作為工業4.0的最大主題，智能工廠可謂貫穿產業升級全過程。本文對智慧工廠進行了詳細的解讀，并對中國智慧工廠發展現狀和空間進行全面的分析。

智慧工廠簡介

自德國政府于2013年在漢諾威工業博覽會上正式公布，“工業4.0”概念就已席卷全球，并被認為是以信息物理系統（CPS）技術為核心的第四次工業革命。

而作為工業4.0的最大主題，智能工廠可謂貫穿產業升級全過程。智能工廠主要研究智能化生產系統及過程以及網絡化分布生產設施的實現。

智慧工廠的主要特征包括：

1、利用物聯網技術實現設備間高效的信息互聯，數字工廠向“物聯工廠”升級，操作人員可實現獲取生產設備、物料、成品燈相互間的動態生產數據，滿足工廠24小時監測需求；

2、基于龐大數據庫實現數據挖掘與分析，使工廠具備自我學習能力，并在此基礎上完成能源消耗的優化、生產決策的自動判斷等任務；

3、引入基于計算機數控機床、機器人等高度智能化的自動化生產線，滿足個性化定制柔性化生產需求，有效縮短產品生產周期，并同時大幅降低產品成本；

4、配套智能物流倉儲系統，通過自動化立體倉庫、自動輸送分揀系統、智能倉儲管理系統等實現倉庫管理過程中各環節數據錄入的實時性以及對于貨物出入庫管理的高效性；

5、工廠內配備電子看板顯示生產的實時動態，同時，操作人員可遠程參與生產過程的修正或指揮。

智慧工廠的基本架構：計劃層+執行層+控制層

智慧工廠擁有三個層次的基本架構，分別為頂層的計劃層、中間層的執行層以及底層的設備控制層，大致可對應為ERP系統（企業資源計劃）、MES系統（制造執行系統）以及PCS系統（過程控制系統）。

智慧工廠基本架構

智慧工廠下游應用

按MES系統的分類，智慧工廠的下游行業可粗略地劃分為離散型與流程型。其中，離散型行業主要包括機械、航空航天、汽車等，流程性行業主要包括石油化工、生物醫藥、食品飲料、紡織等。

智慧工廠主要下游應用行業

部分下游應用行業工廠自動化改造項目及降本增效情況

我國智慧工廠發展情況

產業升級需求

智能制造裝備產業主要包括智能測控儀器儀表、數控機床、工業機器人、自動化成套生產線等。根據《智能制造裝備產業“十二五”發展規劃》，2010年我國部分智能制造裝備產業銷售收入逾3000億元，至2015年產業收入突破1萬億元，至2020年實現銷售收入3萬億元。

2010-2020年我國智能裝備制造產業市場規模（億元）

勞動力成本優勢消退

自2008年以來，我國勞動力成本的增速明顯快于工業生產效率增速。據權威機構的測算數據顯示，我國的制造業勞動成本在2019年將為越南的177%、印度的218%。

東南亞國家制造業勞動力成本對比（美元/小時）

我國智能制造示范項目不斷加速

在全球制造業加速向數字化、網絡化和智能化方向發展的背景下，我國于2015年正式頒布《中國制造2025》，其中明確提出將智能制造工程作為政府引導的五個工程之一。

如果說2015年為我國實施“智能制造試點示范專項行動”元年，2017年項目實施正加速落地。另外，國家對于智能制造裝備行業的補貼額增速也在加快。

2015-2017年我國智能制造試點示范專項行動數量變化

2011-2016年我國智能制造專項政府補助金額（億元）

我國智慧工廠市場空間

自動化生產線通過工件傳送系統與控制系統將生產設備相互聯結，從而實現全部或部分生產過程的無人化。如果將智慧工廠簡單以自動化生產線市場為代表，博思數據的統計顯示，2014年我國自動化生產線產量為8780條，同比增長19.29%；需求量為21100條，同比增長10.47%。

從需求分布看，主要來自汽車、工程機械、物流倉儲、家電電子行業，占比分別為42.4%、29.8%、9.5%、6.2%。

2009-2015年我國自動化生產線供需情況

我國自動化生產線行業分布

德國工業4.0工作小組的統計認為，2012年我國自動化市場規模已達到約8000億元，占全球市場的29%。2016年，我國自動化市場規模達1403億元，其包括產品市場與服務市場。在應用市場方面，羅蘭貝格的調查認為，中國2016年的自動化應用市場規模可達3876億元，同比增長16.43%。

2004-2017年我國自動化市場規模（產品+服務）

2012-2016年我國自動化應用市場規模及增速

智慧工廠：計劃層與執行層

工業軟件指應用于工業領域的軟件，按應用分類可將工業軟件劃分為運營管理類、研發設計類與生產調度與過程控制類。其中，運營管理類軟件主要包括ERP、SCM、CRM等，研發類指CAD、PLM等，調度與控制類的主要代表包括MES、SCADA等。

工業軟件應用分類及主要供應商

工業軟件的市場規模方面，全球企業級軟件市場在2016年規模為3260億美元，同比增長3.84%。國內市場在2011年的總體規模約為616.34億元，至2016年上升至1247.3億元，其中2016年同比增長15.5%。據推算，預計至2018年，國內工業軟件的市場規模將超過1600億元，平均增速保持在兩位數水平。

2012-2016年全球企業級軟件市場規模

2011-2018年中國工業軟件市場規模

智慧工廠：控制層

工業通訊

工業通訊包括現場總線、工業以太網以及無線網絡。目前，我國現場總線存量市場占總市場逾95%，但從發展趨勢看，工業以太網代表未來方向，2014年，工業以太網新增節點占總新增市場的份額僅為5%左右，預計今后將逐步擴大。

在我國裝備制造業向高端化轉型的過程中，工業通訊市場成長迅速，根據中國工控網的統計，2014年國內已安裝市場規模2891萬節點，同比增長10.7%，新增市場規模279萬節點，同比增長3.1%，其中，工業以太網占比整體穩步上升。

中國工業通訊行業已安裝市場份額占比

中國工業通訊行業新增市場份額占比

中國自動控制系統裝置：PLC

根據統計數據，2016年我國PLC市場構成中，小型PLC占比進一步提升，約為46.8%，較2015年提高6.6個百分點。另一方面，按下游應用領域劃分，PLC市場可分為OEM市場與項目型市場，整體看OEM市場占總規模約67.4%。

2016年我國PLC市場構成（I/O數量）

2016年我國PLC市場構成（下游應用）

據數據統計，2016年我國PLC市場規模約59.6億元，較上一年有小幅下滑，預計2017年同比增速將超過10%。ARC調查認為，2016年起亞洲將成為全球最大的PLC市場，占比超過1/3。

2009-2019年我國PLC市場規模

工業自動控制系統裝置：DCS

分布式控制系統（DCS）由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡為紐帶的多級計算機系統。相較于更偏重局部邏輯控制的PLC，DCS主要用于模擬量系統的整體控制。

ARC的報告顯示，2012年中國DCS市場規模約在12億美元，較上一年同期微增2%。2016年以來，國內市場繼續下滑，我國當年DCS市場規模下降至60.52億元，同比下降14.37%，預計2017年增速將由負轉正。

2013-2020年我國DCS市場規模

2016年國內DCS產品下游應用領域占比

從我國DCS產品的供應商結構看，進口供應商的占比約為50%。國內企業則有浙大中控、和利時、國電智深等。

2016年我國DCS市場競爭格局

智慧工廠：設備層

數控機床受益消費電子行業

2016年，我國機床行業產出總額為229億美元，同比增長3.6%。具體來看，金屬成形機床產出值107億美元，同比增長8.1%；金屬切削機床產出值122億美元，同比增長8.1%，占比46.72%。

數控化率情況方面，以切削機床為例，2016年我國金屬切削機床總產量約為78.32萬臺，其中數控金屬切削機床占總產量比例超過30%。

1990-2016年我國金屬切削機床產量

1990-2016年我國金屬切削機床數控化率

作為金屬切削數控機床的重要構成，高速鉆攻中心由傳統立式加工中心演變而來，主要應用于消費電子行業小型金屬精密結構件的CNC加工，具備高速、高精、高效等優勢。

據測算，在不考慮蘋果手機產業鏈對于CNC加工中心需求的假設下，至2020年，全球CNC理論存量需求將達到23.57萬臺。在不考慮更新替換需求的假設下，2017-2020年全球年均新增CNC需求約4.25萬臺，按一臺設備20萬元計算，年均增量市場空間約85億元。

2015-2020年全球手機金屬精密結構件CNC設備需求測算