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工业4.0：工业制造拥抱互联网——机械行业2015年中期策略报告（推荐，维持）（推荐，维持）兴业证券研究所机械组2015年5月目录1、工业4.0—工业制造拥抱互联网2、3D打印加码工业4.0拥抱新未来3、风险提示21.1工业4.0是以CPS为基础的第四次工业革命图1：工业化的发展历程及展望第一次工业革命：蒸汽动力的发明而产生了生产制造的机械化，称为生产的机械化；第二次工业革命：电的发明而产生批量生产，称为生产流水线；第三次工业革命：电子技术和计算机的发展而产生自动化生产制造方式，产品更丰富，功能性更强；第四次工业革命：工业4.0，是以智能制造为主导的第四次工业革命，旨在通过利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——实体物理系统（Cyber-PhysicalSystem，CPS)相结合的手段，将制造业向智能化转型。更通俗地说，工业4.0即在制造业中广泛地采用物联网和服务，将3数据来源：公开资料整理，兴业证券研究所中广泛地采用物联网和服务，将工厂转变为一个智能环境。虚拟网络—实体物理生产系（CPS）包括智能机器、储存系统和生产设施，从入厂物流到生产、销售、出厂物流和服务，实现数字化和基于信息通信技术的端对端的集成。1.2工业4.0核心特征是互联、集成和数据1.互联将设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密连接，“工业4.0”将传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络。生产设备之间的互联工业4.0的核心是单机智能设备的互联，这是工业4.0区别与工业3.0的重要特征。智能单机设备彼此互联形成智能生产线，以此类推，互联由底层向高层发展，直到形成智能制造系统。智能单机智能生产智能车间智能工厂智能制造这些单机智能设备、智能生产线、智能车间及智能工厂可以自由的、动态的组合，以满足不断变化的制造需求。设备和产品的互联零件与机器可以进行交流，实现产品和生产设备之间能够通信，使得产品能理解制造的细节以及自己将被如何使用。同时协助生产过程，回答诸如“我是什么时候被制造的”、“哪组参数应该被用来处理我”、“我应该被传送到哪”等等问题。智能单机设备互联智能生产线互联智能车间互联智能工厂互联智能制造系统1.2工业4.0核心特征是互联、集成和数据1.互联将设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密连接，“工业4.0”将传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统（CPS）形成一个智能网络。虚拟和现实的互联信息物理系统（CPS）是工业4.0的核心，它通过将物理设备连接到互联网上，让物理设备具有计算、通信、控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。万物互联（IOE，Internetof图2：InternetofEverything万物互联（IOE，InternetofEverything）万物互联就是人、物、数据和程序通过互联网联接在一起，实现人类社会所有人和人、人和物以及物和物之间的互联，重构整个社会的生产工具、生产方式和生活场景。数据来源：公开资料整理，兴业证券研究所1.2工业4.0核心特征是互联、集成和数据2.集成包括三大集成方式：横向集成，纵向集成，端到端集成图3：横向集成横向集成：由企业内部向企业间横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合。工业4.0背景下企业新目标：•从企业内部的信息集成产业链信息集数据来源：公开资料整理，兴业证券研究所•从企业内部的信息集成产业链信息集成•从企业内部协同研发体系到企业间的研发网络•从企业内部的供应链管理与企业间的协同供应链管理•从企业内部的价值链重构向企业间的价值链重构1.2工业4.0核心特征是互联、集成和数据2.集成包括三大集成方式：横向集成，纵向集成，端到端集成图4：纵向集成纵向集成纵向集成指企业内部信息流、资金流和物流的集成，是在哪一个层次、哪一个环节、哪一个水平上。•是生产环节上的集成（如研发设计内部图4：纵向集成数据来源：公开资料整理，兴业证券研究所•是生产环节上的集成（如研发设计内部信息集成）？•还是跨环节的集成（如研发设计与制造环节的集成）？•还是产品全生命周期的（如产品研发、设计、计划、工艺到生产、服务的全生命周期的信息集成）？•工业4.0所要追求的就是在企业内部实现所有环节信息无缝链接，这是所有智能化的基础。1.2工业4.0核心特征是互联、集成和数据2.集成包括三大集成方式：横向集成，纵向集成，端到端集成端到端集成所谓端到端即围绕产品全生命周期的价值链创造，实现从产品设计、生产制造、物流配送、使用维护的产品全生命周期的管理和服务。它以产品价值链创造集成供应商、制造商、分销商以及客户信息流、物流和资金流，在为客户提供更有价值的产品和服务同时，重构产业链各环节的价值体系。图5：端到端工程数字化集成图5：端到端工程数字化集成数据来源：公开资料整理，兴业证券研究所1.2工业4.0核心特征是互联、集成和数据3.数据在工业4.0时代所有的生产装备、感知设备、联网终端，包括生产者本身都在源源不断地产生数据，制造企业的数据将会呈现爆炸式增长态势，这些数据将会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期，是工业4.0和制造革命的基石。产品数据•包括设计、建模、工艺、加工、测试、维护、产品结构、零部件配置关系、变更记录等数据•内嵌在产品中的传感器将会获取更多实时产品数据，使得产品全生命周期管理成为可能•企业与消费者之间的交互和交易行为产生的大量数据，也为满足个性化的产品需求提供了条件•企业与消费者之间的交互和交易行为产生的大量数据，也为满足个性化的产品需求提供了条件运营数据•包括组织结构、业务管理、生产设备、市场营销、质量控制、生产、采购、库存、目标计划、电子商务等数据•生产线、生产设备的数据可用于对设备本身进行实时监控与数据反馈，使得工业控制和管理最优化•通过对供应链环节上的数据采集和分析，提高效率，降低成本，减少库存，改进和优化供应链•利用销售数据、供应商数据的变化，动态调整优化生产、库存的节奏和规模•基于实时感知的能源管理系统，在生产过程中实时优化能源效率1.2工业4.0核心特征是互联、集成和数据3.数据在工业4.0时代所有的生产装备、感知设备、联网终端，包括生产者本身都在源源不断地产生数据，制造企业的数据将会呈现爆炸式增长态势，这些数据将会渗透到企业运营、价值链乃至产品的整个生命周期，是工业4.0和制造革命的基石。价值链数据•包括客户、供应商、合作伙伴等数据•应用大数据技术，深入分析和挖掘价值链上各环节数据和信息，将价值链环节转化为企业战略优势•例子：汽车公司大数据提前预测到哪些人会购买特定型号的汽车，从而实现目标客户的响应率提高了15%至20%，客户忠诚度提高7%外部数据•包括经济运行、行业、市场、竞争对手等数据•大数据分析技术在宏观经济分析、行业市场调研中得到了越来越广泛的应用，已经成为企业提升管理决策和市场应变能力的重要手段•少数领先的企业已经通过为包括从高管到营销甚至车间工人在内的员工提供信息、技能和工具，引导员工更好、更及时地在“影响点”做出决策。工业4.0之七层架构分别为第一层数据采集层—传感器等，第二层设备执行层—机器人、机床、自动化仓库等，第三层工控层—PLC和DCS等，第四层MES层，第五层ERP层，第六层云服务层，而层与层之间贯穿始终的还有通讯网络。在生产制造过程中，自上而下地看，ERP下达计划指令后，整个生产制造过程由MES监管，它是计划层和控制层之间的纽带，管理生1.3七层架构搭建工业4.0，它是计划层和控制层之间的纽带，管理生产订单的整个生产流程，工控层在接受MES层的指令后对设备执行层进行控制，完成生产过程；自下而上地看，传感器等在采集整个生产制造过程中的数据后，一方面通过人机交互界面呈现给工厂操作人员，一方面进一步通过MES系统向上反馈，通过对数据进行分析、处理后，对整个生产过程进行在线诊断和优化。数据采集层：传感器等传感器是信息采集系统的基础部件，是实现现代化测量和自动控制的核心环节。根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。工业4.0的核心是数据，传感器是获取数据的关键，作用至关重要。执行层：机器人等自动化设备工业4.0之七层架构1.3七层架构搭建工业4.0执行层：机器人等自动化设备自动化设备在整个工业生产中替代人力进行操作，包括机器人、AGV和自动化储存仓库等，他们作为执行层，是整个工业4.0的基础。控制层：PLC、DCS等工业自动化控制设备包括PLC和DCS等，作为控制层，他们对整个工业流程进行控制。管理层：MES、SCADAMES（英文ManufacturingExecutionSystem的缩写），即生产执行系统，是介于ERP（企业资源计划系统）和自控系统（DCS、PLC等）之间的系统，是管控一体化的桥梁，对于已经实现ERP系统的企业来说，缺少MES系统就相当于在计划与过程控制间形成了“断层”。生产信息管理系统主要作用是，一方面，实时收集和传递生产数据，通过设计的功能（程序）提供给所有需要的管理者，使他们能迅速知晓生产的变化，对生产进行有针对性的调控，实现对生产有效控制；另一方面，通过对生产数据的分析，找出规律，改进生产组织和管理的方法，优化生产管理体系。工业4.0之七层架构1.3七层架构搭建工业4.0法，优化生产管理体系。公司层：ERP、CRM等ERP、CRM等管理软件对企业及客户等进行管理。云服务层云服务将全球各地的机房集中起来合理利用，为各工业企业服务。它的特点是：1、按需分配，有多少用多少；2有弹性，流量增多时可以调用其他服务器的流量解决问题；3随时备份，安全度高。网络层所有设备和产品等都需要通过网络层进行连接，网络协议包括工业以太网和现场总线等技术。1.4投资策略1、工业4.0是未来几年先进制造业中非常重要的一条投资主线；2、目前国内已有相关上市公司开始布局打造工业4.0的整体或部分架构，如新松、软控、海得控制等；3、推动工业4.0发展的总包集成商将最先受益。国内工业4.0的发展首先需要几个大的总包商率先推动，而同时懂得工业语言和信息技术的企业将最有可能扮演这个角色。从全球范围来看，推动工业4.0（或类工业4.0）发展最快的企业包括SAP、西门子和GE；西门子已经实现初步打通工业4.0的七层架构，建立起数字化的模范化工厂。对于西门子等这类企业，他们正在努力打造软件、通信和自动控制等各方面开放的工业标准，为子等这类企业，他们正在努力打造软件、通信和自动控制等各方面开放的工业标准，为以后在全球推行他们的产品铺路。对标到国内，我们认为，目前最具有成为工业4.0系统集成商的公司是华为这类企业，而华为也已经开始进行工业4.0的布局，极为重视工控层和MES层。A股上市公司中，部分企业已经承担起工业4.0七层架构中某几层的系统集成商角色，如新松机器人、软控股份等。4、总包集成商发展起来后会带动配套企业发展。工业4.0涉及七层，自下而上分别为传感器、自动化设备、工控设备、通讯网络、MES、ERP和云服务，每一层当中的优秀企业都值得重点关注。其中，前面四层更偏向于硬件设备制造，后面三层更偏向于软件。我们倾向于认为，工业4.0的实现更要倚重于软件（PLM、ERP和MES）方面的集成与发展，而软件系统中MES的发展值得重点跟踪。5、相关公司1.4投资策略华工科技（000988.SZ）激光业务是公司未来发展的核心业务，有望快速发展。能量激光产业链经过多年布局已初步打通，从激光器、激光装备到激光服务环节都有布点，年内有望通过收购打通全产业链。通讯激光受益于国内4G投资，2014年营收和盈利能力快速恢复。信息激光向“功能性防伪”转型，在全息二维码方向取得突破，成功与互联网、物联网融合。传感器业务未来将从家电行业逐步拓展至汽车电子、移动通讯和工业互联等行业，空间巨大。公司家用NTC空调传感器占全球七成份额。1.