自德国政府于
2013
年在汉诺威工业博览会上正式公布，
“
工业
4.0”
概念就已席卷全球，并被认为是以信息物理系统（
CPS
）技术为核心的第四次工业革命。
而作为工业
4.0
的最大主题，智能工厂可谓贯穿产业升级全过程。智能工厂主要研究智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现。
智慧工厂的主要特征包括：
1
、利用物联网技术实现设备间高效的信息互联，数字工厂向
“
物联工厂
”
升级，操作人员可实现获取生产设备、物料、成品灯相互间的动态生产数据，满足工厂
24
小时监测需求；
2
、基于庞大数据库实现数据挖掘与分析，使工厂具备自我学习能力，并在此基础上完成能源消耗的优化、生产决策的自动判断等任务；
3
、引入基于计算机数控机床、机器人等高度智能化的自动化生产线，满足个性化定制柔性化生产需求，有效缩短产品生产周期，并同时大幅降低产品成本；
4
、配套智能物流仓储系统，通过自动化立体仓库、自动输送分拣系统、智能仓储管理系统等实现仓库管理过程中各环节数据录入的实时性以及对于货物出入库管理的高效性；
5
、工厂内配备电子看板显示生产的实时动态，同时，操作人员可远程参与生产过程的修正或指挥。
智慧工厂的基本架构：计划层
+
执行层
+
控制层
智慧工厂拥有三个层次的基本架构，分别为顶层的计划层、中间层的执行层以及底层的设备控制层，大致可对应为
ERP
系统（企业资源计划）、
MES
系统（制造执行系统）以及
PCS
系统（过程控制系统）。
智慧工厂基本架构
按
MES
系统的分类，智慧工厂的下游行业可粗略地划分为离散型与流程型。其中，离散型行业主要包括机械、航空航天、汽车等，流程性行业主要包括石油化工、生物医药、食品饮料、纺织等。
智慧工厂主要下游应用行业
部分下游应用行业工厂自动化改造项目及降本增效情况
产业升级需求
智能制造装备产业主要包括智能测控仪器仪表、数控机床、工业机器人、自动化成套生产线等。根据《智能制造装备产业
“
十二五
”
发展规划》，
2010
年我国部分智能制造装备产业销售收入
逾
3000
亿元
，至
2015
年产业收入
突破
1
万亿元
，至
2020
年实现销售收入
3
万亿元
。
2010-2020
年我国智能装备制造产业市场规模（亿元）
劳动力成本优势消退
自
2008
年以来，我国劳动力成本的增速明显快于工业生产效率增速。据权威机构的测算数据显示，我国的制造业劳动成本在
2019
年将为越南的
177%
、印度的
218%
。
东南亚国家制造业劳动力成本对比（美元
/
小时）
我国智能制造示范项目不断加速
在全球制造业加速向数字化、网络化和智能化方向发展的背景下，我国于
2015
年正式颁布《中国制造
2025
》，其中明确提出将智能制造工程作为政府引导的五个工程之一。
如果说
2015
年为我国实施
“
智能制造试点示范专项行动
”
元年，
2017
年项目实施正加速落地。另外，国家对于智能制造装备行业的补贴额增速也在加快。
2015-2017
年我国智能制造试点示范专项行动数量变化
2011-2016
年我国智能制造专项政府补助金额（亿元）
自动化生产线通过工件传送系统与控制系统将生产设备相互联结，从而实现全部或部分生产过程的无人化。如果将智慧工厂简单以自动化生产线市场为代表，博思数据的统计显示，
2014
年我国自动化生产线产量为
8780
条
，同比
增长
19.29%
；需求量为
21100
条
，同比
增长
10.47%
。
从需求分布看，主要来自汽车、工程机械、物流仓储、家电电子行业，占比分别为
42.4%
、
29.8%
、
9.5%
、
6.2%
。
2009-2015
年我国自动化生产线供需情况
我国自动化生产线行业分布
德国工业
4.0
工作小组的统计认为，
2012
年我国自动化市场规模已达到约
8000
亿元
，占全球市场的
29%
。
2016
年，我国自动化市场规模达
1403
亿元
，其包括产品市场与服务市场。在应用市场方面，罗兰贝格的调查认为，中国
2016
年的自动化应用市场规模可达
3876
亿元
，同比
增长
16.43%
。
2004-2017
年我国自动化市场规模（产品
+
服务）
2012-2016
年我国自动化应用市场规模及增速
智慧工厂：计划层与执行层
工业软件指应用于工业领域的软件，按应用分类可将工业软件划分为运营管理类、研发设计类与生产调度与过程控制类。其中，运营管理类软件主要包括
ERP
、
SCM
、
CRM
等，研发类指
CAD
、
PLM
等，调度与控制类的主要代表包括
MES
、
SCADA
等。
工业软件应用分类及主要供应商
工业软件的市场规模方面，全球企业级软件市场在
2016
年规模为
3260
亿美元
，同比
增长
3.84%
。国内市场在
2011
年的总体规模约为
616.34
亿元，至
2016
年上升至
1247.3
亿元
，其中
2016
年同比
增长
15.5%
。据推算，预计至
2018
年，国内工业软件的市场规模将超过
1600
亿元
，平均增速保持在两位数水平。
2012-2016
年全球企业级软件市场规模
2011-2018
年中国工业软件市场规模
智慧工厂：控制层
工业通讯
工业通讯包括现场总线、工业以太网以及无线网络。目前，我国现场总线存量市场占总市场逾
95%
，但从发展趋势看，工业以太网代表未来方向，
2014
年，
工业以太网
新增节点占总新增市场的份额仅为
5%
左右，
预计今后将逐步扩大
。
在我国装备制造业向高端化转型的过程中，工业通讯市场成长迅速，根据中国工控网的统计，
2014
年国内已安装市场规模
2891
万节点
，同比增长
10.7%
，新增市场规模
279
万节点
，同比
增长
3.1%
，其中，工业以太网占比整体稳步上升。
中国工业通讯行业已安装市场份额占比
中国工业通讯行业新增市场份额占比
中国自动控制系统装置：PLC
根据统计数据，
2016
年我国
PLC
市场构成中，小型
PLC
占比进一步提升，约为
46.8%
，较
2015
年
提高
6.6
个百分点
。另一方面，按下游应用领域划分，
PLC
市场可分为
OEM
市场与项目型市场，整体看
OEM
市场占总规模约
67.4%
。
2016
年我国
PLC
市场构成（
I/O
数量）
2016
年我国
PLC
市场构成（下游应用）
据数据统计，
2016
年我国
PLC
市场规模约
59.6
亿元
，较上一年有小幅下滑，预计
2017
年同比增速将
超过
10%
。
ARC
调查认为，
2016
年起亚洲将成为全球最大的
PLC
市场，占比
超过
1/3
。
2009-2019
年我国
PLC
市场规模
工业自动控制系统装置：DCS
分布式控制系统（
DCS
）由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统。相较于更偏重局部逻辑控制的
PLC
，
DCS
主要用于模拟量系统的整体控制。
ARC
的报告显示，
2012
年中国
DCS
市场规模约在
12
亿美元
，较上一年同期微增
2%
。
2016
年以来，国内市场继续下滑，我国当年
DCS
市场规模下降至
60.52
亿元
，同比
下降
14.37%
，
预计
2017
年增速将由负转正
。
