1.全球供应链变化

（1）工业机器人

工业机器人是智能制造业最具代表性的装备。截至2018年底，全球约有240万台工业机器人投入运行，较2017年增长15%。其中，全球安装的机器人约占26%。2020年2月19日，国际机器人联合会（IFR）在德国法兰克福发布2020年机器人技术主要发展趋势。2020年到2022年，预计全球工厂将新增近200万台工业机器人，亚洲销售和库存均居首位，欧洲紧随其后。

图15　全球工业机器人累计产量及增速

工业机器人的核心零部件包括减速器、伺服和控制器。其中，技术门槛最高的是减速机，其次是伺服电机和驱动，再次是控制器。减速器、伺服和控制柜成本分别占机器人成本的30%—50%、20%—30%、10%—20%。

图16　机器人产业链全景图

工业机器人用精密减速器可以分为五类，RV减速器和谐波减速器是工业机器人最主流的精密减速器。世界75%的精密减速器市场被日本的哈默纳科和纳博特斯克（帝人）占领。RV减速器适用于重载机器人，纳博特斯克（帝人）生产RV减速器，约占60%的份额，全球机器人销量最大的四大机器人品牌ABB、发那科、库卡、安川都是它的客户。排名第二的日本住友占据全球约30%的市场份额。谐波减速器适用于小型机器人或大型机器人的末端几个轴，哈默纳科几乎垄断了整个工业机器人谐波减速器领域，目前全球市场占有率高达80%。相比日本巨头几十年的积淀，中国的工业机器人用精密减速器研究开始较晚，技术不成熟，形成了精密减速器不能自给自足的局面，严重依赖进口。国内涉足RV精密减速器的公司有上市公司秦川机床、上海机电、巨轮股份，新三板公司有唯一标的恒华股份，非上市公司有南通振康、恒丰泰、武汉精华、上海精华、山东帅克等，涉足谐波减速器的有非上市公司苏州绿的谐波传动科技有限公司、北京中技美克谐波传动有限公司等。

图17　中国工业机器人减速器市场格局

伺服中主要的三大零部件为：马达、驱动器、编码器。目前国内高端市场主要被国外名企占据，主要来自日本和欧美，未来国产替代空间大。目前国外品牌占据了中国交流伺服市场近80%的市场份额，主要来自日本和欧美。其中，日系产品以约50%的市场份额居首，其著名品牌包括松下、三菱电机、安川、三洋、富士等，其产品特点是技术和性能水平比较符合中国用户的需求，以良好的性价比和较高的可靠性获得了稳定且持续的客户源，在中小型OEM市场上尤其具有垄断优势。未来五年，我国伺服系统行业受益于产业升级的影响，将保持较快增长，国产替代空间还很大。国内较大的伺服品牌市场包括上市公司埃斯顿、汇川技术、华中数控、广州数控、和利时、新时达，新三板公司北超伺服。其中，汇川技术提供的机器人解决方案中伺服电机和数控系统基本实现自给，新时达、埃斯顿部分型号机器人开始使用自行研制的控制器和伺服系统，北超伺服能够为客户提供电机与驱动器一体化产品。

图18　中国工业机器人伺服系统市场格局

图19　中国工业机器人控制系统市场格

国内企业机器人控制器产品已经较为成熟，是机器人产品中与国外产品差距最小的关键零部件，国内控制器与国外产品存在的差距主要在控制算法和二次开发平台的易用性方面。相对于减速器，机器人控制器市场集中度略低，ABB、发那科、库卡、安川四大家合计占据约60%市场份额。

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%。从日本工业机器人数据来看，2019Q1—Q4总出货台数分别为43 089台（同比－24.15%）、42 541台（同比－25.10%）、46 161台（同比－10.60%）、43 911台（同比－12.10%）。其中，2019Q1—Q4对中国的销售额分别为360.22亿日元（同比－34.25%）、476.60亿日元（同比－26.00%）、542.99亿日元（同比－2.18%）、464.22亿日元（同比－9.69%），单季度来看降幅收窄明显。

图20　日本工业机器人对中国出口额及增速

（2）数控机床生产

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。2019年，全球数控机床产业结构中，数控金属切削机床产业规模783.3亿美元，占比最高，达到52.5%；数控金属成形机床产业规模420.7亿美元，占比28.2%；数控特种加工机床产业规模265.6亿美元，占比17.8%；其他数控机床产业规模22.4亿美元，占比1.5%。

图21　2019年全球数控机床产业规模结构

图22　2019年全球数控机床产业区域结构

全球数控机床产业主要集中在亚洲、欧盟、美洲三大区域，其中，中国、日本和德国是机床的主要生产国家。2019年，日本数控机床产业规模占全球比重约32.1%，是全球第一大数控机床生产国。中国数控机床产业规模略低于日本，占全球比重约31.5%。德国整体产业规模占全球比重约17.2%。

中国目前生产的工业机器人主要满足国内市场需求，国际上的工业机器人核心部件供应商中，安川、发那科、哈默纳科和纳博特斯克是日本企业，ABB是瑞士企业，库卡是德国企业。中美贸易摩擦暂时不会对正在蓬勃发展的中国工业机器人供应链产生很大影响。

在国际市场上，中、高档数控系统主要由日本发那科、德国西门子公司为代表的少数企业所垄断，其中发那科占一半左右。2010年起，我国成了世界机床消费第一大国，消费了全球高端数控机床将近一半。而中国高端数控机床的核心零部件大部分依赖进口，国产中高档数控系统自给率不到20%，其中，高档数控系统自给率不到5%，其中从日本进口最多，约占1／3。同样，我国高等数控机床生产对美国依存度比较低。

综上所述，目前中美贸易摩擦暂时未对我国智能制造供应链造成多大影响。但必须看到，西方国家一直对高科技产品出口采取严格管控措施，随着中美贸易摩擦加深，美国很有可能使用其影响力，限制日本等国对我国出口。我国必须高度重视其中风险，防止核心零部件断供，一方面，要努力实现供应商多元化；另一方面，要加快技术研发，提高自给率。(www.daowen.com)

2.产业集聚和扩散

智能制造跨国企业主要集中在美国、德国和日本工业化发达国家，且产业集中度高。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，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。

在智能制造企业数量方面，苏州以高达6 653个智能制造企业数量位居全球第一，悉尼与墨尔本以6 544个和6 500个企业数量分列其后，上海以5 131个位居第九。

图23　2019年全球智能制造企业数量前十名（单位：个）

工业机器人是智能制造业最具代表性的装备。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%。

图24　2014—2019年全球工业机器人区域分布（按年安装量）变化情况及预测（单位：%）

高端数控机床产业竞争激烈，日本山崎马扎克、德国通快以及德日合资的DMG MORI稳居行业龙头地位。

表1　2019年全球重点数控机床制造商

续表

从全球来看，由于发达国家工业软件起步早、技术积累雄厚且专业化程度高，基本垄断了技术复杂的高端工业软件领域，并形成了西门子、SAP、甲骨文等一批国际大型软件企业，主导了工业软件市场，我国工业软件市场份额仅占到全球约6%的比重。在外国市场，工业软件行业已形成巨头垄断的局面，如研发设计类软件领域由达索、西门子、欧特克等巨头占据着技术和市场优势；在生产控制软件领域，西门子保持行业龙头地位；信息管理类软件领域SAP、Oracle占据主导地位。

表2　工业巨头开发／支持的工业软件

目前全球3D打印机领域新老企业并存，竞争激烈。EOS、SLM solution、3DSystems等老牌3D打印巨头，在早期引领了产业的发展，凭借专利优势拥有十几年甚至二十多年的技术积累，已经拥有较高的市场份额和客户认知度。而Desktop Metal、Digital Alloys等初创公司，多数成立于2000年甚至2010年以后，一方面系列专利到期后降低了进入壁垒，另一方面这些公司通过改进工艺技术、创新业务模式和提升成本控制，具备一定的后发优势。例如Desktop Metal分别开发了桌面级系统和工业级系统，以满足不同领域客户的需求。Digital Alloys开发了Joule Printing技术，使用金属线代替金属粉末作为原材料来解决打印速度、质量和成本问题，在2018年获得了1 290万美元的B轮融资。此外，中国的铂力特和先维三临缓缓崛起，挤进全球头部行列。其中，铂力特在2019年7月22日正式登陆中国A股市场，在上交所科创板挂牌上市，成为“科创板3D打印第一股”。而先维三临则持续开拓市场，成为具有全球影响力的3D数字化和3D打印技术企业。

表3　全球主要3D打印厂商

3.新技术、新应用下的价值链提升

智能制造市场正发生着四大变化：一是由批量化向定制化转化；二是由专业化向多品种转变；三是更新换代周期短；四是生产大众化的产品向高端化的产品转变。智能装备关键技术主要有：一是数字产生与数据样机建模分析技术；二是多技术路线与工作方案优化决策机制；三是复杂工况多任务支持与协同技术；四是多机械系统阶级化交互与控制技术；五是大数据驱动故障诊断，深度学习技术；六是工艺工装协同推送自动装箱系统；七是产品知识图谱与知识网络构建技术；八是机电云一体化，云平台实时服务。

工业机器人是工业4.0中使用的数字化和网络化生产的核心组成部分，简便、协作和数字化是推广机器人应用的关键因素。其发展趋势：一是机器人编程和安装变得越来越容易。数字传感器与智能软件的结合使得直接示教法，即所谓的“示教编程”得以实现。二是人机协作。具备与人类协同工作的能力的现代机器人系统能够适应快速变化的环境。机器人制造商不断扩大人机协作应用范围。目前最为普遍的协作场景是人机共享工作区。机器人和工人一起工作，按顺序依次完成各自任务。三是数字化。由VDMA和开放平台通信基金会（OPC）联合工作组开发的所谓的“OPC机器人配套规范”定义了工业机器人的标准化通用接口，并使工业机器人能够连接到工业物联网。机器人的数字化连接性，例如与云技术的连接，也是开发新业务模式的重要因素。

数控机床方面主要体现为以下几方面技术特征：一是高速、高效，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。二是高精度，从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。三是高可靠性，随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。四是复合化，将不同的加工功能整合在同一台机床上。五是多轴化，5轴联动控制的加工中心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。六是智能化，在加工过程中模拟人类专家的智能活动。七是网络化，机床通过所配装的数控系统与外部的其他控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。八是柔性化，由传统的万能机床向机床功能专用化和产品多样化发展。九是绿色化，采用准干切削。

工业软件是大量的工业知识的积累，是制造业从材料、工艺、机械、控制、应用等多个层级的协同问题的集中体现，而任何一个工艺都必须经过大量的工业现场测试验证过程、经过收敛形成最经济的道路，这包括很多方面：制程工艺的知识、控制工艺、测试验证方法体系、工具系统。工业软件市场在国内一直处于关键却尴尬的地位，在设计、加工和分析领域，工业软件被欧美厂商100%垄断，国产工业软件几乎全军覆没。比如EDA，芯片设计生产“必备神器”EDA就是一个重要的工业软件，目前全球市场接近90%的份额都集中在Synopsys、Cadence、Mentor、Ansys四家公司上，国内EDA“三剑客”华大九天、广立微、芯禾科技虽然有所突破，但整体市场还是被国际巨头占领。

尽管3D打印有诸多优势，但仍无法避免快速发展所带来的弊端——材料问题、打印速度问题以及专业化的人员配备。材料是制约3D打印市场拓展的首要问题，研发高速及更广泛的打印材料是3D打印机厂商重要的发展方向，与此同时，专业的知识和人员也是市场不断扩张的重要配备资源。整体而言，3D打印技术的发展前景仍是值得期待的。未来的发展趋势主要会聚焦在三大方面：开拓单机在多种材料的自由使用、提升3D打印机的打印速度，以及降低3D打印机的售价。

图25　全球EDA市场企业竞争格局