世界智能制造装备产业发展动态

2020-04-05 09:45:39 caoyu 19

图片关键词

图片关键词



世界智能制造装备产业发展动态


智能制造装备是具有预测、感知、分析、推理、决策、控制功能的各类制造装备的统称,是在装备数控化基础上提出的一种更先进、更能提高生产效率和制造精度的装备类型。智能制造装备产业是与智能制造装备的研发、生产及应用等环节相关联的产业。基于智能制造装备在高端装备的核心地位,智能制造装备产业已成为当今工业发达国家的主要竞争领域。

由于智能制造装备产业涉及的领域很宽泛,本章着重分析智能制造装备重点行业如工业机器人、3D打印设备、数控机床和微机电系统(MEMS)传感器的发展动向。

一、世界智能制造装备产业总体发展态势

(一)汽车制造业、电子/电气工业遇冷导致全球工业机器人销量增长放缓

全球工业机器人经历近年的快速增长,2018年销量出现增长放缓现象。据国际机器人联合会(FR)发布的数据显示,2018年全球工业机器人销量为38.4万台,和2017年相比增幅仅为1%。一直以来,汽车制造业和电子/电气工业都是全球T业机器人销量最大的两大行业,2018年全球汽车销量下降3%,电子/电气工业销量减缓,直接导致工业机器人销量增长放缓。

(二)3D打印和MEMS传感器市场规模稳步增长

近年来,全球3D打印市场保持快速增长态势。据美国专注增材制造技术咨询服务公司沃勒斯(Wohlles Associates)发布的2019年度报告显示,2018年全球3D打印市场规模约为96.8亿美元,2013-2018年复合年均增长率达26.1%,预计到2020年有望达到158亿美元。受益于物联网的发展,近年全球MENS传感器市场规模一直保持着稳步增长。据Yole Developpement和前瞻产业研究院研究数据,全球MENS传感器市场规模从2015年的118.5亿美元增长至2017年的138.3亿美元,2018年市场规模约为149亿美元,至2021年,全球MENS传感器市场规模有望达到396.9亿美元左右。

(三)中国机床生产和消费受中美贸易战影响出现负增长

2018年世界机床产值和消费呈现同步增长趋势。据Gardner Illigne发布的2018世界机床产业调查报告(2018 World Machine Tool Surve)数据,2018年世界机床消费额和产值分别为919亿美元和946亿美元,较2017年增长4.6%和14.5%。中国自2002年以来一直为全球机床消费之冠,虽然2018年中国机床消费和生产仍然保持全球第一的位置,但受中美贸易战影响,2018年中国机床消费和生产较2017年均有下降,降幅分别为5.9%和6.5%。中国因此成为2018年为数不多的机床生产和消费负增长国家之一。

(四)3D打印推动制造业供应链转型升级

目前,3D打印应用的热潮正席卷全球。在很多行业都能看到3D打印的身影,例如制造业中用3D打印的飞机和汽车零部件,在整形美容中使用的3D结构模型,这无疑不在证明3D打印已向各行各业悄然渗透。在整个供应链当中,从生产制造到物流仓储,3D打印都在越来越多被认可、接纳并得到应用。已经有不少世界知名的汽车品牌在自身的供应链当中,运用3D打印技术加快新品的研发和生产,更加积极应对市场需求的变化。3D打印尚无法和传统批量生产的供应链所带来的规模经济效益相比,但伴随着时间的推进,3D打印技术正变得更加强大和可靠,在供应链当中发挥不可或缺的作用,将深刻地推动供应链的转型升级。

二、重点行业领域发展动态

(一)工业机器人

1.2018年全球工业机器人销量增速放缓

据国际机器人联合会(IFR)2019年4月发布的数据显示,2018年全球工业机器人销量创下新纪录,相比2017年全球工业机器人大爆发的一年(增幅30%),2018年销量为38.4万台,这个新纪录仅在2017年的基础上上涨1%(图1)。

图片关键词

1 2008-2018年世界工业机器人销量

资料来源:国际机器人联合会(IFR)

2.汽车制造业、电子/电气行业遇冷是工业机器人销量放缓的主要原因

尽管汽车制造业、电子/电气工业仍是2018年全球工业机器人销量最大的两大行业,但两者较2017年均有所下降,导致2018年全球工业机器人销量放缓。据国际机器人联合会数据显示,2018年汽车制造业、电子/电气工业的工业机器人销量分别为11.6万台、11.3万台,比2017年分别下降6%、8%(图2)。2018年全球汽车销量下降3%,其中,中国汽车销量出现28年来首次下滑,降幅6%,导致汽车制造业的工业机器人销量下降。2018年全球电脑、通信和消费性电子(3C)行业的销量减缓,各家手机厂商忙于为5C应用研发新型产品;2018年自动化企业获得的手机生产订单较往年有明显下降,加上全球智能手机销量下降5%,导致电子/电气工业的工业机器人销量下降。IFR报告称,除了汽车制造业、电子/电气工业,包括食品饮料、制药、塑料和金属等行业在内的其他制造业工业机器人出现两位数增长。

图片关键词

2 2019-2018年制造业各行业对工业机器人需求量

资料来源:国际机器人联合会(IFR)

3.亚太地区工业机器人销量微幅下降,欧美地区星增长态势

2018年亚太地区工业机器人销量微幅下降,欧美地区星增长态势(图3).其中,亚太地区仍是全球工业机器人的最大市场,2018年销量约为26万台,比2017年下降1%;欧洲地区工业机器人销量约为7.1万台,比上年增长7%;美洲地区工业机器人销量达4.9万台,增幅为6%。值得-提的是,2018年美国工业机器人销量比2017年增长15%,销量创下近3.8万台的新高峰(图4)。

图片关键词

3 2016-2018年世界主要地区工业机器人销量

资料来源;国际机器人联合会(IFR)

图片关键词

4 2008-2018年美国工业机器人销量

资料来源;国际机器人联合会(IFR)

4.全球工业机器人销量主要集中于中日美韩德五国

虽然2018年中国工业机器人销量为13.32万台,比2017年下降3.5%,但仍然是全球最大的市场,遥遥领先于世界其他国家和地区;排名第2至第5位的国家分别是:日本、美国、韩国和德国,销量分别为5.24万台、3.81万台、3.76万台和2.79万台。2018年以上五国工业机器人销量之和约占全球的75.3%。2018年工业机器人销量排名第六至第十位的国家/地区分别是中国台湾地区(1.13万台)、意大利(0.83万台)、法国(0.56万台)、墨西哥(0.55万台)和西班牙(0.53万台)(图5)。

图片关键词

5 2018年世界主要国家和地区工业机器人销量

资料来源;国际机器人联合会(IFR)

5.协作机器人开启机器人应用新篇查

协作机器人也称人机协作机器人,与传统工业机器人必明用安全保护栏与人隔离不同,它可以和人在共同工作空间中合作、互动,共同完成工作。相比于笨重、危险且仅适用于大型环境“围起来”的传统工业机器人,协作机器人的优势很多,包括安全,可移动、灵话、节省空间、安装部著和编程都很简单,让非专业人员能快速掌握并使用。由于全球劳动力成本的上升,对协作机器人的需求日益增加。未来随着人工智能技术的发展,成本下降,以及传统机器人巨头的涉足,将使协作机器人快速进展。

(1)协作机器人助力柔性制造。随着用户个性化需求不断增长,多品种、小批量的柔性化生产方式日首重要。协作机器人轻便灵话,适用于复杂多样的生产环境,并且使用简单快捷,通过拖动示教在几分钟内即能完成一段抓取程序的设置,能够快速调整生产任务,在短时间切换到不同生产线的生产流程。基于以上突出特点,协作机器人可提供生产方式更灵活、生产周期更短、量产速度更快的解决方案,顺应了柔性化制造的新趋势。尽管当前协作机器人仅占工业机器人市场的很小部分,随着生产线柔性化升级的持续加速,未来制造业对于协作机器人的需求将会越来越大。据美国市场调研公司Tanspreney Market Resereh预测,到2024年底,全球协作机器人产业规模将达950亿美元,实现30%复合年均增长。

(2)智能化技术助推协作机器人应用场景不断扩大。人工智能、高端传感技术与仿生技术增强了协作机器人的工作灵活性与环境适应性,机器视觉可实现协作机器人对工作空间内物品更智能化的定位,高精度的传感器增强了协作机器人对工作空间的主动感知能力,仿生技术则强化了机械臂抓取端的灵敏性。多种技术的融合应用有效提高了协作机器人进行拾取、放置、包装码垛、质量检测等操作的准确度,可为汽车零部件生产、3C电子制造、金属机械加工等传统工业制造提供高效解决方案,并可应用于科研实验辅助操作、医院药物分拣与配送、物流货物挑拣等工作环节,辅助人类的工作与生活。

(3)国内外企业巨头加大协作机器人研制力度。为了满足电子消费品行业对柔性和灵活制造的需求,2014年9月,全球工业机器人巨头ABB在全球范围内推出人机协作机器人YuMi(YuMi在英文中是“你和我”协同工作的简称),双臂灵巧,并以软性材料包裹,具有视觉和触党功能,同时配备创新的力传感技术,从而保障了人类同事的安全。继YuMi之后,包括发那科、库卡等另外几家巨头纷纷推出协作机器人,目前全球范围已经形成30多家协作机器人厂商,超过90种机器人型号。

近年来,国内企业加快协作机器人领域布局,产品大量涌现,新松、邀博、达明、大族、珞石、越疆等机器人厂商陆续推出各自的产品,并在负载重量,重复定位精度,易用性等多方面接近国外先进水平。新桥机器人的GCR20-1100协作机器人具有大负载特点,有效负载可达到20千克,并可实现简易拖动示教,通过记录轨迹进行任务编程。邀博机器人的AUBO i35/5/7/10机器人的核心技术实现完全自主研发,重复定位精度能够达到+0.05毫米。达明机器人的TM系列协作机器人内建智能视觉系统,通过对操作位置定位,克服重复运转的小范围位移问题。

(二)3D打印设备

1.3D打印市场规模稳步向上

近年来,全球3D打印市场持续保持快速增长态势。据美国专注添加制造技术咨询服务公司沃勒斯(Wohlers Associates)发布的2019年度报告显示,2018年全球3D打印市场规模约为96.8亿美元,2013-2018年复合年均增长率达26.1%,预计到2020年有望达到158亿美元。沃勒斯公司预计,2022年市场规模将攀升至239亿美元,到2024年将达到356亿美元(图6)。2016年全球有能力自主“研发与生产”3D打印机的企业共计有97家;2017年共计有135家;到2018年已增加至177家。

图片关键词

6 2010-2024年全球3D打印产业市场规模

说明:2019-2024年为预测值

资料来源:WoblersAssociates,上海科学技术情报研究所(ISTIS)分析整理

2.金属3D打印已成为研发应用热点

金属3D打印是3D打印技术潜力发展方向之一,也是全球先进制造的重要方向。近两年,借助金属3D打印所能制造的产品种类日益多样,国内外厂商加快在金属3D打印方面的布局速度。2018年11月,德国机床制造商TRUMPF宣布其TruPrint 5000 3D打印机能够打印高碳钢或钛合金,其新型绿色激光脉冲产品可以打印纯铜和其他贵金属。除此之外,3D Systems公司、Optomee公司、Aream AB、Sandvik AB等3D打印服务提供商在金属3D打印技术研发和产品制造方面投入大量精力。

据新思界产业研究中心发布的《2019--2023年金属3D打印行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,2018年全球金属3D打印市场规模为35亿元,相关应用市场主要集中在航空航天和国防领域,民用市场以医疗、教育、工业部件、建筑等产业对金属3D打印需求较多。目前,全球金属3D打印市场主要集中在北美、欧洲、亚太等地区,其中,以北美地区为主导,3D打印技术水平领先,产业化水平较高,占全球市场份额的30%以上。金属3D打印重点企业包括美国3DE0公司、3D Systems公司、Stratasys公司、Airwolf 3D公司、Desktop Metal公司、Markforged公司、Seiaky公司,瑞典Aream AB公司,德国EOS公司,英国Renishaw公司等(表1)。

1 世界金属3D打印主要企业业务概况

公司名称

业务概况

3DEO

专注于降低金属3D打印的单件成本,主要使用不锈钢粉,正在开发镍合金、钴铬合金等金属粉末

3D Systems

生产一系列直接金属打印(DMP)3D打印机,公司ProX DMP系列3D打印机,涵盖入门级到全面的工厂解决方案

Stratasys

航空航天、汽车、医疗、消费品和教育等行业的应用型增材技术解决方案的大型全球企业

Desktop Metal

致力于创建既适用于大规模生产,也适用于办公环境的金属3D打印系统

Markforged

提供基于原子扩散增材制造(ADAM)技术的3D打印机

Sciaky

是电子束增材制造(EBAM)和电子束焊接技术的全球领导者

Arcam AB

提供从医疗植入物到航空航天一系列针对特定行业需求的打印机

EOS

提供一系列金属打印机,包括入门级产品EOS M100。同时为其金属打印机提供材料,包括铝、钴铬合金、马氏体时效钢、镍合金、不锈钢和钛

Renishaw

RenAM 500M打印机是一种激光粉末床融合添加剂制造系统,直接针对工厂车间的金属打印应用

资料来源:上海科学技术情报研究生(ISTIS)分析整理

3.3D打印设备与产业融合应用发展日渐广泛

3D打印蓬勃发展,可应用的场景相当多样,在成衣、传统汽车、飞机航天、建筑、机器人等产业都已经有一定的应用成果。

(1)成衣领坡。耐克于2012年利用3D打印技术为美国徽桃球球员设计鞋款"Vapor Laser”,采用一体成型的技术,有效提升球员移动效率;2018年,New Balance首次亮相其为运动员设计的跑鞋,可利用3D打印技术进行客制化,完全贴合脚型。

(2)传统汽车领城。2014年,瑞典超级跑车生产商科尼赛克利用3D打印技术生产零部件,用于其车款ne:1.该生产商同时拥有专属的零部件3D打印生产线:美国工程公司Kor Ealoeice和3D打印机生产商Statays共同制造的车款Utee则是世界第一辆使用3D列印技术打印出车身和车窗的汽车。

(3)飞机航天领城。由于飞机不但制造周期长且耗材多,通过3D打印技术,能够有效提升材料利用率并缩短制造耗时。2015年,空中巴士公司宣布其机种A350 XwB有超过1000个零部件是通过3D打印制造。目前运用3D打印在其制造流程当中的代表企业包含空中巴士、波音、宝马等。

(4)建筑领域。3D打印技术在建筑领域主要用于模型的搭建。之前展示用的建筑模型多为手工制作,制作费时且不易达成客户心理预期。通过3D打印可完整呈现设计图,并有效降低制作时间。美国南加州大学已经开发出可直接打印出房子的技术。

(5)机器人领域。类人形机器人由于零部件复杂,多以人工进行组装,在量产上仍有挑战。通过3D打印可以有效解决组装问题,使得类人形机器人实现量产计划。目前全球已有企业开发出可以3D打印技术制造的类人形机器人,例如日本东京大学JSK实验室已研制数代人形机器人。最新的机器人结构大量采用3D打印技术,利用工程塑料、铝合金等材质模拟人类的骨骼和肌肉。

4.3D打印推动制造业供应链转型升级

目前,3D打印应用热潮正席卷全球。在很多行业都看到3D打印的身影,例如制造业中用3D打印的飞机和汽车零部件。在整形美容中使用的3D结构模盟。这进一步证明30打已向各行各业悄然渗透。在整个供应链当中,从生产制造到物流仓储,3D打印都在越来越多被认可、接纳并得到应用。已经有不少世界知名汽车品牌(例如宝马、通用、奔驰等)在自身的供应链当中运用3D打印技术加快新品的研发和生产,更加积极应对市场需求的变化。虽然,3D打印无法和传统批量生产的供应链所带来的规模经济效益相比,但是,伴随着时间的推进,3D打印技术正变得更加强大和可靠,其在供应链中发挥的优势包括以下几方面。

(1)规避外包生产所带来的负面影响。在传统供应链模式下,企业往往需要从外部供应商购买原材料,然后在工厂中进行大批量的生产,再通过仓储和分销网络配送到客户手中。因此,企业大量的资金都用于厂房建设、设备购买及人员配置,导致整个供应链变得复杂。出于经济方面考量,数十年来,企业一直将供应链外包给采用传统制造方法的公司。国际货运成本逐年增加、贸易关税争端加剧,国际物流的风险和成本不断上升,以及企业与多家供应商、独立承包商进行谈判所需的时间,以及不同时区间的沟通问题、语言差异等因素,使得外包工作变得更加复杂。外包供应链比以往任何时候都变得更加分散,使其开始失去往日的优势。3D打印所带来的端到端流程是一种成熟的生产模式,也是3D打印的一个关键优势。通过3D打印技术,企业可以通过简单和专业的操作软件,将原本外包的供应链实现自我生产。比如,企业可以通过内部的3D打印设备制作原型甚至小批量生产,避免由于原型制作生产的外包而带来的知识产权泄露的风险。

(2)通过简化供应链节省时间和金钱。3D打印的投资回报率通常较高,不仅简化供应链还能在其他许多方面节约成本。如:

运输成本。从海外运输备件或低周转率零件产生的物流费用非常高,3D打印可以帮助解决这一问题。只要安装一台3D打印机,即可按需生产零件。有研究表明,此举可以帮助企业最多节省85%的运输成本。

仓储。过剩库存和低周转率零件占据大量仓储空间。相关研究表明,通过减少成品的库存量,企业可节省17%的成本。DHL发布的报告显示,3D打印备件可以占到一家普通公司的未使用或过剩库存的20%以上。许多汽车制造商需要为自己生产的每一辆汽车储备7-10年的备件。凭借3D打印的优势,工厂通过可实现按需生产,不需要提前准备库存。

提高利润率。根据美国劳工统计局的公开数据和制造业经济数据估计,美国制造业的运行成本为4258.341美元/分钟,利润率仅为22.480美元/分钟。因此,如果3D打印能缩短生产的时间,哪怕是一分钟、一小时、一周或一个月,那么它都能对大型行业产生积极影响。虽然利用3D打印技术在企业内部生产单个原型零件似乎并不能大量节省成本,但是,对那些大型制造厂而言,时间或金钱的节省效应将会得到迅速叠加。

减少材料浪费。3D打印以分层的方式生产零件,与数控加工等减材制造方式不同,增材制造只有在需要的时候才产生耗材。3D打印按制造商提供的准确规格并根据需要生产零件或工具,因此能减少浪费。减少人力需求。对于美国企业而言,海外的人工成本比美国本土工人成本要低。因此,许多制造商会将劳务外包,但如果使用3D打印,可以减少企业对劳务外包的依赖。得益于3D打印机的运行时间和可靠性已经有所提升,而且由网络启动的机器可通过直观的打印机管理软件进行控制,一名经过培训的工人通过3D打印就可以在工作站操控小型备件实现生产。

(3)充分利用3D打印产品独特性能。3D打印为小批量制造带来显著优势一打破几何形状的限制。注塑等传统生产手段遵循“面向制造的设计原则,限制了产品形状。面3D打印可以通过生成设计模式,更高效地设计出不规则的几何形状,从而改善产品的结构性能、节省材料、缩短设计到制造的周期。

(4)通过零件的按需生产实现差异化。像颠覆出租车行业的“优步”和领覆酒店行业的“爱彼迎”一样,3D打印可以不断强化消费者对供应链的影响。在数字化为“需求经济”提供动力的大环境下,3D打印和互联制造之间将产生完美的协同效应。零件的按需生产有助于制造个性化水平更高的成品或“准成品”(例如带有个性化打印配件的服装、带有定制化设计的手机壳、为工人制造采用人体工程学设计的工具)。对于传统供应链来说,3D打印按需生产的特性能够保障产品的供应。从根本上来说,3D打印机可以代替“即时”库存,虚拟仓库已成为一种现实,它可通过数字方式向最近的3D打印机发送3D模型文件。

(三)数控机床

1.世界机床产值和消费同步增长

2018年世界机床产值和消费呈现同步增长趋势。据Gardner Ieligence发布的2018世界机床产业湖在报告(2018 World Machine Tool Suney),2018年世界机床消费额约为919亿美元,较2017年机床消费总额增加近41亿美元(增幅为4.6%)(图7);2018年世界机床产值约为946亿美元,较2017年增长4.5%。

图片关键词

7 1997-2018年世界机床消费情况

资料来源:Gardner Intelligence

2.2018年主要国家和地区机床消费和生产呈现增长态势

2018年全球机床主要消费国家和地区分别为中国大陆、美国、德国、日本、意大利、韩国、印度、墨西哥、中国台湾、俄罗斯、加拿大、巴西、法国、越南和泰国。就2018年机床消费前15个国家和地区看(表2),有12个国家和地区的消费总额较2017年有增加。其中又以意大利、印度与泰国的消费增长表现较为亮眼,分别有22%-26%的增长幅度。以印度为例,由于印度总理莫迪提出的经济改革发展策略“印度制造(Make In India,MII)”,政策目标订定于2025年印度的制造业产值将占国内生产总值比重达25%,现今再加上贸易战让原先在中国制造供应链有了移转的可能性,种种因素都将加速印度制造业发展的脚步,让印度被视为机床市场新蓝海。

受中美贸易战影响,2018年中国机床消费约为288亿美元,较2017年减少5.9%。在机床市场消费少数呈负增长的除中国之外,韩国与墨西哥分别减少3.6%及7.6%,两国市场的消费递减与美中贸易依赖程度也有所关联。就墨西哥来说,过去在北美自由贸易协议(NAFTA)之下,墨西哥被设定成美国的边境工厂,墨西哥制造业快速地成长,顺势带动机床消费不断攀升,自从美国特朗普总统上任后,美墨之间的盟友关系就变得紧张且复杂,由于美国加征关税的“枪口”同样对准墨西哥,如美国总统特朗普宣布于2019年6月10日起,对所有在墨西哥输人美国的商品加征5%关税,且关税逐步增加至25%,直至墨西哥解决非法移民的问题止,这将对墨西哥制造业造成重大冲击,势必影响墨西哥对机床消费的需求。

2 2018年全球机床消费前15位国家和地区

排名

国家和地区

机床消费(亿美元)

1

中国大陆

228.4

2

美国

95.8

3

德国

81.1

4

日本

65.4

5

意大利

52.2

6

韩国

39.4

7

印度

28.8

8

墨西哥

22.7

9

中国台湾

21.0

10

俄罗斯

18.1

11

加拿大

15.2

12

巴西

14.4

13

法国

14.3

14

越南

13.0

15

泰国

12.9 

资料来源:Gardner Publication,Inc.

2018年全球机床主要生产国家和地区分别为中国大陆、德国、日本、意大利、美国、韩国、中国台湾、瑞士、印度、西班牙、奥地利、巴西、法国、新加坡和英国(表3)。在十五大市场中仅2个市场的产值呈负增长。2018年中国机床产值如同机床消费状况,较2017年衰退6.5%,减少16亿美元。2018年机床主要生产国仍以印度表现最为亮眼,出口增长达33.5%,遥遥领先其他主要生产国家。中国台湾在全球机床产值排名第7位,整体表现则是相对平稳,2018年机床产值为47亿美元,较2017年增长7.1%。

3 2018年全球机床产值前15位国家和地区

排名

国家和地区

机床产值(亿美元)

1

中国大陆

234.6

2

德国

149.9

3

日本

147.6

4

意大利

72.3

5

美国

62.2

6

韩国

52.9

7

中国台湾

47.0

8

瑞士

38.5

9

印度

13.7

10

西班牙

13.5

11

奥地利

12.4

12

巴西

10.9

13

法国

8.9

14

新加坡

7.4

15

英国

7.3 

资料来源:Gardner Publication,Inc.

3.全球机床生产和消费呈现高集聚状态

全球机床生产和消费呈现高度集聚状态。就机床消费排名前十五大市场的消费金额加总,占整体消费市场比重达85%。排名新五大机床消费国的市场比重更是高达64%。同样,机床产值排名前十五大市场的生产金额加总,占整体机床生产市场比高达93%.,在排名前五大的机床生产国的市场比重更高达70%以上,机床主要生产国比主要消费市场更为集中。

4.受中美贸易战影响,中国机床消费和生产双双下降

虽然2018年中国机床消费和生产仍然保持全球第1位的位置,但是,受中美贸易战影响,2018年中国机床消费和生产较2017年双双下降,中国成为为数不多的机床生产和消费负增长国家之一。从Gardner统计资料发现,中国自2002年以来直为机床消费之冠,2009年开始平均消费金额比重达35%以上,直至2018年受到贸易战影响,中国机床消费占市场比重滑落至31.4%,机床消费总额约288亿美元,较2017年消费需求减少5.9%。2018年中国机床产值如同机床消费状况,较2017年衰退6.5%,减少16亿美元。此外,中国机床产值占整体市场占有率滑落至25%以下,这是自2008年以来首次出现的状况。

5. 美国机床消费占全球机床消费市场占有率创近10年新高

中国机床消费市场比重的减少,代表着其他国家的消费市场比重将有所变化,如美、德、日、意排名前5位的消费市场率皆有所增加。据Gardher调查报告数据,以美国而言,2018年美国机床消费占全球市场比重为10.4%,达到近10年来消费占比高点。美国自2001年制造业外包与移转后,机床的消费逐年递减,直至奥巴马总统上任后,通过更新产业打破房地产业泡沫产生的景气萧条,由制造业拉动就业供给,大力推行“再工业化“和“制造业回流”后,使得机床消费逐步回稳。

6.德日两国在机床出口方面优势明显

2018年全球机床出口值近516亿美元,较2017年出口增长9.5%。全球前十大机床出口国家和地区依次为德国、日本、中国大陆、意大利、中国台湾、瑞士、美国、韩国、比利时与西班牙(表4)。德国出口总额约103.7亿美元,较2017年增长6.2%,主要机种出口增长排序分别为磨床(23%),电火花、激光、超声波加工机床(12%)及车床(11%)等,出口值占生产比重约70%。日本出口总额为92.3亿美元,较2017年增长10%,主要机种出口增长排序分别为车床(20%)与电火花、激光、超声波加工机床(12%)等,出口值占生产比重近63%。中国台湾机床出口总额约36亿美元,较2017年增长5.3%,主要机种出口增长排序分别为磨床(16%)与综合加工机(14%)等。

4 2018年全球机床出口前15位国家和地区

排名

国家和地区

机床出口(亿美元)

1

德国

103.7

2

日本

92.3

3

中国大陆

40.8

4

意大利

38.7

5

中国台湾

36.0

6

瑞士

33.6

7

美国

29.4

8

韩国

26.1

9

比利时

14.7

10

西班牙

11.5

11

奥地利

9.2

12

荷兰

9.1

13

捷克

8.2

14

英国

6.7

15

法国

6.6 

资料来源:Gardner Publication,Inc.

7.中美两国机床进口额遥遥领先

2018年机床主要进口国家排名分别为中国、美国、德国、墨西哥、意大利、印度、比利时、越南、俄罗斯、韩国等(表5).各机床主要进口国的成长与其消费多呈现正相关。中国进口总额为946亿美元,较2017年增长58%,主要机种进口增长排序分别为电火花、激光、超声波加工机床(35%),磨床(24%)及车床(18%)等,进口值占消费比重约32.8%。美国进口总额为63亿美元,较2017年增长14.6%,主要机种进口增长排序分别为电火花、激光、超声波加工机床(22%),车床(22%)及综合加工机(21%)等,进口值占消费比重为65.8%。德国进口总额为35亿美元,较2017年增长14.2%,进口值占消费比重43.1%。

5 2018年全球机床进口前15位国家和地区

排名

国家和地区

机床进口(亿美元)

1

中国大陆

94.6

2

美国

63.0

3

德国

35.0

4

墨西哥

22.5

5

意大利

18.6

6

印度

16.8

7

比利时

14.1

8

越南

13.0

9

俄罗斯

12.7

10

韩国

12.7

11

法国

12.1

12

加拿大

11.3

13

泰国

11.6

14

日本

10.0

15

中国台湾

10.0 

资料来源:Gardner Publication,Inc.

(四)MEMS传感器

1.MEMS传感器发展前景看好

近几年,全球MEMS传感器的市场规模保持稳步增长。根据Yole  Developpement和前瞻产业研究院研究数据,全球MEMS传感器市场规模从2015年的118.5亿美元增长至2017年的138.3亿美元,3年来复合年均增长率达到8.03%,2018年市场规模约为149亿美元。至2021年,受益于物联网的发展,MEMS传感器将迎来爆发式增长,市场规模将会达到396.9亿美元左右(图8)。

图片关键词

8 2015-2021年全球MEMS传感器市场规模及预测

说明:2018年为估计值,2019-2021年为预测值

资料来源:Yole Developpement,前瞻产业研究院

另据IC Insights发布的报告数据,全球MEMS传感器市场规模由2016年的52亿美元增长2018年的68亿美元(图9),2018年MEMS传感器的出货量约达到111亿颗,比上年增长11%。尽管ICInsights与Yole Developpement的市场规模由于统计口径不一致造成较大差异,但总体而言,MEMS传感器发展前景看好。

图片关键词

9 2016-2018年全球MEMS传感器市场规模及其增速

说明:2018年为估计值

资料来源:IC Insights

2.汽车和消费是MEMS传感器的主要应用领域,环境类MEMS和红外线传感器增速最快

从细分领城来看,2018年MEMS传感器主要应用领城为汽车(42.42亿美元)和消费市场(76.41亿美元),分别占比29.6%和50.2%(图10);从2015-2020年复合年均复合增速来看,环境类MEMS(30%)、红外线传感器(29%)、射频MEMS(21%)、其他(19%)、振荡器(16%)、微流体(13%6)、辐射热测量计(13%)、惯性组合(10%)为增长较多的细分领城,增速均在两位数以上。

图片关键词

10 2015-2020年全球MEMS传感器细分领域市场规模情况

说明:2018年为估计值,2019-2020年为预测值

资料来源:Yole Developpement,前瞻产业研究院

3.MEMS传感器行业格局相对稳定,市场集中度较高

在MEMS传感器应用领域不断扩张、市场需求快速增长的同时,越来越多的厂商开始进人MEMS传感器领域。然而,MEMS传感器的研发难度及其制造工艺的复杂性形成了一定的行业壁垒,小供应商很难在校短时间内实现大批量生产制造,排名靠前的大供应商市场份额相对稳定,总体来看,MEMS传感器行业格局相对稳定,市场集中度较高。

根据Yole Devolpemenm数据,2018年全球前十大MEMNS供应商营业收人约占全球市场份额的61%左右。博通(Bradcom)仍然是2018年全球MEMS行业领导者,MEMS传感器营业收入达到15.1亿美元,约占全球市场份额13%。博世(Boch)凭借在消费类和汽车市场的强势地位,其MENS传感器营业收入为14.05亿美元,约占全球市场份额的12.1%,排名第二位。排名第三位至第十位的MEMS厂商分别是:意法半导体(7.76亿美元;6.7%)、德州仪器(6.12亿美元;5.3%)、Qorvo(6.1亿美元;5.2%)、惠普(5.16亿美元;4.4%)、恩智浦(4.53亿美元;3.9%)、楼氏电子(4.5亿美元;3.9%)、TDK(3.81亿美元;3.3%)和松下(3.38亿美元;2.9%)。而2018年全球前30名MEMS供应商营业收人之和(103亿美元)占全球市场的份额更是高达90%。

4.MEMS传感器产业向亚太地区转移,但美、日、德依旧为领先国家

近年来,亚太地区(含日本)受到智能手机、平板电脑、可穿戴产品等市场需求持续增长,且全球电子整机产业不断向中国转移等因素影响,增长速度较快,2017年MENS市场占比达到468%,反超美国、欧洲等区域(图11)。

图片关键词

11 2017年全球MEMS传感器行业各地区市场占比情况

资料来源:Yole Developpement,前瞻产业研究院.

纵观全球MEMS传感器市场,美国、日本和德国作为全球MEMS产业、技术和产品的发达国家,其行业发展水平依旧世界领先。2018年全球前十大MEMS供应商几乎全部是美、日、德企业,中国无一家企业上榜;2018年全球前30名MEMS供应商,中国仅有歌尔股份(排名第11位)和瑞声科技(排名第23位)两家企业上榜。

以美国为例,经过长期的发展,美国已发展为集官、产、学研、金融等为体的较为完整的化产业体系,共用来进行MENS产品生产的品国尺基本与集成电路阿步、至现大口轻化、暂能化与人体神经元和大脑信息互通互联,与芯片、计算机软件、数据采集和处理技术等多位一体化发展的趋势。同时,应用领域不断向军事,医疗、生物伤生学航空献天等领域全方位快速渗透和发展。目前,美国主要的MENS传感器公司有德州仪器(TI)核拟器件(ADI).飞思卡尔、楼氏电子(Knovle)、Si Time.惠普、IMT、Sliean Mrncnur(SMI)、GE lfatntre Sumin等。大部分半导体制造公司同时具有MEMS生产加工的业务。

5.MEMS传感器为物联网时代赋能

MEMS具有非常广阔的应用前景,特别是进人物联网时代,MEMS能够满足物联网应用对传感器和执行器的要求。首先,MEMS的尺寸完全满足物联网应用的微型化要求。其次,MEMS技术与互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的兼容性,使之很容易满足物联网对传感器和执行器的智能化要求。采用相同的工艺线,可以同时完成CMOS集成电路和MEMS器件的制造,实现两者的异质集成。异质集成可以通过在同颗芯片上完成两者的制造和相互连接,也可以在不同的晶圆上制造,再通过2.5D或3D封装集成到同个系统。第3个优势是MEMS在能量损耗上的优势。物联网应用在功耗方面的要求比其他应用环境要严苛得多。MEMS的感知和执行方式使它成为能耗较低的器件,最可能成为满足物联网功耗要求的技术。在物联网技术需求的驱动下,各种各样的MEMNS传感器和执行器在可穿戴系统、虚拟现实产品、智能家居、智能手机、智能制造、智能驾驶、智能工厂、智慧物流、智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领城广泛应用。产品包括各种运动传感器和执行器、气敏/湿敏/光敏传感器、红外成像传感器等。仅应用于智能手机中的MEMS器件产品已经有十几种,包括9轴惯任传感器、MENS麦克风、RFMENS气压计温湿度传感器、几体传感器自动对集执行器、光学等。未来还可能引人能量收集器红外成像传感路窦外付感路越声设传感器等。









025-8320 9516
电话咨询
邮件咨询
在线地图