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工業(yè)控制及工業(yè)軟件領(lǐng)域發(fā)展情況
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2023-02-04

隨著全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)加速融合，為制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展提供了歷史機遇。目前全球科技和產(chǎn)業(yè)競爭更趨激烈，大國戰(zhàn)略博弈進一步聚焦制造業(yè)，美國“先進制造業(yè)領(lǐng)導力戰(zhàn)略”、德國“國家工業(yè)戰(zhàn)略 2030”、日本“社會 5.0”和歐盟“工業(yè) 5.0”等以重振制造業(yè)為核心的發(fā)展戰(zhàn)略，均以智能制造為主要抓手，力圖搶占全球制造業(yè)新一輪競爭制高點。

（1）工業(yè)智能化

工業(yè)智能是人工智能技術(shù)與工業(yè)融合發(fā)展形成，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務等工業(yè)領(lǐng)域各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)模仿或超越人類感知、分析、決策等能力的技術(shù)、方法、產(chǎn)品及應用系統(tǒng)。當前，以智能化為核心的新一輪科技產(chǎn)業(yè)變革興起，人工智能技術(shù)與社會各領(lǐng)域不斷融合已經(jīng)是大勢所趨，正逐步改變現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和生活方式。當前，我國制造業(yè)已轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，制造業(yè)智能化升級需求是工業(yè)智能發(fā)展的根本驅(qū)動，升級的最終目的，是從數(shù)字化、網(wǎng)絡化轉(zhuǎn)而最終實現(xiàn)智能化。制造業(yè)正處在由數(shù)字化、網(wǎng)絡化向智能化發(fā)展的重要階段，

工業(yè)智能成為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的有效手段，也是打通智能制造最后一公里的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。工業(yè)網(wǎng)絡是工業(yè)數(shù)字化、智能化建設(shè)的基礎(chǔ)，是構(gòu)建工業(yè)環(huán)境下人、機、物全面互聯(lián)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡可以實現(xiàn)工業(yè)研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售、管理、服務等產(chǎn)業(yè)全要素的泛在互聯(lián)，促進各類工業(yè)數(shù)據(jù)的開放流動和深度融合，推動各類工業(yè)資源的優(yōu)化集成和高效配置，加速工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化發(fā)展。此外，總線技術(shù)、5G、TSN 等工業(yè)網(wǎng)絡技術(shù)不斷發(fā)展與行業(yè)應用，保障了不同工業(yè)領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)傳輸?shù)母邘挕崟r性、可靠性、高效靈活性要求。

邊緣計算是工業(yè)智能化建設(shè)的核心技術(shù)，邊緣計算為工業(yè)智能化數(shù)據(jù)管理和計算提供技術(shù)支撐，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡邊緣側(cè)的分析、處理與儲存，不僅減少了對云端依賴，也提高了數(shù)據(jù)的安全性。而邊緣控制器，正是順應工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和工業(yè)智能化發(fā)展的新產(chǎn)物。邊緣控制器通過集成用戶管理、網(wǎng)絡、安全性和硬件接口，創(chuàng)建一個應用程序和工具的生態(tài)系統(tǒng)，可以為用戶提供比以前更豐富的功能。根據(jù)《CONTROL ENGINEERING China（控制工程中文版）》雜志相關(guān)內(nèi)容，在工廠環(huán)境中，邊緣可編程工業(yè)控制器正在取代 IPC 和傳統(tǒng) PLC，提高現(xiàn)有自動化系統(tǒng)的效率，同時降低復雜性和擁有成本。

“十四五”規(guī)劃指出，要協(xié)同發(fā)展云服務與邊緣計算服務，加強人工智能、5G、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等在工業(yè)領(lǐng)域的適用性技術(shù)研發(fā)，推動人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、邊緣計算等新興技術(shù)應用。

（2）軟件定義控制

近年來，以云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈為代表的新一代信息技術(shù)進入跨界融合的繁榮期，呈現(xiàn)出“網(wǎng)構(gòu)化、泛在化、智能化”的新趨勢，并不斷催生新平臺、新模式和新思維。在數(shù)字經(jīng)濟時代，軟件技術(shù)已經(jīng)成為企業(yè)核心競爭力，不僅引領(lǐng)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的變革，在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域中的存在比重和重要性也在不斷加大，在支持傳統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級甚至顛覆式創(chuàng)新的過程中起到核心關(guān)鍵作用，并進一步加速重構(gòu)全球分工體系和競爭格局。

軟件定義是實現(xiàn)人機物融合環(huán)境下軟件“基礎(chǔ)設(shè)施化”的重要技術(shù)途徑，人機物融合環(huán)境下，萬物皆可互聯(lián)，一切均可編程，正在成為信息化的主要發(fā)展脈絡。早在 2008 年，斯坦福大學提出“軟件定義網(wǎng)絡”（SDN），將網(wǎng)絡設(shè)備的管理控制功能從硬件中分離出來，成為單獨軟件控制層，為上層應用提供統(tǒng)一的管理視圖和編程接口，用戶可以對網(wǎng)絡設(shè)備進行任意編程從而實現(xiàn)新型的網(wǎng)絡協(xié)議、拓撲架構(gòu)而不需改動網(wǎng)絡設(shè)備本身，滿足上層應用對網(wǎng)絡資源的不同需求。此后，SDN 逐漸被廣泛應用于數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡管理，重新“定義”了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)，甚至改變了傳統(tǒng)通信產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在 SDN 之后，又陸續(xù)出現(xiàn)了軟件定義的存儲、軟件定義的環(huán)境、軟件定義的數(shù)據(jù)中心等，針對泛在化資源的軟件定義正在重塑傳統(tǒng)的信息技術(shù)體系，成為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢。

在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)控制處于自動化向智能化、單一化向系統(tǒng)化變革的關(guān)鍵期。隨著制造業(yè)市場競爭加劇、技術(shù)進步和消費結(jié)構(gòu)升級，產(chǎn)品個性化、定制化、時效性需求逐步提升，制造業(yè)生產(chǎn)模式由大規(guī)模剛性生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸鄻踊?、小?guī)模、周期可控”的柔性生產(chǎn)，工業(yè)控制需要高靈活性、可擴展性和實時性的軟件定義。

以操作系統(tǒng)為核心軟件平臺的軟件定義控制，通過將傳統(tǒng)硬件控制功能解耦，完成軟硬件分離，以軟件配置硬件資源，實現(xiàn)硬件資源虛擬化和管理功能可編程；其在傳統(tǒng) PLC 等硬件控制的傳感信號處理基礎(chǔ)上，實現(xiàn)工業(yè)視覺、語音等新工業(yè)數(shù)據(jù)處理與智能化控制，解決傳統(tǒng)硬件控制的開放性、可擴展性及兼容性問題，滿足智能制造的工業(yè)智能化需求。在“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、“工業(yè) 4.0”和“制造強國”的國家戰(zhàn)略下，軟件定義將成為核心競爭力和支撐技術(shù)，為制造業(yè)賦予數(shù)字化、網(wǎng)絡化、定制化、智能化的新屬性。

（3）國產(chǎn)化發(fā)展與機遇

在工業(yè)控制領(lǐng)域，國內(nèi) PLC 市場外資品牌占據(jù)主導地位，依靠自身強大的技術(shù)與行業(yè)實力，外資品牌持續(xù)獲得較高的毛利率與市場份額。據(jù)普華有策數(shù)據(jù)顯示，2020 年國內(nèi) PLC 市場中德國西門子的市場占有率高達 44.3%，獨攬近一半國內(nèi) PLC 市場份額；德國西門子、三菱、歐姆龍集團、羅克韋爾、臺達和施耐德 6 大外資品牌 2020 年在國內(nèi) PLC 市場的占有率高達 83%，本土 PLC 廠商市場占有率不足兩成。

在工業(yè)軟件方面，國產(chǎn)品牌整體市場占有率低。根據(jù)中國工業(yè)技術(shù)軟件化產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)統(tǒng)計，95%的研發(fā)設(shè)計類工業(yè)軟件依賴進口，生產(chǎn)制造類工業(yè)軟件國產(chǎn)品牌占據(jù) 50%的市場，工業(yè)軟件的國產(chǎn)化替代空間大。

（4）發(fā)展?jié)摿εc市場空間

2014-2019 年，工業(yè)控制領(lǐng)域安全政策與規(guī)范標準不斷出臺，國家對于工控安全的政策逐步加碼，標準快速落地，為我國工控安全發(fā)展提供了良好的產(chǎn)業(yè)環(huán)境。2017 年是工控行業(yè)爆發(fā)年，國內(nèi)工控行業(yè)市場規(guī)模達到約 1,858 億元，2021年上升至 1,982 億元。

數(shù)據(jù)來源：工控網(wǎng)、思瀚產(chǎn)業(yè)研究院

在工業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)變發(fā)展模式、加快兩化深度融合成為大勢所趨，工業(yè)軟件以及信息化服務的需求將繼續(xù)增加，中國將繼續(xù)保持著全球工業(yè)軟件市場增長主力軍的地位。工信部數(shù)據(jù)顯示，中國工業(yè)軟件市場規(guī)模不斷壯大，2021 年我國工業(yè)軟件產(chǎn)品實現(xiàn)收入 2,414 億元，同比增長 22.29%。

來源：工信部

來源：思瀚 東土科技