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【工业4.0】工业4.0:制造强国梦
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十年制造强国梦,信息化支撑是基础


工业4.0是由德国工程院、弗劳恩霍夫协会、博世公司、西门子公司等联合发起并率先提出,其核心理念是深度应用信息通信技术,推动实体物理世界和虚拟网络世界的融合,在制造领域形成资源、信息、物品和人相互关联的“信息物理系统”(CPS),推进制造业向智能化转型。工业4.0伴随着的是传统工业的创新与转型。


工业互联网则是由美国GE公司发起并由AT&T、思科、GE、IBM和英特尔成立的工业互联网联盟进行推广。旨在形成开放且全球化的工业网络,实现通信、控制和计算的集合,通过物联网、互联网、大数据等技术手段实现对生产设备管理与服务性能的改善。


中国制造2025是国务院2015年发文提出,是我国实施制造强国战略第一个十年行动纲领。旨在通过该行动实施,使我国用十年时间迈入世界制造强国行列。


无论是工业4.0还是工业互联网亦或是中国制造2025,围绕制造部分的主题都是一体两面,其核心都是实现互联网与工业的融合,进而实现生产制造的数字化、智能化、协同化的目标。因此本篇报告不再区分各自定义的区别,而是从最终目标的角度出发分析其中潜在的机会。



按照《中国制造2025》规划,力争通过“三步走”实现制造强国的战略目标。(1)第一步:力争用十年时间,迈入制造强国行列。(2)第二步:到2035年,我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平。(3)第三步:新中国成立一百年时,制造业大国地位更加巩固,综合实力进入世界制造强国前列。而在2025年前,推进智能制造发展实施“两步走”战略:(1)第一步:到2020年智能制造发展基础和支撑能力明显增强,传统制造业重点领域基本实现数字化制造,有条件、有基础的重点产业智能转型取得明显进展;(2)第二步,到2025年智能制造支撑体系基本建立,重点产业初步实现智能转型。



智能制造,信息化先行。无论从工业 4.0、工业互联网还是中国制造 2025的细则看,物理设备与网络世界的融合协同、大数据人工智能通信互联网等技术手段都是三者共同的。进一步延伸来看,要实现智能化协同化,前提要以底层的信息化为支撑,实现底层的数据采集和业务流程规范,才能实现上层平台的数据汇集智能分析和网络协同。无疑先要有信息化,才有智能化和协同化。而制造业是一个国家最重要最具硬核价值的产业,中国制造业的崛起将是一个长期的命题,进而带来制造业信息化领域的长期成长机遇。


那么对于一家制造企业而言,其信息化到底由哪些部分构成?这些部分之间的依存关系又当如何?关于这个问题可以从制造产品的生命周期和制造的层次结构两个维度来回答。


中国制造业信息化提升空间明显


从制造产品生命周期来看。一款产品生命周期包括从产品研发到工艺设计、到物料采购、到生产制造、到成本效益核算再到产品销售、售后管理,涉及到上游供应商、下游代理商经销商终端客户、企业内部采购市场研发生产制造等多个部门。在这个过程中,当有大规模管理需求的时候,每一个环节无疑都需要信息化工具提供支撑。涉及到诸如CAD、CAPP、SCM、CRM、MRP、MES等多款软件产品。



从制造的层次结构来看。一个制造企业从底层的制造设备,到控制单元,到生产制造车间,再到整个企业层面,最后则是企业内外部协同。制造设备负责生产加工执行,控制单元负责设备控制与管理,生产车间负责制造加工过程管理,企业层面是制造体系大脑负责多个车间多条生产线的生产活动,而内外协同则基于内外信息的互联互通实现资源和产能的最有效配置。这个过程涉及到物流、设备、生产工人、企业管理层、产业链合作伙伴等多方,与之相关的信息化产品包括PLC、SCADA、MES、PLM、ERP、SCM、BI等。



从上面的分析可以看出,产品生命周期视角更偏向于企业管理活动,制造层次结构视角更偏向于加工制造活动,两者是从不同视角看待制造企业的信息化体系。无论哪个视角,都能看到系统之间存在前后依赖互为支撑的关系。比如说CAD的设计和CAPP的工艺安排是MES生产执行过程的重要基础,PDM的报价功能要依据ERP的成本计算结果,SCM的供应商白名单决定了ERP采购管理的范围选择。对于企业而言,信息化是为业务服务的,而每一项业务几乎都是跨部门的。优化业务流程的前提是流程必须可视化,而实现可视化必须要以信息集成为基础。只有内部的各个系统实现集成互联互通,才能实现流程的可视化业务的规范化,更大程度发挥信息化的效果,提高各个环节的效率。集成化的最终目的是实现网络协同。



在全球经济的大背景下,企业之间的竞争已经不再局限在单个企业之间,而是以每个企业为核心包括上下游供应商经销商形成的虚拟企业联合体之间的竞争。针对市场需求的变化,快速的组织产品设计生产检测上市,需要整个联合体之间的合作协同实现更快的响应速度,保障更优质的产品质量,支撑更好的售后服务体验。根据《国家智能制造标准体系建设指南》定义,智能制造体系架构包括生命周期、系统层级和智能特征三个维度。其中生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。系统层级自下而上共五层,分别为设备层、控制层、车间层、企业层和协同层,体现了装备的智能化和互联网协议化,以及网络的扁平化趋势。智能特征包括资源要素、互联互通、融合共享、系统集成和新兴业态等五层。



从智能制造的体系架构可以看出,智能制造是以智能设备IT技术为依托,支撑制造环节的信息化柔性化智能化,进而实现产品全生命周期的可视化可追溯全网络的协同化等目标。在这里无疑信息化是基础,无论是产品生命周期视角还是制造层次结构视角的软件产品是重要的基础支撑。在信息化完备的基础上,信息系统之间的集成是必须,保障数据互联互通以及企业内外部的网络协同,从而支撑更高效更柔性更智能的业务流程,进而衍生出新商业模式和更多新兴业态。以定制家居厂商尚品宅配为例,公司在接到销售部门下单之后,工艺部门先要审查订单价格是否计算合理,审查通过后财务部门要确认订单是否已支付货款,确认货款支付后工艺部门对订单进行分拆处理,生成包括部件尺寸和加工要求等生产工艺的数据文件,然后进行排产计划编制、物料领取、产品加工、质量验收等后续环节。在这个过程中,从最初的图纸到最终的成品下线,涉及到CAD、CAPP、ERP、MES、VMS、ASP等诸多工业软件,这些不同的软件之间信息高效的互联互通,无疑是成本和效率的最重要的决定因素,进而直接影响客户体验决定公司的市场竞争力。



如果我们认为智能制造的体系架构整体是一个理想化的制造信息化的标准,那么随之而来的问题就是我国制造企业信息化的现状如何?相比标准之间的差距到底有多少?那么在补足短板的领域无疑蕴含着机会。


中国制造信息化的现状


中国制造业信息化正由单项业务覆盖向综合集成阶段过渡,尚有明显的提升空间。按照中国工业企业两化融合的评估标准,企业的两化融合水平分为四个阶段:基础建设、单项应用、综合集成、协同与创新。据工信部2011年调研数据,调研企业约25%处于基础建设、43%企业处于单项覆盖阶段、22%企业处于综合集成或正向集成阶段过渡、10%企业初步进入突破创新阶段。而据德勤2015年调研显示,6%企业处于起步阶段、46%企业处于单项业务覆盖阶段、42%企业处于综合集成阶段,仅5%的企业进入与全产业链和用户协同创新阶段。可见中国制造企业大部分仍处于单项业务覆盖阶段和向综合集成阶段过渡,仅少数企业初步进入全产业链协同阶段。


智能设备是企业智能制造布局的主要领域,建设智慧生产系统充满潜力。据德勤2015年的调研显示,受访企业中47%对智能制造的布局以引入和开发智能设备为主,而建立智慧生产系统这一数据仅20%,整合价值链、优化商业模式和尚未布局智能制造三个选项的该数据分别为14%、12%、7%。可见中国制造业企业尚处于设备智能化中期及生产智慧化初级阶段。考虑到时间的滞后影响,以及设备智能化是生产智慧化的基础,智慧生产系统市场无疑饱含潜力。


另据《世界经理人》杂志2015年针对260位制造业高管进行的“2015中国制造业信息化管理现状调研”显示,财务系统、人力资源和研发设计是应用比例最高的三项系统,应用比例分别为82%、55%、49%。而客户关系管理、电子商务系统、产品生命周期管理应用水平较低,分别为37%、34%、22%。而我们知道企业若要实现同供需链上下游经济实体实现信息交换和协同运营,SRM/SCM和CRM是重要载体。由此也从侧面印证企业信息化主流尚处于内部信息化提升的阶段,外部的集成和协同程度较低。


政策支持智能制造,支持力度将持续


政策大力支持。自2015年《中国制造2025》发布以来,中央政府、部委、地方政府先后出台多项配套政策,既有短期目标也有远景规划,支持智能制造产业发展。在政策落地上,中国政府通过遴选智能制造试点示范项目、重点项目财政补贴等方式进行支持。根据工信部公布的《智能制造试点示范项目名单》统计,2015-2018年四年间累计支持智能制造试点项目总计306个,超过当年专项行动实施方案的规划数目,涉及机械、汽车、通信、医药、新能源、家电等诸多行业。结合五年发展规划具体目标,预计试点项目支持力度仍将持续。



互联网成为新基础设施,C2B等商业模式崛起


互联网的普及带来商业模式变革。近年来,随着社交媒体、直播平台的兴起,可以看到诸如淘品牌、网红经济等新商业力量崛起。它们不同于传统品牌先有产品再通过渠道提供给用户,而是本身自带流量并与自己的粉丝有频繁且深度的互动,基于互动过程中积累的信任和彼此认同再通过电商等手段进行货币化变现。而在销售环节,它们往往通过预售等方式收集用户的真实需求,通过柔性供应链的支撑,多批次小批量迅速完成产品生产并上市快递到粉丝手中。这个过程对客户需求的响应速度无疑是决定客户体验的核心要素。


而在资本市场也可以看到,定制家居类的公司开始批量上市,从好莱客到顾家家居到尚品宅配。不同于传统的家居品牌先生产大量的各类家居产品,然后通过在线下开店或线上网店方式销售给客户,客户只能在家居商提供的商品范围内进行选择。它们一开始就是先有客户需求,通过线下实体店或者线上网站触达潜在客户,潜在客户转化之后安排设计师与客户对接互动商定方案,方案确定后再下单签合同完成后续产品生产上门安装售后服务等一系列工作。相比传统品牌先有产品再找需求,后者无疑一开始就是有效需求,没有库存没有积压没有尾货处理。而且是客户主动找上门,并深度参与方案制定,为客户单独量身打造,客户满意度无疑也会大幅提升。


经过20年突飞猛进的发展,互联网成为新的基础设施。可以预见的是,在这一背景下,未来互联网将成为所有企业直接触达客户的接口。商家将会通过网络与用户互动交流服务,用户更多个性化需求将得到满足,多批次小批量生产将成为常态,零库存无尾货或将成为现实。商品市场将从卖方市场转向买方市场,以供定需转向以需定供,谁能更好地挖掘潜在客户的真实需求,并能以最快的速度满足客户的需求,谁就将获得市场、得到销量。而在这背后,柔性供应链、高效的设计生产制造系统、协同的上下游合作伙伴关系无疑是最为重要的核心支撑。



C2B模式在定制家居行业盛行的背后,是相关企业对于生产制造系统的大力投入。以尚品宅配为例,公司募投项目之一的智能制造生产线建设项目(五厂)2017年底已达到设计产能的65%,是国家工信部指定的智能制造示范基地,具备大规模柔性化生产制造的要求。欧派家居启动欧派制造2025计划,打造AI工厂。索菲亚在黄冈落地中国家居制造行业第一条完全按照德国工业4.0标准设计实施的生产线。智能制造水平逐渐成为这类企业的核心竞争力之一。


工业互联网平台自上而下推动产业升级


工业互联网平台是面向制造业数字化、网络化、智能化需求,构建基于海量数据采集、汇聚、分析的服务体系,支撑制造资源泛在连接、弹性供给、高效配置的工业云平台,包括边缘、平台(工业PaaS)、应用三大核心层级。其中边缘侧通过大范围、深层次的数据采集,以及异构数据的协议转换与边缘处理,构建工业互联网平台的数据基础。平台层基于通用PaaS叠加大数据处理、工业数据分析、工业微服务等创新功能,构建可扩展的开放式云操作系统。应用层形成满足不同行业、不同场景的工业SaaS和工业APP,形成工业互联网平台的最终价值。



从工业互联网平台功能架构可知,工业互联网平台一开始就是自上而下的思路,通过核心的PaaS平台构建工业软件的基础平台,将大量工业基础原理、行业知识、基础模型规则软件化、模块化,并封装为可重复使用和灵活调用的微服务,在此基础上形成上层工业APP的运行环境,而用户通过对工业APP的调用,实现对特定制造资源的优化配置。因此工业互联网平台一开始就是以全局智能、协同化为目标,最终实现智能分析决策、管理决策优化、资源配置优化的目的。


目前,伴随以Cloud Foundry为代表的开源多云应用程序平台的出现,各类通用的工业互联网PaaS平台纷纷涌现,其中代表平台有GE  Predix、IBM Bluemix、西门子MindSphere、航天云网INDICS等。同时围绕工业互联网平台,也形成了包括产业链上游的云计算、数据管理等,产业链中游的装备与自动化、工业制造类以及产业链下游垂直领域用户和第三方开发者构成的完整产业体系。在应用方面,工业互联网平台目前还处在初级阶段,以“设备物联+分析”或“业务系统互联+分析”的简单场景优化应用为主,未来将向决策分析、系统改进与优化、产业资源优化配置方向演进。伴随工业APP开发门槛降低应用将持续深化,企业信息化能力水平不断提升,产业体系相关的公司无疑迎来良好的发展机遇。


数字化渗透深化,制造信息化加速


从前文分析可知,当前制造企业的信息化处于内部信息化水平提升,向外部集成化协同化过渡的阶段。而在政策支持、商业模式变革、工业互联网平台的新机遇等多因素共振下,加速了制造企业信息化的建设进程。首先政策层面,以《中国制造2025》为纲,中央政府地方政府各部委出台相应配套措施,包括税收优惠、财政补贴等多种手段支持制造业信息化建设。同时互联网成为基础设施,无边界的用户触达普及,C2B等新商业模式崛起,对柔性供应链、生产制造信息系统提出更高的要求。此外,工业互联网平台提供了一种新的自上而下的提升企业信息化的解决方案,在产业体系的推动下应用将持续深化,新的供给有望激活更多的潜在需求。


我们统计了A股及三板上市(挂牌)企业的智能制造板块业务数据发现,绝大多数公司近年该板块收入均呈现非常高速的增长态势。这些企业的共同特征都是面向制造型企业提供生产加工环节以MES为核心,叠加QMS、WMS等系统的解决方案。我们认为这一小样本结果比较能反应行业的客观现实:首先,从制造企业部门信息化水平来看,正处于内部提升向外部集成的过渡,在财务、人力等领域建设程度较高的同时,以MES为代表的制造执行过程信息化是建设不足的领域。其次,以C2M为代表的新的商业模式,以及以智能手机为代表的更多智能产品的生产需求,对于生产线及制造环节也提出了更高的要求,而信息化是提高效率和产品良率的重要保障。第三,在《中国智能制造2025》的引领下,以及两化融合、工业互联网等政策的驱动下,财政补贴及税收优惠等手段也驱动企业进行信息化升级投入。



展望未来,一方面智能制造五年规划临近收尾,2025节点趋近,各类政策支持力度将持续;另一方面C2B的商业模式变革从家居、服装向汽车、装修等更多用户个性化需求没有得到很好满足的领域扩展,产品智能化大势所趋,制造生产加工的要求日益提高。另外消费互联网巨头开启B端服务大幕,工业互联网驱动产业升级,尚处于早期红利释放阶段。三驱动力共振,行业高景气度将持续。



在工业互联网平台产业体系里,在政策之外有两股力量至关重要,有望成为制造业信息化产业提升的核心驱动力。一类是工业互联网平台的提供者,包括传统的自动化厂商、软件企业的产品升级,制造企业的内部能力外部化,ICT厂商的底层能力的延伸,这部分厂商的解决方案决定了市场的供给质量,以及制造企业需求的解决水平。另一类厂商是以互联网巨头为代表的云基础设施服务商,互联网成为新的基础设施,制造业与互联网的更深度融合大势所趋,这类企业掌握了互联网时代的核心生产力,有望给制造业带来新的变革,碰撞出更多的火花。


传统巨头依旧引领智造时代


从制造信息化方案供应商的角度看,存在两类企业:一类是原本就在工业软件领域有深厚积累的企业,主要包括西门子、GE等自动化企业,和SAP、达索、ANSYS等工业软件企业,以及部分的ICT企业。这类企业在工业领域积累深厚,往往是某一种甚至几种工业软件的核心供应商,他们的软件方案是众多制造企业信息化的首选。在云计算的大背景下,他们也纷纷向云转型,包括软件的云化、推出工业互联网平台等。另一类企业则是将自己内部成长起来的相应产品外化的供应商,这类企业大多是成长于大型制造企业,以自身的数字化建设经验为依托对外提供服务,代表有三一重工的树根互联、美的的美云智数等。


可以看到,前一类企业本身就是制造业信息化时代的行业领导者,它们的产品和方案被众多制造企业进行信息化建设升级时所采用,围绕这些核心企业已经形成一个完整的包括实施商、代理商、客户在内的完整生态。而从信息化进入到数字化再到工业互联网的时代变迁中,这些企业依旧是最敏锐的行业先行者,包括西门子是德国工业4.0的主要发起单位,GE是工业互联网的定义者。可以预见的这些企业在现在以及可见的将来仍然是领域内最具竞争力最具优势的参与者。


而后一类企业是制造信息化应用的代表,它们领行业之先,并通过自身的支付能力切实推动行业向前发展进化。在这个过程中,基于应用的经验,行业知识的积累以及自身个性化需求外部供应商不能很好的满足的情况下,逐渐抽象出行业知识模型并逐渐形成产品化,进而对于企业外的同行赋能。这类企业无疑对于自己本行业内企业的需求非常了解,产品也更能满足本行业的客户需求。但行业应用的经验或许会成为产品向外扩张的瓶颈,产品的边界和应用范围或许会受到限制。


无论是传统巨头的迭代升级,还是行业内先行者的能力外化,这些企业的参与都给行业带来更好的方案供给,进而有望激活行业内冰封之下的需求。同时围绕这些核心企业的生态伙伴亦将获得更好的成长机遇。


互联网巨头加大B端基础设施服务


消费互联网进入下半场。据中国互联网络信息中心披露数据显示,截止2018年6月底,中国大陆网民规模达8.02亿人同增6.7%,占近14亿人口的57%。而看4G用户数,据工信部披露数据,截止2018年10月中国共有4G用户数11.58亿户环增1%,占近14亿人口的83%。再看微信用户数,据腾讯官方披露,截止2018年9月底,微信共有用户数10.83亿户,环比6月份增长2.3%,增速逐季放缓。如果以网民渗透率超过50%作为上下半场的分界点,那么在2016年初中国互联网市场进入下半场,2016年下半年中国移动互联网市场进入下半场。


以阿里云为代表的B端服务高速增长。在用户数增速放慢的另一面,阿里云、腾讯云等消费互联网巨头的B端服务业务却呈现持续高速增长态势。据财报披露数据显示,2018年前三季度阿里云实现收入为147.5亿元,同比增长94.8%。腾讯云服务收入超60亿元人民币,同比增长超一倍。金山云实现收入14.9亿元,同比增长59.8%。


B端服务是巨头转向的共同选择。今年9月底,腾讯调整组织架构,新成立云与智慧产业事业群(CSIG)将整合腾讯云、互联网+、智慧零售、教育、医疗、安全和LBS等行业解决方案,推动产业的数字化升级,引起广泛关注。10月份美团调整组织架构,餐饮B2B升级为快驴事业部为商家提供优质供应链服务,而此前美团已经通过收购餐饮SaaS服务商屏芯科技、推出“美团生意贷”来解决小微商家融资难问题等手段来增强B端服务能力。而做B2B起家的阿里巴巴,无论是阿里云、阿里小贷,还是蚂蚁金服的开放赋能,B端服务一直是阿里体系庞大且重要的版图。



一方面,以阿里云、腾讯云为代表的底层基础设施服务商需要寻找应用承载,制造业信息化是一个足够大且需求足够刚性的市场,因此联合工业互联网平台厂商切入B端服务是自然而然的选择,云计算厂商助力制造企业建立垂直领域工业互联网平台报道屡见报端。另一方面,新的背景下对企业信息化提出了新的要求,集成化、协同化、智能化是核心目标,通过互联网的窗口直面最终客户收集真实需求将是众多传统制造企业的共同诉求。互联网巨头手握大量C端流量,在用户运营等方面积累深厚,有望给传统企业触网提供更多经验指导,多方碰撞衍生新的玩法和商业模式值得期待。


一方面,互联网在改变消费者衣食住行的同时,对传统制造业渗透有限。可以预见的是,未来互联网将成为所有企业直达客户的接口,C2B等新型商业模式变革必将盛行,对智造信息化水平带来新的要求。另一方面,德国提出工业4.0,美国提出工业互联网,中国提出《中国制造2025》,智能制造成为大国集体压注的未来方向。本篇报告希望以智能制造最终目标为纲,以信息化助力制造业升级为线,在互联网成为新的基础设施的大背景下,探讨制造信息化的现状、阶段和演化路径,以期挖掘其中相关信息化厂商的未来机遇。



文章来源:光大证券