高端装备产业发展行动指南

高端装备产业发展行动指南

加快推动机械工业锻长板，提升局部领域领先优势，成为全球供应链中重要一环。高度重视先进实用性技术在机械领域的应用与扩散，巩固提升我国发电设备、输变电设备、工程机械等优势产业的综合水平，从符合未来产业变革方向的整机产品入手打造战略性全局性产业链，使其继续保持世界领先地位，不断增强产业的国际竞争能力。发挥重大技术装备研发创新与首台套示范应用联盟作用，尽快建立完善首台套研发创新、检测评定、示范应用体系，提升重大技术装备水平。创建世界级产业集群、打造世界一流企业，促进隐形冠军企业成长。在用户的个性化需求、降本增效、提高盈利的期望驱动下，一批机械企业紧抓发展机遇，向产品+服务的方向发展，提供越来越多的高附加值服务，工业设计、融资租赁、节能服务、信息技术服务等生产性服务业逐步壮大。工程机械重点企业大力推进由工程机械到工程机械+的转型，向主机、服务、配件、租赁、大修等全方位价值链经营转变。电工行业部分骨干企业凭借长期专注技术研发能力和齐全的产品链优势，整合设计、研发、制造等资源，提供一体化产品解决方案和工程服务，积极开展国内外的工程总承包（EPC）项目。一些优秀风力发电设备制造企业积极拓展下游风电场投资业务，形成风机全生命周期管理能力，业务链条已经延伸到风电场的开发、投资、建设、运营等环节。高端装备行业的区域性变频调速一体机、专用变频器、特种电机、电气控制及供电产品属于工业自动化领域电气传动与控制设备，其广泛应用于煤炭开采、油气钻采、工程机械、港口、冶金、船舶及水泥等行业，因此，其行业的区域性与其下游应用行业的区域性紧密相关。高端装备行业利润水平的变动趋势及变动原因历经多年发展，我国工业控制自动化技术、产业和应用都有了很大的发展，工业自动化控制市场规模亦较为可观。近年来，随着国内人口红利带来的低廉劳动力成本优势逐渐消退，劳动力相对自动化的性价比逐渐减弱，因此长期来看我国制造业亟需产业升级，将催生广阔的工控自动化产品及服务需求，工业自动化控制行业面临着良好的发展机遇。与此同时，可能对行业利润水平产生影响的因素包括但不限于：（1）原材料中功率模块、中低压电器件、壳体及钢材、铜材、永磁材料等价格的频繁波动将对行业利润水平产生重大影响；（2）行业内企业的技术水平、产品竞争力、产品市场竞争程度、经营管理水平亦将对行业利润水平产生重大影响。电气传动系统发展现状电力电子技术、自动化技术、微电子和计算机技术是电气传动的基础。近年来，随着以上技术的不断进步，电气传动技术得到飞速发展。以变频器为例，其控制方式不断发展，已经经历四代：正弦脉宽调制（SPWM）控制方式、电压空间矢量（SVPWM）控制方式、矢量（VC）控制方式以及直接转矩（DTC）控制方式。随着技术的不断进步，变频器控制性能和规格容量不断完善，使得电气传动系统控制精度更高、控制能力更强、成本更低。而不断涌现出的新材料、新工艺和新控制理论又对电气传动系统的发展提出了新的挑战。当前我国经济步入转型发展的关键期，需由以往的资源高消耗转向资源的节约高效利用，因此国家积极推进可持续发展的能源战略，加快经济转型，强化节能减排。推进实施再电气化进程对可持续发展能源战略具有重要意义。所谓再电气化就是对传统电气化进行全面升级，在传统电气化基础上，充分利用现代能源、材料和信息技术，大规模开发利用清洁能源并替代化石能源，最终实现以清洁能源为主体的高度电气化的过程。推进再电气化进程需深入实施电能替代策略，在工业、交通、商业等领域广泛推进以电代煤、以电代油，拓展全社会用电范围，提高能源效率、降低污染排放。工业领域的再电气化将推动电驱化的发展，即使用电能代替燃煤、燃油、燃气等化石能源，实现用电结构优化。电气传动系统是―电驱化的重要组成部分，在―电驱化不断发展中面临良好发展机遇。电动机是电气传动系统的核心组件之一，2017年至2020年，我国交流电动机产量较为稳定，2021年同比2020年大幅增长，2022年继续平稳增长，全年产量达到42，928．70万千万。研发能力有所增强十三五时期，我国机械工业坚持创新驱动发展战略，行业技术创新体系进一步加强。2016-2020年，共分3批批准建设机械工业工程研究中心和重点实验室48家，其中工程研究中心24家，重点实验室23家，创新中心1家。截止至2020年底，已挂牌运行和正在筹建的创新平台241家，为加快提升我国机械工业技术研发和工程化试验能力、协同创新水平、促进我国机械产品在国内外市场形成竞争优势，切实发挥了重要作用。2016年至今，面向制造业创新发展重大需求的国家制造业创新中心建设迅速推进。截至2020年底，已论证通过和启动建设17家国家制造业创新中心，其中机械行业就有7家，分别为国家动力电池创新中心、国家增材制造创新中心、国家机器人创新中心、国家智能传感器创新中心、国家轻量化材料成形技术及装备创新中心、国家农机装备创新中心以及国家智能网联汽车创新中心等。高端装备行业的季节性变频调速一体机、专用变频器、特种电机、电气控制及供电产品属于工业自动化领域电气传动与控制设备，其广泛应用于煤炭开采、油气钻采、工程机械、港口、冶金、船舶及水泥等行业，因此，行业的季节性特征受下游行业的影响较大。就目前的下游客户群体来看，行业营业收入呈现一定的季节性特征，主要影响因素为：（1）通常，各行业下半年能源需求较大，因此，下半年能源供应行业的固定资产投入通常会随之增加；（2）下游行业客户通常在年初制定全年项目规划，而下半年，尤其第四季度是全年规划的重点完成阶段。新兴产业不断壮大十三五期间，我国机械工业中战略性新兴产业增长相对较快，规模不断壮大，成为行业新的增长点。新能源装备快速发展，2016-2020年，我国风电机组总产量达到11296万千瓦，较十二五时期增长38．9%;光伏设备总产量达到21017万千瓦，比十二五时期翻了两番还多。在新能源车领域，2015年以来我国新能源汽车产销量连续5年位居全球第一，产业技术水平显著提升，产业体系日趋完善，已形成从原材料供应、动力电池、整车控制器等关键零部件研发生产到整车设计制造的完整产业链，电池电机电控等技术也取得明显进步，具备较强的产业基础和优势。机器人产业蓬勃发展，自主品牌工业机器人销量由2015年的2．23万台增长到2019年的4．46万台，年均增速达19．0%;自主创新能力显著增强，机器人动力学控制、高性能伺服驱动等关键技术取得突破，高精密减速器研发取得重大进展。2035年远景目标到2035年，我国机械工业综合技术实力大幅提升，进入全球机械制造强国阵营中等水平。行业关键核心技术实现重大突破，优势行业形成创新引领能力;行业整体摆脱基础支撑能力弱的局面，在核心基础零部件、关键基础材料、先进基础工艺及装备、基础工业软件、专用生产及检测设备等方面实现突破发展;形成具有更强创新力、更高附加值、更安全可靠的产业链供应链，部分主导产业进入全球价值链中高端，培育一大批具有创新能力和国际竞争力的骨干企业;融合发展取得显著成效，智能制造、绿色制造和服务型制造全面普及，基本建成机械工业现代化产业体系。高端装备行业的周期性变频调速一体机、专用变频器、特种电机、电气控制及供电产品属于工业自动化领域电气传动与控制设备，其广泛应用于煤炭开采、油气钻采、工程机械、港口、冶金、船舶及水泥等行业，与下游行业的发展趋势具有较高的一致性，而下游行业的发展与国家宏观经济形势及产业结构调整存在明显的同步效应，因此，行业存在一定的周期性。高端装备行业技术发展趋势（一）高端装备行业智能控制以现代控制理论为基础，融入模糊控制、专家控制、神经网络控制，以形成高智能化的自动控制系统为现代自动化控制领域的发展方向。模糊控制依靠模糊控制器在执行控制过程中通过不断获取现场信息，及时调整模糊控制规律，改善系统性能，具有自学习功能。由于具有较强的鲁棒性和不敏感性，模糊控制使得控制系统的稳定性获得改善，可以提高控制精度、抑制振荡等现象；专家控制是人工智能领域的一个重要研究方法，在提高控制系统的灵活性和智能化方面具有优越性；神经网络控制从仿生学角度出发，对人体大脑神经系统进行模拟，使机器具有感知、学习和推理能力，神经网络能够不断逼近任意复杂的非线性关系，能学习与适应严重不确定的系统的动态性能，所有信息都等势分布储存于网络内各神经元，因此有极强的鲁棒性和容错性，在解决高度非线性和严重不确定系统控制方面有巨大潜力。（二）高端装备行业基于新材料的电力电子器件SiC（碳化硅）是目前发展最成熟的宽禁带半导体材料，可制作出性能更加优异的高温、高频、高功率、高速度、抗辐射器件。基于SiC的IGBT综合了GTR（电力晶体管）和MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）的优点，具有较大的通流能力。目前已有实验证明，使用SiC混合的IGBT与普通IGBT相比，功耗约减小30%，开关频率的提高也有效降低了输出谐波，减小了电机脉动转矩，使整个系统效率提高。基于SiC的新型电力电子器件的研发将成为未来一个主要发展方向。（三）高端装备行业边缘计算传统的工业自动化架构，围绕连接到远程现场设备的集中式可编程控制器搭建。随着计算能力逐渐嵌入到使用新型智能组件的自动化系统的边缘，与传统的集中策略相比，边缘计算在设计上具备更多优势：例如，采用整合输入/输出、控制、数据处理、通信和人机界面等功能的边缘可编程工业控制器，可以实现控制决策实时进行，在数据源附近即可获得、预处理和分析数据，从而减少边缘设备上游组件所需的网络带宽、数据存储和处理能力。同时，边缘计算可以与其它现场自动化平台的监控系统、企业数据库进行交互，甚至可以与云端交换数据。边缘计算实现了物联网技术前所未有的连接性、集中化和智能化，由此可以满足敏捷连接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的需求，是未来实现分布式自治、工业控制自动化的重要支撑。（四）高端装备行业控制系统网络化随着计算机技术、通信技术和网络技术的不断发展，传统的控制领域正经历着向网络化方向发展的变革。控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统），语音信号等大数据量、高速率传输的要求，又催生了工业以太网与控制网络的结合。这种工业控制系统网络化浪潮又将诸如嵌入式技术、多标准工业控制网络互联、无线技术等多种当今流行技术融合进来，从而拓展了工业控制领域的发展空间，带来新的发展机遇。将现场总线、以太网、多种工业控制网络互联、嵌入式技术和无线通信技术融合到工业控制网络中，在保证控制系统原有的稳定性、实时性等要求的同时，又增强了系统的开放性和互操作性，提高了系统对不同环境的适应性。在经济全球化的今天，这一工业控制系统网络化及其构成模式使得企业能够适应空前激烈的市场竞争，有助于加快新产品的开发、降低生产成本、完善信息服务，具有广