中国制造业数字化转型,智慧化系统建设大纲

日期:2022-08-30 11:22:07 / 人气:93888

背景-供需市场均需转型升级

工业革命和制造业全球转移在推动需求端升级生产制造能力的 同时,也推动供给端市场服务能力升级和创新,全球皆如此:

政策规划因地制宜,转型目标不断深化;

目前,世界主要国家/组织的制造业转型存在两种政策规划:1)“单点式”打法,以美国、德国、日本等工业大国为代表, 强调国家自身技术发展和数字建设的重要性,对制造业数字化转型也提出了更高要求;2)以欧盟、东盟为代表的“抱团式”打法,强调数字合作和技术共享,对于那些非数字经济大拿的普通国家,更具借鉴意义。但无论何种政策趋势下,世界主要经济体均对数字化建设,尤其是制造业的数字化转型展现了野心,且随着时间推移,转型目标的提出越发详细、具化。在未来的5-10年内,制造业转型仍然是全球性质的重要议题。

建模+仿真起家,从研发数字化过渡到一体式平台化解决方案

法国达索系统是全球领先的工业软件制造企业,也是研发设计领域的龙头。达索系统脱胎于法国达索航空,于1981年成立, 成立之初专注于飞机的研发和制造软件工具,产品为CATIA。此后,自研与收购并进,通过收购整合CAD/CAE/PLM等领 域厂商,主攻建模+仿真,同时形成了以3DEXPERIENCE平台为核心的多元化工业软件解决方案,通过协同自家产品矩阵, 为航空、汽车、机械、电子等11个行业提供软件服务及技术支持。

-德国西门子数字化布局,主打工业软件领域,重点布局研发设计和生产控制

西门子是全球领先的工业技术企业。2005年起,西门子不断通过收购、整合和自我消化,强化自身在软件行业的布局。 2007年,成立了西门子PLM软件事业部,在产品生命周期管理(PLM)以及一些计算机辅助设计(CAD/CAM/CAE)上投入研发;2016年推出MindSphere工业云平台;2018年发布“公司愿景2020+”对公司架构进行调整。在收购了ORSI、 UGS、Camstar等工软企业后,西门子逐渐从MES过渡到数字工厂再过渡到工业云和大数据领域,形成了包含三种类型、十二条产品线的数字化布局,基本覆盖了数字化生产从产品设计—生产—服务的全链条。

日本发那科数字化布局,主打机器人业务,自研+外购构成数字化技术底层

发那科是全球市占率第一的工业机器人企业,一直保持着20%-40%的高增速。其起步于数控系统,于1974年开始生产伺 服电机,并生产首台工业机器人,1977年成立发那科美国公司,开启工业机器人出口。发那科主要布局在工业自动化、机 器人和智能机器三大业务。其中工业自动化业务包括NC(数控)、伺服电机和激光,这些技术也应用于机器人和智能机 器业务;机器人业务包括工业机器人、协作机器人和特种机器人;智能机器业务包括机器人钻机、电动注塑机机床等。控 制器、伺服电机、减速器是机器人的主要零部件,发那科在控制器、伺服电机方面具有一定自研基础,从研发投入占比也 可以看出,高于“四大家族”的其他企业;而减速器则需从纳博和哈默纳科等公司外购,但也具有一定的成本规模效应。

工业互联网、工业4.0、中国制造2025&两化融合本质都是新 一代信息技术在制造业中的深度应用,并引导其走向智能制造

制造业困境1-潜在劳动力不足

制造业潜在劳动力市场适龄人口持续减少的现象或将维持10 年以上,制造业企业亟需转型缓解未来劳动力不足的窘境。

截至2021年,中国的劳动力市场呈现特点如下:

1)4次婴儿潮成为劳动力市场的重要补给。第一次婴儿潮的全部劳动力 与第二次婴儿潮的绝大部分劳动力几乎已经退出就业市场。第三次婴儿潮就业时处于互联网飞速发展的阶段,就业市场非 常活跃、就业选择多,制造业就业市场被严重分流。第四次婴儿潮整体呈现周期短、峰值小的特点,且尚未进入就业阶段。

2)2000年,65岁及以上的人口占比达7%,此后便一直上涨,在2021年达到14.2%,中国进入老年社会。

3)从2012年 开始,中国制造业的潜在劳动力适龄人口数量变化(即潜在新增劳动力人口数与退出劳动力市场人口数之差)为负数,持 续到2021年底,制造业潜在劳动力市场平均每年减少700万左右的适龄人口,并且制造业潜在劳动力市场的适龄人口持续减少 减少的现象或将维持10年以上,其影响可能是行业潜在劳动力不足,制造业企业在工作环境、待遇等方面都需要更进一步。

制造业困境2-产业转移与回流

面临产业向成本更低的国家转移和向发达国家回流的双重夹 击,亟需通过降本增效、提升制造水平留住制造业

目前产业向成本更低的国家(如越南)转移。以纺织品和服装为例:据世界银行公布的数据,目前中国的纺织品和服装占 制造业的比重基本维持在10%,但越南则呈明显上升趋势,2019年,越南纺织品和服装占制造业的比重高达16%。

结合 历史上前4次制造业转移的两个主要特点(向成本更低的国家或地区转移、从技术相对低端的行业逐步渗透至相对高端的 行业)来看,制造业迁移的苗头已经显现,国内制造业需降低成本以挽留相对低端的制造业。 发达国家纷纷出台政策引导制造业回流并转型升级,如美国和德国。美国政府出台相关政策表示要“重返制造业”,同时, 还强调要在技术、供应链等方面发力,确保美国占据先进制造业的领导地位。德国在2019年就提出《国家工业战略 2030》,并在次年将工业4.0升级为全国战略,旨在保就业的同时,要在全球范围内维护德国工业的技术主权、保持德国 工业在欧洲和全球竞争中的领先地位、转型升级为智能制造。故提升制造水平与服务水平是我国应对高端制造业回流的有效措施。

制造业困境3-产业结构失衡

制造业整体偏向资源导向型,计算机通信相关代工属性明显, 亟需通过技术应用引导我国制造业走向高端化、服务化。

据国家统计局发布的数据,矿物相关、工业机械、石化相关是2020年不同类别规模以上制造业企业数的TOP3,其占比总 和达48%,其中矿物相关占比最高,占比为21.3%,中国的制造业整体偏向资源导向型。 对比2020年中美营收TOP100的制造业上市企业数据,中国制造业企业更为集中,“矿物相关(26%)”“计算机、通信 和电子设备制造业(20%)”“汽车相关(13%)”是TOP3大类,占比之和达59%。值得注意的是,“计算机、通信和 电子设备制造业”中,以代工为主的企业占比30%,这也侧面说明中国的制造业缺少核心技术。反观美国,其产业结构更 为分散,“石化相关”“医药制造业”“计算机、通信和电子设备制造业”是TOP3大类,占比之和为48%。

制造业困境4-企业数量多,但名企少

制造业企业数384万家,规模以上占比不足10%,企业利润低,制造业企业亟需降本增收以提升企业影响力

据国家统计局公布的数据,2020年,我国共有384万余家制造业企业,其中规模以上制造业的企业数为37.3万家,占比仅 为9.7%,我国制造业整体呈现出“数量多但规模不大”的现状。 对比2020年中国和美国营收TOP100制造业上市企业数据,美国制造业企业净利率超过10%的企业有37家,是中国的3.1 倍。整体来看,美国制造业企业在营收总额、净利润等方面更具优势。通过将2020年中国和美国营收TOP100制造业上市 企业与2020年《财富》发布的世界500强名单对比发现,美国有34家世界500强制造业上市企业,而中国只有22家,美国 的制造业企业知名品牌更多。综上,国内制造业企业当前发展需重点考虑如何降本增收、如何提升企业影响力。

制造业困境5-核心技术匮乏

我国隐形冠军数仅92项,与世界第一的德国相差1215个,制 造企业亟需提升单项实力弥补差距

据统计,2019年全球隐形冠军数2758个,其中德国1307个,占47.4%,而中国仅92个,与德国相差1215个,我国核心技 术严重匮乏。为此,我国通过培育单项冠军产品及示范企业以应对核心技术缺口大的问题。截止2021年年底,拥有单项冠 军产品数最多的TOP3省份分别是浙江、江苏、山东,这与当地较为发达的制造业息息相关。


基础建设与技术深入工业场景应用并行

欠发达技术加速追赶,相对成熟技术探索创新性与深入应用

关于技术,主要有3点:1)芯片/传感器:基本为国外垄断,目前我国处于政府激励、国产不断研发追赶的阶段,但预估 历时将非常久。2)云计算、AI、大数据、5G等:我国基础建设比较完善,目前处于深入探索应用、重视安全与创新的阶 段。3)工业软件、工业硬件:整体看,核心技术由国外掌控,且国外龙头企业在中国份额高,国内企业主要有深入自研、 拓展创新应用两种打法切入赛道。但我国的优势主要体现在令出必行、基建铺设完善、创新应用强劲等方面。

软件相关市场持续受资本市场支持

生产控制类和AI检测类软件逆势上涨,细分落地市场受欢迎

从全年角度,对比2020年和2021年,制造业投融资市场迎来次数和金额双增长,其中,在投融资事件数上增长46.5%, 在投融资金额上增长31.9%,综合解决方案厂商是2021年的一个热点。 从半年角度,2022年上半年对比2021年上半年投资热度有所下降,其主因可能是疫情持续导致资本市场变的更加谨慎。 但从细分市场来看,软件相关领域的投融资依旧呈现上升态势,其主要拉动力来自于生产控制类软件和AI检测类软件。

企业、学校、政府均有采购需求

主体不同,采购偏向不同,企业偏硬件生产设备、学校偏实训设备、政府偏咨询服务,整体以硬件采购为主

从统计的830起招投标事件看,企业是最强需求方,占比约90.2%,公布的招投标项目中,平均采购金额为746万元。 就采购目的与采购内容而言,整体以硬件设备采购为主,占比近八成。其中:1)企业以生产制造为目的,以硬件生产设 备为主;2)学校以教育培训为目的,以采购实训设备为主;3)政府以数字化的事前规划和事后的结果评估为目的,以采 购设计、咨询等服务为主。同时,就交付时间而言,若是采购软硬件及物料,交付时间多集中在30-90天;若是设计、咨 询、诊断服务则执行时间长,多以1-3年为主,长的可能达5年,执行周期及成本均会拉大。

大部分制造业企业已涉猎信息技术

企业在无形中已经对数字化有一定认知,具备转型基础

大部分制造业企业目前在供应链、生产管理、数据分析等模块上或多或少均已经有一定较为成功的软件应用实践,即现阶 段企业在数字化转型工具方面并非完全的小白,已经具备了一定的数字化转型认知,并且已经积累了大量生产经营过程的 数据。如何盘活并应用内部已经沉淀的大量数据资产、如何覆盖更多的场景以收集更多的数据优化企业运营是制造业企业 需要重点关注的两方面,也是企业下一步关注的重点。

制造业数字化转型的产业链情况

基础层提供底层支撑;设备与软件层提供现场生产与管理工 具;平台层主要进行数据资产管理、分析与调用

基础层:重资产赛道,垄断性强

以综合类和垂直头部厂商为主,市场议价能力高

基础层厂商主要为上层企业提供底层支撑服务。基础层各细分赛道分别具有以下特征:

1)电信运营商具有高度垄断的特点 点,分成合作是他们与其他企业的主要合作模式。

2)网络基础设施及服务器服务商、云服务商是重资产、重运营的赛道, 除了为需求端输出存储、计算、网络等服务外,通常还会推出工业互联网平台服务,如阿里云的supET、华为的 FusionPlant、浪潮的云洲等。

3)工业网络服务商中,国外厂商具有先发优势,技术成熟品牌地位高,目前国内厂商在政 在引导及市场环境优化作用下,其优势逐步显现。4)大数据、AI相关服务则是技术密集型赛道,虽然在工业生产、检测 等场景中的应用仍处于探索积累阶段,但在排产、物流等场景中,数据化程度高,应用较为成熟。5)工业安全领域中, 主要有云服务厂商和各类垂直场景的云安全厂商两大类,如何针对复杂场景、庞杂标准构建全面的安全解决方案是其主要 能力体现。

硬件层:机器人强垄断,XR想象空间大

工业机器人是主流赛道,“四大家族”占据市场主导;XR是 新兴赛道,格局未成,未来应用场景想象空间大。

工业机器人作为硬件的主要赛道,市场一直被瑞士ABB、日本安川、发那科和KUKA “四大家族”占据,四者市占率合计 约超过40%。从2021年前三季度营收累计值看,ABB的营收独占鳌头,主要系业务广泛所致;发那科、安川、KUKA处于 同一梯队,但发那科营收增长率达最高。国内企业除了KUKA外,埃斯顿机器人的营收和市值虽然距离四大家族企业有些 许差距,但其近年通过不断收购,已形成完整产业链,零件自给率较高,营收和市值增长明显。

软件层:研发类、生产控制类重技术

与国外相比,研发和生产类软件差距大,管理和BI类差距小; 国内外企业投入的研发费用占比相差不大,但金额相差大。

整体看,软件层呈高端软件少,低端软件多的特点。具体来看:1)针对技术门槛高的领域,无论是实际营收还是市场期 望,国内外企业差距非常大;由于研发投入高、周期长,国内参与者寡 。2)针对技术门槛相对低的领域:国外企业具有 先发优势,品牌渗透高;国内企业参与者众多,部分企业在国内市场已经有一定影响力,并且SaaS化、云化趋势明显。

应用层:强调数据的应用价值

主要围绕产-销-供场景服务,以数据报表/看板为主,降本增 效是主要目的,目前简便化、轻量化是趋势

转型价值1-仿真模拟助力降低试错成本

生产系统的建模与仿真助力企业在产品、工艺、产线等方面 研发与验证工作高效、低成本的推进

企业经过数字化改造后,为产品及工艺设计环节带来的直接价值就是降低试错成本和周期。具体而言,通过传感器等器件 收集并沉淀产线相关数据,通过生产系统建模与仿真后,可对产品、工艺、产线进行仿真模拟,进而确认关键的产品参数、 工艺参数、产线参数等。与此同时,通过输入场外数据,还能不断优化产品、工艺、产线,提升企业研发及生产效率、产品质量。

转型价值2-生产顺序改变,C2M成可能

生产方式变更带动生产环节重构,生产敏捷性提升,生产有 望实现从大批量标准化生产走向大批量的个性化生产

企业经过数字化改造后,企业从研发设计到销售服务全流程实现数字化。各环节数字化落地及打通后,对生产制造环节的 直接好处主要有四方面:1)生产方式变更带动生产敏捷性、柔性更强,反馈更加灵活有效;2)交货周期缩短,成品的库 存成本降低;3)C2M的模式成为可能;4)上下游联动性变强,优化生产排期。

转型价值3-采销打通,生产能力升级

数字化促进企业上下游信息协同性提升、需求匹配度升高, 企业内生产及销售的积极性提升,其生产及服务能力放大

企业从研发设计到销售服务全流程实现数字化是数字化转型升级的直接结果。其中,各环节数字化落地及打通后,对采购、 销售环节的直接好处主要有四方面:1)通过数字化提升信息互通的及时性、供应商的可管理性、销售目标的可预测性、 采购时间节点的可控性等方面,进而达成企业采销平衡;2)“消费者需要什么-企业生产什么-卖什么”的买方市场将得 以建立,并且有望满足买方市场需求;3)数字化将促进企业上下游供需协调性、企业员工积极性、生产敏捷性等方面的 提升,企业的生产能力上限有望提升。

市场数字化转型产品业务环节覆盖情况

软件类产品基本覆盖制造流程全生命周期,硬件类产品随着 XR设备的应用,覆盖场景有望拓展

从业务环节来看,产品销售、服务及运维、财务管理等场景的覆盖更全面,可选产品类型也更多。这既与营销、仓储物流 管理易见效、易买单有关,更与技术实现难度相对低有关。目前随着软硬件的深入应用,产品生产环节的细分场景也逐步 被覆盖,其中,软件以MES、AI检测软件等为代表,硬件以XR为代表,向上可拓展至工艺设计及验证,向下可拓展至远 程运维。

从需求到交付的流程梳理 目前以央国企、大型民企为主,发起部门主要是业务部门和 IT部门,需求金额集中在100-500万之间,项目周期历时整 体约4-18个月,具有金额高、历时久的特点

转型难点1:供需信息不对称

需求阶段:企业难以精确定位并传递转型需求,供应商难以 直观给出效果,也难以体现差异化,双方信息不对称,方案 选择困难。

转型难点2:“人”的冲突

部门间配合接洽存难点,技术基础和“尚方宝剑”成关键

一般来说,制造业数字化转型由供应商同企业内部的管理层、发起部门(IT部门/业务部门/数字化部门)和其他协同部门 进行联动。其中管理层负责战略确定和项目落地的决策权,发起部门的职责是辅助落地、辅助培训、运营维护及信息传递, 承担的是“领头人”和“信使”的角色;而协同部门承担的是“体验官”的角色。在此联动过程中,理想的路径是管理层 下发足够话语权给发起部门(“尚方宝剑”),发起部门能充分了解业务部门核心需求,且现有信息化水平能够支持后续 运维等。但从发起到执行,从战略确定到实施落地,路径的各个环节都可能涉及到“人”的冲突:包括管理层不放权、IT 部门业务经验缺乏、业务部门技术能力的不足,以及企业内各部门间需求的难梳理、难对接、难统一等问题。

转型难点3:“钱-效-全”难兼顾

需求变、急求成、急见效等因素造成供需双方存在长时间、 多轮次的拉锯,甚至会引爆成为重要矛盾

企业进行数字化转型的心态往往有以下几类:1)对于刚需性不强的企业,面对转型的不确定性,企业希望投入最少的成 本来试错,后期如果有效就再逐步铺设。2)对于刚需性强的企业,往往以单个或多个模块化展开,此时涉及资金基本上 以百万量级算,执行周期至少3个月起,具有费用高、周期长的特点。在这种背景下,发起人往往面临着“需求变更、怎 么还没有完成、怎么还没有明显效果、怎么跟领导交代、钱花的值不值”等多种“拷问”,伴随而来的就会出现供需双方 就“需求vs成本vs时间、时间vs成果vs效果、成本vs效果”等多种问题进行拉锯,这种内在、重复的阻力造成转型难。

转型难点4:生产相关数据采集应用难

老旧设备采集难、数据协议多难统一匹配、模型开发难等是 制造业企业数据采集管理的主要难点

生产相关数据主要流转路径是:数据感知/采集-数据集成(包含传输与接入)-数据治理-数据存储与应用几个阶段。难点 主要存在于前3个阶段:1)数据采集阶段:需要优先思考采集什么数据有用,然后就是针对老旧设备数据采集改造是否可 行。2)数据集成阶段:存在不同采集途径、同一采集途径不同采集工具、同一类型工具不同厂商其数据协议不同的问题, 数据互联互通难。3)数据治理阶段:生产相关数据的高实时性、强关联性对模型开发及应用要求高。

转型难点5:人&机、机&机之间融合难

应用数字化的思想贯穿工作与管理方能实现数字化转型价值

数字化转型不是目的,其主要目的是通过挖掘企业数据价值赋能企业管理、运营、产品和服务,进而实现降本增效、拓展 新的商业模式等目标。因此,企业数字化转型后的使用及持续更新非常重要。对于使用,有2点需要注意:1)应用广度: 是否自上而下的推动数字化的工作理念与工作方式?2)数字化深度:是否更大程度促进IT和OT的融合,并挖掘其价值?

制造业企业转型建议

在各个环节的各个参与要素上需自省、外查并行,戒骄戒躁

数字化转型不能是企业管理层拍脑袋的决策。由于其具有涉及内容复杂、成本高、周期长等特点,故必须从各个环节的各 个参与要素上进行全面把控。从需求发起,到响应,再到实施和交付,从参与对象,到实施方法,再到数据收集与应用, 企业都需做到自省+外查双线并行:对内,企业需要充分了解需求自身能力与诉求、明确转型目的和目标、协调分工、人 才培养、最终落实并应用数字化的理念工作;对外,企业需要认知市场、了解产品/服务、有效需求对称及沟通、长期监督,并适当调整考核节奏及期望。

供给端:集成商推行个性化打法(1/2)

基于品牌和渠道,多依托生态合作伙伴进行数字化转型服务整体来看,不同集成商的先天优势不同,但打法相近,即主要依托生态合作伙伴建设进行企业数字化转型服务。但各家生 态合作伙伴策略有所差异:1)阿里更多是希望生态合作伙伴融于自身产品,对外服务较重;2)腾讯则偏向轻量化服务, 将部分交付工作转接给生态合作伙伴;3)华为、美的则较为相似,重点是填补技术盲点、提升技术整体能力。

供给端:垂直服务商走向平台化(2/2)

多以平台化服务模式为中间态,最终多数会进化为集成商,整体来看,硬件和软件的垂直厂商在经过一定的客户口碑、行业经验的积累后,会逐步走向以生态合作为主的平台化服务 模式,最终企业可能会发展为集成商。以平台化服务模式过渡主要有两方面好处:其一,可在产品、技术等方面提升厂商 的服务能力,可服务的客户类别、客户领域、客户需求等范围会变广;其二,积累足够的客户与服务经验后,企业的渠道 体系雏形,为企业演变为集成商做准备。目前来看,垂直硬件厂商主要有工控硬件、工业机器人两大类;垂直软件厂商主 要是赛道内头部、领先企业、行业新兴的新锐企业这三类。

需求端:数字化转型具有持续性(1/3)

数字化与智能化将长期共存,互相促进,企业转型是长期任务 来源:艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。 企业进行数字化转型时,遵循的路径大致是:对前期积累的数据资源进行挖掘,实现数据资产的价值-优化和加速业务改 进-业务创新、应用新的智能设备将产生并积累更多的数据,如此往复。因此,企业数字化转型并不是终点,而是一项需 要持续关注市场需求变化、技术进步并持续投入的任务。虽然,从历史进程看,制造业发展阶段演进速度急剧增加,但当 前,AI、5G、IoT在工业的应用尚处于摸索阶段,数字化和智能化将长期共存。

需求端:推进方式要适合自身(2/3)

战略先行是前提,员工、业务、产品和客户是数字化建设重点; 推进方式需适合企业现状和未来发展诉求,忌大而全

技术端:信息技术叠加推动工厂智能化

信息技术深入应用的叠加,推动工厂走向系统自洽与决策智能

技术的发展为制造业的升级带来更多的可能性。随着信息技术的深入应用,智能工厂将逐步成为现实,具体表现在工厂系 统整体实现自洽、工厂决策实现智能两方面。其中不同技术对智能工厂的促进作用表现为:5G促使工厂整体可连接设备增 加、延时降低;IoT、XR等设备一方面可增强工厂监控覆盖面,另一方面可有效实现互联互通,促使IT与OT的融合;云计 算和AI 则共同推动工厂积累的数据的高效分析与利用,达成整个工厂的“智能”。以上也说明:1)转型升级是多种技术 叠加的效果,因为技术都是相辅相成的,单一技术的应用作用有限;2)需求方企业本身无需过渡追求某一单一的技术来 实现转型,也不存在一技万能的技术助力企业实现转型。

作者:北京app开发


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