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智能制造业发展及其对“一带一路”产业布局的启示

2019-01-18 08:56:02   来源:华信研究院“一带一路”项目组   评论:0 点击:

目前我国制造业“大而不强”的问题突出。具体表现在产品质量不高、能源消耗大、环境污染严重等方面,因此我国制造业急需向智能制造转型。本文通过对我国智能制造产业的基本情况、产业规模、代表性领域和空间分布进行分析,总结出目前我国智能制造产业存在的问题。并通过分析得到“一带一路”沿线智能制造产业布局的启示。

一、我国制造业发展现状分析

制造业“大而不强”,处于产业链中、低端位置。随着互联网信息技术的日新月异和广泛应用,信息技术与传统产业深度融合发展的趋势逐渐席卷全球,面对汹涌而来的产业互联网与新工业革命,传统制造业也迎来新的发展契机。我国虽为制造业大国,但仍然存在产业结构不合理、产品附加值低、能耗大、污染重等问题。我国制造业主要集中在以初级产品加工、原材料生产以及集成电路、半导体元件等为代表的产业链低、中端位置,而以美国和德国为代表的发达国家制造业则处在制造业产业链中最高端的位置(如图1所示)。

图1 主要制造业国家所处的产业链位置

制造业需靠要素驱动发展。我国工业生产产值为GDP的40%左右,但是工业生产能耗占社会总能耗的70%左右,单位产品的能耗消耗远超世界平均水平,单位GDP能耗为美国的3倍,德国的5倍,世界平均单位GDP能耗的2.2倍。与日本、德国、美国等发达国家相比,制造业的快速发展是以大量的原材料投入为代价,凭借着劳动力人口数量的优势,以较低的成本和产品数量取得市场地位,但随着中国人口老龄化进程加快,人口红利优势不再,并且伴随着劳动要素的成本增长,价格优势与泰国、越南等国相比也荡然无存。如表1所示:

表1 主要制造业国家驱动要素

国家

驱动类型

主要竞争力

中国

要素驱动

基础设施建设、人口红利、劳动力、原材料

日本

效率驱动

管理效率、能源效率

美国

德国

创新驱动

注重技术与商业模式,通过创新发展新业态

传统制造业亟需向产业链高端转移。当前我国制造业正面临产业结构不合理,产品附加值低、能耗大、污染重等问题。当前我国制造业的种种问题,以及世界市场竞争格局的变化,迫使我国制造产业的发展重心必须由低端向价值链高端转移,由传统要素驱动向创新驱动转移。也就是说,发展智能制造成为我国制造业发展的必然选择。

 

二、我国智能制造的发展现状及布局分析

1. 我国智能制造基本情况分析

我国对智能制造的认识比较晚。自1988年美国赖特(Paul Kenneth Wright)、伯恩(David Alan Bourne)首次提出智能制造的概念后,智能制造获得美、日、欧等工业化发达国家和地区的普遍重视,理论研究和实践探索不断深入。进入21世纪以来,发达国家制定重返制造业的发展战略,把智能制造作为制造业的主攻方向。然而,我国第一篇介绍智能制造的论文出现在1992年,比国外晚了4年。

我国智能制造已经起步。一般而言,智能制造的发展需经历四个阶段:自动化、信息化、互联化、智能化。每一阶段都对应着智能制造体系中某一核心环节的不断成熟。目前我国制造业仍然处于自动化的后期、信息化的完善期以及智能化的起步阶段。

我国政府积极推动智能制造发展。2016年国务院出台《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》,工业和信息化部、财政部联合制定了《智能制造发展规划(2016-2020年)》。在有指导、有规划的背景下,我国智能制造业得到初步发展。

2. 我国智能制造产业规模分析

制造业产值呈现稳定发展趋势。从我国历年制造业的增加值情况来看,2010-2016年,我国制造业增加值呈现出逐年增长的趋势,但是增速趋于平缓,年平均增长率9.46%。2016年,我国制造业产值为22.35万亿元,同比增长6.78%。

表2  我国制造业产值和增长速度

数据来源:前瞻产业研究院

智能制造业成为驱动我国制造业的主要动力之一。如表3所示,2010年-2016年,我国智能制造业基本保持在20%以上的年增长率,在2013年增长速度最高,达到了28.25%,平均年增长速度达到23.6%,总体比制造业产值增长率高14.16%。但由于我国智能制造业尚处于起步阶段,所以智能制造总产值占制造业总产值的比重相对比较低,从2012年2%左右,经过几年的发展,到2017年占比6%左右。

表3  我国智能制造产值、增长速度及占制造业比重

数据来源:前瞻产业研究院

3. 我国智能制造的代表性领域分析

智能制造产业链涵盖智能装备(机器人、数控机床、服务机器人、其他自动化装备),工业互联网(机器视觉、传感器、RFID、工业以太网)、工业软件(ERP/MES/DCS等)、3D打印以及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。本文从工业机器人、3D打印、工业互联网、数控机床四个主要领域分析目前我国发展现状。

 

工业机器人

我国工业机器人需求旺盛。作为智能制造领域最具代表性的产品,工业机器人通常是指面向制造业的多关节、机械手臂或其他拥有多自由度的机械装置,主要用于代替人工从事柔性生产环节,它汇融了机械制造、电子电器、材料科学、计算机编程等学科的尖端技术。据国际机器人联合会(IFR)统计及预测(如表4所示), 2016年全球工业机器人销量达29.4万台,同比增长16%,销售额达131亿美元,同比增长18%。到2020年,全球工业机器人销量有望达到52.1万台。我国对工业机器人的需求处于快速上升期,2016年我国工业机器人销量达到8.7万台,同比增长27%。到2020年我国工业机器人销量将达到21万台,2017到2020年间销量复合增长率约为22%。从2001年,在全球销量中占比不足1%到2016年占比约30%左右,中国已连续五年成为全球工业机器人的最大消费市场,2017年我国工业机器人销量约11.5万台,同比2016年增长32%。说明我国工业机器人市场正进入加速成长阶段。

表4 全球主要国家工业机器人销售量及预测(单位:台,%)

 

数据来源:IFR

工业机器人使用密度低。虽然我国机器人产业快速发展,已成为全球第一大工业机器人应用市场,但需要提升工业机器人使用密度。全国多个省份已将工业机器人产业作为重点发展对象,但我国工业机器人使用密度低,明显低于欧洲水平,更远远低于韩国和日本(如图2所示)。

图2 全球主要国家工业机器人使用密度

数据来源:IFR

快速成长和进口替代是现阶段我国工业机器人产业最重要的两个特征。国内制造业智能化改造需求旺盛,中国已连续五年成为工业机器人的最大消费市场,并仍处于加速成长阶段。但目前全球超过50%的工业机器人市场被发那科、ABB、安川、KUKA四大家族所占有(如图3所示),它们的全球市场中占有率分别为17.3%、15.7%、12.9%、12.1%,合计达58%,占据了全球市场份额的一半以上;另外,爱普生、欧地希、川崎、松下等也分别在全球有超过4%的市场份额。相比之下,国内品牌机器人在全球范围内市场占有率较低,合计共9.7%左右。但国内品牌近年来奋起直追,未来进口替代空间广阔,依照工业和信息化部、发展改革委和财政部联合印发的《机器人产业发展规划(2016--2020年)》,2017到2020年间,我国自主品牌工业机器人销量的复合增速将达37%。

图3  2016年全球工业机器人行业市场占有率

数据来源:IFR

工业机器人下游应用广泛,应用较多的行业主要包括汽车、电子电器、化工、金属等行业。根据国际机器人联合会数据以及前瞻网统计如图4所示:

图4  2016年全球工业机器人主要下游应用行业

数据来源:IFR、前瞻网

图5  2016年我国工业机器人下游应用占比

数据来源:IFR

由图5可知,汽车行业和电子电器行业是我国工业机器人最大的下游行业。近十几年来,我国汽车需求快速增长,2005到2017年我国汽车销量从576万辆增长到2888万辆,占全球销量比例从8.8%提高到29.8%,产量从571万辆增长到2902万辆,目前占全球产量比例约29%。我国在电子电器产品的制造领域已确立显著优势,我国空调、电视机等多数家电产品的产量也都雄居全球榜首,我国电子电器制造业和汽车制造业体量巨大,随着国内人工成本逐渐提高,产能进行智能化改造的空间十分广阔。

 

3D打印

3D打印产业发展至今,已经逐渐成长为可以满足工业生产、实现制造业转型的重点产业。3D打印技术衍生的设计、软件、材料、数字制造等新的产业链,正在逐步优化传统制造,构建全新的制造生态。目前,国内3D打印技术主要应用于家电及电子消费品、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等产业。据前瞻产业研究院发布的《中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》最新统计数据显示,2012年中国3D打印市场规模为1.6亿美元,到2016年中国3D打印市场规模高达12.2亿美元,四年间增长了10倍之多,到2017年后,中国3D打印市场规模达到约16.6亿美元。预计2018年市场规模将超20亿美元,达到20.4亿美元。放眼全球市场,3D打印将推进全球12万亿美元传统制造业市场发展。

 

工业互联网

我国工业互联网增势明显。赛迪顾问发布的《2018中国工业互联网产业演进及投资价值》研究报告显示(如图6所示),2017年中国工业互联网市场规模达4709.1亿元,同比增长13.6%。纵观近三年,我国工业互联网市场规模增长速度一直保持在13%左右,并且呈逐年增长的趋势。

图6 近三年我国工业互联网市场规模

数据来源:赛迪

在工业互联网细分领域,如图7所示,基础设施占比最高达40.9%,软件与应用30.7%,通讯与平台占27.6%,而工业安全仅占0.8%。由此可以看出数据应用领域,保持着较快的增长速度,主要受益于云计算和工业大数据应用范围扩大,智能制造流程自动化进一步深入带来的信息化需求。

图7 2017年工业互联网市场细分结构(单位:亿元)

数据来源:赛迪

 

数控机床

数控机床全称数字控制机床,是一种装有程序控制系统的自动化机床。根据数控机床的性能档次的不同,数控机床产品可分为高、中、低档数控机床。高档数控机床是指具有高速精密、智能复合、多轴联动、网络通信等功能的数控机床。欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程,主要生产和经营高档数控机床,而中国从20世纪80年代开始起步,以中、低档数控机床为主,数控机床产业现在依然处于发展阶段。

数控机床行业发展迅猛。从我国数控机床市场供销情况来看,受益于我国汽车、航空航天、船舶、电力设备、工程机械等行业快速发展,对机床市场尤其是数控机床产生了巨大需求,从而拉动了数控机床的销量。据统计,2014-2016年我国数控机床销售收入均超过2400亿元,2016年,我国数控机床销售额为2732.3亿元,同比增长7.69%,2017年销售额约为3060.3亿元,首次超过3000亿元。

目前我国数控机床行业具有较为明显的供需矛盾。在供给方面,一方面,低档数控机床的产能过剩。由于低档数控机床行业门槛低,且近几年有效需求不足,该领域已经出现产能过剩的现象。另一方面,由于我国高档数控机床起步较晚,目前国产产能不能满足国内需求,国内大多数高档数控机床依赖进口。2016年数控机床专项支持研发的高档数控系统已累计销售一千余套,从国内市场占有率由专项启动前不足1%提高到5%左右。2017年我国高档数控机床的国产化率大概在6%左右,虽然有所提升,但依然占比较低。从需求方面看,2013年我国高端数控机床的需求占比已经达到了10%左右,2017年大约在15%到20%之间,与6%的国产化率相比差距较大。从数控机床行业下游消费需求比重来看,汽车是主要的下游需求领域,消费占比约42%,其次是航空航天消费比重约18%,模具和工程机械,分别为数控机械,第三和第四消费领域占比分别在15%和10%左右。

4. 我国智能制造产业空间布局分析

我国智能制造试点示范项目增速加快。从工信部公布的智能制造试点示范项目来看,2015年示范项目有46个,其中第二产业39个,第三产业7个;2016年有63个,其中第一产业1个,第二产业61个,第三产业1个;2017年示范项目有97个,示范项目数量呈逐年递增趋势,且增长速度较快。

智能制造试点示范项目地区分布不均。在工信部公布的2015和2016年智能制造试点示范项目中,东部沿海地区凭借资本和技术优势占据明显数量优势,拥有5个以上示范项目的省份绝大多数位于东部沿海地区,中部地区多数省份仅拥有1-2个示范项目,远落后东部地区。但2017年公布的98家智能制造试点示范项目有48个位于西部地区,中东部地区有50个,虽然仍然呈现东西部发展不均衡的现象,但相比前两年有所改观。东北地区作为传统工业基地,在2017年试点项目中仅有3个项目。西部地区由于受到资金、技术、人才等要素的限制发展比较缓慢,在之前仅有新疆表现比较突出。但在2017年的试点项目中甘肃、青海分别拥有2个和1个试点项目,西藏暂时没有。2016年和2015年山东省是智能制造项目的第一大省,广东省是第二大省,山东15项,广东11项。2017年浙江省异军突起以11项的数量占据第一,广东省势头不降以10项的数量占据第二,其次安徽以9项的数量占据第三位,再次是山东省和江苏省分别以8项占据第四,湖南省和福建省以6项的数量占据第五。从2017年的数据可以看出,东部沿海省份依然是智能制造试点示范项目的领军力量。

“一带一路”沿线智能制造试点示范项目也呈现出东部西部地区分布不均匀特点。工信部认定的206个智能制造示范项目里属于“一带一路”地域的有101个(如表5所示),由表5可以看出“一带一路”经济区智能制造试点示范项目占全国总数量的50%左右,但存在严重的东、西部分布不均问题,东部沿海地区数量明显高于西部地区。

表5  2015-2017年“一带一路”区域智能制造试点示范项目分布表

丝绸之路经济带

新疆

7

重庆

2

陕西

10

甘肃

2

宁夏

2

青海

1

内蒙古

3

黑龙江

2

吉林

1

辽宁

6

广西

4

云南

2

 21世纪海上丝绸之路

上海

11

福建

11

广东

19

浙江

17

海南

1

合计

101


三、“一带一路”沿线智能制造产业布局的启示

1. 深化国际合作,突出培育自身产业发展优势

从我国智能制造产业的代表性领域来看,我国智能制造产业呈现出核心技术落后的特征。所以在布局“一带一路”区域智能制造业产业分布时,要合理的开展与工业先进国家的技术和产业合作。目前我国已与德国开展了多项合作计划,提升了我国智能制造产业的国际竞争力。今后应持续开展与美、德、日等国的产业合作,以政府牵头建立对话合作机制、开展产业战略研究合作、加强标准化合作、共建产业园区、开展试点示范和经验交流、加强人员交流和培训等。

在开展国际合作的同时,我们还要明确自身产业发展的独特优势所在,注重产业发展优势的培育。如果说美国的优势在于科学和前沿技术的突破,日本的优势在于精益的生产,德国的优势在于工程化的技术。那么我国未来的优势则可以表现为模块化生产方式和复杂装备领域的架构创造能力,因此我们可以探索更加模块化的工业互联网技术路线,发挥我国模块领域技术优势。

2. 以点带面,打造“一带一路”沿线智能制造产业集群,实现跨区域协同发展

从智能制造产业空间布局来看,智能制造试点示范项目分布呈现点状集中特征。所以在布局“一带一路”沿线智能制造产业过程中,可以采取以点带面策略,充分发挥龙头企业的带头作用,形成以智能制造为核心的产业集群区。将构建先进的制造产业创新体系为推动制造业发展的重要抓手,引导企业顺应市场导向,完善智能制造业产业链条,不断推进先进技术、先进模式、先进管理方式的应用和尝试。以智能制造试点示范项目带动传统制造业企业,以优势产业带动落后产业,以大企业带动中小企业。提高龙头企业的模范带头作用,努力改变目前中小微企业现状,进一步淘汰落后产能,以新技术、新方案、新设备、新模式和智能制造的先进性促进中小微企业制造业信息化、智能化发展。引导传统制造业向智能制造方向转化,进一步优化产业集群区智能制造产业结构优化。

促进“一带一路”沿线智能制造产业跨区域协同发展。智能制造系统的本质是在互联网基础上将智能制造、智能装备、信息、产品、人员等联合起来,形成一个有机的互联互通的系统。所以要最大程度上减少行政区域对智能制造产业协同发展的限制,使人才、资金、技术、信息得以自由流通,实现最优化配置。在尊重市场,顺应规律的前提和原则要求下,以政府宏观调控这只“有形的手”合理引导市场这只“无形的手”,以“有形的手”配合“无形的手”。理性面对周边地区间存在的趋同现象和竞争关系,协同改变竞争大于合作的局面。

3. 强化金融、财税、知识产权等政策支撑体系

在金融方面,由于我国资本市场起步较晚,中小企业很难在资本市场进行直接融资,资金来源主要依赖自有资金、银行贷款和风投基金等,融资渠道单一并且融资成本较高。为了加快“一带一路”沿线智能制造业的布局,金融支持必不可少。要充分发挥中央政府、地方政府及政策性金融机构的金融积极性,并且合理引导商业性金融,鼓励各种形式金融机构的全方位发展。在合理监管的前提下发挥互联网金融的优势,健全多层次的资本市场,引导风险投资基金和私募股权投资基金支持智能制造业创新发展。努力拓宽融资渠道,降低融资成本。

财税支持方面,加强“一带一路”沿线财政资金重点投向智能制造产业。运用政府和社会资本合作(PPP)模式,引导社会资本参与智能制造业的项目建设、企业技术改造和关键基础设施建设,引导科技专项基金等重点“一带一路”沿线支持智能制造产业的技术研发和应用,实施有利于智能制造产业发展的税收政策,减轻相关企业负担。

知识产权保护方面,要完善知识产权法律法规,切实加强智能制造领域的知识产权保护,加大对侵权行为的惩处力度,降低企业知识产权维权成本。研究针对智能制造新型业态的创新成果知识产权保护办法,建立知识产权海外维权援助机制,引导企业合理运用知识产权,进而促进技术创新和发展。

 
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