作為工業(yè)4.0的最大主題，智能工廠可謂貫穿產(chǎn)業(yè)升級全過程。本文對智慧工廠進行了詳細的解讀，并對中國智慧工廠發(fā)展現(xiàn)狀和空間進行全面的分析。

智慧工廠簡介

自德國政府于2013年在漢諾威工業(yè)博覽會上正式公布，“工業(yè)4.0”概念就已席卷全球，并被認為是以信息物理系統(tǒng)（CPS）技術為核心的第四次工業(yè)革命。

而作為工業(yè)4.0的最大主題，智能工廠可謂貫穿產(chǎn)業(yè)升級全過程。智能工廠主要研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程以及網(wǎng)絡化分布生產(chǎn)設施的實現(xiàn)。

智慧工廠的主要特征包括：

1、利用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)設備間高效的信息互聯(lián)，數(shù)字工廠向“物聯(lián)工廠”升級，操作人員可實現(xiàn)獲取生產(chǎn)設備、物料、成品燈相互間的動態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足工廠24小時監(jiān)測需求；

2、基于龐大數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘與分析，使工廠具備自我學習能力，并在此基礎上完成能源消耗的優(yōu)化、生產(chǎn)決策的自動判斷等任務；

3、引入基于計算機數(shù)控機床、機器人等高度智能化的自動化生產(chǎn)線，滿足個性化定制柔性化生產(chǎn)需求，有效縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，并同時大幅降低產(chǎn)品成本；

4、配套智能物流倉儲系統(tǒng)，通過自動化立體倉庫、自動輸送分揀系統(tǒng)、智能倉儲管理系統(tǒng)等實現(xiàn)倉庫管理過程中各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)錄入的實時性以及對于貨物出入庫管理的高效性；

5、工廠內(nèi)配備電子看板顯示生產(chǎn)的實時動態(tài)，同時，操作人員可遠程參與生產(chǎn)過程的修正或指揮。

智慧工廠的基本架構：計劃層+執(zhí)行層+控制層

智慧工廠擁有三個層次的基本架構，分別為頂層的計劃層、中間層的執(zhí)行層以及底層的設備控制層，大致可對應為ERP系統(tǒng)（企業(yè)資源計劃）、MES系統(tǒng)（制造執(zhí)行系統(tǒng)）以及PCS系統(tǒng)（過程控制系統(tǒng)）。

智慧工廠基本架構

智慧工廠下游應用

按MES系統(tǒng)的分類，智慧工廠的下游行業(yè)可粗略地劃分為離散型與流程型。其中，離散型行業(yè)主要包括機械、航空航天、汽車等，流程性行業(yè)主要包括石油化工、生物醫(yī)藥、食品飲料、紡織等。

智慧工廠主要下游應用行業(yè)

部分下游應用行業(yè)工廠自動化改造項目及降本增效情況

我國智慧工廠發(fā)展情況

產(chǎn)業(yè)升級需求

智能制造裝備產(chǎn)業(yè)主要包括智能測控儀器儀表、數(shù)控機床、工業(yè)機器人、自動化成套生產(chǎn)線等。根據(jù)《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，2010年我國部分智能制造裝備產(chǎn)業(yè)銷售收入逾3000億元，至2015年產(chǎn)業(yè)收入突破1萬億元，至2020年實現(xiàn)銷售收入3萬億元。

2010-2020年我國智能裝備制造產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模（億元）

勞動力成本優(yōu)勢消退

自2008年以來，我國勞動力成本的增速明顯快于工業(yè)生產(chǎn)效率增速。據(jù)權威機構的測算數(shù)據(jù)顯示，我國的制造業(yè)勞動成本在2019年將為越南的177%、印度的218%。

東南亞國家制造業(yè)勞動力成本對比（美元/小時）

我國智能制造示范項目不斷加速

在全球制造業(yè)加速向數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化方向發(fā)展的背景下，我國于2015年正式頒布《中國制造2025》，其中明確提出將智能制造工程作為政府引導的五個工程之一。

如果說2015年為我國實施“智能制造試點示范專項行動”元年，2017年項目實施正加速落地。另外，國家對于智能制造裝備行業(yè)的補貼額增速也在加快。

2015-2017年我國智能制造試點示范專項行動數(shù)量變化

2011-2016年我國智能制造專項政府補助金額（億元）

我國智慧工廠市場空間

自動化生產(chǎn)線通過工件傳送系統(tǒng)與控制系統(tǒng)將生產(chǎn)設備相互聯(lián)結，從而實現(xiàn)全部或部分生產(chǎn)過程的無人化。如果將智慧工廠簡單以自動化生產(chǎn)線市場為代表，博思數(shù)據(jù)的統(tǒng)計顯示，2014年我國自動化生產(chǎn)線產(chǎn)量為8780條，同比增長19.29%；需求量為21100條，同比增長10.47%。

從需求分布看，主要來自汽車、工程機械、物流倉儲、家電電子行業(yè)，占比分別為42.4%、29.8%、9.5%、6.2%。

2009-2015年我國自動化生產(chǎn)線供需情況

我國自動化生產(chǎn)線行業(yè)分布

德國工業(yè)4.0工作小組的統(tǒng)計認為，2012年我國自動化市場規(guī)模已達到約8000億元，占全球市場的29%。2016年，我國自動化市場規(guī)模達1403億元，其包括產(chǎn)品市場與服務市場。在應用市場方面，羅蘭貝格的調(diào)查認為，中國2016年的自動化應用市場規(guī)模可達3876億元，同比增長16.43%。

2004-2017年我國自動化市場規(guī)模（產(chǎn)品+服務）

2012-2016年我國自動化應用市場規(guī)模及增速

智慧工廠：計劃層與執(zhí)行層

工業(yè)軟件指應用于工業(yè)領域的軟件，按應用分類可將工業(yè)軟件劃分為運營管理類、研發(fā)設計類與生產(chǎn)調(diào)度與過程控制類。其中，運營管理類軟件主要包括ERP、SCM、CRM等，研發(fā)類指CAD、PLM等，調(diào)度與控制類的主要代表包括MES、SCADA等。

工業(yè)軟件應用分類及主要供應商

工業(yè)軟件的市場規(guī)模方面，全球企業(yè)級軟件市場在2016年規(guī)模為3260億美元，同比增長3.84%。國內(nèi)市場在2011年的總體規(guī)模約為616.34億元，至2016年上升至1247.3億元，其中2016年同比增長15.5%。據(jù)推算，預計至2018年，國內(nèi)工業(yè)軟件的市場規(guī)模將超過1600億元，平均增速保持在兩位數(shù)水平。

2012-2016年全球企業(yè)級軟件市場規(guī)模

2011-2018年中國工業(yè)軟件市場規(guī)模

智慧工廠：控制層

工業(yè)通訊

工業(yè)通訊包括現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)以及無線網(wǎng)絡。目前，我國現(xiàn)場總線存量市場占總市場逾95%，但從發(fā)展趨勢看，工業(yè)以太網(wǎng)代表未來方向，2014年，工業(yè)以太網(wǎng)新增節(jié)點占總新增市場的份額僅為5%左右，預計今后將逐步擴大。

在我國裝備制造業(yè)向高端化轉型的過程中，工業(yè)通訊市場成長迅速，根據(jù)中國工控網(wǎng)的統(tǒng)計，2014年國內(nèi)已安裝市場規(guī)模2891萬節(jié)點，同比增長10.7%，新增市場規(guī)模279萬節(jié)點，同比增長3.1%，其中，工業(yè)以太網(wǎng)占比整體穩(wěn)步上升。

中國工業(yè)通訊行業(yè)已安裝市場份額占比

中國工業(yè)通訊行業(yè)新增市場份額占比

中國自動控制系統(tǒng)裝置：PLC

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2016年我國PLC市場構成中，小型PLC占比進一步提升，約為46.8%，較2015年提高6.6個百分點。另一方面，按下游應用領域劃分，PLC市場可分為OEM市場與項目型市場，整體看OEM市場占總規(guī)模約67.4%。

2016年我國PLC市場構成（I/O數(shù)量）

2016年我國PLC市場構成（下游應用）

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年我國PLC市場規(guī)模約59.6億元，較上一年有小幅下滑，預計2017年同比增速將超過10%。ARC調(diào)查認為，2016年起亞洲將成為全球最大的PLC市場，占比超過1/3。

2009-2019年我國PLC市場規(guī)模

工業(yè)自動控制系統(tǒng)裝置：DCS

分布式控制系統(tǒng)（DCS）由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡為紐帶的多級計算機系統(tǒng)。相較于更偏重局部邏輯控制的PLC，DCS主要用于模擬量系統(tǒng)的整體控制。

ARC的報告顯示，2012年中國DCS市場規(guī)模約在12億美元，較上一年同期微增2%。2016年以來，國內(nèi)市場繼續(xù)下滑，我國當年DCS市場規(guī)模下降至60.52億元，同比下降14.37%，預計2017年增速將由負轉正。

2013-2020年我國DCS市場規(guī)模

2016年國內(nèi)DCS產(chǎn)品下游應用領域占比

從我國DCS產(chǎn)品的供應商結構看，進口供應商的占比約為50%。國內(nèi)企業(yè)則有浙大中控、和利時、國電智深等。

2016年我國DCS市場競爭格局

智慧工廠：設備層

數(shù)控機床受益消費電子行業(yè)

2016年，我國機床行業(yè)產(chǎn)出總額為229億美元，同比增長3.6%。具體來看，金屬成形機床產(chǎn)出值107億美元，同比增長8.1%；金屬切削機床產(chǎn)出值122億美元，同比增長8.1%，占比46.72%。

數(shù)控化率情況方面，以切削機床為例，2016年我國金屬切削機床總產(chǎn)量約為78.32萬臺，其中數(shù)控金屬切削機床占總產(chǎn)量比例超過30%。

1990-2016年我國金屬切削機床產(chǎn)量

1990-2016年我國金屬切削機床數(shù)控化率

作為金屬切削數(shù)控機床的重要構成，高速鉆攻中心由傳統(tǒng)立式加工中心演變而來，主要應用于消費電子行業(yè)小型金屬精密結構件的CNC加工，具備高速、高精、高效等優(yōu)勢。

據(jù)測算，在不考慮蘋果手機產(chǎn)業(yè)鏈對于CNC加工中心需求的假設下，至2020年，全球CNC理論存量需求將達到23.57萬臺。在不考慮更新替換需求的假設下，2017-2020年全球年均新增CNC需求約4.25萬臺，按一臺設備20萬元計算，年均增量市場空間約85億元。

2015-2020年全球手機金屬精密結構件CNC設備需求測算