第一情报 ---装备制造业

世界智能制造装备产业发展动向

供稿人:王德生  供稿时间:2018-5-18   关键字:智能制造  工业机器人  3D打印  MEMS传感器  数控机床  智能控制系统  
智能制造装备是传统制造业升级改造和实现生产过程智能化、自动化、精密化、绿色化的基本工具,是实现生产过程和产品使用过程节能减排的重要手段。智能制造装备产业的发展水平已经成为衡量一个国家从制造大国向制造强国转变的重要标尺,基于此,本文重点对近阶段全球智能制造装备发展特点及工业机器人、3D打印设备、MEMS(微机电系统)传感器、数控机床和智能控制系统发展动向进行分析。 
一、总体特征
1.智能制造装备市场总体处于上升态势

2015-2017年全球工业机器人、3D打印和MEMS传感器保持较强增长态势,数控机床和智能控制系统经历快速增长后走势趋缓或萎缩。工业机器人销量连创新高,工业机器人自动化生产线已成为自动化装备主流;3D打印设备市场持续快速增长,在消费电子、汽车、航空航天、军工领域得到广泛应用;MEMS传感器居于全球传感器和执行器市场支柱地位,射频MEMS、振荡器、微流控和气体传感器成为MEMS增长驱动力;数控机床市场历经波折,产值和消费不容乐观;智能控制系统发展趋缓,企业收购兼并行为加速行业整合力度。

2.欧美企业依旧掌握智能制造装备话语权

智能制造装备产业主要由发达国家跨国公司掌控局面,全球知名工业机器人生产厂商主要集中在日、美、德等发达国家,如瑞士ABB、日本发那科、德国库卡、美国American Robot等,这些厂商生产的工业机器人已经成为一种工业标准,并在全球得到广泛应用。日本山崎马扎克、德国德玛吉等知名机床企业具有较强的技术创新意识和主动性,致力于提升设备智能化水平,如马扎克率先提出机床智能化理念,推进制造过程中的无人化、智能化,已经达到连续720小时无人化生产的先进程度。欧美企业引领3D打印技术创新和产业化应用,全球排名前4位的企业分别为美国的3D Systems、Stratasys、德国的EOS、SLM Solutions。

3.发达国家创建不同实践轨迹

发达国家政府将智能制造装备视为未来高端装备制造业的重点发展方向,德国“工业4.0”基于制造基础优势,通过信息物理系统(CPS),建立起高度灵活、个性化、数字化生产模式和智能工厂,实现制造装备系统的实时感知、动态控制,推动制造业向智能化方向转型;美国借助“工业互联网”从互联网信息端加速向制造装备物理端渗透,促进制造装备与高级计算、分析感应技术的无缝连接,加速虚拟数字世界和物理制造世界的融合。 

二、重点领域
1.工业机器人

由于全球自动化工业的发展,工业机器人应用范围和领域不断拓展,销量屡创历史新高,据国际机器人联合会(IFR)发布的数据显示,2016年全球工业机器人销量达29万台,比上年增长14%,再创历史新高(图1);IFR预计未来2—3年内全球工业机器人销量有望继续保持稳定增长态势,2017—2019年复合年均增长率不低于13%,到2019年,全球投入使用的工业机器人数量有望达到260万台,其中新增使用140万台工业机器人。

图1 2000-2016年世界工业机器人年销量

资料来源:国际机器人联合会(IFR)

就地区来看,亚太地区工业机器人市场增长强劲。2010—2015年,亚太地区运营中的工业机器人数量上升70%,达到887400台。2015年中国、韩国和日本的工业机器人销量分别为6.86万台、3.7万台和3.5万台,排名全球前三位。2015年美国工业机器人销量约为2.7万台,是全球第四大市场。汽车制造业是美国工业机器人销量大幅增长的主要驱动力。2010—2015年,来自美国、欧洲和亚洲的主要汽车制造商开始进行重组方案,6年间共约安装8万台工业机器人应用于汽车制造业。欧盟地区工业自动化水平居于全球前列,65%的欧盟成员国的工业机器人密度高于世界工业机器人密度的均值(69)。在超过工业机器人平均密度的22个国家中,有14个位于欧盟地区,其中,德国工业自动化程度最高,其工业机器人密度为301,远高于世界工业机器人平均密度。

就发展趋势而言,智能制造时代工业机器人将更加智能化、软硬件融合、虚实融合、并将关注人与机器的协作。

2. 3D打印设备

3D打印作为一种全新的制造方式,受到美、欧、日发达国家和地区的普遍关注,尽管整个产业仍处于起步阶段,但是增长速度及未来潜力巨大。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2017年度报告显示,2016年全球3D打印产业市场规模约为60.63亿美元,比2015年增长17.4%(图2)。目前,北美地区是全球3D打印市场规模最大的地区,市场份额约为40%;其次是欧洲地区,占比28%;亚太地区排名第三,占比约为27%。

 

图2 2010-2016年全球3D打印市场规模

资料来源:Wohlers Associates

桌面型3D打印机(售价低于5000美元)高速增长。从2007—2015年,桌面型3D打印机的年销售量从66台增长到27.8万台。从销售数量上来说,2014年桌面型3D打印机占91.6%,而工业级只占8.4%,但销售额上截然相反,工业级3D打印机占86.6%,桌面型只占13.4%。

目前,3D打印技术在消费电子产品、汽车、航空航天、医疗、军工、地理信息、艺术设计等多个领域都得到应用,其中,汽车设计和快速原型打印、航空航天和国防零部件,以及医疗保健市场应用比例较大。

3. MEMS传感器

MEMS(Micro—Electro Mechanical System)传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器,据麦姆斯咨询(MEMS Consulting)数据,2016年全球MEMS传感器市场规模约114亿美元,到2021年市场规模将达到220亿美元,复合年均增长率为14%。全球前十名MEMS厂商是博世、意法半导体、惠普、德州仪器、应美盛、安华高、Qorvo、楼氏电子、佳能和松下。博世因为其在汽车电子和消费电子的双重布局,牢牢占据着第一的位置。

MEMS传感器趋向微型化、材料多样化、无源化方向发展。受益于物联网产业的快速发展,将对MEMS行业带来巨大的发展红利。除了智能手机,MEMS传感器将在 AR/VR、可穿戴等消费电子,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域广泛应用。

4.数控机床

2003—2008年,世界机床产值和消费持续快速增长。受全球金融危机影响,2009年机床产值和消费出现急剧下降(降幅高达35%),但是2010年和2011年快速反弹,2011年机床产值和消费均飙升至历史最高水平,随后世界机床产值逐年收缩。据欧洲机床工业协会(CECIMO)发布的数据,2016年世界机床产值约为598.14亿欧元,比2015年的615.53亿欧元下降2.82%。据德国机床制造商协会(VDW)发布的数据显示,2016年全球机床消费677亿欧元,较2015年下降3%。就地区市场来看,2016年中国、美国、德国、日本和意大利五国机床消费之和约占全球机床消费额的2/3。

表1反映2016年世界主要国家机床产值及其占全球的份额情况。

表1 2016年世界主要国家机床产值及其占全球的份额情况

 

2016(100万欧元)

占全球份额(%)

欧洲地区

其中:德国

     意大利

     瑞  士

     西班牙

     奥地利

     英  国

24203

11182

4671

2904

944

847

823

40.5

18.7

7.8

4.8

1.6

1.4

1.4

中国大陆

16078

26.9

日本

12295

20.6

韩国

2900

4.8

美国

2923

4.9

中国台湾地区

3073

5.1

印度

759

1.3

加拿大

390

0.7

俄罗斯

356

0.6

泰国

350

0.6

新加坡

330

0.5

波兰

199

0.3

其他地区

781

1.3

总计

59814

100

资料来源:欧洲机床工业协会(CECIMO).

数控机床的发展日新月异,高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为主要趋势方向。例如,日本马扎克、大隈等公司提供主轴抑振、智能防碰撞等先进功能;德国西门子、海德汉,日本发那科、三菱的数控系统都通过增加智能化技术不断提升产品性价比。

5.智能控制系统

2013—2016年世界智能控制系统(包括集散控制系统DCS和可编程控制器PLC,不包括基于工业控制系统和软件)市场发展起伏较大,据市场研究公司MarketLine发布的数据显示,2013年增幅仅为0.4%,2014年高达5.6%,远高于2010—2014年3.9%的复合年均增长率,2015年增幅又降至0.7%,2016年市场规模为202.3亿美元,增幅达1.5%,呈现走缓趋势。MarketLine预计,2016—2021年世界智能控制系统市场重返稳定增长态势,复合年均增长率约为3.8%,到2021年市场规模将达243.3亿美元,较2016年增长20.2%(图3)。就市场区域分布看,2016年欧洲地区、亚太地区和美国智能控制系统市场规模分别为84.0亿美元、70.8亿美元和36.1亿美元,占世界智能控制系统市场规模的比例分别为41.5%、35.0%和17.8%。

图3 2012-2021年世界智能控制系统市场规模

注:2017—2021年为预测值

资料来源: Marketline

欧、美、日等发达国家代表当今智能控制系统的最高技术水平,全球知名生产厂商集中于欧美日等发达国家。集散控制系统(DCS)主要生产厂家有瑞士ABB公司,美国艾默生、霍尼韦尔、福克斯波罗、西屋,日本横河电机、日立,德国西门子等。可编程控制系统(PLC)生产商主要来自美国、欧洲和日本,美国和欧洲以大中型PLC而闻名,日本的主推产品定位在小型PLC上,以小型PLC著称。

 

 

主要参考文献:

[1] International Federation of Robotics(IFR). World Robotics Report 2016: European Union occupies top position in the global automation race [ R]. 2016—09—29.

[2] International Federation of Robotics(IFR). Deployment of robots soars 70 percent in Asia [R].2017—02—01.

[3] Wohlers Associates. Wohlers 2017 Report on 3D Printing Industry Points to Softened Growth  [R].2017—04.CECIMO .

[4] CECIMO Economic and Statistical Toolbox[R].2017—01.

[5] CECIMO . CECIMO Economic and Statistical Toolbox[R].2017—05.

[6] MarketLine. Global Control Systems x[R].2017—05.

[7] http://www.memsconsulting.com/.

[8] http://www.vdw.de/web—bin/owa/homepage?p_sprache=e.

 

 


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