工业互联网:通往先进制造之门(附报告)

工业互联网:通往先进制造之门

报告目录:

1. 核心观点

1.1 新冠疫情将深刻影响全球制造业格局

1.2 新基建担负着补短板、促转型的历史使命

1.3 制造业转型升级是时代的呼唤

1.4 工业互联网是新基建各个领域之间的纽带

2. 工业互联网:软件定义制造的关键

3. 工业软件:下一个国产化重点领域

3.1 自主工业软件任重道远

3.2 关注具有行业整合能力的潜在龙头

4. 硬件支撑:工控核心产品、工业机器人、 智能机床

4.1 工控核心产品

4.2 工业机器人

4.3 智能机床

4.4 建议布局自主工业软件、智能装备制造

4.5 风险提示

报告要点

新基建担负着补短板、 促转型的历史使命传统基建稳需求、注重补短板,新基建关注新兴产业、谋未来发展。 我们认为, 以 5G 网络、云计算、工业互联网为代表的数字化网络和智能化产业应用将是新基建的核心内容。在 2020 年特殊的经济形势下,新基建肩负着稳定经济增长的作用,但对于新基建的实质,我们建议需要站在一个更高瞻远瞩的视角去看待, 新基建有望承担的是加速社会经济结构优化和升级的重任, 在即将到来的“十四五”时期及未来,将对中国产生历史性影响。

工业互联网是新基建各个领域之间的纽带。工业互联网设计范围广泛,能够与其他新基建要素融合。 智能制造升级所需要重点投入的领域可概括为“云”、“网”、“端”三大领域:一是“云”:工业大数据及云计算;二是“网”:覆盖产业链整体的工业互联网;三是“端”:与工业互联网融为一体的工业机器人、智能机床等工业智能终端设备。 工业互联网是连接智能制造产业“云”与“端”的纽带, 通过平台、软件、数据、算法将设备(工业机器人、智能机床)和信息(供应链管理)互联,提升制造业智能化水平。

工业互联网:软件定义制造的关键。工业互联网内涵丰富,是新一代信息通信技术与先进制造业深度融合所形成的新兴业态与应用模式。工业互联网通常是指能够满足工业智能化发展需求,具有低时延、高可靠、广覆盖特点的关键网络基础设施,工业互联网的发展涵盖工业软件、工业云平台、工业通信、工业互联网基础设施和工业安全体系。从产业链作用来看,工业设备是基础,工业网络是媒介,工业云平台是核心,工业软件是承上启下数据利用的关键,工业互联网应用是价值兑现的载体,工业安全是体系保障。

工业软件:下一个国产化重点领域。传统制造时代,工业软件是提升效率的工具。工业软件指专用于或主要用于工业领域,以提高工业企业研发、制造、管理水平和工业装备性能的软件,包括运营管理类、生产控制类、研发设计类、协同集成类和嵌入式工业软件等。工业互联网时代,工业软件是智能制造的大脑。人、机、物、业务活动等要素的互联互通,是实现智能制造的起点。而互联互通并不能完全解决问题,只有在此基础上实现了较大范围内的数据自动流动,才是智能制造的落地。而数据自动流动,建立在物理设备的正确联通和软件逻辑的正确驱动上。没有工业互联网平台作为工业操作系统,没有工业 APP 作为新型工业应用软件,不可能实现数据在工业互联网上的自动流动。

硬件支撑:工控核心产品、工业机器人、智能机床。工控核心产品、工业机器人、智能机床等制造业是工业互联网在硬件环节的核心支撑,“新基建”投资有望进一步激活中国制造业对机器人等智能制造装备的需求。工控核心产品、工业机器人、智能机床等要素作为工业互联网体系的重要组成部分,承载着大量相关系统、工艺参数、软件工具、企业业务需求和制造能力,引导汇聚和链接着大量工业资源,通过交互协同和迭代优化,为智能的产生提供必要基础,为制造业智能化的发展创造前提条件。同时,工控核心产品、工业机器人、智能机床能够充分发挥工业互联网平台的重要作用,成为工业全要素链接的枢纽,向上对接工业应用,向下连接海量设备,持续沉淀和积累海量具备应用推广价值的工业经验与知识模型,通过更为科学、高效的工业资源配置方式及路径,驱动制造业体系和生态的智能化升级与运转。

内容精选:

制造业转型升级是时代的呼唤。工业发展是支撑国家其他产业发展的先决条件,其中制造业则是促进国家工业发展的重要力量,在国民经济发展中具有不可替代的主导作用。制造业具有体量大、增速稳、容纳就业多的特点,是中国经济社会发展的重要驱动力。2019 年国内生产总值(GDP)达到 99万亿元,其中工业产值为 31.7 万亿元,占 GDP 的 32%,可以说工业是中国发展的重要支柱。目前我国面临着劳动力人口占比下降,劳动力成本上升的双重压力。制造业产业初期凭借劳动力成本优势获得的竞争优势已经被逐渐削弱,制造业提质增效成为下一阶段的重要任务。

图 智能制造顶层设计

工业互联网架构中:

  • 设备层需要形成云-边-端相结合的算力架构。边缘计算让工业设备成为数据的入口,通过大范围、深层次的数据采集,以及异构数据的协议转换与边缘处理,构建了工业互联网平台的数据基础。
  • 网络层需要建立三个重要体系。(1)网络互联体系:将各生产要素进行连接。包括工厂内网络和工厂外部网络。工厂内部网络包括 IT 网络和 OT(工业生产与控制)网络,连接的主体包括在制品、智能机器、工业控制系统、人等。工厂外部网络连接企业上下游、企业与智能产品、企业与用户等。(2)地址与标识解析体系。标识解析体系是工业互联网的重要神经系统,是识别和管理物品、信息、机器的关键基础资源。标识系统是物品、数据和机器的“身份证”,属于工业互联网的重要基础设施。(3)应用支撑体系。包括三个层面,一是实现工业互联网应用、系统与设备之间数据集成的应用技术;二是工业互联网应用服务平台;三是服务化封装和集成。
  • 平台层需要整合数据处理、数据分析和微服务功能。工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台。工业互联网平台是在传统工业云平台基础上,叠加物联网、人工智能、大数据等技术,实现更加实时、高效、精准的数据采集系统。
  • 软件层沉淀工业知识。工业软件的本质是将特定工业场景下的经验知识以数字化模型或专业化软件工具的形式积累沉淀下来。为配合云-变-端协同的底层架构,工业软件需要向工业 APP 升级。这种升级包括两个路径,一个是让传统架构工业软件逐渐解构,以更细的功能颗粒度变身成为工业微服务;一个是工业技术软件化,直接将工业技术和知识转变成为工业微服务,让所有来自企业实践一线的工业技术、经验、知识和最佳实践都沉淀下来,经过模型化、软件化、再封装,成为互不相关、高度适应外部需求变化的微服务,然后再根据具体的工业场景,为组建工业 APP 提供服务。
  • 应用层是工业互联网价值的出口。工业互联网应用包括 1)通用工业服务,如资产服务、数据服务、分析服务、供应链管理、智能诊断、设备检测等。2)垂直服务,凝聚不同行业的工业知识,解决特定场景下的智能化需求,提升生产效率。工业互联网应用可以通过工业 APP、API、数据平台、微服务等多种方式呈现。

图 工业互联网架构

工业互联网时代,工业软件是智能制造的大脑。人、机、物、业务活动等要素的互联互通,是实现智能制造的起点。而互联互通并不能完全解决问题,只有在此基础上实现了较大范围内的数据自动流动,才是智能制造的落地。而数据自动流动,建立在物理设备的正确联通和软件逻辑的正确驱动上。没有工业互联网平台作为工业操作系统,没有工业 APP 作为新型工业应用软件,不可能实现数据在工业互联网上的自动流动。

工业软件之间的互动关系

我国制造业的发展面临的内外部环境发生变化。内部,传统投资拉动经济增长的方式边际效用递减,转型升级的压力加大;外部,逆全球化的潜在风险,使得工业生产的独立、安全、自主上升到国家安全层面。在这种环境下,国产工业软件的发展具有前所未有的战略性意义。

国产工业软件发展的困难

工业互联网对工业机器人的技术发展起到促进作用,为产业应用提供了更多可能和场景,充分激活制造业对智能制造转型升级的需求。1)协助机器人实现互联互通与数据共享:通过基于工业互联网的大数据技术实现机器人相关数据分析与共享,减轻劳动强度,改善作业环境,从整体上提高生产率、降低成本。2)有效降低机器人损耗及维修成本:通过远程实时数据监控管理和报警,及时同步生产管理状况,使机器人在工作期间有效地降低物耗,有效避免变形、划伤、碰伤,减少维修造成的停产成本。3)支撑机器人开展定制化生产:通过工作模型的设计与优化,使机器人快速适应多品种、小批量的定制化生产,产品快速更新换代,适应日益激烈的市场竞争,有效节约投资,形成规模效益。

中国具备诞生世界领先机器人公司的基础,本土企业成长潜力大。 从机器换人智能制造,国内工业机器人需求有望改善。 我们认为国内工业机器人需求有望复苏, 2020 年或出现温和增长, 长期成长空间广阔, 原因是: 1)人口结构的变化将长期推动中国制造业进行智能制造升级; 2)伴随技术发展,工业机器人的实际应用效果从机器换人升级为智能制造,从仅仅是替代人工变为提升企业制造效率、稳定产品品质及降低库存; 3)国家及地方政策支持力度大,助力智能制造升级,为机器人产业发展提供有利环境; 4)贸易摩擦缓和或将促使制造业恢复投资意愿, 2019Q4 工业机器人行业数据已经出现改善迹象(2019 10 月国内产量当月增速同比转正达 1.7%1112 月增速分别提升至 4.3%15.3%),虽然新冠疫情或对 2020Q1 机器人产业景气度产生一定负面影响(2020 1-2月国内机器人累计产量同比下滑 19.40%),但随着国内疫情基本得到控制和制造业复工复产有序推进,我们认为机器人温和复苏的趋势不会改变。

中国工业机器人月度产量增速变化

数控机床属于高端装备制造业战略新兴产业的重要组成部分。随着电子信息技术的发展,机床行业已进入以数控机床为代表产品的机电一体化时代。数控机床是制造业的加工母机,欧、美、日等工业化国家已先后完成数控机床产业化进程。全球范围来看,世界机床产业主要集中在亚洲、欧洲、美洲等区域,其中德日两国成为世界机床行业发展的主导力量。从全球消费占比看,中国是世界上最大的机床消费市场,但目前中国在高端机床领域仍存在核心技术薄弱等短板,本土产业重心主要以中低端机床生产为主。

数控机床产业结构示意图

本文来源华泰证券:新基建系列研究:工业互联网:通往先进制造之门。

 

 


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