中国信息通信研究院 地 址： 北京市海淀区花园北路52号 邮 编： 100191 电 话： 010-62304012 传 真： 010-62304980 网 址： www.caict.ac.cn 联系人： 汪先生 手 机： 13996177996 邮 箱： [email protected]中国智能制造发展研究报告 智能工厂智能制造是推进制造强国战略的主攻方向，加速制造企业设备、产线、车间和工厂的数字化、网络化、 智能化升级，从根本上变革制造业生产方式和资源组织模式。同时，在经济下行压力、人口红利消失、消 费结构升级、新冠疫情冲击等多种因素推动下，制造企业加快转型步伐，工厂正向高效化、智能化、绿色化方向跃迁升级，不断涌现出技术创新、应用领先、成效显著的智能工厂。在此背景下，全面梳理智能工厂应用场景，总结智能工厂发展路径，研判制造业高质量发展趋势，明确成效考核，对“十四五”期间高 水平推进智能制造具有重要参考意义。 本报告围绕智能工厂建设趋势、场景、路径、评价和实践五个方面进行了阐述。趋势方面，围绕要 素驱动、手段优化、生产变革、资源配置和可持续维度进行了分析。场景方面，梳理了智能工厂建设落地的十大场景，归纳了场景差异化应用模式。路径方面，总结了原材料、装备制造、消费品和电子信息四大 行业的差异化发展路径以及特色模式。评价方面，从价值增长、运营优化和可持续发展三个维度提出了一套可量化转型价值效益的绩效指标体系。实践方面，列举了若干行业代表性领先工厂的主要转型变革和关键绩效改善。 本报告分析数据与案例均来源 2021 年度智能制造试点示范工厂和优秀场景，同时转型依然在持续进 行，我们对转型认识也有待进一步深化，报告中存在的不足之处，欢迎大家批评指正。前 言前言 目录 01 智能工厂走深向实，呈现五大趋势 ....................................... 1 “数据驱动”：数据成为智能应用关键使能.................................. 2 “虚实融合”：在数字空间中超越实际生产.................................. 4 “柔性敏捷”：柔性化制造将成为主导模式.................................. 5 “全局协同”：单点优化迈向全局协同变革.................................. 6 .“绿色安全”：资源效率与社会效益相统一 .................................. 8 02 智能场景梯次落地，形成多样应用 ....................................... 11 数据与算法驱动的精准工业质检.................................................. 14 数字空间中高效规划和迭代工艺.................................................. 15 物料自动存取和管控的智能仓储.................................................. 16 智能机器与人员协同的敏捷作业.................................................. 17 全环节质量数据汇聚与精准追溯.................................................. 18 设备可视化运行监控与故障洞察.................................................. 19 自适应生产变化的产线柔性配置.................................................. 20 实时精准与动态响应的智能排程.................................................. 21 全要素透明可控的精益生产管理.................................................. 22 产供销一体化协同生产计划优化.................................................. 23 04 绩效指标量化效益，穿透价值迷雾 ................................ 35 数字投资持续增长，效益模糊 .. ........................................... 36 示范工厂改善显著，照亮价值 .. ........................................... 37 绩效评估显性成效，助力转型 .. ........................................... 38 领先标杆关注绩效，策划举措 .. ........................................... 40 05 展望 ............................................. ..................................... 5103 垂直行业模式差异，走出特色路径 ................................ 25 原材料 .. ........................................................................... 28 装备制造 .. ........................................................................ 30 消费品 .. ........................................................................... 31 电子信息 .. ........................................................................ 32 106 中国智能制造发展研究报告 - 智能工厂 1 序言 1智能工厂走深向实，呈现五大趋势01 2 中国智能制造发展研究报告 - 智能工厂( 一 )“数据驱动”：数据成为智能应用关键使能 传统生产要素逐步数字化，数控机床、工业机器人等广泛应用和深度互联， 大量工业数据随之产生，同时研发、运营等制造业务逐渐向数字空间转移，进一 步加速了工业数据的积累。加之大数据、人工智能等技术突破与融合应用，为海量工业数据挖掘分析提供了有效手段。 构建“采集、建模、分析、决策”的数据 优化闭环， 应用“数据 +模型” 对物理世界进行状态描述、 规律洞察和预测优化， 已成为智能化实现的关键路径，在工厂各个领域展现出巨大赋能潜力。 一是数据驱动的增强研发范式。 数据与研发创新全流程相结合，应用 数据模型、智能算法和工业知识，建立超越传统认识边界的创新能力，推动研发 创新范式从实物试验验证，转向虚拟仿真优化，进而迈向基于数据的设计空间探索、创新方案发现和敏捷迭代开发。如宁德时代结合材料机理、大数据分析和人工智能算法探索各种材料基因的结合点，加速电解液、正极、包覆等电池材料的开发，缩短研发周期 30%，降低研发成本 30%。 二是基于数据的生产过程智能优化。 基于海量制造数据采集、汇聚、 挖掘与分析，融合工业机理，构建具有感知分析和洞察解析复杂制造过程的数字模型系统，通过对工艺流程、参数的闭环优化与动态调整，实现自决策和自优化生产制造过程。如宝武鄂城钢铁，基于“数据 +机理”构建转炉工艺过程模型，破解转炉炼钢过程“黑箱”，动态优化和实时控制氧枪、副枪及加料等操作参数，炼制效率提升 23%，炼制能耗降低 15%。 3 01 智能工厂走深向实，呈现五大趋势三是基于数据的精准管控与智能决策。 通过对工厂中人、 机、 料、 法、 环等全要素的深度互联与动态感知，打通生产过程的数据流，通过数据自动流动 化解复杂制造系统管控的不确定性，实现精准感知、动态配置和智能决策的生产运营管理。如潍柴动力构建智能管理与决策分析平台，汇聚生产数据，基于大数据分析结合人工智能算法，开展动态资源调度、设备预测维护、能耗智能优化等数据应用，生产效率提升 30%，生产成本降低 15%。 四是数据加速模式业态创新与价值链重构。 通过数字技术连接各 类终端、产品、设备等，基于数据分析开展远程运维、分时租赁、产融结合等新服务与新业态，进而推动价值链高价值环节的产生或转移以及价值网络的全面重构。如帕菲特机械构建售后增值服务运维平台，基于产品数据分析开展租赁、运输、金融等增值服务，服务效益提升 30%；山河智能装备基于数据实时监控装备状态，探索工程机械融资租赁服务，2022年 4月通过融资租赁方式推动工程机械 出口 RCEP成员国，首期合同资金 1000万元。 4 中国智能制造发展研究报告 - 智能工厂( 二 )“虚实融合”：在数字空间中超越实际生产 随着数字传感、物联网、云计算、系统建模、信息融合、虚拟现实等技术推 广应用，实现了物理系统和数字空间的全面互联与深度协同，以及在此过程中的 智能分析与决策优化。使得工业领域能够在数字空间中对现实生产过程进行高