智能装备制造行业特点及面临的机遇挑战

2022-03-22 09:00:44 江苏省企业技术改造协会 143

1、行业特点

(1)上下游关联行业广泛

智能装备制造业的产业链上下游几乎关联了国民经济行业分类中生产投资类产品的大部分企业,产业链整体具有上下游产业关联度高、应用领域广泛、技术壁垒高及客户定制化的特点。如智能装备制造过程中需要的重要基础机械(制造装备的装备),主要涉及数控机床、柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统、工业机器人、大规模集成电路及电子制造设备等企业;需要的重要机械和电子基础组件,主要涉及液压、气动、轴承、密封、模具、刀具、低压电器、微电子和电力电子器件、仪器仪表及自动化控制系统等企业。智能装备制造业的产品应用领域覆盖众多国民经济行业,主要包括电源、锂电池、消费电子、通信、物流等。

智能装备制造业上下游关联行业广泛的特点,一方面要求行业内企业需持续关注产业链上国内外的技术发展趋势,掌握先进的设备研发设计技术,另一方面要求行业内企业充分熟悉下游各行业产品的生产加工工艺。这对行业内企业的资金能力、技术水平、行业经验及品牌的要求较高。

从智能装备制造业上下游紧密的关系度和技术进程看,智能装备制造业的发展水平对下游消费市场各细分领域制造业水平有直接引领和推动作用。同时,上游关键零部件和单元成品不断进步的技术水平促进智能装备制造业产品的更新迭代,间接推动下游消费市场各细分领域制造业水平的持续提升。未来,随着我国产业结构的转型升级和智能装备技术的演进,智能装备产品与产业链上下游企业的关联关系将更紧密。

(2)人才和技术密集

从智能装备制造产业链的构成看,该行业涉及智能装备(如微电子器件、仪器仪表、机器人、数控机床、服务机器人等自动化智能化组件或装备)、工业互联网(如机器视觉、传感器、RFID、工业以太网)及工业软件(如 ERP/MES/DCS)等软硬件技术,集成了智能感知、控制技术、人工智能、执行技术和数字化技术等多项先进技术,上述软硬件技术覆盖多学科知识、技术含量高、工艺精度高、组装调试过程复杂。

同时,不同企业在产品实际工艺路线上需解决的问题不尽相同,需智能装备研发和技术人员在理解下游客户工艺的基础上,根据企业的实际工艺制程情况,按需规划设计智能装备的功能、结构、精度等关键内容,实现自动上下料、搬运、码垛、检测、定位分拣、中转、组件安装、焊接、清洗、点胶、卷绕、叠片、抛光打磨、拧紧、喷涂、封装、智能排产、数据采集、信息追溯与交互等功能,实现精益与智能制造。系统应用方案需要多方协作与配合,对于企业自身的系统集成能力提出较高的要求,对研发人员的研发水平以及所在企业的技术实力等能力提出了较高的要求。所以,相比其他行业,智能装备制造业从装备的研发设计至装配调试环节均具有人才和技术密集的特点。

(3)资本密集

国外智能装备制造业起步较早,在自动化关键零部件和自动化单元成品的技术方面领先于国内,且自动化关键零部件和自动化单元成品的开放度较高,已成为智能装备制造行业经常使用的标准件,比如机器人、电机等。这使得国内智能装备制造业将主要精力聚焦于设备的集成化研发能力和配套能力,并形成相对竞争优势。

在开放度较高的关键零部件和单元成品的支持下,国内智能装备制造企业创业初期投资研发单台自动化设备时,人力成本、材料成本等投入对资金的要求并不高,但当积累一定的技术实力后,做客户整条产线、整个车间、整个工厂的智能化装备建设时,智能装备制造企业在厂房成本、设备成本、材料成本、研发成本、人力成本等方面需投入巨额资金。同时,智能装备制造企业为持续保持企业的竞争优势,会主动投入大量资金预研新技术、新产品,新技术、新产品需要一定周期才能产生收益,且存在研发失败的风险。因此,智能装备制造业在高速发展过程中具备一定的资金密集特征。

(4)定制化

智能装备制造业是新兴的、综合性强的制造产业,主要用于实现下游各细分领域产品在生产、仓储、物流等环节的自动化、智能化作业,但下游各细分领域产品的生产工艺、品类规格千差万别,即使同类产品在不同公司也常有不同的技术路线,且各公司生产、仓储、物流等现场场地空间也有差异,所以各环节所使用设备一般需定制化研发制造。

(5)工艺复杂,更新换代快

智能装备制造业在消费电子、新能源领域可能面临下游行业工艺复杂和更新换代快的特点。公司现有的客户主要集中于消费电子领域,该领域产品的终端客户苹果、华为等大多是国际顶级的消费电子品牌商,其产品以制造工艺难度大、精度要求高、设计领先性强等因素而著称,且下游品牌的各类消费电子产品每隔一段时期均需要进行更新、升级换代,在新产品中除了使用最新的芯片、软件等技术外,还会采用新的设计、工艺和物理特性,相应会对设备供应商提出新的技术迭代需求。此外,消费电子厂商每年的新产品发布会时间较为固定,产品发布前一段时间内对设备需求量巨大。设备的及时按需交付直接影响了消费电子厂商的产能爬坡,对于其全年销售计划的实现至关重要。因此,消费电子等行业的更新换代快等特点亦对上游设备供应商的研发设计、交付响应能力提出了较为严苛的需求,需要上游智能装备制造厂商及时跟上行业内新技术、新工艺和新产品的发展趋势,及时掌握新技术并开发出具有市场竞争力的新产品。

2、行业面临的机遇

(1)产业链上的技术进步推动智能装备的国产化替代效应

目前,智能制造装备的发展方向是高度智能化,即“工业 4.0”或“物联网”。“工业 4.0”是德国对发展本国工业提出的一项高科技战略计划,美国称之为“工业互联网”,中国称之为“中国制造 2025”。工业 4.0 是以信息物理融合系统技术(CPS,Cyber-Physical Systems)实现网络化为特征。在网络化为特征的工业 4.0时代,装备制造业简单的单个技术创新难以快速增强装备制造业的整体实力,而从完整的产业链角度去研发储备核心技术,将有利于显著增强国内装备制造业细分行业在产业链上的竞争优势,加速下游消费端制造业的转型升级。

装备制造业是制造业各细分行业发展的支撑性基础行业。经过 20 多年的发展,我国装备制造业研发的弧焊、点焊、码垛、装配、检测、注塑、冲压和喷涂等功能的自动化设备已应用于各消费端制造业。但在关键零部件伺服电机、精密减速机、机器人控制器等核心技术方面,与发达国家相比仍存在一定差距,在高端装备制造业尤其是智能装备制造领域常需采购价格更高的进口设备。2015 年我国推出制造强国战略第一个十年的行动纲领《中国制造 2025》以来,在各项产业政策的支持下,伺服电机、减速机、机器人控制器等核心技术领域,正在缩减与国外企业的差距,国内企业和科研机构等单位对形成完整产业链的核心技术进行集中突破,取得了明显进步。

未来,随着国内智能装备制造业产业链上各环节核心技术的持续突破及成熟应用,将有助于国内各细分领域的装备制造企业形成完整产业链上的技术优势,以及更高的性价比、更省心的售后维护优势,将进一步增强国产智能装备与国外品牌在国内市场的竞争优势,国内装备制造企业面临的发展机遇愈明显,进口设备的国产替代效应将越来越明显。

(2)我国人口红利逐渐消失,制造业对自动化、智能化的需求逐渐增强

2010 年以前,我国快速增长的劳动人口和较低的人力成本带来的人口红利,有效促进了我国制造业的快速发展。但近年来我国劳动力人口出现负增长,占总人口比例下降。根据国家统计局数据显示,从 2010 年至 2019 年我国 15-64 岁的劳动人口占总人口的比例持续不断下降,2019 年我国 15-64 岁的劳动人口占总人口的比例仅为 70.7%,相比 2010 年下降了 3.8 个百分点。从目前数据来看,中国劳动力数量下降将是一个长期的趋势,未来将面临劳动力短缺的状况。

在我国劳动人口数量持续下滑的同时,我国城镇就业人员的平均工资却在逐年增长,从 2010 年到 2019 年我国城镇就业人员的平均工资增长 2.47 倍,人力成本不断上升,平均年复合增长率为 10.60%。未来在城镇最低工资水平的带动下,制造业的用工成本将持续增加,进一步影响制造业的利润空间。

随着人口红利逐渐消失,用工成本的增加,国内越来越多的制造业开始导入自动化设备、自动化生产线,实现少人化作业。未来,随着工业自动化技术成熟度的逐渐提升,制造业对自动化、智能化装备的需求将越来越旺盛。

(3)手机组装领域的自动化程度有较大的提升空间

手机组装的生产制程包括前工序、组装、测试和后道包装等环节。在前工序的壳料、塑胶料、金属料等的处理,以及后道包装方面,国内已有较为成熟的自动化解决方案;而组装和测试环节因为涉及焊接、摆线、合壳、清洁显示屏、贴镜片、测试检测,以及辅料的上料和贴合等工艺,则占据产业链绝大部分劳动力流向。目前,手机厂商在实现整机组装自动化,从而降低人工成本、满足加工工艺精度、提高组装良率和产能方面存在着较大需求。

然而,由于手机产品的更新换代快、生产批量小而品种丰富、原材料领料方式多样等方面的特性,当前手机自动化组装的实现依然承受着现实制约。首先,单型号手机产品生命周期短、更新换代快(一般六个月到一年)、小批量多批次的生产特性导致产品功能的频繁革新,这就要求生产设备既能适应复杂工艺,又能够具备较高柔性以兼容不同代际的工艺需求。其次,较短的产品生命周期对投资回报期提出苛刻要求,而传统的非标自动化设备由于需要跟随产品进行迭代,会产生较高报废或修改成本,一般需要 3 年的成本回收期。再次,原材料来料方式多样,生产设备需兼容编带来料、卷装来料、散料、片状来料、托盘来料、震动盘来料等多种来料方式。

基于上述,手机组装的标准化和自动化存在一定的技术难度,限制了自动化程度。与此同时,手机组装工序的复杂多变、研发周期长以及研发经费高等因素使得大部分设备厂商对该类设备的研发望而却步。因此,若设备生产厂商能够开发出高性价比的柔性设备,满足小批量多批次的生产特点,在产品更新换代和原材料来料方式改变的情况下,只需要更换设备的少部分部件,即可满足新情况下的自动化生产需求,相应设备将有着广阔的市场空间。

此外,消费电子行业的技术创新、3C 融合等发展趋势,使未来消费电子产品的小型化、智能化、零部件精密度高的特征愈发明显,手工作业将难满足其生产制程需求,这给自动化、智能化装备制造业的发展创造了进一步的市场空间。

(4)国内以整线集成为主营业务的知名公司必将快速壮大

装备制造业是制造业的“脊梁”,国内装备制造业的先进性直接影响我国制造企业面临国际市场的竞争力。我国制造业正处于劳动密集型、粗放型向技术密集型、集约型转变进程中,制造企业导入自动化生产模式时,对自动化装备的需求也在逐渐发生变化,逐渐从单台自动化设备需求发展为多工序自动化集成设备、整线自动化集成生产线的需求,甚至是整厂自动化集成“无人工厂”的需求。

但因国内装备制造业起步晚、产业链上游核心技术缺乏等原因,目前国内装备制造行业内具备整线集成、整厂自动化能力的知名企业还较少,从消费电子领域公司的主营业务看,上市公司中仅先导智能、赢合科技具备较明显的整线集成能力,其中先导智能所在细分领域为薄膜电容器设备、太阳能光伏自动化生产配套设备、锂电池设备三大类;赢合科技主要聚焦于锂离子电池生产线上前段工序的主要设备,如涂布机、分条机、制片机、卷绕机、模切机、叠片机六大类设备,并通过外购部分设备形成智能生产线整线方案。

(5)智能装备行业具备长期发展的动力

据国家统计局数据显示,2020 年中国工业增加值是 31.31 万亿元,占全国GDP 值的 30.81%,是我国经济增长的重要支撑力量。制造业如此庞大的市场规模,在适龄劳动力数量减少、劳动力成本持续上升、工业自动化技术逐渐进步和我国产业结构转型调整等因素影响下,必然增加消费端制造业对装备制造业的订单需求。

同时,在科技创新、集约化、绿色环保等理念的引导下,传统装备制造业正向高端装备制造业发展。智能装备产业作为高端装备产业的细分产业之一,在制造业庞大的市场规模和国家产业政策的支持下,将具备长期发展的动力。2017 年科技部发布《“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划》,指出“十三五”期间,先进制造领域重点从“系统集成、智能装备、制造基础和先进制造科技创新示范工程”四个层面开展,加速推动制造业由大变强的转型升级和跨越发展。

从微观上看,我国处于从制造大国向制造强国的转变时期,制造企业对产品品质的要求不断提高,对智能制造装备升级换代的需求将更强劲。消费锂电池、动力锂电池等下游产品的形态及性能不断变化,生产技术、制造工艺不断更新迭代,促使智能制造装备不断进行升级换代。许多旧的生产设备不能满足生产需求,在未达到更新年限的情况下也会被淘汰,拉动智能制造装备需求增长。

据工信部信息显示,中国是全球消费电子产品最大的生产国、出口国和消费国,2018 年,中国手机产量占到全球总产量的 90%以上,稳居全球首位。预计在未来一定时期内,中国仍是消费电子产品最大的市场,这将有助于国内消费电子制造业巩固现有的规模效应,为消费电子行业的智能装备制造商提供了广阔的市场空间。

3、行业发展挑战

(1)行业竞争日趋激烈

与国外工业发达国家如德国、美国、日本相比,我国工业化进程仅三十年时间,自动化装备制造行业发展相对缓慢。国外工业发达国家由于工业化起步较早,核心技术方面已形成明显的竞争优势,在高端装备产业链上游技术环节和装备制造环节的优势更为突出。随着国际品牌厂商在我国本土化制造规模和服务水平的提升,国内自动化装备制造企业将面临着国外企业的冲击,中高端市场的竞争将更加激烈。再加上越来越多的国产品牌厂商开始进入装备制造业,低端市场的竞争逐渐激烈,低端产品产能过剩的市场形势迫使部分稍有技术实力的装备制造企业也逐渐聚焦中高端装备技术和产品,国内装备制造业的竞争将日趋激烈。

(2)企业规模有待扩大

我国装备制造企业数量众多,但主要以中小企业为主,技术积累时间较短,优势企业数量较少,整体竞争力较弱,真正能为下游客户提供从研发设计、生产装备到售后服务整套自动化集成解决方案的企业较少。少数实力较强的企业,通过技术突破、融资渠道等方法初步解决了发展问题,成为行业内优秀的上市公司,在国内市场已能面对国际大企业的直接竞争,但受限于产业链上游的技术先进性,跨入国际市场竞争的企业仍很少见。在发展过程中,更多厂商最终沦为仅提供简单加工服务或低端装备设计组装服务的边缘企业。

(3)高端技术研发人才短缺

技术研发人员是本行业发展的重要基础,高端技术研发人才的缺乏已经成为制约行业发展的重要瓶颈。一方面,由于我国工业自动化行业的起步时间较晚、发展时间较短,使得高端人才相对缺乏;另一方面,近几年,行业的广阔市场前景吸引了大批其他领域的企业转型到本行业,大批企业的加入加剧了对本行业高端技术人才的争夺。企业在发展过程中,虽持续致力于研发设计人才的积累和培养,但同样也面临着竞争对手在对标项目上挖掘本企业研发设计人才的风险。

(4)柔性化和标准化的挑战

如上所述,智能装备制造业在消费电子、新能源领域可能面临下游行业工艺复杂和更新换代快的特点,下游品牌的各类消费电子产品每隔一段时期均需要进行更新、升级换代,在新产品中除了使用最新的芯片、软件等技术外,还会采用新的设计、工艺和物理特性,相应的就会对设备供应商提出新的技术迭代需求。与此同时,下游厂商需要花费新的成本去投资新的生产线,若技术更新较快可能导致原有的自动化产线无法收回投资成本。因此,智能装备制造企业需要设计研发出柔性化和标准化的自动化设备,当下游厂商的工艺和技术发生改变时,只需少量的设备改造成本即可满足产线更新换代的需求。


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