力。随着国外3D打印设备专利的到期以及实际工业应用需求的存在，我国3D打印设备或有较大发展。从应用服务方面来看，在全球范围内，3D打印应用服务产值比设备与材料产值合计略高，我国不断探索和创新应用服务模式以实现率先突破。目前，金运激光等企业已介入3D打印服务运营，建立“3D打印云工厂”，欲构建3D打印生态圈，一旦获得成功，发展前景非常广阔。未来3D 打印将以数字化，网络化为基础，实现直接制造、桌边制造和批量定制等新的制造方式，并将在智能工厂领域得到广泛应用。