【智能】智能制造系统全景图-平安证券-200224.pdf
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1、智能制造系统全景图智能制造系统全景图 2020年2月24日机械/计算机/电新/通信 证券分析师证券分析师 投资咨询资格编号:S1060518090003 邮箱:huxiaoyu298PINGAN.COM.CN 胡小禹投资咨询资格编号:S1060519100002吴文成投资咨询资格编号:S1060517070006闫磊 投资咨询资格编号:S1060518010003朱琨一般从业资格编号:S1060118120012王霖 股票报告网整理 资料来源:工业4.0,艾瑞咨询,轻软英泰,平安证券研究所 智能制造系统全景图智能制造系统全景图 数据库 (信息空间) 研发数据 管理数据 订单数据 工艺数据 产品
2、数据 设备数据 运行数据 售后数据 实 时 数 据 历 史 数 据 软件PLM Platform(信息空间)通信系统 有 线 通 信 无 线 通 信 硬件网络(物理空间) 控制层(多为嵌入式,是软硬结合之处):操作面板,PLC,其他类型控制器,传感器 智能装备 产品 企 业 层 CRM 客户管理 市场管理 ERP 财务管理 交货管理 采购管理 人事管理 SCM 供应商管理 库存管理 操 作 层 WMS 物料识别 仓储管理 物料传输 自动分拣 PDM BOM管理 工艺数据管理 SCADA/DCS 现场监测 数据处理 过程报警 人机界面 设备控制 事故追忆 执行生产并实时数据下达生产指令 下达生产
3、指令反馈生产情况 主数据管理 流程制作 MES 任务分解生产统计 设备管理能源管理 质量管理KPI分析 调度排产报表看板 股票报告网整理 hYlZtXmVaVbZbYdUdU8OcM7NpNnNoMrRkPmMtRlOtRqM6MoPsPxNnQsOvPrRnP 要点总结要点总结 (1 1)制造业升级,大国行动刻不容缓:)制造业升级,大国行动刻不容缓:随着我国人力成本不断上升、制造业增长动力持续放缓, 且面临着日益缩短的产品创新周期,以智能制造推动制造业升级已经刻不容缓。针对智能制造的 大课题,制造业大国们予以国家战略层面的重视,美国提出先进制造业国家战略计划,日本提出 工业价值链计划,德国提
4、出工业4.0战略,中国也于2015年发布了中国制造2025 ,核心都是 通过数字化转型,提高制造业水平。由德国提出的工业4.0概念,是最具有历史观、落地方案最 具体的概念。 (2 2)工业)工业4.04.0两大核心概念,信息物理融合系统(两大核心概念,信息物理融合系统(CPSCPS)、产品全生命周期管理()、产品全生命周期管理(PLMPLM):):CPS和 PLM是工业4.0中最核心的两个概念。CPSCPS,是由具备物理输入输出,且可相互作用的单元组成的 网络;新技术的发展使得硬件和软件之间的界限逐渐弱化,人机交流成本大大降低。PLMPLM,是指 对一个产品的整个生命周期进行管理,从最初的生产
5、设计和生产规划,到生产工程的建设和生产 (包括物流),再到产品的使用和服务。 (3 3)典型的智能制造系统与人体系统有很大相似性:)典型的智能制造系统与人体系统有很大相似性:典型的智能制造系统由3大部分组成,分别 是信息空间、物理空间、通信系统,这个系统与人体结构有很大的相似性,信息空间负责信息的 存储、处理、决策,类似人类的大脑/小脑;物理空间类似于人类的四肢躯干,负责具体动作执 行生产;通信系统类似人类的神经纤维,负责软件与软件、软件与硬件、硬件与硬件之间的信息 传输。 (4 4)软硬件齐头并进,国产替代大有可为:)软硬件齐头并进,国产替代大有可为:在中国由制造大国向制造强国转变的过程中,
6、智能 制造领域的软硬件均在逐渐实现国产替代。2019年我国工业软件市场规模达1949亿元,同比增长 16%,预计2021年将超过2631亿元,用友、广联达、宝信、东软等国内供应商已在各细分产品赛 道跻身前列。作为智能装备的代表,2018年国内工业机器人销量超过15万台,占全球36.5%,其中 内资品牌销量4.1万台,市占率达27%,埃斯顿、埃夫特等公司成为国产替代的排头兵。 股票报告网整理 目录 Content 工业工业4.04.0智能制造概述智能制造概述 典型的智能制造系统典型的智能制造系统 市场规模和竞争格局市场规模和竞争格局 要点总结及风险提示要点总结及风险提示 股票报告网整理 制造业升
7、级,大国行动刻不容缓制造业升级,大国行动刻不容缓 资料来源:艾瑞咨询,平安证券研究所 美、日、德、中四国制造业发展战略美、日、德、中四国制造业发展战略 制造业升级是所有制造业大国面临的共同课题制造业升级是所有制造业大国面临的共同课题:(1)如何将高毛利留住的同时,将制造业 留在本国;(2)如何保持自身制造业的优势,而不是转变成劣势;(3)如何克服逐渐升高 的人力成本。 各国高度重视各国高度重视,均有相应战略出台:均有相应战略出台:(1)美国,先进制造业国家战略计划,工业互联网革 命(GE提出);(2)日本,工业价值链计划;(3)德国,工业4.0战略;(4)中国,中国 制造2025。核心都是通过
8、数字化的转型,提高制造业的水平。 股票报告网整理 中国制造中国制造2025:2025年制造业重点领域全面实现智能化年制造业重点领域全面实现智能化 资料来源:中国制造2025、中德合作行动纲要:共塑创新 ,平安证券研究所 20152015年年5 5月月1919日日,中国制造中国制造20252025:为中国制造业未来10年设计顶层规划和路线图,实现 中国制造向中国创造、中国速度向中国质量、中国产品向中国品牌三大转变。 20142014年年1010月月1010日日, , 中德合作行动纲要:共塑创新中德合作行动纲要:共塑创新:工业4.0对于未来中德经济发展具有 重大意义,该进程应由企业自行推进,两国政
9、府应为企业参与该进程提供政策支持。 紧密围绕重点制造领域关键 环节,开展新一代信息技术 与制造装备融合的集成创新 和工程应用。 到到20202020年年,制造业重点领域制造业重点领域 智能化水平显著提升智能化水平显著提升,试点试点 示范项目运营成本降低示范项目运营成本降低3030% %, 产品生产周期缩短产品生产周期缩短3030% %,不不 良品率降低良品率降低3030% %。到到20252025年年, 制造业重点领域全面实现智制造业重点领域全面实现智 能化能化,试点示范项目运营成试点示范项目运营成 本降低本降低5050% %,产品生产周期产品生产周期 缩短缩短5050% %,不良品率降低不良
10、品率降低5050% % 中国制造 2025 新一代信 息技术 生物医药 及高性能 医疗器械 新材料 农机装备 电力装备 节能与新 能源汽车 先进轨道 交通装备 海工装备 航空航天 装备 高档机床 和机器人 中国制造中国制造20252025的十大领域和五大重点工程的十大领域和五大重点工程 国家制造业 创新中心建设 智能制造 工业强基 绿色制造 高端装备创新 股票报告网整理 智能制造发展的三大背景:人力成本上升,制造业动能走弱,创新周期缩短智能制造发展的三大背景:人力成本上升,制造业动能走弱,创新周期缩短 我国制造业平均工资我国制造业平均工资( (元元/ /年年) ) 不 断 上 升 的 人 力
11、成 本 :不 断 上 升 的 人 力 成 本 : 20182018年我国制造业平均工年我国制造业平均工 资为资为6 6. .4646万元万元/ /年年,20132013- - 20182018五年复合增长率五年复合增长率8 8. .5 5% %。 不断放缓的制造业增长动不断放缓的制造业增长动 力:力:上一个阶段中国的快 速发展,受益于全球制造 业分工中的制造业转移, 中国制造业占全球GDP的比 例快速上升。20102010年之后年之后, 我国的制造业增长逐渐趋我国的制造业增长逐渐趋 缓缓,制造业对制造业对GDPGDP增长的贡增长的贡 献率逐渐走低献率逐渐走低。 不断缩短的产品创新周期:不断缩短
12、的产品创新周期: 各国布局科技创新,抢占 高附加值环节,创新周期 不断缩短。 0% 1% 2% 3% 4% 5% 中国制造业GDP占全球GDP的比例 % 我国各产业对我国各产业对GDPGDP增长的贡献率增长的贡献率 30000 35000 40000 45000 50000 55000 60000 65000 70000 我国制造业平均工资 年 元 我国制造业平均工资 年 元 中国制造业占全球中国制造业占全球GDPGDP比例比例(%)(%) 资料来源: wind, 工业4.0 ,平安证券研究所 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 GDP累计同比贡献率:第一
13、产业 季 %GDP累计同比贡献率:第二产业 季 % GDP累计同比贡献率:第三产业 季 % 股票报告网整理 1784年,瓦特发明 蒸汽机用于织布机 1866年,西门子发 明大功率发电机 1969年,第一个可 编程逻辑控制器, Modicon084 2012年,德国产业 经济研究联盟提出 CPS概念 最具历史观的定义:工业最具历史观的定义:工业4.0 资料来源:工业4.0 ,平安证券研究所 从从业从从业1.01.0,到工业,到工业4.04.0 工业工业4 4. .0 0是最具历史观的概念:是最具历史观的概念:历史上共发生过3次工业革命,分别以机械化、电气化、自动 化为主要特征。三个工业阶段被称为
14、工业1.0,工业2.0,工业3.0,工业4.0时代正在到来。 工业工业4 4. .0 0不仅仅是工业不仅仅是工业3 3. .0 0 的延续:的延续:计算机的发明,及在工业中的应用,已经可以实现生产 环节的自动化,即工业3.0,但它主要强调中枢控制单元对运动单元的控制能力,对运动单 元对中枢控制单元的反馈和反应、各运动单元之间的交流较少触及,因此必然无法生成决策因此必然无法生成决策。 第一次工业革命 机械化 第二次工业革命 电气化 第三次工业革命 自动化 第四次工业革命 智能化 股票报告网整理 工业工业4.0的核心概念之一:的核心概念之一:CPS,信息物理融合系统,信息物理融合系统 资料来源:兰
15、光创新,平安证券研究所 各个阶段物理空间和信息空间之间的关系各个阶段物理空间和信息空间之间的关系 信息物理融合系统信息物理融合系统:CPSCPS,CyberCyber- -PhysicalPhysical SystemSystem,由具备物理输入输出,且可相互作用的 单元组成的网络。强调各硬件单元之间的相互交流,进一步的,可由交流衍生出决策。 工业工业3 3. .0 0和工业和工业4 4. .0 0区别在于自动决策的层级:区别在于自动决策的层级:工业3.0中,控制单元仅对动作的执行做控制, 人仍要向控制单元发出指令;工业4.0中,软件将替代大部分人类的决策过程,由中枢控制 软件向受控单元网络发
16、出指令,安排资源调配、时间分配等,并接受受控单元网络的反馈。 工业1.0 工业2.0 工业3.0 工业4.0 股票报告网整理 工业工业4.0的核心概念之二:的核心概念之二:PLM,产品全生命周期管理,产品全生命周期管理 资料来源:工业4.0 ,平安证券研究所 利用软件系统对产品的全生命周期进行协同管理利用软件系统对产品的全生命周期进行协同管理 产品全生命周期管理:产品全生命周期管理:PLMPLM,Product Lifecycle Management,对一个产品的整个生命周期 进行管理,从最初的生产设计和生产规划,到生产工程的建设和生产(包括物流),再到产 品的使用和服务。 PLMPLM是一
17、种企业信息化的商业战略:是一种企业信息化的商业战略:它实施一整套的业务解决方案,把人、过程和信息有效 集成在一起。 生产 规划 生产 工程 生产 服务 生产 设计 软件 数据 算法 股票报告网整理 目录 Content 工业工业4.04.0- -智能制造概述智能制造概述 典型的智能制造系统典型的智能制造系统 市场规模和竞争格局市场规模和竞争格局 要点总结及风险提示要点总结及风险提示 股票报告网整理 资料来源:工业4.0,艾瑞咨询,轻软英泰,平安证券研究所 典型的智能制造系统:信息空间、物理空间、通信系统典型的智能制造系统:信息空间、物理空间、通信系统 数据库 (信息空间) 研发数据 管理数据
18、订单数据 工艺数据 产品数据 设备数据 运行数据 售后数据 实 时 数 据 历 史 数 据 软件PLM Platform(信息空间)通信系统 有 线 通 信 无 线 通 信 硬件网络(物理空间) 控制层(包括嵌入式,是软硬结合之处):操作面板,PLC,其他类型控制器,传感器 智能装备 产品 企 业 层 CRM 客户管理 市场管理 ERP 财务管理 交货管理 采购管理 人事管理 SCM 供应商管理 库存管理 操 作 层 WMS 物料识别 仓储管理 物料传输 自动分拣 PDM BOM管理 工艺数据管理 SCADA/DCS 现场监测 数据处理 过程报警 人机界面 设备控制 事故追忆 执行生产并实时数
19、据下达生产指令 下达生产指令反馈生产情况 主数据管理 流程制作 MES 任务分解生产统计 设备管理能源管理 质量管理KPI分析 调度排产报表看板 股票报告网整理 附注:典型的智能制造系统中部分英文缩写专有名词解释汇总表附注:典型的智能制造系统中部分英文缩写专有名词解释汇总表 资料来源:工业4.0,艾瑞咨询,百度百科,wiki百科,轻软英泰等,平安证券研究所 缩写缩写英文全称英文全称中文译名中文译名解释解释 CPS Cyber-Physical Systems 信息物理融合系统 一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统,通过3C(Computation、 Communication、Contr
20、ol)技术的有机融合与深度协作,实现大型工程系统的实时 感知、动态控制和信息服务。 CRM Customer Relationship Management 客户关系管理企业用来管理与客户之间关系的软件系统 DCS Distributed Control System 集散控制系统 以微处理器为基础,采用控制功能分散、显示操作集中、兼顾分而自治和综合协调 的设计原则的新一代仪表控制系统。 ERP Enterprise Resource Planning 企业资源计划 一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体化管理的企业 信息管理系统,以管理会计为核心提供跨地区、跨部门、甚至
21、跨公司整合物资资源 管理(物流)、人力资源管理(人流)、财务资源管理(财流)、信息资源管理 (信息流)等信息。 MES Manufacturing Execution System 制造企业生产过程执 行管理系统 位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向车间层的管理信息系统,为 操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人、设备、物料、客户需求 等)的当前状态。 PCPersonal Computer个人电脑 PDM Product Data Management 产品数据管理 一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、 权限信息等)和所有与
22、产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。 PLC Programmable Logic Controller 可编程逻辑控制器 专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统,是一种软件和硬件的结 合体。 PLM Product Lifecycle Management 产品生命周期管理 对一个产品的整个生命周期进行管理,支持产品全生命周期信息的创建、管理、分 发和应用的一系列应用解决方案软件。 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 数据采集与监视控制 系统 以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统,可以对现场的运行设备进行监视和
23、 控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 SCM Supply Chain Management 供应链管理执行供应链中从供应商到最终用户的物流的计划和控制等职能。 WMS Warehouse Management System 仓库管理系统 通过入库业务、出库业务、仓库调拨、库存调拨和虚仓管理等功能,综合批次管理、 物料对应、库存盘点、质检管理、虚仓管理和即时库存管理等功能综合运用的管理 系统,有效控制并跟踪仓库业务的物流和成本管理全过程,实现完善的企业仓储信 息管理。 股票报告网整理 资料来源:工业4.0,艾瑞咨询,平安证券研究所 典型的智能制造系统由典
24、型的智能制造系统由3 3大部分组成大部分组成,分别是信息空间分别是信息空间、物理空间物理空间、通信系统:通信系统: 信息空间:信息空间:由数据库和工业控制软件两部分组成,它们共同的特点是,它们的存在和呈现依 附于实物(比如说计算机和硬盘),但它们的变化并不依托于实物的运动。 工业控制软件:在现阶段,主要起到辅助人类梳理信息、做出规划和决策、并发出指令; 数据库:一切有效决策必然是基于已知信息,信息、基础设施和规则,构成了数据库。 物理空间:物理空间:主要是指用于工业加工的设备及其他硬件,多数自动化设备不仅包含执行运动的 单元,也包括PLC、传感器等非运动单元,此二者常集成在设备上,其中PLC负
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