中国智能制造发展研究报告-系统解决方案

中国智能制造发展研究报告总序01稳步增长1、供给能力明显增强，系统解决方案市场规模稳步增长 22、供应商支撑作用突出，打造高质量系统解决方案 43、政策、技术、资本等协同助力，系统解决方案发展日新月盛 502创造价值1、数据、模型驱动的智能工厂设计与交付 72、软件化、数字化的产品研发和工艺设计 83、贯穿生产过程的智能化管控 94、高效、智能的人机协同作业 105、精细、高效的智慧仓储物流 116、精细化的质量管控及优化 127、智能预警预测的设备管理 138、稳定的安全环保智能化管控 149、节能优化的能耗智能管控 1503拥抱变革技术变革突破1、未来工业网络拓展解决方案应用边界 192、面向更丰富应用场景的深度自动化 213、感知技术革新，扩展解决方案可能性 234、基于工业云的系统解决方案可以给制造企业带来哪些变革 24应用实施落地5、生产管理软件系统升级更新——从MES到MOM的演进 266、精益数字化阶梯，助力解决方案高效落地 277、工业数字孪生催生新型解决方案 298、智能检测解决方案进入快速成长期 309、工业AI从理想走入现实 3104总结与展望编写人员（排名不分先后）郭楠程雨航闫理跃韩丽焦国涛胡成林李湘李闻晓贾仕齐张智钧陈艳利崔文雅纪婷钰左鹏何宏宏胡琳李瑞琪李佳张欣王成然王智勇版权声明本报告版权属于中国电子技术标准化研究院（工业和信息化部电子工业标准化研究院并受法律保护。未经我院事先书面授权，不得以任何方式复制、抄袭、影印、翻译本文档的任何部分。凡转载、摘编或利用其他方式引用本文的观点、数据，应注明“来源：中国电子技术标准化研究院”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。本报告由工业和信息化部指导，中国电子技术标准化研究院牵头编写，得到了智能制造系统解决方案供应商联盟以及各参编单位的大力支持和帮助。党的二十大报告指出，推动制造业高端化、智能化、绿色化，发展智能制造，是建设现代化产业体系，实现高质量发展的内在要求。“十三五”以来，我国围绕智能制造试点示范、新模式应用推广、供应商培育、标准体系建设等开展了一系列工作，智能制造发展取得了长足进步。系统解决方案作为智能制造典型场景的重要组成部分，标准化、模块化趋势明显，在助力制造强国建设、推动制造企业流程再造、促进装备和工艺融合、效能提升等方面展示出强劲的驱动力和创造力。经过多年发展，主营业务收入超10亿元的系统解决方案供应商数量近百家，智能制造装备国内市场满足率超过了50%，系统解决方案市场规模年平均增长率超过10%，整体发展态势良好。为摸清我国智能制造系统解决方案的发展现状，掌握智能制造关键技术应用水平，展望系统解决方案的发展趋势，中国电子技术标准化研究院组织编写《智能制造发展报告：系统解决方案》。报告内容梳理解决方案发展成效，发展现状，描绘了未来技术变革，总结了供应商成长路径，通过座谈交流、问卷调研、资料分析、数据挖掘、专家咨询等方式开展研究，从多个维度分析系统解决方案的发展情况。本报告以智能制造系统解决方案供应商联盟成员单位、符合规范条件供应商等近千家重点联系企业作为研究主体，报告在编制过程中，参考了工业和信息化部、国家统计局、第三方智库等方面公布的数据，发放调研问卷共计578份，回收问卷516份，并重点访谈了183家制造企业和80余位供应商代表。01稳步增长新模式应用、场景建设等方面掀起热潮，内生动力不断提升，尤其在龙头企业带动下，解决方案标准化、模块化趋势明显，通过先行先试、创新实践带动系统解决方案市场稳步增长。凸凸交易规模6598.98综合解决方案领投18.41%。造业二级门类，。主营收入超过10亿元的97家，形成一批在细分领域具有竞争力的领军企业。302亿元，受资本市场关注。02供给能力明显增强，系统解决方案市场规模稳步增长系统解决方案市场规模持续扩大、供应商数量稳步增长。n近三年来，系统解决方案市场以平均13.8%的速度保持快速增长，其中，0交易规模（亿元）线性(交易规模（亿元）)4490.072018年2019年2020年2021年形成一批高质量的细分行业解决方案，服务对象覆盖90%以上制造业二级门类。700060005000400030002000100007000600050004000300020001000059955615527533032240218818501742141237674655503供给能力明显增强，系统解决方案市场规模稳步增长形成了智能装备、系统集成、工业软件和规划设计四大供应商类型。00培育一批技术自主、集成创新能力强的领军企业。004保障一批智能工厂建成投产带动行业垂直应用•121改造项目的整体系统设计、集成和运维由国内供应商实施完成。改善供给侧市场生态•在工控系统、工业机器人、改善供给侧市场生态•在工控系统、工业机器人、MES等智能制造关键装备和软件领域打破国外垄断，实现市场份额的重大突破。34•以需求为牵引，攻克了一批智能制年内突破关键技术近600项，形成400余以浙江中控、石化盈科、机械九院、博众精工等为代表的解决方案供应商打造了宁德宜宾、中石化九江、一汽繁荣、三一18号等知名智能工厂。新昌“轴承行业原材料集采平台”、双星“橡胶工业互联网平台”、阿里“服装行业‘犀牛’智造平台”等行业平台赋能中小企业转型。华工激光与华中科技大学、广汽本田组成产学研联合团队，优化多车型零件自动山下料/输送、激光焊接、自动弧焊等工艺流程。航空规划设计院搭建了航空领域工艺知识库和专家库系统，已应用在“沈飞智能制造升级计、实施效率平均提升40%。和利时与浙江中控的工控系统已普遍应用于制造领域的关键装备及重要工程，部分产品的市场占有率达到90%以上；楚天科技为全球180多个国家与地区提供高端医药装备及智能化制药工厂整体解决方案，国际市场占有率正逐年快速提升。05政策、技术、资本等协同助力，系统解决方案发展日新月盛06创造价值近年来，随着细分行业智能制造实施的不断深入，涌现出了一批具有较强示范和引领作用的供应商，他们扎根细分行业典型场景的改造需求，持续迭代创新，逐渐形成了面向行业的系统解决方案，展示出了高面向细分行业典型场景的系统解决方案图谱，分析讨论系统解决方案在各行业、各场景的重要作用。创造价值创造价值07数据、模型驱动的智能工厂设计与交付智能工厂设计解决方案具有非常典型的高度行业区分的特点。在制造业的各个细分行业中，涌现出了一批优质的智能工厂设计解决方案的典型供应商，交通、电子信息、金属冶炼、石油化工、食品饮料和生物创造价值创造价值08软件化、数字化的产品研发和工艺设计产品研发和工艺设计不断向研发主体多元化、研发流程并行化、研发手段数字化、工业技术软件化等方向发展，推动企业研发能力和效率的提升。研发设计类工业软件的下游应用广泛，市场需求旺盛，特别是在航空航天、汽车及零部件、轨道交通、船舶/海洋工程、电子信息、石油化工、生物医药等行业，流程型制造和离散型制造因产品设计及仿真的差异，对产品研发和工艺设计的需求有所创造价值创造价值09贯穿生产过程的智能化管控在生产过程智能化管控场景，企业根据自身需求在计划排程、生产过程可视、资源管理协同等方面进行配置，受访企业中，龙头企业和中小企业都积极开展六西格玛、5S等精益生产管理活动。通过构建MES/MOM、APS、APC、RTO等系统，集成大数据、运筹优化、预测控料法环的动态管理和精准、实时和闭环的过创造价值创造价值10高效、智能的人机协同作业制造企业生产作业环节的升级改造与工业机器人的使用紧密结合，多种类型、功能的工业机器人可以满足不同行业的生产需求。受访企业中，普遍认为在关键工位应用工业机器人等设备实现上下料、创造价值创造价值11精细、高效的智慧仓储物流智能仓储/配送是智能制造的重要应用场景，其系统解决方案主要包含自动化仓储和物流配送系统的搭建，堆垛机、穿梭车、搬运机器人等自动化设备的安装和调试，WMS、WCS等软件系统的部署，智能仓储/配送相关解决方案广泛应用于通用机械、电子信息、生物医药、食品饮料、家电等制造行创造价值创造价值12精细化的质量管控及优化在质量检测/管控场景，典型的解决方案包括质量管理系统(QMS)、实验室管理系统(LIMS)、产品质创造价值创造价值13智能预警预测的设备管理在设备管理环节，典型的解决方案包括设备状态监测与运维管理、设备资产管理等，在医药、钢铁、14创造价值稳定的安全环保智能化管控在安全环保智能化管控场景中，典型的解决方案通常包括安全生产管控平台和工控安全防护平台两15创造价值节能优化的能耗智能管控意义在智能能耗管控场景中，制造企业建立相应管理制度和规范、安装智能计量仪表和污染物监测系统、应用能源管理系统（EMS）和环保管控平台等信息系统，实现能源与环保管控的精细化管16拥抱变革拥抱变革新一代信息技术的快速发展和制造业企业智能化转型的不断深入，促使智能制造系统解决方案要持续实践、迭代优化。智能制造系统解决件、网络的系统集成和深度融合，创造出满足新阶段、新需求的解决方案。本章节梳理工业控制系统、工业网络、工业AI、数字孪生等领域关集成融合创新的内在价值，为制造企业和供应商提供洞察建议。拥抱变革拥抱变革17随着新兴信息通信技术的广泛应用，智能制造正在进入一个能够动态响应系统状态、客户需求和供应链网络变化的全集成自主环境即智能制造的新时代。智能制造系统将在最少的人力参与下协同工作，以优化操作，实现更大的生产灵活性和产品可变性。智能制造热点技术领域采用情况调查和统计传感与控制传感与控制工业网络工控安全工业云和大数据工业AI数字孪生智慧供应链对重点联系供应商拥有的专利、软著等数量进行统计，发现知识产权数量与交易规模成正相关特点。在智能制造生产作业的应用场景中，供应商拥有的知识产权数量最多，达到87691项。整体来看，供应商在生产作业、质量管控、仓储配送等应用场景的创新意识和创新能力较高。（项）80000600000 8769118智能制造技术通过先进的传感、数据处理和决策技术，实现按需响应的自主制造操作、高效的研发生产及灵活的工作流程。智能制造技术仍然在不断高速演进，系统解决方案不断在新的领域变革突破，不断加速技术的工程化应用，不断加深技术的融合创新，夯实智能制造发展核心动力。拥抱变革拥抱变革19未来工业网络拓展解决方案应用边界未来工业网络拓展解决方案应用边界工业网络是智能制造技术的重要支撑，为应对数字化、智能化的更高要求，工业5G、TSN（时间敏感网络）、WI-FI6、光通信、以太网、过程控制接口标准等技术和规范不断涌现，工控系统在架构、可靠性、管理系统和信息安全等方面有了新的发展。将数据采集软件、工业控制、资产管理等系统的运营数据整合到企业数据某电子连接器制造企业通过设备OT数据采集与云端IT数据相结合，真实还原了制造现场，提升设备OEE水平；帮助制造现场看板快速协同工作、监控生产进度、实现绩效透明，打造建立开放、统一、基于标准和可互操作的工业物联网（IIoT）解决方案，用于在工业控制器与云之间实现确定性和实时的点对点通信，解决异构工控支持各种类型的智能工业设备，实现工业数据传输的低时延、高精度、高可靠，原先分布式的感知、执行与控制的解耦等功能可以集中到具有更强大计算能力的控制云中。同时，5G无线通信还解除了设拥抱变革拥抱变革20未来工业网络拓展解决方案应用边界工业网络是智能制造技术的重要支撑，为应对数字化、智能化的更高要求，工业5G、TSN（时间敏感网络）、WI-FI6、光通信、以太网、过程控制接口标准等技术和规范不断涌现，工控系统在架构、可靠性、管理系统和信息安全等方面有了新的发展。共识。随着高价值工控系统的连接日益紧密，解决安全和隐私风险就更为关键。安全技术将随着AI和5G技术的发展与融合，将赋予边缘设备更多的智能化，就如同八爪鱼一样，神经元的60%都集中在触角上，提高了数据处理系统的根据SARInsight&Consulting的最新AI/ML嵌入式芯片数据库，在2019-2024年期间，全球拥有边缘计算能力的AI设备的数量将以64.2%的年复合增长率增长。21面向更丰富应用场景的深度自动化随着智能制造技术逐步扩展到各个行业和各个环节，不断深入应用的各类智能制造系统解决方案结合自动化/智能化技术深度改造生产制造“人机料法环”系统，打造智能工厂，给制造企业打造更敏捷更强大的柔性制造能力，在降本增效的同时，满足产业链需求。更全面的流程自动化n机器人流程自动化技术充分与生产制造核心工艺装备等硬件技术相融合，共同完成难度功能更强的工业机器人n应用范围不断扩大，应用于更多行业更多场n工业机器人产品易用性与稳定性提升。n工业机器人与信息技术深入融合，多机器人n人机关系发生深刻改变，具有视觉和先进传感器工业机器人能够理解多种指令，加强人22面向更丰富应用场景的深度自动化随着智能制造技术逐步扩展到各个行业和各个环节，不断深入应用的各类智能制造系统解决方案结合自动化/智能化技术深度改造生产制造“人机料法环”系统，打造智能工厂，给制造企业打造分布式、具有充分的可互操作性和内在信息安全的方向发展。n扩大智能控制的应用范围，提高控制系统的可靠性和稳定性。应用案例1：宝信软件大型PLC解决方案：针对钢铁冶金行业，连轧机的高速控制需要，系统支持多达6个处理单元并行计算，单指令执行时间小于1纳秒，扫描周期低至200微秒；广泛支持主流工业现场总线和工业实时以太网协议，深度集成下一代标准接口OPC-UA，具有更好的兼容性和扩展应用案例2：浙江中控常减压装置先进控制DCS解决方案：根据常减压装置的运行特点和过程控制需求，克服系统内变量强耦合、非线性、大滞后、负荷变化、燃料气波动等因素的影响，实现对装置各工艺参数的平稳控制，在平稳控制的基础上通过工拥抱变革拥抱变革23感知技术革新，扩展解决方案可能性针对复杂工业生产过程中工艺精细、环境恶劣、机理复杂、数据量和数据类型庞大等特点，多源信息融合和协同感知所带来的的技术变革将集成大数据、物联网与人工智能等技术，实时感知分参数，并可以对实时工况感知数据进行智能识别，实现产品工艺、产量、质量、能耗、排放等目标与生产全流程各工序相关机理知识、经验知识和数据知识的协同关联、深度融合。应用案例1：决方案：开展铝合金变极性等离子弧焊穿孔行为动态在线监测，等离子弧的电信号,声音信号以及穿孔熔池的视觉特征信号等多源信息智能处理，实现穿孔等离子弧焊接过程稳定运行,适度拓宽工艺参数裕度，可广泛应用于航空航应用案例2：协同感知的复杂工业过程运行状态评价解决方案：基于工业过程静-动态特性协同感知,以及运行状态信息的深度提取，构建工业过程运行状态评价的统一框架，实现过程运行状态实时评价与演化趋势实时监测,有效减少误报、n柔性化生产作业：形成柔性化产线配置解决方案，实现多机器的协同、多工序的协n智能仓储的多机器人协同管理：各类仓储机器人（物流、堆垛、搬运等）提供分布式多机器人协同管理。n协作机器人感知融合化：机器人能够识别理解人类的多种指令和复杂周边环境，实现高效人机协作。拥抱变革拥抱变革24基于工业云的系统解决方案可以给制造企业带来哪些变革？工业云平台是新一代ICT技术与制造业深度融合的产物。工业云平台以数据为核心要素实现全面连接，构建起全要素、全产业链、全价值链融合的新制造体系和新产业生态，为企业智能制造转型工业云平台解决方案不断发展，为智能制造转型提供高效支持IT风险最小化数字化灵活便利业务效率最大化IT风险最小化数字化灵活便利业务效率最大化n数字基建部署和运nn数字基建部署和运nAI强化数据分析能力n边云结合IIOTn低代码/零代码n轻量化MES系统n基于区块链等技术n监管和风险管理的n边云混合数据保存 n其他 n其他 n其他我国石化工业大而不强、大而不优，主要存在产业布局不尽合理，较为分散；炼油装置开工率ProMACE石化智云智能工厂解决方案的应用为中国石化各个方面都带来了重要的改变：对生产数据的自动采集率达到95%以上，对重点环境排放点实现的镇海炼化的乙烯装置绩效进入全球第一群组，2015～2017年连续3年利润超过百亿；茂名石化2016年劳动生产率比2013年提升近一倍，2017年效益也首次突破百亿元；九江石化2015年起扭亏拥抱变革拥抱变革25基于工业云的系统解决方案可以给制造企业带来哪些变革？工业云平台是新一代ICT技术与制造业深度融合的产物。工业云平台以数据为核心要素实现全面连接，构建起全要素、全产业链、全价值链融合的新制造体系和新产业生态，为企业智能制造转型n预测性维护和预测性质量的机器学习算法。n物理文档数据处理的光学字符识别。n弹性存储和处理能力，用于流程建模、仿真、优化和其他需要高性能计算的算法。n危险检测的计算机视觉(例如，没有个人防n语音到文本应用(如日志)的自然语言处理。n用于资产状况监控的时间序列存储和分析n面向全要素、多类型的数据。实现数万级测点心云尽可能多的新技术能力、保障业务的敏捷拥抱变革拥抱变革26生产管理软件系统升级更新——从MES到MOM的演进MOM扩展了MES的应用边界，通过构建了制造管理的核心平台，将整体生产运营及制造过程地提升企业的整个制造管理体系。2016年2月，美国国家标准与技术研究院在发布的《智能制造系钢铁行业MOM解决方案：构建了扁平化制造运营管理系统MOM。以全局化的视角协同优化钢铁企业各冶炼生产单元内生产、质量、库存、物流、能源、设备及成本业务以及多基地生产单元之间的制造和物流协同，助力钢铁企n行业专精：MOM解决方案通过深耕行业和特定场景的知识经验积累，形成行业专精的MOM系统解决方n低代码和平台化：最大限度的降低制造企业对于系统维护及个性化开发定制的难度；MOM云平台和SaaS拥抱变革拥抱变革27精益数字化阶梯，助力解决方案高效落地精益数字化阶梯，助力解决方案高效落地精益管理是不可跨越的过程。充分结合精益理论的智能制造系统解决方案将更高效地落地。基于精益的管理系统解决方案关注要素：第一层次：基于全价值链的精益生产标准化与信息化供应链协同·库区库位·盘点管理·工序备料计划·成本结构分析·归集策略·过程质量控制构建企业数字平台，将标准化、信息化的精益生产数据进行汇总、清洗、存储与初步分析，实现数字集成管理，推动数据资产化、可视化建设。强化大数据分析、可视化技术在异常管理、任务管理、改善管理等模块化精益功能上的应用，提高管理者、员工、供应商、客户第三层次：精益运营系统化与智能化预算预算分析云端云端决策周期粒度现状周期粒度现状画像数据爬取AIAI运营可视可视指标差异差异分析基于精益咨询与模块化应用，结合精益数字化人才育成，实现流程、动作、制度等方面的精益标准化，并在重点业务环节逐步建立信息化、数据化应用场景，将生产运营过程的物理对象或行为对象转化为数字信息并实现标准第二层次：基于数字平台的精益管理数据化与可视化打造基于企业全产业链/供应链的系统化、智能化运拥抱变革拥抱变革28精益数字化阶梯，助力解决方案高效落地精益数字化阶梯，助力解决方案高效落地精益管理是不可跨越的过程。充分结合精益理论的智能制造系统解决方案将更高效地落地。在智能网联产品设计、柔性生产、智能检测、集采、全域流量整合等多领域正展开精益数字化的应用落地。运用自动化、准时化、信息化等多种精益方法减少冲压、焊装、涂装、总装等环节的各种浪费，并通过物联网、AI、大数据平台进行自动质检和智能排产，促进设备预测性维护，提升物流效率、安全和质量；促进ERP、MES、PLM、BPM、VMS等系统的数据集成，促进数据驱动业务发展，为用户提供全域触达、服务闭环的全周期数字化服务。引入单件流生产方式，采用节拍化拉式生产，对关键工序分装作业标准化，提高自动化水平；采用MES系统促进生产计划和生产业务协同管理，通过DNC/MDC系统实现设备联网与大数据采集应用，完成NC程序网络化传输和管理；采用WMS系统自动采集各环节作业数据，确保仓储数据的准确性、实时性，采用智物流系统建立拉动式物流网络，实现智能校料，精准配送，自动报工和透明化管理。结合排程管理建设标准化作业管理模式，夯实基础；通过智能设备、ERP、PDM、MRO等核心系统采集生产和管理数据，包括信息系统数据、车辆数据、生产设备及能源数据、环境数据等,形成数据采集池。建设以精益为基础的数字化制造平台，通过数据分析、整理和挖掘，结合生产过程中采集的实时数据，监控现场生产状态，推动生产方式由劳动密集向敏捷智能型转变。在信息化系统基础上，提升烧结、高炉、转炉等关键工艺数据的采集精度，强化对核心工艺的量化建模，增强工艺数据标准化。围绕订单设计系统、高级排程计划与质量管理系统等一体化集成，实现过程数据驱动的生产制造全流程管理，全面提升质量管理和生产效率。29工业数字孪生催生新型解决方案Gartner连续三年将数字孪生列为全球十大战略科技发展趋势，并认为数字孪生即将达到期望膨胀期顶峰，将在未来5年内产生破坏性创新。在制造业，数字孪生作为实现智能制造转型的重要抓手，已在产品设计制造、车间产线建设等领域有了较为深入的探索应用。工业数字孪生不仅可以改变产品全生命周期的管理流程、加强生产过程管控，还能够为高端制造业带来更多颠覆性革新，以全方位、立体、可视化、安全的信息对接，实现制造企业全推动计算芯片和图形芯片、存储和通信、消费端设备、工业软件等研发，构某汽车使用数字孪生技术和相关新概念建立了虚拟汽车工厂。公司根据虚拟工厂得出的建议，修改了30%工厂原始设计，以在装配过程中进行创新，这甚至缩短了从产品远程协作修复故障设备，配合协作机器人和机器视觉技术，可加快远程协同维修或对设n依托虚拟现实、区块链、去中心化等技术，促进数字孪生从单个智能场景向全流程智能化演进，n通过产业链上下游协同实现联合创新，推动开源框架和智能芯片等软硬件适配，构建安全可靠、拥抱变革拥抱变革30智能检测解决方案进入快速成长期我国智能检测装备产业中下游发展迅速，市场应用逐步扩大，产业经验得到累积。一方面，以消费电子、新能源汽车为代表的高端制造业产能正在向我国转移，新产品、材料、装备持续产生着检测需求；另一方面，制造业高质量发展要求通过机器视觉技术打通供应链上下游企业间质量信息制造业高质量发展对机器视觉检测装备不断提出新要求制造业高质量发展对机器视觉检测装备不断提出新要求，对于各行业测量、定位、识别、缺陷检测的精光谱共焦技术和光谱反射技术等新型三维成像技术，为三维云端智能计算将助力检测系统的数据传输效率、海量数人工智能、深度学习算法在图像分类、语义分割、目标检测、显著性检测等方面逐云边端视觉一体化平台方案：为所有连网设备提供了一个“汇聚点”，并用于收集和处理它们通过网络传递的数据，通过实现数据中心的大众化和彻底n缓解数据通量问题，解决采集图像实时传输问题，使设备有更多时间应急处理，同时通过无n通过融合多种视觉信息，可以突破单一视觉信息获取的局限性，在理想环境下利用静态和瞬间的视觉信息获取，达到认识复杂客观世界的拥抱变革拥抱变革