锂电生产设备产业可行性分析

锂电生产设备产业可行性分析

重点面向我国制造业发展中高能耗、高污染的问题，以提高资源能源效率和降低环境负荷为主线，以绿色产品、绿色工厂为目标，掌握生态设计理论与工具、绿色制造方法与工艺、试验验证平台、绿色标准与规范等基础共性技术，推广基础制造工艺绿色化、流程工业绿色化技术，提升通用设备产品能效、工业废弃物回收再制造与再资源化等生态效率水平。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。制造基础技术与关键部件围绕制造基础技术与关键部件，开展基础技术与前沿技术研究，突破关键技术与共性技术，建立健全基础数据库、工业试验验证平台和安全保障技术，完善技术标准体系，为逐步解决国产装备空心化提供技术支撑，大幅度提高为重点领域和重大成套装备自主配套能力。（一）基础件围绕高速精密重载轴承开展轴承服役性能演变规律与失效机理等基础理论、材料对性能影响规律和失效机理等研究，掌握高速、精密、重载轴承设计理论、寿命理论及试验方法，动态性能试验技术与方法，掌握高铁轴箱轴承、风力发电机组主轴与齿轮箱轴承、机器人和机床精密轴承、特大型装备静压轴承等设计、试验和批量化制造核心技术，开展典型应用示范。围绕高参数齿轮及传动装置开展高参数齿轮传动啮合失效机理、特殊条件下齿轮副基本工作理论、研究，研究高速重载齿轮传动、轻合金齿轮、高性能蜗杆传动及新型机构，基准级别齿轮渐开线样板设计与超精密制造和计量，突破高参数齿轮传动和精密减速器设计、制造和检测共性关键技术，形成标准及技术规范，实现高参数齿轮及传动装置在民用航空装备、工程机械、大型海洋装备、高速列车、海上风电、机器人等装备的示范应用。围绕高端液压件与密封件开展新型高功率重量比和高能量密度液压件的设计方法研究，高参数液压阀、泵等新结构和新方法研究。研究密封可靠性设计、延寿、运行试验技术，开发高性能检测、可靠性评估和测试装备，建立性能评价体系与标准。开发高压力等级多路阀和液压泵、大规格柱塞泵与比例流量阀、高效率静液传动元件与系统、高参数密封件、液压动力总成系统等，实现在工程机械与农业机械、重型机械、航空航天、海洋工程装备等示范应用。（二）基础制造工艺研究高活性金属与铸型界面反应机制和成形方法、铸造全流程精确控制、铸造过程仿真与在线检测等关键技术，掌握钛合金、高温合金铸件精密铸造技术、铸锻件近净成形与精准成形工艺，开展各类材料成形过程动态仿真参数优化技术研发应用，实现典型产品应用示范。研究零件可控清洁热处理工艺、真空等温淬火热处理工艺等关键技术，开发清洁热处理装备，完善热处理工艺数据库。开发高温耐蚀涂层技术、润滑耐磨抗氧化表面工艺材料、工艺及表面处理装备。研究高速干切基本机理和新型干切机床结构，工艺参数优化及基础数据库；研究微量润滑作用机理和测试选用技术，低温微量润滑集成制造技术；环保清洁切削液配置技术。（三）工业性验证平台与基础数据库建立精密齿轮及传动装置、高压大流量液压元件、高参数密封件、高速重载轴承等关键基础件性能及可靠性试验平台，工业传感器、智能仪器仪表性能及可靠性测试平台，对相关的基础技术、关键部件与产品进行试验验证，完善技术标准体系。研究先进制造工艺方法、工艺基础数据库，研究并整合国内外制造工艺相关数据资源，建立健全制造基础技术数据库、基础制造工艺资源环境属性数据库等。研发基础数据采集工具和知识库管理系统和标准，开发面向基础工艺和典型产品全生命周期环境影响评价工具。（四）制造过程安全保障关键技术研究关键部件故障响应安全机制、功能安全定量计算数学模型和定性评价体系等功能安全设计与评估验证技术；研究物理安全、功能安全、网络安全一体化融合的方法理论、制造系统安全一体化管控等安全一体化融合技术；研究安全威胁和攻击机理分析与建模、实时攻击隔离与抑制等工业互联网安全技术；故障预测与健康管理（PHM）等测控产品安全可用关键技术研究；开展功能、网络安全工业化试验验证，典型工业协议安全性分析验证，工业互联网安全漏洞库等研究。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。工业传感器针对工业互联、智能制造的高端需求，顺应传感器微型化、集成化、智能化发展趋势，形成一批高端传感器和仪器仪表产品，支撑我国智能制造发展，解决微纳传感器硅基兼容制造、封装、可靠性、集成化等核心共性技术，引领未来发展。（一）工业互联网用微纳传感器研究无源无线多参数监测传感器，高能量密度振动能量收集器等前沿技术。研发传感器与电路协同设计技术及设计工具，传感器与电路单片集成工艺技术，硅基功能薄膜兼容制造等关键共性技术。开发单片集成传感器，阵列传感器，多功能传感器，低功耗传感器，无线集成传感器等产品。（二）离散制造业用微纳传感器研究柔性衬底传感器，芯片级原子效应传感器等前沿技术，研发数字全场激光超声检测技术，高精度二维三维光栅测试等关键共性技术。研发运动部件温度、应变、振动传感器，转速传感器，微型继电器，微型电场传感器，多维位移同步测量传感器，微型高精度姿态测量单元等产品。（三）流程工业用微纳传感器研究高精度谐振式压力传感器，微型声矢量传感器等前沿技术。研发传感器芯片与封装材料特性测试技术及其数据库，微传感器可靠性及其测试等关键共性技术。研发高温压力传感器、风速风向传感器、红外高温传感器、工业现场气体检测传感器等产品。（四）智能制造用仪器仪表研究智能仪器仪表可靠性建模、设计与仿真，参数标定与校准、非线性补偿方法等动态测试与性能评估，关键部件芯片化等前沿技术；研发复杂工业测量仪表在线标定，高端智能测量仪表设计、精确自动补偿、生产工艺、装配等，在线分析仪器小型化关键部件、微弱信号精密检测等共性关键技术；研发高精度压力/质量/流量/物位仪表，压力/质量流量仪表在线批量化标定装置，小型化在线分析仪、感知/控制/驱动一体化控制器等产品。（五）特种专用仪器仪表研究力热平衡结构设计、多传感器三维纳米定位等纳米三坐标测量，工件姿态和运动参数测量、空间坐标测量、大型零部件尺寸和形位误差测量、激光跟踪等大型装备制造智能化测量等前沿技术，研发工业现场级虚拟测量、工业设施现场故障诊断、特种执行机构和控制阀设计、制造和仿真等共性关键技术，研制激光跟踪测量仪器、现场级虚拟测量仪表、复杂机械运行故障检测等工业现场专用诊断仪器、特种执行机构和控制阀等。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。发展思路（一）探索高端，构筑先发优势结合互联网、物联网、大数据等新一代信息技术发展网络协同制造模式，加强新兴产业关键装备、智能机器人、3D打印制造等核心技术攻关，力争率先突破，赢得战略主动。（二）强化基础，增强保障能力针对制造业基础能力薄弱和产品质量不高的问题，重点攻克轴承、液压件、仪器仪表等核心基础零部件，研发工艺库、材料参数库和制造过程核心软件产品。（三），推动供给改革结合云计算、大数据、物联网等信息技术的发展，创新大数据制造服务、大规模定制、集团管控等企业经营管理模式，积极探索信息技术与制造技术的融合创新。（四）绿色制造，促进持续发展针对资源、环境刚性约束增强，以信息技术为基础改造传统产业，探索高效、节能、节材产品设计创新、智能化工艺、服务运维等全生命周期绿色化模式，实现制造业的可持续发展。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。战略布局瞄准国际制造业发展的最前沿，力争率先突破，构筑先发优势。依托新兴信息技术，建立健全制造业的创新发展模式，形成网络协同制造创新服务体系，提高市场竞争力。在大型构件金属增材制造、大型硬岩掘进机等领域强化领跑优势，塑造我国制造业领先优势。瞄准我国制造业转型升级的战略亟需，支撑和引领供给侧结构性改革。掌握一批具有自主知识产权的核心技术和关键技术，在机器人、重大机械装备、新型电子制造装备等领域培育一批新技术、新产品和新产业，力争形成新的经济增长点，提高我国制造业的总体竞争能力。瞄准我国制造业的自主可控，强化基础保障能力。提高核心零部件及软件自主可控，形成政策、制度、人才和环境等方面的一系列配套条件，强化我国制造业长期可持续发展的基础保障。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