智能生产组装设备行业需求与投资规划报告

智能生产组装设备行业需求与投资规划报告

围绕基于互联网的协同制造服务新模式，面向创新设计、企业经营与资源管理、产品全生命周期制造服务以及工业云、工业大数据、工业互联网等平台系统的构建，研发复杂产品全数字化优化和仿真、产品全生命周期/服务生命周期管理、资源管理与智能供应链协同、基于OT的智能服务、工业大数据分析等平台系统与软件，形成互联网+协同制造工业软件系统，支撑网络协同制造创新发展。重点研究新一代智能机床的技术特征、总体结构、核心模块和关键技术，攻克智能主轴/智能伺服进给/智能终端等智能单元、基于模型的复杂曲面直接插补、机床通用通信接口协议规范、加工状态自感知/自学习/自适应/自优化、虚拟机床及虚拟加工、基于工业互联网和加工过程大数据的监控及远程服务、全生命周期可靠性评估与增长等核心关键技术，研制出具有国际一流技术水平的新一代智能数控系统和智能机床，并在重点领域开展应用示范。增材制造重点解决增材制造领域微观成形机理、工艺过程控制、缺陷特征分析等科学问题，突破一批重点成形工艺及装备产品，在航空航天、汽车能源、家电、生物医疗等领域开展应用，引领增材制造产业发展。形成创新设计、材料及制备、工艺及装备、核心零部件、计量、软件、标准等相对完善的技术创新与研发体系，结合重大需求开展应用示范，具备开展大规模产业化应用的技术基础。（一）增材制造控形控性的科学基础探索增材制造自由成形过程的成形几何精度、成形效率、材料组织结构与性能的形成规律与关键影响因素和控制方法，为提升增材制造工艺技术和装备设计水平提供坚实的科学支撑，并为形成重大原创性增材制造新技术提供科学指引。（二）基于增材制造的结构优化设计技术发展基于增材制造工艺特性，融合力学、物理与化学多种功能的结构优化设计技术，为结构整体化、轻量化、高性能化和满足声、光、电、磁、热等多功能化提供设计方法和设计软件，支撑我国高端装备的自主创新设计和跨越式技术发展。（三）增材制造专用材料制备技术基于增材制造的工艺特性和应用需求，开展增材制造专用金属和非金属材料的设计与制备技术研究，最大限度地发挥增材制造技术优势，大幅度拓展增材制造的产业化应用领域。（四）增材制造的核心装备设计与制造技术针对激光/电子束选区熔化、激光选区烧结、高能束金属沉积成形、光固化、激光沉积打印、微滴喷射3D打印、熔融沉积造型等已经展示重大产业化应用价值的增材制造技术，开展相关装备设计与制造技术的深入研究，占据增材制造产业价值链的高端。（五）评价体系与标准建设研究制定增材制造的材料标准、设计标准、工艺标准、装备标准、检测标准、数据标准和服务标准等7个方面的标准体系，为增材制造的广泛产业化应用奠定基础，并显著增强我国增材制造技术的国际竞争力。智能制造装备细分行业发展概况及发展趋势（一）3C设备行业发展概况及发展趋势1、3C行业发展概况及发展趋势近年来，以智能手机、笔记本电脑、平板电脑等为代表的3C产品普及率逐步提高，需求逐渐趋于稳定；在5G技术快速发展等因素的影响下，于2021年呈现上涨趋势。据统计，2021年全球智能手机出货量为13．5亿部，同比增长6．30%；全球笔记本电脑出货量达到2．4亿台，同比增长19．40%；平板电脑出货量为1．69亿台，同比增长约3．05％。随着5G、物联网、人工智能等技术的不断发展，在全球应用及体验式消费的驱动下，智能可穿戴设备等新兴3C产品取得了较快发展，成为3C行业重要的增长力。据统计，2021年全球智能可穿戴设备出货量达到5．34亿部，同比增长20%，预计2024年将达6．371亿部，具有较大的市场发展空间。总体而言，3C产品的更新换代需求及新兴3C产品的高速增长，使全球3C行业保持相对稳定增长的发展态势，据统计，全球3C市场规模从2019年的13，020亿美元增长至2021年的13，630亿美元，期间年均复合增长率2．32%。未来，随着5G、物联网、人工智能等新兴技术与3C产品的进一步融合，会不断加速3C产品的更新换代，同时催生新的产品形态，创造新的需求，使3C行业保持稳定增长态势。2、3C设备行业发展概况及发展趋势3C产品种类繁多，不同产品对于组装、检测设备在功能、性能等等方面均存在一定差异；同时3C产品的生产制造流程复杂、涉及工序良多，因此3C制造行业所需智能制造设备种类繁多，3C设备行业具有广阔的市场空间。我国是全球3C制造中心，产能居于全球首位。近年来，随着3C产品终端需求变化加快、我国人口红利逐步消失，为更好响应市场需求、实现更高效的生产制造及更高品质的质量管理，3C产品加工制造商对相关智能制造设备的需求逐步上升。此外，随着3C产品功能复杂度、生产过程精密度的逐步提高，3C制造厂商对于生产环节中高精密、高稳定性的组装及检测设备的使用渗透率不断提升。据统计，2021年我国电子信息制造业固定资产投资额达到24，197．06亿元，较上年增长22．3%。我国3C制造行业不同生产工序的智能化水平呈现不同的发展特征，前端零部件及中端模组组装工序的智能化水平较高。近年来3C产品制造厂商对生产流程中产品质量保证要求的逐渐提高，使得检测作为品质管理的重要环节日益受到重视，智能检测设备的重要性日益凸显，市场规模随着智能组装设备的广泛使用而不断提高。3C产品日益丰富的功能，将不断催生对相应功能模块进行组装或检测等的需求，成为3C设备持续发展的动力；新兴3C产品将不断涌现与发展，为3C设备提供了新的发展空间。（二）锂电生产设备行业发展概况及发展趋势1、锂电行业发展概况及发展趋势在全球各国加大重视可再生资源的发展背景之下，全球锂电池市场需求高速增长，2021年全球锂电池出货量为562．4GWh，同比大幅增长91．0%，其中动力电池占总市场规模的65．97%，新能源汽车市场快速发展成为全球锂电行业发展的主要推动因素之一。我国锂电产业高速发展，已成为全球最大的锂电池制造国。我国锂电产业门类齐全，产品质量持续提升，已广泛应用于新能源汽车、3C、储能等领域。在新能源汽车领域，随着新能源汽车的高速发展，动力类电池呈现快速发展趋势；在3C领域，3C行业的不断发展促使数码电池的应用环境不断丰富、渗透程度逐步提升，数码电池发展整体向好；在储能领域，储能电池作为支持可再生能源发展的关键技术，大量储能项目落地，市场需求旺盛。据统计，2021年我国锂电池出货量为327GWh，同比增长130%，预计2022年，锂电池出货量将超过600GWh，同比增速达80%。在政策及市场需求等因素的引导下，锂电制造企业将继续加大研发投入，围绕高能量密度、高循环次数、安全、环保等方面进行技术创新、迭代，锂电池产品制造技术将不断发展。从下游应用领域来看，新能源汽车市场的发展将逐渐由政策驱动转变为市场驱动，渗透率进一步提升，从而提升对动力电池的需求，动力电池企业将不断通过扩大产能，提高规模效应，以提升市场竞争力；在双碳目标逐步推进的背景下储能电池的应用将更加广泛，储能电池将迎来高速增长。此外，随着下游应用领域的快速发展，终端消费产品更新换代频率不断提高，对锂电池制造厂商在产品品质、生产效率等方面均提出了更高的要求，制造厂商对高精度、高速度、高稳定性的锂电生产设备的需求日趋增长。2、锂电生产设备行业发展概况及发展趋势锂电池的制造工艺较为复杂，主要环节有前段极片制造、中段电芯制造以及后段电芯激活检测环节，锂电生产设备按照电池生产制造流程可划分为前段设备、中段设备、后段设备。近年来，我国锂电生产设备市场规模呈现爆发式增长，国产设备的性能和稳定性的逐步提升，国产化率不断提升，据统计2021年我国锂电生产设备市场规模为575亿元，同比增长100．3%，国产化率达90%。随着锂电技术的不断更新、迭代，锂电生产设备各环节均在进行技术升级，以更好的满足制造厂商对产品高一致性、高稳定性等方面的要求，推动制造厂商对锂电生产设备的更新换代需求。在全球各国新能源汽车发展目标明确的背景下，为应对新能源汽车市场的高速增长趋势，全球主流锂电池制造企业扩产意愿明确，对锂电生产设备的需求量将进一步增加。（三）半导体封装测试设备行业发展概况及发展趋势1、半导体行业发展概况及发展趋势半导体是一种导电性可受控制、范围可从绝缘体至导体之间的材料，是计算机、通信设备、电子产品的核心组成部分，广泛应用于生产和消费的各个领域，是基础性、战略性产业。近年来，5G、物联网、人工智能新兴应用领域的蓬勃发展，对海量数据的有效处理提出更高的要求，使半导体产品的使用场景不断丰富，为半导体行业的发展注入了新的增长动力。受半导体产业转移的影响，我国已成为全球最大的半导体产品制造基地，并初步形成了包括芯片设计、晶圆制造、封装测试三个主要环节相关的产业链格局。在政策支持、市场拉动等因素的作用下，我国半导体行业在推进国产化的进程中继续保持快速增长态势。据统计，2021年我国集成电路产业销售额为10，458．30亿元，同比增长18．20%，其中设计、制造、封装测试业占比分别为43．21%、30．37%和26．42%。封装测试位于半导体产业链的后段，包括封装和测试两个环节，是半导体产业链尤为重要的环节。其中，封装是对制造完成的晶圆进行划片、贴片、键合等一系列工艺，使电路与外部器件实现连接，并为晶圆上的芯片提供保护，使其免受物理、化学等环境因素造成损伤的工艺；测试主要是对半导体性能进行测试，是保障成品质量稳定、控制系统损失的关键工艺。当前，全球封装测试市场规模与日俱增，据统计，全球封装测试市场规模从2011年的455亿美元增长至2020年的594亿美元，其间年均复合增长率约为3．00%。凭借巨大的消费电子市场、庞大的电子制造业基础，我国吸引了众多半导体企业在国内投资，半导体产业转移正不断深入，我国的封装测试行业，将受益于半导体产业转移带来的需求传导。据统计，2021年我国半导体封装测试行业销售规模为2，763亿元，同比增长10．10%，封装测试是我国半导体产业链中国产化水平较高的环节，已形成较强的国际竞争力。2、半导体封装测试设备行业发展概况及发展趋势封装测试设备包括封装设备及后道测试设备。封装设备包括划片机、贴片机、键合设备等，封装测试环节的后道测试设备主要包括测试机、分选机及探针台等。从现阶段看，封装测试设备国产化率较低，市场主要由海外企业占据，国产设备的替代空间较大。测试设备的国产化进程相对较快，已实现部分，随着国内企业不断加大研发投入，自主核心技术水平不断增强，国产化渗透率将逐步提升。在国内封装测试行业强劲的发展下，各类封装测试设备的市场规模均有高速增长，据统计，2021年测试机、分选机及探针台的增速分别达到48%、70%及90%。目前我国封装测试行业发展迅速，封装测试厂商积极投入新产线以实现扩产，未来，封装测试市场尤其是先进封装测试市场的扩产需求将持续带动对封装测试设备的需求。我国制造业发展取得的成绩（一）制造业总量跃居世界第一，成为名副其实的制造大国近年来我国制造业总体规模已居世界第一位，综合实力不断增强，不仅对国内经济和社会发展做出了重要贡献，而且成为支撑世界经济的重要力量。2014年，我国工业增加值达到22．8万亿元，占GDP的比重达到35．85%。2013年我国制造业产出占世界比重达到20．8%。在500余种主要工业产品中，我国有220多种产量位居世界第一。制造业的快速发展，直接促进了我国经济发展的速度、质量和效益，增强了我国在全球化格局中的国际分工地位。（二）突破了一批核心技术，形成了一批支撑国民经济发展的重大装备产品十几年来，制造业各领域涌现出了一批较有影响、意义深远的重大成果。国内发电设备装机中国产发电机组已达80%以上，年产千万吨级大型炼油厂设备国产化率达90%，国产100万千瓦超超临界火电机组、国产750千伏交流输变电成套设备已投入运行。日产4000吨大型新型干法水泥生产线、60万吨乙烯、30万吨级合成氨、百万吨级钾肥等一大批大型成套技术装备实现自主化。神舟系列航天飞船的成功发射，实现了载人航天工程的重大突破。蛟龙号载人潜水器研制和海试成功，标志着中国跻身世界载人深潜先进国家行列。（三）涌现出一批世界级的大企业，企业正在逐步成为技术创新主体2016年《财富》世界500强排行榜中，中国企业达110家，其中以工业为主的有50余家。社会创新要素不断向企业集聚，工业企业研发投入快速增长，自主创新能力显著增强。2015年，我国规模以上制造业研发投入强度达到0．91%；企业发明专利申请58．3万件，占国内发明专利申请受理量的60．2％；企业获得发明专利授权15．9万件，占国内发明专利授权量的60．5％。企业作为市场主体，在自主创新中继续发挥决定性作用。（四）初步形成了企业、高校、院所联动的产业创新体系近年来，我国制造业加强科技创新、促进科技成果转化和产业化，取得了重要突破和实质性进展，形成了产学研结合、较为完备的产业创新体系。建设了一批国家重点实验室、国家工程技术研究中心等科研基地；成立了一批国家产业技术创新战略联盟，为我国制造业的健康持续发展提供了重要保障。智能工厂适应工厂智能化的发展趋势，重点研发智能制造标准化共性关键技术，实现智能工厂共性关键技术研发、技术的工程化和产业化。提升我国工业自动化行业的整体创新水平和自主装备能力，满足国家科技创新、产业升级和转型的重大战略需求。（一）工业互联网技术与系统针对物理信息系统中信息与物理交叉融合造成的复杂性系统问题，建立工业互联网复杂系统模型，攻克以智能工厂为对象的全网互联技术，给出工业互联网复杂系统的实现能力、性能分析与评价方法。重点研究工业互联网一体化架构、工业互联网的泛在感知网络互联和实时控制技术、多源异构网络互联与语义化互操作技术、动态自组织软件定义的工业控制网络技术、工业互联网验证测试平台。攻克大规模、异构、高实时、高安全、可重构工业互联网共性关键技术，实现工业互联网系统安全可靠应用，建立工业互联网与智能工厂测试验证平台。（二）智能控制器与系统以新一代信息技术为基础，研制新型、高端、可信智能控制器，提升工厂制造过程和制造装备的自有处理能力和智能水平。重点研究智能装备CPS型控制器与关键技术、基于移动互联的智能产线控制管理器、高可信多重冗余控制系统与关键技术、新一代SCADA系统与关键技术、工业组态和工业监控等工业软件、精密系统装配过程数据采集与控制装置。攻克云端服务、高实时任务、高可信控制共性关键技术，实现实时仿真、全分布式控制、多种控制器无缝集成。（三）制造过程的系统设计、控制与优化针对智能工厂的工程化基础方法和实施手段，研究开发面向CPS的工程工具和实时在线优化控制工具以及先进的模型库知识库，提升智能工厂的工程应用目标。重点研究生产过程与设备的建模仿真与优化控制技术、先进制造智能服务体系与全流程智能优化技术、全过程的数据实时获取分析与信息整合技术、工业互联网语义化编程技术与组态工具、分子级表征建模工具与在线实时优化控制系统设计平台、模块化协同设计工具与实时控制系统设计平台。攻克分子级表征与建模、多层域多尺度建模、系统设计、基于知识和数据的仿真模拟与实时优化、在线服务与全流程优化技术，实现仿真设计与控制优化系统工具与平台。（四）CPS制造执行系统与运营管理针对智能工厂的生产要素、能效管理、智能决策和生产服务关键技术，研究基于互联网+智能工厂的运营管理平台，实现智能工厂平台化方法的建立和实施。重点研究基于云平台的CPS制造执行系统、制造过程能效仿真、监测与管控技术、生产要素的状态监测诊断与健康管理技术、企业级辅助决策智能化与可视化平台。攻克服务总线、动态配置、能效模型、生产要素模型、可视化呈现、智能辅助决策关键技术，实现智能工厂的运营管理。（五）智能工厂的可重构技术及原型平台针对智能工厂批量化定制需求，研究工控系统可重构技术，研制智能工厂原型平台，实现产线装备、制造过程和云平台服务资源可重构能力。重点研究装备控制器可重构技术、产线可重构技术、工业互联网与云平台可重构技术、智能工厂可重构原型平台。攻克装备控制系统可重构技术、产线装备可重构技术、工业互联网可重构技术、云平台服务资源可重构技术，实现集成可重构技术的智能工厂原型平台。智能制造装备行业面临的机遇和挑战（一）智能制造装备行业面临的机遇1、智能制造装备行业制造业转型升级、用工成本攀升改革开放以来，我国制造业快速发展，形成了门类齐全、独立完整的产业体系，确立了制造业大国地位。但由于起步相对较晚，我国制造业总体存在劳动密集、资源消耗大、自主创新能力不足、智能化水平不高的弊端。近年来，中美关系摩擦频繁，我国对核心技术的自主研发以及关键装备的进口替代有着愈发迫切的需求，因此制造业整体的高端化、智能化、自动化需求为企业带来了发展机遇。同时，我国人口红利逐步消退，劳动力成本持续上升。根据国家统计局数据，自上世纪90年代起，我国人口老龄化速度加快，65岁以上老年人口已经从1990年的6，368万增长到2019年的1．76亿，占总人口比例达到12．57%。我国劳动力成本也不断上升，制造业职工年平均工资从2008年的24，192元增长到2019年的78，147元。自2019年以来，新冠疫情进一步影响了劳动用工稳定性，因此，设备替代人工的需求呈上升趋势。2、智能制造装备行业国家产业政策支持近年来，国家不断出台政策支持智能制造装备行业，将其纳入重点发展的战略性新兴产业。2015年5月，《中国制造2025》在主要目标中提出：紧密围绕重点制造领域关键环节，开展新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用。依托优势企业，紧扣关键工序智能化、关键岗位机器人替代、生产过程智能优化控制、供应链优化，建设重点领域智能工厂/数字化车间。2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：深入实施增强制造业核心竞争力和技术改造专项，鼓励企业应用先进适用技术、加强设备更新和新产品规模化应用。建设智能制造示范工厂，完善智能制造标准体系。深入实施质量提升行动，推动制造业产品‘增品种、提品质、创品牌’，并将智能制造与机器人技术纳入制造业核心竞争力提升专项。综上，清晰的政策导向和充分的支持力度，将为我国智能制造装备行业快速发展、实现高端智能制造装备进口替代提供良好的机遇。3、智能制造装备行业技术进步驱动行业发展目前，5G、物联网、人工智能等新兴技术的商业化及工业化应用均已逐步深入，并推动了智能制造装备行业与新技术的不断融合。新兴技术及相关基础制造工艺的发展使得智能制造装备所能实现的功能和达到的智能化水平具备了更大的发展空间。因此，新兴技术进步及其深入应用，将成为行业发展的良好机遇。4、智能制造装备行业下游应用领域市场发展前景较好智能制造装备的下游应用领域主要有3C、锂电池、半导体、汽车、工程机械、光伏等。3C、汽车等消费品行业，产品有较为固定的更新周期，新技术的应用以及设备更新需求较为稳定，市场规模较大；新能源锂电及半导体产业均是我国未来重点支持的发展领域，我国锂电池及半导体行业具有广阔的发展空间，将为相关智能制造设备行业带来较大需求。（二）智能制造装备行业面临的挑战1、智能制造装备行业国际厂商仍有先发优势，国内企业仍需追赶我国智能制造装备行业起步较晚，国际厂商基于其先发优势，占据了较高的市场份额，我国市场仍有较大的进口需求。相较于国际知名企业，我国智能制造装备行业企业总体规模偏小，品牌知名度仍有待进一步提升。近年，随着国家政策支持以及国内企业的技术创新，国内已涌现出一批优秀的智能制造装备厂商，凭借持续的研发投入，获得了技术上的突破，抢占了一定的市场份额，在部分细分领域已达到领先地位。总体上，国内厂商全面达到甚至赶超国际先进水平仍有较大挑战。2、智能制造装备行业专业技术人才紧缺智能制造装备行业多为定制化生产，产品在研发设计、生产、调试维护等过程中，需要大量运用机械、电气、力学、光学、信息技术等专业知识。专业知识的形成、积累及运用需要大量的学习和实务经验，我国智能制造装备行业起步相对较晚，人才积累有待提升，专业技术人员的紧缺对行业发展造成了一定挑战。3、智能制造装备行业关键设备部件对国外依赖度较高智能制造装备涉及的零部件众多，部分关键部件如精密马达、伺服电机、工业相机等核心制造技术仍由国外知名厂商掌握。客户为保证产品性能，在采购时会指定部分核心部件，因而国内智能制造装备厂商需按要求进口相关核心部件，一方面增加了国内厂商的成本压力；另一方面限制了我国对部分核心技术的自主可控。因此，对部分关键设备部件的进口依赖，仍是国内智能制造装备行业的面临的重要挑战。我国制造业自身存在的问题（一）自主创新能力不强我国是制造业大国，但多数制造企业在国际产业链分工中仍处于制造—加工—组装低技术含量和低附加值环节，创新能力不强。尤其在高端产品创新设计方面，设计工具软件受制于人，设计方法和理念不够先进，创新设计能力较为薄弱。2015年，我国集成电路进出口逆差1600多亿美元，众多高端芯片的核心技术尚无法突破，企业被迫将大部分利润用于购买国外专利授权，产业自主发展的能力不强，难以打破市场垄断。（二）基础能力薄弱，产品质量不高我国制造业质量基础相对薄弱，高性能液压件与气动元件、高速精密轴承、大功率变频技术、特种执行机构、仪器仪表传感器、工控软件系统等发展滞后。产品质量和技术标准整体不高，出口产品召回问题不断，严重影响着我国制造业的国际形象。此外，制造业每年直接质量损失超过2000亿元，间接损失超过1万亿元。（三）资源利用效率偏低我国部分传统制造行业高投入、高消耗、高污染、低效益的粗放式生产方式，加剧了对生态环境的破坏。全国钢铁、建材、化工等行业单位产品能耗比国际先进水平高出10%-20%；机电产品中量大面广的燃煤工业锅炉运行效率比国外先进水平低15～20%。制造业可持续发展遇到瓶颈。（四）制造业与互联网技术等新兴信息技术的融合程度低我国大部分地区和行