中国智能制造产业发展报告.pdf
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1、中国智能制造产业发展报告(2022022 2 年度年度)目录 第一篇 智能制造总述.1 一、智能制造概念.1 二、工业互联网的基本概念.2(一)工业互联网的定义.2(二)工业互联网与工业物联网.3(三)工业互联网与工业 4.0/5.0.3(四)工业互联网与智能制造.3(五)小结.4 三、5G+工业互联网的关系.4(一)工业互联网对网络的需求.5(二)5G+智能制造模式升级.6(三)5G 网络技术在工业互联网中的应用.7(四)5G 网络中工业互联网安全问题分析.8(五)提升 5G 网络在工业互联网安全的有效措施.9 第二篇 工业互联网的体系架构.12 一、工业互联网体系架构 1.0.12 二、工
2、业互联网体系架构 2.0.13 第三篇 工业互联网的关键技术.15 一、5G 技术.15 二、边缘计算技术.16 三、数字孪生.17 四、区块链技术.18 第四篇 工业互联网的全球发展形势.19 一、全球智能制造发展现状.19(一)德国.19(二)美国.20(三)日本.21(四)欧盟.22 二、全球智能制造业格局.22 第五篇 智能制造在中国的概况.24 一、中国智能制造发展现状和形势.24(一)中国智能制造发展取得积极成效.26(二)中国智能制造发展面临的机遇和挑战.28 二、中国智能制造政策措施.30(一)加强统筹协调.31(二)完善创新体系.31(三)强化人才支撑.31(四)提升公共服务
3、.32(五)深化开放合作.32(六)加大财税金融支持.32 (七)创新金融扶持方式.33(八)发挥行业组织作用.33(九)深化国际合作交流.33 三、中国智能制造战略布局.34(一)研究制定智能制造发展战略.34(二)加快发展智能制造装备和产品.34(三)推进制造过程智能化.34(四)深化互联网在制造领域的应用.35(五)加强互联网基础设施建设。.35 第六篇 智能制造在中国态势分析.36 一、中国智能制造的优势分析.36(一)政策引领:顶层设计彰显制度优势.36(二)试点先行:发挥示范项目龙头作用.38(三)全面覆盖:推动各类主体跨域协同.38 二、中国智能制造工程目标.39(一)坚持创新驱
4、动,实现科技自立自强.39(二)强化数实融合,深化智能技术应用.40(三)探索特色路径,促进区域协调发展.41 第七篇 中国智能制造产业分析.43 一、中国智能制造产业链分析.43(一)智能工厂.43(二)机器视觉行业.44(三)数控机床.45 二、中国智能制造行业发展特点分析.47(一)制造流程智能化.47(二)3D 打印和工业软件市场规模增大.48(三)中国智能硬件市场规模持续增长.48(四)工业机器人应用成全球趋势.49(五)智能制造打造智能制造工厂.50 三、工业互联网应用场景.50(一)设备联网监测.50(二)5G+AI 智慧工厂.51 第八篇 中国智能制造的发展规划.52 一、中国
5、智能制造的指导思想和目标.52 二、中国智能制造的重点任务.53(一)任务一:加快系统创新,增强融合发展新动能.53(二)任务二:深化推广应用,开拓转型升级新路径.53(三)任务三:加强自主供给,壮大产业体系新优势.54(四)任务四:夯实基础支撑,构筑智能制造新保障.54 三、规划部署的专项行动.54 四、规划的保障措施.55 第九篇 全国各省市智能制造最新政策一览.56 一、工信部会同有关部门起草了“十四五”智能制造发展规划.56 二、工业和信息化部印发新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年).57 三、工业和信息化部、中央网信办出台 5G 应用“杨帆”行动计划(2021-20
6、23 年).58 四、北京市关于促进高精尖产业投资推进制造业高端智能绿色发展的若干措施的通知.58 五、广东省发布广东省智能制造生态合作伙伴行动计划(2021 年)的通知.59 六、上海市人民政府印发关于本市“十四五”加快推进新城规划建设工作的实施意见的通知.60 七、江苏省印发江苏省”十四五”制造业高质量发展规划.60 八、重庆市人民政府印发 重庆市制造业高质量发展“十四五”规划(2021-2025 年).61 九、浙江省人民政府印发浙江省全球先进制造业基地建设”十四五“规划.62 十、福建省做大做强做优数字经济行动计划(2022-2025 年).63 十一、山东省政府印发山东省智能制造提质
7、升级行动计划(2022-2025 年).63 十二、广东省人民政府关于印发广东省制造业数字化转型实施方案及若干政策措施.64 第十篇 中国智能制造优秀案例.66 一、东南工业互联网平台.66 二、华为云工业互联网平台 FusionPlant.67 三、海尔卡奥斯工业互联网平台 COSMOPlat.68 四、双星胎联网“智慧云”平台.69 中国智能制造产业发展报告(2022 年)1 第一篇 智能制造总述 一、一、智能制造概念智能制造概念 智能制造是企业实现生产、管理、服务、产品智能化的全新生产方式。“智能制造”这一概念最早由美国学者 P.K.Wright 和 D.A.Bourne 在其著作 Ma
8、nufacturing Intelligence中出现,他们将智能制造定义为机器人应用制造软件系统技术、集成系统工程以及机器人视觉等技术,实行批量生产的系统性过程。工信部出台的智能制造发展规划(2016-2020 年)中,将智能制造定义为基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合,贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。智能制造是通过新一代信息技术、自动化技术、工业软件及现代管理思想在制造企业全领域、全流程的系统应用而产生的一种全新的生产方式。智能制造的应用能够使制造业企业实现生产智能化、管理智能化、服务智能化与产品智
9、能化。智能制造是一种可以让企业在研发、生产、管理、服务等方面变得更加“聪明”的生产方法,制造业企业要从自身发展的核心痛点出发,在合理的整体规划和顶层设计基础上,沿着智能制造要素智能制造能力智能制造系统的发展方向,分阶段且持续性的获取智能制造要素,建立、完善、扩展企业在研发设计、生产制造、物流仓储、订单获取、产品服务等各个环节的智能制造能力,最终形成完整、高效、科学的智能制造系统。智能制造是具有自主化决策,灵活生产出多样化产品,并能快速应对更多市场变化能力的生产方式。人工智能和制造系统相互结合,利用机器学习、模式识别、认知分析等模型,提升工厂控制管理系统能力。物联网将控制器、传感器和执行器等所有
10、的机器设备连接在一起,通过算法将传感器上传的数据进行分析整合,提供决策并作出响应。随着工业物联网的应用发展,网络和实体系统将紧密联系在一起,物联网将生产现场的处理器、传感器和显示器连接起中国智能制造产业发展报告(2022 年)2 来,使得机器之间可以进行通信,可以互相沟通,而机器和人的工作将不再会严格分工,未来制造系统把人和机器融合在一起。此外,智能制造的整个流程都有一个数字孪生模型,系统里包括了现实世界的任何东西,可以是应用或者操作指南手册等。如今,智能制造已经不再仅限于生产过程或单体智能,而早已经扩展到了产业价值链的各个环节,包括企业活动的方方面面,也不再单方面强调数字技术本身的应用价值,
11、二十更加重视数字技术与先进制造等跨领域技术的深度融合和时间创新。二、二、工业互联网的基本概念工业互联网的基本概念(一一)工业互工业互联网的定义联网的定义 目前,各国政府、企业、科研机构纷纷提出了各种战略理念和发展目标,并从不同的角度对工业互联网进行了阐述。工业互联网是互联网在全球工业系统中与高级计算、分析、传感等技术深度融合的产物,强调机器与人的连接。清华大学刘云浩教授认为工业互联网是通过互联网与新兴技术在工业中的深度融合与创新应用,强调了网络的重要性。工业互联网体系架构 1.0指出工业互联网不仅是深度融合基础下的产业和应用生态,也是工业智能化发展的关键综合信息基础设施,强调网络、数据和安全。
12、在新一轮的产业变革背景下,工业互联网的内涵和范畴在不断演化,本文在前人的研究基础上给出了自己的理解:工业互联网是互联网与 5G、云计算、大数据、物联网(IoT,internet of things)等新一代信息通信技术在工业经济中深度融合的全新工业生态、关键基础设施以及新型应用模式。工业互联网以“人机物”全面互联为基础,以数据为核心,以安全为保障来实现工业数字化、智能化发展。在第四次工业革命蓬勃发展的大趋势下,除了工业互联网,还出现了工业物联网(IIoT,industrial internet of things)、工业 4.0/5.0、智能制造等既紧密联系又有所区别的概念,通过对它们之间关系
13、进行梳理与对比可以帮助我们更透彻地理解工业互联网的概念。中国智能制造产业发展报告(2022 年)3(二二)工业互联网与工业物联网工业互联网与工业物联网 工业物联网是指通过将工业资源进行互联互通实现制造流程各阶段的优化,构建服务驱动型的新工业生态体系。工业互联网与工业物联网的联系与区别见表表 1。表表 1 1 工业互联网与工业物联网的联系与区别工业互联网与工业物联网的联系与区别 工业互联网 工业物联网 联系 工业互联网涵盖了 IIoT 两者都强调工业的数字化、智能化发展 区别 不仅包含工业领域,而且延伸到企业的信息系统、业户流程和人员工业 强调 IoT 在工业领域的应用 实现“人-机-物”全面互
14、联,追求数字化 强调物与物的连接,追求自动化和智能化 (三三)工业互联网与工业工业互联网与工业 4.0/5.0 德国政府于 2013 年正式提出工业 4.0:利用网络物理生产系统(CPPS,cyber-physical production system)将制造、物流及销售等信息数字化,并集中使用全球可用的信息网络进行自动化信息交流以实现生产和业务流程的匹配,最终完成高效、个性化的服务。在工业 4.0 概念的基础上,欧盟委员会于 2021 年正式提出了工业 5.0 的概念,除了数字化与智能化,更加关注以人为本的需要。工业 5.0 不仅补充了工业互联网的标志性功能,还强调将工业置于环境或社会等非
15、经济或技术层面。工业互联网与工业 4.0/5.0 的联系与区别见表表 2。表表 2 2 工业互联网与工业工业互联网与工业 4 4.0/5.0.0/5.0 的联系与区别的联系与区别 工业互联网 工业 4.0/5.0 联系 具有相同的内核:网络物理系统 CPS 两者都将走向智能制 区别 工业互联网关注的是数字化和 AI 技术驱动 更加突出了研究和创新的重要性 提高生产效率和灵活性 以期工业为人类提供长期服务 追求生产制造的效率目标 注重以人为本、工业生产的可持续和弹性 (四四)工业互联网与智能制造工业互联网与智能制造 智能制造是制造业一次大的变革,作为一种新兴的生产形式,以 IoT、云计算、新型通
16、信、大数据分析等信息技术为一体构建面向智能计算、AI 和数据科学为先导的网络物理系统。工业互联网与智能制造的联系与区别见表表 3。中国智能制造产业发展报告(2022 年)4 表表 3 3 工业互联网与智能制造的联系与区别工业互联网与智能制造的联系与区别 工业互联网 智能制造 联系 具有相同的内核:网络物理系统 CPS 工业互联网是实现智能制造的关键使能技术 区别 工业互联网通过工业平台为工业企业提供定制服务 智能制造是制造企业打造智能 为智能制造的发展模式奠定基础 自动化的愿景目标 (五五)小结小结 通过以上对工业互联网与 IIoT、工业 4.0/5.0、智能制造联系与区别的总结可以看出它们之
17、间范畴的差异。工业互联网、工业 4.0/5.0 包含了“人机物”的全面互联,都以智能制造为主导,但工业互联网更关注产品本身的智能化而工业 4.0/5.0 的核心更注重互联,工业物联网是物与物、机器与机器的连接。工业互联网涵盖了工业物联网,工业互联网是工业 4.0/5.0 的技术支柱之一,是实现智能制造的关键使能技术,而智能制造又是工业互联网与工业 4.0/5.0 的核心动力源,工业互联网、工业物联网、工业 4.0/5.0、智能制造范畴如图 1-1 所示。通过对工业互联网概念的深刻理解,可以看出其对推动工业行业的发展有着举足轻重的作用,在制造业、产业经济发展中蕴藏巨大潜力,将工业互联网融入各行业
18、刻不容缓。然而从理论到应用还需要不断地探索,尤其是构建完善的工业互联网体系架构对工业产业数字化、智能化转型升级有着重要的指导作用。图图 1-1 工业互联网、工业物联网、工业工业互联网、工业物联网、工业 4.0/5.0、智能制造范畴、智能制造范畴 三、三、5G+工业互联网的关系工业互联网的关系 5G 和工业互联网作为新型基础设施建设的两个主要领域备受关注。传统中国智能制造产业发展报告(2022 年)5 的互联网主要解决系统之间的互联互通,但不能高效完成设备到系统以及设备之间的互联。5G 作为新一代的移动通信技术,不仅可以为用户带来优质的移动互联网体验,还将成为智能制造、智能政务、智能医疗、智慧城
19、市等领域的关键支撑技术;工业互联网则是一种将新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态,通过对人、机、物、系统等的全面连接,构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系,为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了实现途径。关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知提出积极打造工业互联网平台,推动知识能力的模块化、软件化和平台化,加快产业链供应链资源共享和业务协同,明确了工业互联网将成为地制造企业转型的主要方向。通过数据智能驱动,构建“云+网+平台+应用”一体化产品服务体系,打造开放应用生态正逐渐成为企业价值创造的动力源泉,开展 5G+工业互联网平台对助力制造业
20、数字化转型具有重要意义。(一一)工业互联网对网络的需求工业互联网对网络的需求 5G 需解决的不仅是人与人的连接,更是人与物、物与物的连接问题。智能制造应用的网络通信以有线和无线的两种传输方式,有线方式是工业 PON、以太网网络通信技术,无线通信方式是 4G、5G、Wifi、NB-IoT、RoLa、Zigbee 等多项网络技术。综合工业互联网未来发展需求,对 5G 系统提出了以下技术需求:(1)传输速率需求。传输速率需求。要求提高 10-100 倍,同时用户体验速率、用户峰值速率分别达 0.1-1Gb/s、10Gb/s。(2)时延需求。时延需求。要求时延降低 5-10 倍,达毫秒量级;可以满足工
21、业实时控制、云化机器人等的应用网络传输能力,保证系统控制指令、数据能及时发送到设备,从而达到可靠的、安全的生产操作过程。随着移动通信技术从 toC 走向 toB,其可靠性需求也发生了很大变化,通过一系列项目的摸索,目前已初步形成了对 5G B2B 可靠性要求的模型,同时 5G 设备也在逐步满足制造中的高可靠要求。中国智能制造产业发展报告(2022 年)6(3)设备连接密度需求。设备连接密度需求。要求提高 10-100 倍,达 600 万个/km2。可以满足人机物三元协同、AGV 多机协同等应用的网络连接能力,满足设备柔性生产,提升生产效率。(4)流量密度需求。流量密度需求。要求提高 100-1
22、000 倍,达 20Tbps/km2;满足智能监测、数字双生等结合 AI 和远程通迅技术实现工业协同操作指导、专家系统开发、大数据分析、运算等的目的。(5)安全性需求。安全性需求。面对多种应用场景和业务需求需建立 5G 网络安全架构,满足不同应用的不同安全级别的安全需求。(6)便捷性需求。便捷性需求。部署便捷,灵活扩展,维护简便。5G 作为移动通信技术,在网络性能的绝对指标方面难以真正与光纤持平,但是其移动性、灵活性是制造行业选择 5G 作为联接技术的重要考量点。而便捷的规建维优则是制造业对 5G 的增值性诉求。(二二)5G+智能制造模式升级智能制造模式升级 5G+智能制造将人工智能、云计算和
23、大数据分析相结合,通过对物理世界的数字化映射,对工业设备状态采集的数据分析,以优化生产流程和进行主动预测性维护,提高单位生产效率,促进整个产业体系转型升级。5G+智能制造主要表现为以下四种新模式转变:(1)智能化生产。智能化生产。利用先进制造工具和 5G 网络信息技术能够对生产流程进行智能化改造,实现数据的跨系统流动、采集、分析、与优化,完成设备性能感知、过程优化、智能排产等智能化生产方式。近年来,我国的许多龙头制造企业以“互联网+”制造为主攻方向,通过建立智能工厂,推动智能化生产,实现了数字化和智能化转型。(2)网络化协同。网络化协同。航空、汽车等行业实施企业内的协同制造已有十几年的历史,但
24、 5G 技术赋予了协同制造新的内涵和应用。企业借助大数据和工业云平台,发展企业间协同研发、众包设计、供应链协同等新模式,能有效降低资源获取成本,加速从单打独斗向产业协同转变。网络化协同包括协同研发、众包设计、供应链协同等模式,为传统企业高效、便捷、低成本的实现创新开中国智能制造产业发展报告(2022 年)7 辟新渠道。(3)个性化定制。个性化定制。5G 所具备的大带宽、低时延、可靠性的特点,提升了产线的柔性程度和灵活性,助力柔性化生产的大规模普及。一方面,5G 网络进入工厂,在减少机器与机器之间线缆成本的同时,利用高可靠性网络的连续覆盖,使机器人在移动过程中活动区域不受限,按需到达各个地点,在
25、各种场景中进行不间断工作以及工作内容的平滑切换。另一方面,5G 可构建连接工厂内外的人和机器为中心的全方位信息生态系统,实现实时信息共享。让客户参与到企业的设产品设计及生产过程中,并实时查询产品状态信息。(4)服务化延伸。服务化延伸。制造业正积极探索由传统的产品为中心向以服务为中心的经营方式的转变,通过构建智能化服务平台和智能化服务成为新的业务核心,以摆脱对资源、能源等要素的投入。基于 5G,企业将更好实现产品联网与运行数据采集,并利用大数据分析提供多样化智能服务,延伸价值链条。制造业服务化延伸已成为越来越多制造企业销售收入和利润的主要基础,是制造业竞争优势的核心来源。(三三)5G 网络技术在
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