2021年智能制造装备产业行业研究报告

一、智能制造装备的定义和产业范围界定

（一）智能制造的提出及其背景

制造业的发展先后经历了手工制作、流水线制造、自动化制造、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计及敏捷化制造等阶段。就自动化制造（也称工业自动化）阶段而言，大致每十年上一个台阶：20世纪50～60年代是单机数控；70年代以后则是数控（CNC）机床及由它们组成的自动化岛；80年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时，出现了计算机集成制造，但与实用化相距甚远。

20世纪80年代以来，先进的制造技术和计算机技术广泛应用于现代制造业，传统的设计方法和管理手段不能有效、迅速地解决现代制造系统中出现的新问题。于是，人们开始借助现代的工具和方法，利用各学科最新研究成果，通过将传统制造技术、人工智能科学、计算机技术与科学等有机集成，发展一种新型的制造技术与系统，这便是智能制造技术（Intelligent Manufacturing Technology，IMT）与智能制造系统（Intelligent Manufacturing System，IMS），它们总称智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）。

（二）智能制造发展历程及政策推进概述

智能制造（IM）在国际上尚无公认的定义，目前通常认为它是智能制造技术（IMT）和智能制造系统（IMS）的总称。智能制造的概念始于20世纪80年代末，首先由美国提出。1988年，美国New York大学的P.K.Wright教授和Carnegie-Mellon大学的D.A.Bourne教授出版了《Manufacturing Intelligence（智能制造）》一书，首次提出了智能制造的概念，并指出智能制造的目的是通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器控制对制造技工的技能和专家知识进行建模，以使智能机器人在没有人工干预的情况下进行小批量生产。1989年，D.A.Bournne组织完成了首台智能加工工作站（IMW）的样机，被认为是智能制造机器发展史的一个重要里程碑。

自美国提出智能制造（IM）的概念后，智能制造系统（IMS）一直受到众多国家的重视和关注，纷纷将IMS列为国家级计划并着力发展。如，美国先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology, AMT)发展战略（1991年）、美国先进制造技术计划（AMTP）（1993年）、美国敏捷制造使能技术战略发展计划（Technologies Enabling Agile Manufacturing Strategic plan, TEAM）（1995年）、韩国“高级先进技术国家计划”（简称G-7计划）（1991年）、德国“制造2000计划”、欧共体的“ESPRIT”计划和“BRITE—EURAM”计划、日本智能制造系统（IMS）国际合作计划等。其中，最具影响力和代表性的当属日本的IMS国际合作计划，它是迄今为止已启动的制造领域内最大的一项国际合作计划。1991年1月，日本、美国、加拿大、澳大利亚、瑞士、韩国和欧盟联合开展了IMS国际合作计划，总投资达40亿美元，计划的出台是为了克服柔性制造系统（FMS）、集成制造系统（CIMS）的局限性，把日本工厂和车间的专业技术与欧盟的精密工程技术、美国的系统技术充分地结合起来，开发出能使人和智能设备都不受生产操作和国界限制、彼此合作的高技术生产系统，该计划鼓励工业界、学术界和政府在现代制造技术领域进行广泛地研究与合作。IMS的目标是要全面展望21世纪制造技术的发展趋势，先行开发下一代的制造技术，同时致力于全球制造信息、制造技术的体系化、标准化。进入21世纪以来，日、美、欧都将智能制造视为21世纪的制造技术和尖端科学，并认为是国际制造业科技竞争的制高点，且有着巨大的利益，所以他们在该领域的科技协作频繁，参与研究计划的各国制造业力量庞大，主宰未来智能制造的发展趋势。例如，美国2011年提出“先进制造业伙伴计划（Advanced Manufacturing Partnership, AMP）”；2012年发布“先进制造业国家战略计划（A National Strategic Plan for Advanced Manufacturing）”。

我国于上世纪80年代末也将“智能模拟”列入国家科技发展规划的主要课题，已在专家系统、模式识别、机器人、汉语机器理解方面取得了一批成果。1993年起，国家自然科学基金委员会每年适度资助智能制造方面的有关研究项目；国家制定的“九五”计划也将先进制造技术（包括IMT和IMS）作为重点发展领域之一。在强调先进制造振兴战略的今天，我国非常重视智能制造的发展，特别是自2009年5月《装备制造业调整和振兴规划》出台以来，国家政策支持力度不断加大。2012年3月27日，我国科技部组织编制了《智能制造科技发展“十二五”专项规划》，规划认为：智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造；智能制造技术是世界制造业未来发展的重要方向之一，是推动我国传统制造产业的结构转型升级的重要途径，全面开展智能制造技术研究将是发展高端装备制造业的核心内容和促进我国从制造大国向制造强国转变的必然。专项规划将结合世界发展的趋势和未来前沿制高点，研究智能制造基础理论，攻克一批前沿核心技术和共性关键技术，研制一批智能化高端装备，并进行示范应用和产业化，为实现我国从制造大国向制造强国转变奠定技术基础。

（三）智能制造装备的定义和产业范围界定

目前，世界其他国家包括国际组织并没有提出“智能制造装备”这个概念，“智能制造装备”的概念可以说是我国所独有。虽然欧美日等发达国家政府没有智能制造装备这一提法，但有相对应的产业归属范畴，其基本归属于2007版北美产业分类标准（NAICS）中的“金属加工机械制造（3335）”、“导航、测量、医学和控制仪器制造（3345）”、“电气设备及组成制造（335）”等，相当于欧盟2007版产业分类体系中的“测量、测试、导航仪器和设备制造（26.51）”、“光学仪器及摄影器材制造（26.70）”、“电气设备制造（27）”、“金属成型机械和机床制造（28.4）”、“医疗和牙科仪器及用品制造（32.50）”等，和日本2007版产业分类体系中的“金属加工机械及设备制造（266）”、“各种生产机器及机械零部件制造（269）（其中，机器人（2694））”、“测量仪器、分析仪器、检测机械、测量仪器、物理和化学仪器制造（273）”、“医学仪器及零部件制造（274）”、“光学仪器（275）”、“电气机械设备及用品制造（29）”等。

在我国，智能制造装备的定义是：具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称。它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能制造装备是传统产业升级改造、实现生产过程自动化、智能化、精密化、绿色化的基本工具，是培育和发展战略性新兴产业的支撑，是实现生产过程和产品使用过程节能减排的重要手段。智能制造装备的水平已成为当今衡量一个国家工业化水平的重要标志。

智能制造装备是《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（2010年10月）和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》（2011年3月）中明确的高端装备制造业领域中的重点方向，关系到国家的经济发展潜力和未来发展空间。考虑到智能制造装备的战略地位，以及在推动制造业产业结构调整和升级中的重要作用，“十二五”期间国家将持续加大对智能制造装备研发的财政支持力度。2012年5月，我国工业和信息化部印发了《高端装备制造业“十二五”发展规划》，作为子规划的《智能制造装备产业“十二五”发展规划》也同时发布，该子规划重点围绕关键智能基础共性技术、核心智能测控装置与部件、重大智能制造成套装备等智能制造装备产业核心环节提出了重点发展方向。

根据我国工业和信息化部发布的相关规划，可以明确智能制造装备产业主要包括：高档数控机床与基础制造装备；智能控制系统；智能专用装备；自动化成套生产线；精密和智能仪器仪表与试验设备；关键基础零部件、元器件及通用部件等内容，详见表3。

二、全球发展概况

（一）发展现状

1、发达国家智能制造装备产业优势明显

目前，美国、德国、日本等工业发达国家虽然没有“智能制造装备产业”这个大产业的提法，但其在我国“智能制造装备产业”所包含的数控机床、工业机器人、智能控制系统、自动化仪器仪表和3D打印设备等子领域具有多年的技术积累，优势明显。

在数控机床领域，美国、德国、日本三国是当前世界数控机床生产、使用实力最强的国家，是世界数控机床技术发展、开拓的先驱。当前，世界四大国际机床展上数控机床技术方面的创新，主要来自美国、德国、日本；美、德、日等国的厂商在四大国际机床展上竞相展出高精、高速、复合化、直线电机、并联机床、五轴联动、智能化、网络化、环保化机床。美国政府高度重视数控机床的发展。美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务并提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研，因而在数控机床技术上不断有创新成果。美国以宇航尖端、汽车生产为重点，因此需求较多高性能、高档数控机床，几家著名机床公司如辛辛那提（Cincinnati，现为MAG下属企业）、Giddings & Lewis（MAG下属企业）、哈挺（Hardinge）、格里森（Gleason）、哈斯（Haas）等长期以来均生产高精、高效、高自动化数控机床供应美国市场需求。德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，认为机床工业是整个机器制造业中最重要、最活跃、最具创造力的部门，特别讲究“实际”与“实效”。德国的数控机床质量及性能良好，先进实用，出口遍及世界，尤其是大型、重型、精密数控机床；此外，德国还重视数控机床主机配套件的先进实用性，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统等各种功能部件在质量、性能上居世界前列。如西门子公司的数控系统，均为世界闻名，被竞相采用。日本十分重视数控机床技术的研究和开发。经过长达数十年的努力，日本已经成为世界上最大的数控机床生产和供应国。日本生产的数控机床部分满足本国汽车工业和机械工业各部门市场需求，绝大多数用于出口，占领广大世界市场，获取最大利润。目前日本的数控机床几乎已遍及世界各个国家和地区，成为不可缺少的机械加工工具。

在工业机器人领域，日本、美国、德国和韩国是工业机器人强国。日本号称“机器人王国”，在工业机器人的生产、出口和使用方面都居世界榜首；日本工业机器人的装备量约占世界工业机器人装备量的60%。美国是机器人的发源地，早在1962年就研制出世界上第一台工业机器人，尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究、忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。德国工业机器人的总数占世界第三位，仅次于日本和美国；德国工业机器人的研究和应用在世界上处于领先地位。韩国是工业机器人的后起之秀，于20世纪80年代末开始大力发展工业机器人技术，在政府的资助和引导下，韩国近几年来已跻身机器人强国之列。与此同时，工业机器人领域的全球知名生产厂商也主要集中在以日、美、德等为代表的发达国家，如，瑞典ABB，日本的发那科（FANUC）、安川电机（YASKAWA），德国的库卡（KUKA）、美国American Robot和意大利柯马（COMAU）等，这些厂商生产的工业机器人已成为一种工业标准在全球得到广泛应用。

在智能控制系统领域，欧美日等发达国家技术领先，厂商云集。以集散控制系统（DCS）为例，全球主要生产厂家有：瑞典ABB公司，美国艾默生（Emerson）、霍尼韦尔（Honeywell）、福克斯波罗（Foxboro）、西屋（Westinghouse），日本横河电机（Yokogawa）、日立（Hitachi）；德国西门子（Siemens）等；ABB公司持续多年保持全球DCS市场规模第一的位置。再看可编程控制系统（PLC）领域，PLC产品按地域分成三大流派：一是美国产品，二是欧洲产品，三是日本产品。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。全球著名的厂商主要有：美国的A-B公司、通用电气（GE）公司、莫迪康（Modicon）公司（现为法国施耐德电气下属子公司）、德州仪器（Texas Instruments，TI）公司，其中A-B公司是美国最大的PLC制造商，其产品约占美国PLC市场的一半；德国的西门子（SIEMENS）公司、AEG公司，法国的TE公司；日本的三菱、欧姆龙、松下、富士、日立、东芝等，在世界小型PLC市场上，日本产品约占有70%的份额。

在自动化仪器仪表领域，生产厂家主要集中在欧美日等发达国家。例如，美国、欧洲和亚洲（包括日本）的传感器市场约占全世界传感器市场的90%左右。全球变送器和执行器市场被以美国为代表的北美经济体，以德国、英国、法国为代表的欧盟地区，以及以日本为代表的亚太地区三个经济体瓜分。不管是压力变送器，还是温度变送器，占全球生产和销售市场份额最多的都是在自动化仪器仪表行业中处于领先地位的欧美日跨国巨头，如美国艾默生（Emerson）、霍尼韦尔（Honeywell）；瑞士ABB、恩德斯豪斯（E+H）；德国西门子（Siemens）；日本横河电机（Yokogawa）等。变频器行业市场集中度较高，技术门槛也比较高,市场占有率较高的和国外企业主要有：日本的三菱、富士、三垦力达、安川；美国的罗克韦尔、爱默生；欧洲的西门子、ABB、斯耐德、丹佛斯。再看控制阀，美国是全球最大的阀门供应商，有超过110家企业；德国的阀门生产企业有170多家，多数属于专业性很强的公司；日本的阀门企业共有706家，其中15家的产值占到了整个市场的70%。

在3D打印设备领域，欧美等西方发达国家在3D打印技术应用方面总体居于领先地位。3D打印产业排名前4位的企业分别是美国3D Systems公司、Stratasys公司，以色列Object公司和德国EOS公司，它们占据全世界近70%的市场份额，形成了寡头垄断的市场竞争格局。

2、智能制造装备产业集中度高，跨国公司战略布局凸显全球化格局

智能制造装备的发展，从市场驱动力看，高度依赖于高端、精密、技术密集、集成制造发展需求，这种需求根本上源自有效缩短产品生产周期、大大提高产量的需求，国际规模劳动分工让消费品利润减小而要使用智能自动化技术来弥补的需求，以及消费者在使用材料微型化、触感和多功能性等方面的持续增加的要求，和更加严格的生产安全与可追溯性要求；从内在支撑力看，高度依赖于工程制造科学、技术基础与发展经验的积累，由此导致行业垄断性普通很强，垄断力量主要来自发达国家领先跨国企业。

智能制造装备跨国企业主要集中在美国、德国及日本工业化发达国家中，且产业集中度高企。以智能控制系统为例，全球前50家企业排行榜中74%为美德日企业，入榜企业最多的是美国和德国，各有13家，其次是日本有11家企业，其后相对居多的国家是英国和瑞士，其中，排名前10位企业中有半数是美国企业，其企业竞争力可见一斑；在50家企业收入总额中，44%为前5家企业据有，第1位企业的收入是第10位的4倍、第50位的51倍，50位企业的收入中位是第14位企业，可见行业巨头企业垄断之势。

从企业战略发展来看，基于智能制造装备领域成熟性与垄断性，差异化、系统化、垂直并购是该领域企业追求技术优势增长及市场规模扩张最为常见的模式。领先的制造商着眼于全球市场网络，基本形成了全球化的创新研发、生产制造、销售服务布局。在技术战略方面，企业更加重视依托其核心技术产品的针对于特定应用领域的解决方案，以适应于用户更为个性化、高效能、低耗能等需求。

3、亚太地区为市场争夺焦点，欧美将是未来市场关注点

从目前智能制造装备的销量数据看，亚太地区已成为智能制造装备制造商争夺市场的主战场，这是因为亚太等新兴市场地区工业化进程加快，资本投入和大型基础建设项目大幅增加，对智能制造装备需求量相应增加。

日本、中国、韩国、东南亚等地近年来在数控机床、工业机器人、智能控制系统等领域的销量显著上升。2011年，亚太地区工业机器人的销量是欧洲的2倍、美洲的3.4倍。在数控机床领域，2011年亚洲地区机床总产值为573.5亿美元，大大超过西欧地区（欧洲机床工业合作委员会（CECIMO）下属的15个成员国）的285.9亿美元和美洲地区的58.3亿美元，居世界第一位；2012年亚太地区继续保持领先优势。Marketline公司数据显示亚太地区是智能控制系统增长最快的市场，预测2011年-2016年，亚太地区市场年复合增长率为6.4%，比欧、美市场高2个百分点，即是欧美市场增速的1.45倍。

虽然未来几年亚太地区依然是机器人、数控机床和智能控制系统等行业的主要出口市场，但同时欧美市场也要关注，原因一方面是包括德国在内的发达国家的自动化程度并没有想象中的高，依然有待加强；另一方面是来自现有控制系统的更新改造。

4、智能制造装备产业备受各国政府关注，发展前景广阔

当今，工业发达国家始终致力于以技术创新引领产业升级，更加注重资源节约、环境友好、可持续发展，智能化、绿色化已成为制造业发展的必然趋势，智能制造装备的发展将成为世界各国竞争的焦点。后金融危机时代，美国、英国等发达国家的“再工业化”，重新重视发展高技术的制造业；德国、日本竭力保持在智能制造装备领域的优势和垄断地位；韩国也力求跻身世界制造强国之列。目前，欧美发达国家已出台了若干推进智能制造装备发展的政策和计划。例如，为了应对金融危机对机床工业发展的冲击，促进机床工业复苏，欧洲机床工业合作委员会提出了欧盟机床新的产业发展政策；美国于2011年和2012年分别提出了“先进制造业伙伴计划”和“先进制造业国家战略计划”，这两大计划中均有涉及智能制造装备产业方面的内容。当前，3D打印技术作为智能制造产业的主要支撑，备受世界各国的关注。为抢占制高点，欧美等发达国家纷纷加大了3D打印技术的研发步伐。

我国也高度重视智能制造装备产业的发展。智能制造装备是《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（2010年10月）和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》（2011年3月）中明确的高端装备制造业领域中的重点方向，关系到国家的经济发展潜力和未来发展空间。考虑到智能制造装备的战略地位，以及在推动制造业产业结构调整和升级中的重要作用，“十二五”期间国家将持续加大对智能制造装备研发的财政支持力度。2012年5月，我国工业和信息化部印发了《高端装备制造业“十二五”发展规划》，作为子规划的《智能制造装备产业“十二五”发展规划》也同时发布。《智能制造装备产业“十二五”发展规划》已明确我国智能制造装备产业2015年和2020年的发展目标，即，到2015年，我国智能制造装备产业销售收入将超过10000亿元，年均增长率超过25%，工业增加值率达到35%，智能制造装备满足国民经济重点领域需求；到2020年，我国将建立完善的智能制造装备产业体系，产业销售收入超过30000亿元，实现装备的智能化及制造过程的自动化。“十二五”期间，我国国民经济重点产业的发展、重大工程建设、传统产业的升级改造、战略性新兴产业的培育壮大和能源资源环境的约束，对智能制造装备产业提出了更高的要求，并提供了巨大的市场空间。未来5-10年，我国智能制造装备产业将迎来发展的重要战略机遇期。

（二）全球智能制造产业发展趋势

当前，世界智能制造装备技术总体呈现出高性能化、智能化、集成化、绿色化的发展趋势。

1、高性能化

智能制造装备性能将不断提高，即表现为高速度、高精度、高功能性，并便于操作和维修。以数控机床为例，随着国民经济飞速发展和工业自动化水平的不断提高，制造业向着高、精、尖方向发展，特别是汽车、船舶、纺织、电子技术、航空航天的迅猛发展，对加工中心的速度和生产效率要求也越来越高，高效、高精、高速化加工中心已经是数控机床行业流行的趋势。例如，2013年4月22日－27日在北京举行的第十三届中国国际机床展(CIMT 2013)上，瑞士阿奇▪夏米尔公司的HSM4 00ULP五轴五联动高速加工中心主轴转速高达42000r/min；日本牧野（MAKINO）的F8大型精密立式加工中心，定位精度0.15µm，重复定位精度1.0µm；美国哈挺公司的T42超精密车削中心，主轴跳动小于0.5µm，重复定位精度小于2μm，工件圆度0.25μm，轮廓精度5μm和连续加工精度5μm；瑞士Rollomatic公司的GrindSmart Nano6数控微型刀具磨床，磨削直径Ø0.03mm – Ø2mm，磨削工件的同轴度、表面粗糙度以及尺寸精度都进入了纳米级。

再看工业机器人，全球领先的工业机器人供应商之一德国库卡公司（KUKA）于2012年11月6-10日在上海新国际博览中心举办的“第十四届中国国际工业博览会”上，展示了其一款全能型高负荷机器人KR 210 R2700 extra，这款高负荷六轴机器人可谓 “KR QUANTEC extra”家族中的全能型机器人，拥有210公斤的负载能力和50公斤的附加负载，最大作用范围达2700毫米，较长的作用范围和高度的灵活性使其成为不可或缺的好帮手，尤其在点焊、搬运和装卸领域颇受市场欢迎。与其它型号相比，KR 210 R2700 extra在 210 公斤/2700 毫米的应用级别里，更精致、更紧凑、更稳定。其通过降低运动部件的重量，在精度、性能、能耗以及可用性方面树立了全新标杆，能以最小投资成本实现多样性和灵活性的最大化。在2012年6月4日至7日在北京中国国际博览中心（新馆）举办的第十七届北京•埃森焊接与切割展览会上，日本FANUC公司向全球首次展出了其2012新品机器人FANUC R-0iA，FANUC R-0iA是一款具有智能化功能的六轴机器人，其机身设计紧凑、细巧，整体结构超轻量，占地面积小，特别适用于在狭小空间内的弧焊作业。与同系列机器人相比较，R-0iA机器人的本体重量进一步降低，仅110kg，运动半径却进一步扩大，达1437mm，并拥有高速动作和高定位精度等优越的工作性能，在同系列中具有最高性能的动作能力。

2、智能化

智能化是智能制造装备的重要发展趋势，主要表现在装备能根据用户要求完成制造过程的自动化，并对制造对象和制造环境具有高度适应性，实现制造过程的优化。

以工业机器人为例，随着系统化生产的发展，模糊控制、人工神经网络等技术的进一步应用，工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，且采用模块化结构；人机界面更加友好，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

2011年11月1－5日在上海新国际博览中心举办的中国国际工业博览会上，日本FANUC公司首次亮相的“真空袋装药剂整列”的FANUC机器人系统，演示机器人在食品医药行业快速拾取，视觉定位，准确抓取，进而进行装配整列的工序，该系统通过两台机器人吸盘装置不停的吸取工件，为客户演示在包装、装配、搬运、拣选等现代工厂生产中柔性化、高速、智能化的应用趋势。另外，有4台FANUC M-1iA小型高速拳头型机器人展示了巧克力豆的拣选、高速搬运钢珠、密封垫的插取，以及贴标签等操作。

在2012年“第十四届中国国际工业博览会”上，ABB公司重点展出了四个机器人解决方案，它们可满足客户在不同工作场合和环境下的需求。其中，“机器人车身擦净及内喷自动工作站”是ABB针对汽车制造业最新推出的工业机器人解决方案，它取代了传统往复机龙门擦净系统，在喷涂前有效去除车身表面灰尘颗粒，帮助客户实现高效完美的车身洁净和内部喷涂，其全自动化生产流程还能确保生产连贯性，实现更高效的自动化生产；“冰淇淋自动装箱工作站”广泛应用于冰淇淋、饼干等袋装或盒装产品装箱，能让生产流程更加高效、快速；“鼠标装配工作站”主要应用于电子消费产品生产流程中小工件的取放和装配工序，可有效的提高生产效率和产品质量并降低工程设计难度；而应用于汽车零部件点焊工艺的“机器人点焊工作站”，其焊枪的同一枪体设计可大大减少备件的使用和更换，同时还有运行速度快和节省生产空间等特点。

3、集成化

智能制造装备正向技术集成、系统集成的方向发展，主要体现在生产工艺技术、硬件、软件与应用技术的集成及设备的成套，同时还体现在生物、纳米、新能源、新材料等跨学科高技术的集成，从而使装备得到不断提高和升级，甚至发生深刻变化。

以智能控制系统为例，集散控制系统（DCS）的集成化体现在两个方面：功能的集成和产品的集成。过去的DCS厂商基本上是以自主开发为主，提供的系统也是自己的系统。受信息技术（网络通信技术、计算机硬件技术、嵌入式系统技术、现场总线技术、各种组态软件技术、数据库技术等）发展的影响，以及用户对先进的控制功能与管理功能需求的增加，各DCS厂商（以艾默生、霍尼韦尔、福克斯波罗、横河电机、ABB为代表）纷纷提升DCS系统的技术水平，并不断地丰富其内容，目前集散控制系统（DCS）已经进入第四代。第四代DCS更强调系统集成性和方案能力，DCS中除保留传统DCS所实现的过程控制功能之外，还集成了可编程控制器（PLC）、采集发送器（RTU）、现场总线控制系统（FCS）、各种多回路调节器、各种智能采集或控制单元等。

此外，各DCS厂商不再把开发组态软件或制造各种硬件单元视为核心技术，而是纷纷把DCS的各个组成部分采用第三方集成方式或OEM方式。例如，多数DCS厂商自己不再开发组态软件平台，而转入采用兄弟公司（如Foxboro用Wonderware软件为基础）的通用组态软件平台，或其它公司提供的软件平台（Emerson用Intellution的软件平台做基础）。此外，许多DCS厂家甚至I/O组件也采用OEM方式，如Foxboro采用Eurothem的I/O模块，横河的R3采用富士电机的Processio作为I/O单元基础，Honeywell公司的PKS系统则采用Rockweell公司的PLC单元作为现场控制站。

4、绿色化

资源、能源的压力，使装备必须考虑从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全生命周期中，对环境负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造是提高智能制造装备资源循环利用效率和降低环境排放的关键途径。

从近几年举行的国际机床展看，数控机床除了向高速、高精度、多轴联动、复合加工和智能化方向发展外，也更重视环保化，绿色生态机床开始成为研究热点并日益受到重视。“绿色生态机床”是近年来机床行业的一种发展趋势，其强调了机床、环境、人三者之间的关系，目地是大幅度提高机床生产效率的同时降低对环境的影响和对操作者健康的危害。干切削、准干切削、硬切削、微制造（Inter-Micro）技术等绿色制造工艺在欧洲发展很快，各机床制造商也均采取一切措施防止或避免冷却液、润滑液对周围环境造成生态危害，设计开发环保产品。

例如，瑞士米克朗公司在设计环保机床VCP/UCP1000/1350系列机床时，从环境保护的角度出发，考虑了机床各部分诸多方面的改进，例如：直线导轨采用了中央润滑系统，在8小时工作制下，每年最多仅需要3~4L机油；对电主轴和电气柜的制冷以及对其冷却剂进行冷却的附件装置均采用无氟制冷装置；不带滤网的切屑处理，因而不存在处理有害废液的费用；采用静电过滤器有效地吸收机床内部空间污浊的空气，以保护机床操作者的健康水平，保持车间空气的清新；噪声低，UCP1350机床以主轴最高速运转时，操作者听到的噪声比经济型轿车开到100km/h时司机听到的噪声要小；电磁辐射低，电磁兼容性经过测试；节能，在主轴驱动系统中，电主轴制动时利用能量恢复模块和有节电的待机电路；机床为紧凑型设计，在车船运输时可降低运费等。日本马扎克（Mazak）公司为了地球环保事业，则提出了环境基本方针，即：在机床生产的过程中，通过削减使用的能源和产业废弃物来降低伴随着生产活动而带来的环境负荷；同时，在开发新产品时也尽可能考虑使用可以节省能源、可以进行废物再利用的材料，以环境保护为目的开展研发工作。

工业机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。同时，机器人对能源的消耗越来越小，更注重节能环保。

例如，在“2010中国国际工业博览会”上，ABB公司展示了一台全新的工艺臂喷涂机器人IRB5500，它主要应用于汽车喷涂，IRB5500高达24m／s2的加速度和1.5～2m／s的喷涂速度，在一定条件下能帮客户缩短20％生产节拍和减少12％的油漆消耗。配套安装雾化器后，该款机器人的工作范围扩大至6 m，其手臂可在车身表面自如地纵向和横向移动，保证了高品质的喷涂工艺。两台IRB5500机器人就可胜任通常需要4台机器人承担的喷涂任务，减少了喷房的面积、节省了投资成本，并极大地提高了生产效率和产量。2012年4月18日至21日在上海新国际博览中心举办的“第二十六届中国国际塑料橡胶工业展览会（CHINAPLAS 2012）”上，德国库卡公司(KUKA)向观众展示了KR 90 R3700 prime K和KR 5 两款机器人在橡塑行业的卓越性能和广泛应用。KR 90 R3700 prime K机器人是一款六轴架装式机器人，它集超凡的精致和轻巧与卓越的刚性和精度于一身，作业周期缩短25％，同时具有最高的轨迹精度和最佳节能效果。KR 5机器人是库卡机器人系列产品中最小的机器人,由于具备价格优惠、尺寸紧凑等优势，它能够很好地满足客户所需的应用,其最大的工作范围可达1412毫米，因此无论是落地安装还是安装在天花板上，KR 5 都能可靠的完成工作任务。在2012年“第十四届中国国际工业博览会”上，ABB还展示了一款新型的IRB 1520ID中空臂机器人，专为弧焊工艺而设计，能够实现连续不间断地生产，可节省高达50％的维护成本，与同类产品相比，焊接单位成本大幅降低。

三、国内发展概况

近年来，智能制造装备概念在国内不断兴起，国家也将智能制造装备产业上升到国家战略层面。2010年10月国务院下发的《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将高端装备制造业纳入其中，全面开展智能制造技术研究将是发展高端装备制造业的核心内容和促进我国从制造大国向制造强国转变的必然。2012年7月颁布的《智能制造装备产业“十二五”发展规划》将智能制造装备明确定义为“具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称”。

（一）发展现状

1、国内产业规模发展迅速

据《智能制造装备产业“十二五”发展规划》数据统计，2010年我国工业自动化控制系统和仪器仪表、数控机床、工业机器人及其系统等部分智能制造装备产业领域销售收入超过3000亿元。以机床工业为例，自2002年以来，我国机床工业已连续十年实现高速增长，到2011年，我国已连续十年成为世界第一大机床消费国和第一大机床进口国。我国数控机床的发展经历了三十年跌宕起伏，已经由成长期进入成熟期；目前，我国可供市场的1500多种数控机床已覆盖超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域。再看工业机器人领域，2011年，我国工业机器人销量为22577台，较2010年增长51%；除了2009年，我国机器人市场在近几年处于急剧增长态势。2006－2011年，我国工业机器人需求量增加了四倍。在工业机器人50多年的发展历史中，只有中国一个国家在这么短的时间内机器人需求出现这样一个急剧增长的态势。

2、重点产品有所突破

随着信息技术与先进制造技术的高速发展，我国智能制造装备的发展深度和广度日益提升，以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体系初步形成，一批具有知识产权的重大智能制造装备实现突破。依托国家重点工程和重大科技专项的实施，一批国家急需、长期依赖进口、受制于国外的智能制造装备实现突破，如精密、高速加工中心，重型数控镗铣床，3.6万吨黑色金属垂直挤压机；用于百万千瓦超超临界火电机组、年产45万吨合成氨、轨道交通等重大工程项目的国产控制系统，高精度压力/差压变送器、原子荧光光谱仪、油井多相流检测设备；直径为6.34米的土压平衡盾构机、直径为11.22米的泥水平衡盾构机；1600吨级加氢裂化反应器、百万吨级乙烯工程三大离心压缩机组、百万吨级乙烯冷箱等。

3、已形成一批具有国际竞争力的龙头企业

目前，我国智能制造装备产业已形成一批具有国际竞争力的龙头企业。如，在机床工业领域，沈阳机床、大连机床两个集团的年销售收入均超过百亿，进入世界机床产业前10强；在智能控制系统领域，涌现出上海新华控制技术集团、浙大中控、北京和利时和山东鲁能控制为代表的具有自主知识产权的DCS 生产厂商；在仪器仪表领域，有重庆川仪、京仪集团、天瑞仪器、聚光科技、威尔泰等一批具有国际竞争力的龙头企业；在工业机器人领域，新松机器人、哈尔滨博实自动化设备、海尔哈工大机器人、安川首钢机器人、上海ABB工程、上海发那科机器人、库卡机器人（上海）等；在工程机械领域，三一重工、中联重科、徐工集团、柳工集团、中国龙工等10家企业位居全球工程机械前50强排名榜单，此外，还有瓦轴集团、沈鼓集团等一批各具特色的智能制造装备企业。

（二）发展机遇

根据《智能制造装备产业“十二五”发展规划》确定的目标：到2015年，我国智能制造装备产业销售收入将超过10000亿元，年均增长率超过25%，工业增加值率达到35%，智能制造装备满足国民经济重点领域需求；到2020年，我国将建立完善的智能制造装备产业体系，产业销售收入超过30000亿元，实现装备的智能化及制造过程的自动化。“十二五”期间，我国国民经济重点产业的发展、重大工程建设、传统产业的升级改造、战略性新兴产业的培育壮大和能源资源环境的约束，对智能制造装备产业提出了更高的要求，并提供了巨大的市场空间。未来5-10年，我国智能制造装备产业将迎来发展的重要战略机遇期。

例如，汽车工业将继续成为高档数控机床第一重要用户，航空、航天、IT 等高新技术产业的发展需要大量高效、精密、智能、多坐标联动和专用数控机床，机械、纺织、冶金、石化、造船、轨道交通等传统产业的技术改造，加大了对高档数控机床、自动化控制系统及仪器仪表的需求。在轨道交通领域，根据北京、上海等15个城市建设规划统计，预计到2015 年，中国运营轨道交通线路将达到60多条，线路总长1700km，建设投资规模将达到6000亿，筹建轨道交通的城市近40个。2008年轨道交通的自动化市场需求为17.6亿元，预计未来几年增长率为35%。此外，国家提出的大力培育和发展节能环保、新能源、新兴信息、生物、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业，对智能制造装备提出了自动化、智能化、信息化、精密化、绿色化等方面更高的要求，并提供了新的、巨大的市场空间。

（三）面临的挑战

当今，工业发达国家始终致力于以技术创新引领产业升级，更加注重资源节约、环境友好、可持续发展，智能化、绿色化已成为制造业发展的必然趋势，智能制造装备的发展将成为世界各国竞争的焦点。

后金融危机时代，美国首先提出要重振制造业。美国总统奥巴马在2012年国情咨文中五次提到了中国 ，认为：“现在，中国等地从事经营的成本越来越高，而美国的生产效率也越来越高，因此我们面临把制造业迁回来的大好机会。”美国政府提出要从中国夺回制造业的领导地位，并采取了一系列举措：一是新组建白宫制造业政策办公室，加强政策扶持，实施“美国工作内包”计划，通过降低企业所得税税率鼓励外迁企业回归本土，鼓励企业加大本土投资；二是完善法律框架，制定《重振美国制造业框架》，通过了《制造业促进法案》，并正式启动“先进制造伙伴计划”；三是加强高科技研发，提高效率，降低成本，打败中国在人工劳动力上的传统优势；四是强化经济外交，提出五年内出口翻番的目标，建立横跨23个部委的“选择美国办公室”，首次将招商引资提到“总统令”的高度；五是建立贸易执法机构，负责调查中国等国家的不公平贸易做法；六是支持先进制造业所需高技能人才的培训。随后英国、法国等国家也采取了类似举措。从表面上看，美国等发达国家新一轮产业回归，是为了解决就业，激活经济，但实质是通过以智能制造装备产业为主体的新一轮产业革命，实现对全球制造业的重新布局，再次夺回世界制造业第一的宝座。

德国政府一直重视发展工业，而发展工业则需要大量制造装备。因此，德国政府一直将制造装备产业放在国家战略高度，形成了以高端机床为核心的产业结构，这也成就了德国成为世界上机床技术最先进、机床工业最发达的国家。近年来，德国机床行业保持较快的发展速度，2013年成为全球最大的机床生产和出口国。明细如下：

其他主要竞争对手，亚洲邻国日本竭力保持在智能制造装备领域的优势和垄断地位，韩国也力求跻身世界制造强国之列。这将挤压我国智能制造装备产业的发展空间。因此，今后我国在智能制造装备领域将面临激烈的国际市场竞争。

四、产业技术发展现状及趋势

（一）产业关键技术

围绕感知、决策和执行等智能功能的实现，针对测控装置、部件和重大智能制造成套装备的开发和应用，突破新型传感原理和工艺、高精度运动控制、高可靠智能控制、工业通信网络安全、健康维护诊断等一批共性、基础关键智能技术，为实现制造装备和制造过程的智能化提供技术支撑。

1、新型传感技术

高传感灵敏度、精度、可靠性和环境适应性的传感技术，采用新原理、新材料、新工艺的传感技术( 如量子测量、纳米聚合物传感、光纤传感等) ，微弱传感信号提取与处理技术。

2、模块化、嵌入式控制系统设计技术

不同结构的模块化硬件设计技术，微内核操作系统和开放式系统软件技术、组态语言和人机界面技术，以及实现统一数据格式、统一编程环境的工程软件平台技术。

3、先进控制与优化技术

工业过程多层次性能评估技术、基于海量数据的建模技术、大规模高性能多目标优化技术，大型复杂装备系统仿真技术，高阶导数连续运动规划、电子传动等精密运动控制技术。

4、系统协同技术

大型制造工程项目复杂自动化系统整体方案设计技术以及安装调试技术，统一操作界面和工程工具的设计技术，统一事件序列和报警处理技术，一体化资产管理技术。

5、故障诊断与健康维护技术

在线或远程状态监测与故障诊断、自愈合调控与损伤智能识别以及健康维护技术，重大装备的寿命测试和剩余寿命预测技术，可靠性与寿命评估技术。

6、高可靠实时通信网络技术

嵌入式互联网技术，高可靠无线通信网络构建技术，工业通信网络信息安全技术和异构通信网络间信息无缝交换技术。

7、功能安全技术

智能装备硬件、软件的功能安全分析、设计、验证技术及方法，建立功能安全验证的测试平台，研究自动化控制系统整体功能安全评估技术。

8、特种工艺与精密制造技术

多维精密加工工艺，精密成型工艺，焊接、粘接、烧结等特殊连接工艺，微机电系统( MEMS) 技术，精确可控热处理技术，精密锻造技术等。

9、识别技术

低成本、低功耗RFID 芯片设计制造技术，超高频和微波天线设计技术，低温热压封装技术，超高频RFID 核心模块设计制造技术，基于深度三位图像识别技术，物体缺陷识别技术。

（二）重点产品

1、八项核心智能测控装置与部件

围绕重大智能制造成套装备研发以及智能制造技术的推广应用，开发机器人、感知系统、智能仪表等典型的智能测控装置和部件并实现产业化。在充分利用现有技术和产品的基础上，进一步实现智能化、网络化，形成对智能制造装备产业发展的有力支撑。

1. 新型传感器及其系统

新原理、新效应传感器，新材料传感器，微型化、智能化、低功耗传感器，集成化传感器( 如单传感器阵列集成和多传感器集成) 和无线传感器网络。

1. 智能控制系统

现场总线分散型控制系统( FCS) 、大规模联合网络控制系统、高端可编程控制系统( PLC) 、面向装备的嵌入式控制系统、功能安全监控系统。

1. 智能仪表

智能化温度、压力、流量、物位、热量、工业在线分析仪表、智能变频电动执行机构、智能阀门定位器和高可靠执行器。

1. 精密仪器

在线质谱激光气体紫外光谱紫外荧光近红外光谱分析系统、板材加工智能板形仪、高速自动化超声无损探伤检测仪、特种环境下蠕变疲劳性能检测设备等产品。

1. 工业机器人与专用机器人

焊接、涂装、搬运、装配等工业机器人及安防、危险作业、救援等专用机器人。

1. 精密传动装置

高速精密重载轴承，高速精密齿轮传动装置，高速精密链传动装置，高精度高可靠性制动装置，谐波减速器，大型电液动力换挡变速器，高速、高刚度、大功率电主轴，直线电机、丝杠、导轨。

1. 伺服控制机构

高性能变频调速装置、数位伺服控制系统、网络分布式伺服系统等产品，提升重点领域电气传动和执行的自动化水平，提高运行稳定性。

1. 液气密元件及系统

高压大流量液压元件和液压系统、高转速大功率液力偶合器调速装置、智能润滑系统、智能化阀岛、智能定位气动执行系统、高性能密封装置。

2、八类重大智能制造成套装备

突出制造业所需装备，针对石油化工、冶金、建材、机械加工、食品加工、纺织、造纸印刷等制造业生产过程数字化、柔性化、智能化的需要，发挥产学研用相结合的创新机制，依托有明确需求的用户，组织“产、学、研、用”共同参与的创新团队，推动软硬件在数控/工业控制装备中的应用与推广，通过集成创新，开发一批标志性的重大智能制造成套装备，保障产业转型升级。并结合国家重大工程建设，推进示范应用，加快产业化。

1. 石油石化智能成套设备

集成开发具有在线检测、优化控制、功能安全等功能的百万吨级大型乙烯和千万吨级大型炼油装置、多联产煤化工装备、合成橡胶及塑料生产装置。

1. 冶金智能成套设备

集成开发具有特种参数在线检测、自适应控制、高精度运动控制等功能的金属冶炼、短流程连铸连轧、精整等成套装备。

1. 智能化成形和加工成套设备

集成开发基于机器人的自动化成形、加工、装配生产线及具有加工工艺参数自动检测、控制、优化功能的大型复合材料构件成形加工生产线。

1. 自动化物流成套设备

集成开发基于计算智能与生产物流分层递阶设计、具有网络智能监控、动态优化、高效敏捷的智能制造物流设备。

1. 建材制造成套设备

集成开发具有物料自动配送、设备状态远程跟踪和能耗优化控制功能的水泥成套设备、高端特种玻璃成套设备。

1. 智能化食品制造生产线

集成开发具有在线成分检测、质量溯源、机电光液一体化控制等功能的食品加工成套装备。

1. 智能化纺织成套装备

集成开发具有卷绕张力控制、半制品的单位质量、染化料的浓度、色差等物理、化学参数的检测仪器与控制设备，可实现物料自动配送和过程控制的化纤、纺纱、织造、染整、制成品等加工成套装备。

1. 智能化印刷装备

集成开发具有墨色预置遥控、自动套准、在线检测、闭环自动跟踪调节等功能的数字化高速多色单张和卷筒料平版、凹版、柔版印刷装备、数字喷墨印刷设备、计算机直接制版设备( CTP) 及高速多功能智能化印后加工装备。

（三）重点应用示范推广领域

根据我国智能制造技术和智能测控装置的发展水平，立足制造业，在“十二五”期间重点选择在电力、节能环保、农业、资源开采、国防军工等国民经济重点领域推广应用，分步骤、分层次开展应用示范，形成通用性、标准化、知识产权的应用平台，加快推进产业、技术与应用协同发展。

1、电力领域

重点推进在百万千瓦级火电机组中实现燃烧优化、设备预测维护功能，在百万千瓦级核电站实现安全控制和特种测量功能，在重型燃气轮机中实现快速启停和复合控制功能，3 MW 以上风电机组的主控功能，变桨控制功能，太阳能热电站实现追日控制功能，在智能电网中实现用电管理、用户互动、电能质量改进、设备智能维护功能。

2、节能环保领域

重点推进在固体废弃物智能化分选装备、智能化除尘装备、污水处理装备上推广应用，实现各种再生原料的高效智能化分选、除尘设备和污水处理装备的自动调节与高效、稳定，在地热发电装备中实现地热高效发电建模与控制功能。

3、农业装备领域

重点推进在大型拖拉机及联合整地、精密播种、精密施肥、精准植保等配套机具成套机组，谷物、棉花、油菜、甘蔗等联合收获机械，水稻高速插秧机等种植机械装备上的应用，实现故障及作业性能的实时诊断、检测和控制，实现作业过程的智能控制和管理。

4、资源开采领域

重点推进在煤炭综采设备、矿山机械上应用，实现综采工作面设备信息与环境信息的集成监控、安全环境预警、精确人员定位等功能，在天然气长距离集输设备中实现全线数据采集和监控、运行参数优化、管道泄漏检测定位、站场无人操作或无人值守以及中心远程遥控功能，在油田设备中实现井口关键参数检测、数据处理及集中监测功能。

5、国防军工领域

重点推进专用机器人、精密仪器仪表、新型传感器、智能工控机在航天、航空、舰船、兵器等国防军工领域的应用。

6、基础设施建设领域

重点推进在挖掘机、盾构机、起重机、装载机、叉车、混凝土机械等施工装备上应用，实现远程定位、监测、诊断、管理等智能功能，在机场和码头建设领域推广应用，实现机场行李和货物的自动装卸、输送、分拣、存取全过程的智能控制和管理，集装箱装卸的无人操作与数字化管理。