中國智造新紀元，弄潮工業4.0
1.1「互聯網 工業」是工業發展的大潮，美德中已起航
互聯網的迅速發展給我們的生活帶來了便利的同時也改變了我們的生活模式。互聯網在電子商務、金融、交通行業的興盛已經有目共睹，傳統集市 互聯網=淘寶，傳統銀行 互聯網=支付寶，傳統交通 互聯網=快的&滴滴。事實上，「互聯網 」不僅正在全面應用到第三產業，而且正在向第一和第二產業滲透。工業互聯網正在從消費品工業向裝備製造和能源、新材料等工業領域滲透，全面推動傳統工業生產方式的轉變；農業互聯網也在從電子商務等網路銷售環節向生產領域滲透，為農業帶來新的機遇，提供廣闊發展空間。當互聯網最終成功滲透到我們生活的方方面面時，我們將實現萬物互聯的藍圖，這也是未來發展的必然趨勢。
1.2「工業4.0」、「工業互聯網」、「中國製造2025」側重異而本質同
「互聯網 工業」作為萬物互聯生態圈中十分重要的一個環節;因此德國政府將工業4.0上升為國家戰略，GE認為工業互聯網革命可以再造一個美國經濟，而中國也將智能製造作為強國戰略。
「互聯網 工業」在德國叫「工業4.0」，在美國叫「工業互聯網」，我國稱為「中國製造2025」，其指向的本質是相同的，只是在過程中根據各國國情存在不同的側重點。
美國工業互聯網，側重的是用戶端的大數據。根據消費需求海量數據進行大數據處理和雲計算，大數據信息流通過互聯網在智能製造設備交匯，由其分析，調整，決策，開展智能製造過程。其要素是智能設備，智能網路和決策，更強調感測器系統，大數據分析能力。
德國的工業4.0 ，側重的是生產端的交互。以CPS為核心，並基於自身先進的製造設備工業，將信息和通信技術融和，在國家戰略下合作建設互聯的智能工廠系統，使生產過程智能化，其重點是創造智能產品、程序和過程，更重視物聯網與控制邏輯。
中國的「智能製造2025」，將呈現多級並行態勢。基於製造業水平和互聯網技術比上不足比下有餘的基本情況，會比德國和美國的模式更為複雜化。我們要在提升技術水平的同時升級工業製造模式，要以提升產品設計能力，完善製造業技術創新體系，強化製造能力為基礎，推動數字化網路化智能製造。
1.3 工業4.0尚無確定模式，需求是導向，軟硬結合是趨勢
雖然工業4.0概念自提出之後在全球範圍工業大國掀起了製造業數字化改造的大潮，但對於工業4.0的模式、標準等一系列即是基礎也是核心的問題尚未形成統一的意見。目前，各行業、各領域參與工業4.0的先鋒企業均立足於自身行業、技術特點、產品需求建立相關的4.0化工業發展目標，但是跨領域、跨行業仍沒有統一的認識和標準。大家仍處於「盲人摸象」階段，都處於同一起跑線上，是挑戰也是機遇。
但是有兩點是明確的，在工業4.0的時代，需求將引領大規模製造，跨領域延伸將成為軟、硬製造業發展的必然趨勢。
個性化需求將稱為引領大規模製造的核心要素。傳統的大規模製造核心在於標準化產品的設計、研發、生產，規模化是降低產品成本同時控制質量的主要模式，而定製化生產與規模化生產具有天然的鴻溝，因為定製化意味著高成本、低效率。在工業4.0發展的背景下，定製化生產與規模化工業生產的鴻溝將被填平，定製化生產的成本將於規模化生產成本接近，而利潤率將進一步提升。
從產業鏈分工向產業鏈整合，跨領域延伸將成為軟、硬製造業發展的必然趨勢。軟體與硬體融合是工業4.0行業未來發展的核心方向軟體企業、製造業龍頭均希望在這個過程中佔據先機。
從現有案例來看，目前發展模式主要有三種方向：軟體企業向製造業延伸、設備製造商向軟體企業轉型、軟體與硬體企業合作，分別以GE、西門子和微軟&Rockwell為代表。
1.4 德國製造，實現工業4.0的四個主要階段
最終不管是軟體向製造業延伸還是設備製造商向軟體企業轉型或是軟體與硬體企業以合作的方式推進工業4.0，其需要經歷的主要階段是不會改變的。一般工業4.0的實現路徑可分為四個階段，第一階段是設備的互聯，第二階段是數據採集，第三階段是三向集成，第四階段是工業4.0的實現。
工業4.0四大階段各自的重點內容歸納如下：
1.5 中國自動化發展程度參差不齊，工業2.03.04.0或將並行發展
雖然我們將工業4.0分成四個階段但這並不意味著整個進程將會嚴格按照這個順序進行。
中國製造業目前的狀況發展不平衡，分區域、分行業，呈現出工業2.0（大規模製造機械化）和工業3.0（工業自動化）並存的態勢。因此，中國工業製造的發展，不像西方發達國家走的是工業2.0、工業3.0進而工業4.0的串列發展，而是工業2.0、工業3.0和工業4.0齊頭並進的道路。
具體到行業中，工業4.0實施的情況更是千差萬別。目前各行業的生產活動從數量上區分大致可劃分為單件生產、系列生產和大批量生產；以生產方式上來區分，從最初級的半機械化工作台式生產到全自動智能化的流水線生產，生產活動的方式多種多樣，生產活動可以是一種典型的生產方式，也可以是幾種生產方式的集成，一個精確的生產方式劃分因此也是不現實的。下圖對工業製造模式從生產類型與生產方式兩個維度進行了一個粗略的劃分，在每一個細分領域中，其對工業4.0化的需求以及工業4.0的進程都是不一樣的。
一般來說，單件生產由於其產品類型繁多，加工工序、材料千差萬別，生產效率仍處於較低水平，由於其產品產量較少，一個傳統的高度自動化生產系統帶來的效益十分有限。3D列印技術的出現為單件生產數字化、智能化提供了一個契機，隨著3D印表機價格的降低、精度的提高、效率的提升等等，單件生產的工業4.0化將是水到渠成。
汽車、3C產業鏈交易實現工業4.0的推進，同時食品、醫藥、服裝等產業的改造意願較強烈。在推進工業4.0的過程中，在各個細分領域遇到的阻力也各不相同。總的來說，工業4.0實現技術的難度、推進的成本和實現後帶來的經濟效益是每一個生產企業的首要考慮，結合企業本身的實際情況以及其在實施工業4.0化時面臨的風險，它們對自身工業4.0的改造也有著不同的接納度。對工業4.0化需求迫切並且實施過程難度相對較小的企業在工業4.0化的道路上走在了最前端，它們通常也是工業4.0的倡導者。
1.6 自動化設備、乙太網、感測器和工業軟體是實現工業4.0的四大功能板塊
雖然工業4.0的實現路徑會有差異，但是都離不開軟體、感知、工業互聯網和自動化設備四大功能板塊的支撐。
以車輛組裝流水線生產為例，感測與感知系統採集各種數據，並把它們通過工業乙太網傳遞給公司的管理、決策系統，管理決策系統根據已有信息做出指令，通過乙太網傳遞給執行端，讓其針對當時狀況做出及時的反應。
這個過程類似於人體的一個運動步驟：眼睛（感測與感知）看到茶杯，這個信息通過神經系統（工業乙太網）傳遞給大腦（軟體系統），大腦處理這個信息並將指令再次通過神經系統反饋給上肢與手（執行端），讓它拿起茶杯。當然以上所敘的只是一個初級的智能製造。一個完美的智能製造願景包含的不僅僅是企業層面的智能，還包括單個機器的智能、產品的智能、系統的自我學習能力以及萬物互聯互通的自髮式交流。
雖然目標已經明確，但是路程是漫長的。工業4.0的實現不可能一步到位，而應該是一個逐步演進的過程，它將是引領未來工業幾十年的大趨勢，四大板塊的完善也將是交叉並進。
二、工業4.0市場空間巨大，四大板塊交叉並進
2.1 工業4.0是未來幾十年的大趨勢，廣闊藍海等待開闢
工業4.0是工業生產的又一次巨大革命，它在今後的幾十年里所蘊含的市場容量是巨大的。以我們目前所能預見的，也只能窺見其未來一角，但我們通過本此研究，希望通過下遊行業的梳理、分拆，嘗試系統的預測其市場容量。
2.1.1 保守估計工業4.0的市場規模不低於4萬億
經過草根調研，工廠智能化方案定價一般可按照智能化改造後被替換掉的工人的約3年平均社會成本來計算。
根據國家統計局最新普查結果，我國目前製造業從業人員共9892萬人。
根據wind 提供的上市公司員工構成比例，我們假設生產崗位員工數佔比60%，那麼我國製造業從事生產的工人總數約為5935萬人。
根據調研所得，我們假設工廠智能化改造後，有一半從事生產的工人會被替換，以此估計，將有2967.5萬工人被替代。
根據我國曆年製造業平均工資水平，預計2014年平均工資在5萬元左右，平均一個工人的三年社會成本約為15萬元。
基於以上假設，中國「工業4.0」市場總規模（一半工人被替代）= 被替代工人數*工人的3年社會平均成本= 2967.5萬*15萬元= 4.45萬億。
2.1.2 分版塊預測，6年內市場規模近3萬億，CAGR13.8%
智慧工廠是工業4.0實現的目標之一，四大功能板塊自動化設備、工業乙太網、感測器和軟體是智慧工廠的基礎。從四個板塊分別來看，自動化設備是其中市場規模佔比最大的，但是其增長速度相比較低，因為在一些自動化需求高實現容易的領域已經有較好的發展，而其他領域需求相對較弱實現阻力相對較大，在中國經濟進入「新常態」的背景下，其發展也隨之受到了一定影響。而軟體和感測器市場規模雖然相對較小，卻引領了增長，乙太網佔比最小，增速也相對較高，這是近些年製造業進一步升級需求帶來的利好。
2.2 自動化設備是智慧工廠的四肢，市場佔比高，提升空間仍然巨大
2.2.1中國自動化水平尚且較低，升級需求大
自動化設備是工業4.0的執行端，它們是工業生產的基礎，也是實現智能化的基礎。德國工業4.0的提出就是建立在製造設備的高度自動化的基礎上的。如果說，軟體是智能工廠的大腦，感知系統是五官，乙太網是神經，那麼自動化設備就是四肢，是執行部件，只有把控制系統傳達的命令落實到執行端才能完成產品的最終生產製造。
所謂自動化就是指不需要人直接參与操作，而由機械設備、儀錶和自動化裝置來完成產品的全部或部分加工的生產過程。生產自動化的範圍很廣，包括加工過程自動化、物料存儲和輸送自動化、產品檢驗自動化、裝配自動化和產品設計及生產管理信息處理的自動化等。
中國自動化市場近兩年在「中低增速」徘徊，自動化行業進入中低速調整期。2014年的自動化市場，整體延續上年的「再平衡」慣性，投資明顯減速，以3.2%「微增長」收官。自動化設備主要包括傳動系統、反饋系統、控制系統、執行機構和運動控制幾大塊功能板塊。其中，傳動系統、反饋系統、控制系統份額最大，將近71%。
項目型行業市場方面，汽車、石油、化工、市政及公共設施領域表現亮眼，且這些行業加大了節能環保投資力度。除此之外，新能源汽車產業保持良好發展的態勢。相反，受能源結構戰略調整及節能減排政策的影響，冶金、礦產、造紙及建材行業新增項目減少，投資規模也遭遇「縮水」。
OEM市場方面，民眾消費水平的升級促使電子設備市場平穩增長；清潔能源的興起使得風電太陽能領域快速發展；基於人們對食品安全及設備安全的重視，食品機械、包裝機械以及電梯等與民生相關的產業也呈現小幅增長趨勢。相反，受制於產業及安全升級及國際項目摩擦等問題，紡機、電梯、機床、起重及橡塑設備行業表現低迷。
自動化是未來工業發展的必然趨勢，國家重點支持行業，未來將加速發展。我國自動化行業由於人力成本的上升，產業轉型升級日益緊迫，國家對智能製造裝備產業的政策支持力度不斷加大，一系列推動智能製造裝備產業的政策相繼出台，明確把智能製造裝備作為高端裝備製造業的發展重點領域，提出到2020年將我國智能製造裝備產業培育成為具有國際競爭力的先導產業。
2013年出台的《產業關鍵共性技術發展指南》指出，未來自動化行業將經歷從低附加值轉向高附加值升級，從高能耗高污染轉向低能耗低污染升級，從粗放型轉向集約型升級，從生產製造向研發設計升級的產業轉型。並確定了當前優先發展的對象，包括節能環保與資源綜合利用、原材料、裝備製造、消費品工業、電子製造業、軟體和信息技術服務業、通信業和信息化與生產性服務業等8大領域，共261項技術。主要覆蓋的領域包括，新工藝、信息化、驅動技術、流程優化及節能技術，其中控制技術、驅動技術和信息化是未來新技術發展的主要方向。
2.2.2 自動化設備的趨勢是向高智能進化，高端設備是未來必爭高地隨著技術的進步，自動化設備向個更高智能進化是必然趨勢。數控機床、機器人和3D列印這類高端設備將成為各國競逐的主要領域。
2.2.2.1 中國機器人市場廣闊，國產化提升有待精密減速器技術的突破
機器人未來工廠的「工人」。機器人是利用機械、控制、電子信息等技術融合發展而成的一種能模仿人某種技能的人工智慧設備，它的任務是協助或者替代人類進行工作。它跟數控機床的組合可以實現車間的完全自動化。
隨著機器人技術的發展，越來越多的機床商把機器人引入到機床產業中，結合機床形成新一代先進的高效製造設備。目前機器人與機床的結構關係分為機器人安裝於機床外部和與機床構成一體兩種形式，與機床共同完成加工工藝過程，組成柔性生產線。
工業機器人按機械結構形式主要分為：直角坐標型機器人，圓柱坐標型機器人，並聯機器人，關節型機器人等。在工業機器人本體領域，關節型機器人功能最強大，用量多，大型機器人企業均把重點放在關節型機器人，甚至很多企業只研發、生產關節型機器人；SCARA 機器人造價便宜，在電子行業、機械裝配方面使用量大；關節型和SCARA型這兩種機器人佔據了本體80%以上的市場規模。
各類應用機器人是在機器人本體的基礎上，在末端安裝不同的執行機構，實現不同的應用功能。工業機器人按照應用可細分為：焊接機器人（點焊機器人、弧焊機器人）、噴塗機器人、裝配機器人、搬運機器人、碼垛機器人等。這類機器人主要是在機器人本體上安裝執行具體任務所需的末端設備。
機器人市場打開，中國市場廣闊。從保有量看，日本機器人數量最高，佔全球的22.8%。從消費地看，機器人消費地最大的區域是除了日本以外的亞洲地區，而且是以中國市場為主，佔比約20.5%。
在工業生產中，弧焊機器人、點焊機器人、分配機器人、裝配機器人、噴漆機器人及搬運機器人等工業機器人都已被大量採用。
從全球角度來看，目前歐洲和日本是工業機器人主要供應商，ABB、庫卡（KUKA）、發那科（FANUC）、安川電機(YASKAWA)四家佔據著工業機器人主要的市場份額。2013 年四大家族工業機器人收入合計約為50 億美元，佔全球市場份額約50%。
目前我國機器人市場需求躍居全球第一，但80％的市場被國外機器人企業所佔有。
減速器是機器人核心部件。機器人的結構跟數控機床類似，主要有控制系統、伺服系統、減速器、本體構成，其結構如下圖。
機器人結構中減速器成本佔比最大，毛利率最高，是機器人執行端的最核心零部件。
工業機器人通常執行重複的動作，以完成相同的工序；為保證工業機器人在生產中能夠可靠地完成工序任務，並確保工藝質量，對工業機器人的定位精度和重複定位精度要求很高。因此，提高和確保工業機器人的精度就需要採用精密減速器。精密減速器在工業機器人中的另一作用是傳遞更大的扭矩。當負載較大時，一味提高伺服電機的功率是很不划算的，可以在適宜的速度範圍內通過減速器來提高輸出扭矩。此外，伺服電機在低頻運轉下容易發熱和出現低頻振動，對於長時間和周期性工作的工業機器人這都不利於確保其精確、可靠地運行。
高精度減速器是未來的技術趨勢。目前成熟並標準化的減速器有：圓柱齒輪減速器、渦輪減速器、行星減速器、行星齒輪減速器、RV減速器、擺線針輪減速器和諧波減速器。大量應用在關節型機器人上的減速器以下兩類精密減速器：RV減速器和諧波減速器。相比於諧波減速器，RV減速器具有更高的剛度和迴轉精度。因此在關節型機器人中，一般將RV減速器放置在機座、大臂、肩部等重負載的位置；而將諧波減速器放置在小臂、腕部或手部；行星減速器一般用在直角坐標機器人上。
RV減速器是在擺線針輪傳動基礎上發展起來的，具有二級減速和中心圓盤支承結構。自1986年投入市場以來，因其傳動比大、傳動效率高、運動精度高、回差小、低振動、剛性大和高可靠性等優點是機器人的「御用」減速器。
諧波減速器由三部分組成：諧波發生器、柔性論和剛輪，其工作原理是由諧波發生器使柔輪產生可控的彈性變形，靠柔輪與剛輪嚙合來傳遞動力，並達到減速的目的；按照波發生器的不同有凸輪式、滾輪式和偏心盤式。諧波減速器傳動比大、外形輪廓小、零件數目少且傳動效率高。單機傳動比可達到50-4000，而傳動效率高達92%-96%。
我國尚未有精密減速器面世。減速機技術開發難度最高，是純精密機械部件，除了迴轉精度要求特別高外，還需要剛度和疲勞強度高，對材料和工藝水平要求高，整體上產品要求高可靠性、高精度、大扭矩、大速比，目前主要由日本的兩家企業納博特斯克和哈默納科壟斷，納博特斯克Nabtesco產品的全球市場佔有率達60%，特別在中/重負荷機器人上，其RV減速機市場佔有率高達90%。目前我國上市的減速器相關公司有上海機電、秦川機床和雙環動力，但產品尚未面世。秦川機床2013年通過了投資1.94億元實施9萬套工業機器人關節減速器技改項目的議案；預計2015年達產，形成年產9萬套工業機器人關節減速器的生產能力。上海機電與日本納博設立合資公司納博精機，持有33%股權，從事密減速機生產，計劃形成年產20萬台精密減速機的產能，預計2016年1月精密減速機產品將正式投入生產。雙環動力公司正致力於工業機器人減速器的研製，已完成多個系列的產品樣機研製、台架測試。
2.2.2.2 3D列印是實現個性化定製的利器，正處於產業化突破階段
3D列印是打破傳統的增材製造技術。3D列印，也稱為增材製造，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料或光敏材料，通過逐層列印並粘合（或固化）的方式來構造物體的技術。傳統製造技術是「減材製造技術」，3D 列印則是「增材製造技術」，具有製造成本低、生產周期短等明顯優勢，被譽為「第三次工業革命最具標誌性的生產技術」。
與機床相比，兩者並無本質差別，只是兩者的製造方式、工藝有所區別，機床是減法製造，3D 列印是加法製造，但是3D 列印具備個性化定製、固定資產投資低等優勢，兩種工藝很長一段時間仍將處於共存狀態，將3D 列印技術融入機床領域取長補短，是目前製造業的主流趨勢。
3D列印這種增材製造技術的出現革新了人們對製造的認識。在傳統製造中，原型製造和個性化製造業雖然可以實現，但是有很多局限性。3D列印的出現減少了從設計到出廠的時間，降低產品研發成本。由於設計錯誤和時間成本的影響，3D列印原型製造最早應用於設計領域，後來逐漸應用於醫療、航空航天、個人消費等眾多領域。
3D列印技術最早可以追溯到1976年噴墨印表機的發明。1984年，查爾斯.胡爾將光學技術應用於快速成型領域，拉開了3D列印的帷幕。在此後的幾十年里，各種3D列印技術在多個行業應用並行發展。
3D列印應用廣闊。3D列印下游產業最主要的是消費商品和電子類、車輛類以及醫療/口腔醫學教學、飛行器等。根據Wohlers的報告，消費商品和電子、汽車、醫療/口腔醫學、飛行器等3D列印相關產品和材料的銷售在2012年總共佔比70％左右。
工業級3D印表機銷量周期性增長。目前全球工業級3D印表機銷量總體增長，並表現出一定的周期性。2013年，工業級3D印表機銷量增速為15%，增速比上年略有下滑。
不過在工業級層面，技術已逐漸由新興技術發展為主流技術，很多成熟的傳統印表機主流廠商將進入3D列印領域，如惠普計劃於2014年中期進入3D列印市場，同時價格下降可以預期，因此工業級3D列印市場的高速增長值得期待。根據國際數據公司（IDC）的預測，未來5年工業級3D印表機的銷量將會是現在的10倍，年均複合增長率將高達59%。
目前能生產工業級3D列印設備的製造商較少。代表企業有美國的3D Systems、Stratasys以及德國的ExOne等。其中，ExOne是專註於做工業級3D印表機（特別是金屬3D列印）的企業，產品往高精密方向發展。購買工業級3D印表機或3D列印服務的公司往往具有很強的財務能力，主要集中在消費電子領域、汽車領域、醫療以及航空製造等。
材料是3D列印產業化推進的主要技術壁壘。材料開發難度大成本高，是構建3D列印生態圈的最大掣肘。3D列印材料分為工程塑料、金屬粉末及陶瓷材料等。其中，工程塑料為目前3D列印使用的主要材料；金屬粉末開發技術壁壘高、廣泛應用的前提是成本下降；陶瓷材料仍處於研發階段。
工程塑料是目前較為成熟的列印材料，低成本材料改性是目前的主攻方向。工程塑料主要應用於FDM設備，需要擠出成絲狀。因此料絲應具備一定的彎曲強度，壓縮強度與拉伸強度，以保證在送料過程中不會發生斷絲現象，同時要滿足一定的收縮率以防止零件變形，另外還應當具備足夠的粘結強度，使得各層可以牢固結合在一起。目前工程塑料的研究方向在於基於各類低成本材料進行改性，提高材料的綜合性能使其滿足3D列印工藝要求，並滿足最終產品的特殊性能要求，如耐高溫或強度等方面的要求，塑料方面的研發進展將降低FDM設備的使用成本。
金屬粉末的形態直接影響3D列印產品的質量，成本降低有待粉末製備工藝的改進。有報道，使用德國某廠家不鏽鋼粉末列印出的產品表面光澤、收縮率小、不易變形、力學性能穩定，國內某廠家的不鏽鋼粉末的列印樣品則遠遠不及前者。因此，3D 列印金屬粉末除需具備良好的可塑性外，還必須滿足粉末粒徑細小、粒度分布較窄、球形度高、流動性好和松裝密度高等要求，從而大大提高了粉末製造成本。目前粉末製備方法按照製備工藝主要可分為水霧化法、氣霧化法和等離子球化法等，如何改進位備方法，以較低的成本實現所需的球形金屬粉末，將顯著推動SLM、SLS設備的發展。
陶瓷面臨技術難題較大。陶瓷顆粒的表面形貌及原始尺寸對陶瓷材料的燒結性能非常重要，陶瓷顆粒越小，表面越接近球形，陶瓷粉末在激光直接快速燒結時液相表面張力大，在快速凝固過程中會產生較大的熱應力，從而形成較多微裂紋，目前陶瓷應用將首要解決上述問題。目前陶瓷直接快速成形工藝尚未成熟，國內外正處於研究階段。
2.2.2.3 中國高端數控機床需求大增長快，目標2020實現80%的國產化
數控機床是未來機械領域的「工作母機」。機床是最基礎的製造設備，被稱為機械領域的「工作母機」。機床雛形始於十五世紀，由於製造鐘錶和武器的需要，出現了鐘錶匠用的螺紋車床和齒輪加工機床，以及水力驅動的炮筒鏜床。十八世紀的工業革命推動了機床的發展，工業革命導致了各種機床的產生和改進。二十世紀後，為了適應汽車和軸承等工業大量生產的需要，機械製造技術進入了半自動化時期。第二次世界大戰以後，由於數控和群控機床和自動線的出現，機床的發展開始進入了自動化時期。近幾年來，數控機床活躍於工業領域，傳統機床逐漸被數控機床取代傳統。
數控機床是數字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統的自動化機床。它是在電子計算機發明之後，運用數字控制原理，將加工程序、要求和更換刀具的操作數碼和文字碼作為信息進行存貯，並按其發出的指令控制機床，按既定的要求進行加工的新式機床，是綜合了微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制、電子與拖動、精密測量、氣液壓及現代機械製造技術等多種先進技術的機電一體化產品。
數控機床能較好地解決了複雜、精密、小批量、多品種的零件加工問題，是一種柔性的、高效能的自動化機床，是現代機床控制技術的發展方向，是工廠自動化的基礎，也是工業4.0的設備基礎之一。
數控機床的基本組成包括控制介質（HMI）、數控裝置、驅動執行裝置、機床主體和其他輔助裝置。其具體結構如下圖：
當代數控系統技術的主要發展趨勢是高速、高精、多軸、多通道，以及網路化、智能化。例如，多軸、多通道、高速、高精控制技術既能簡化機床結構，又能提高機床的性能、速度和精度，在力矩電機、電主軸、直線電機中逐步得以廣泛應用。數控系統將廣泛運用現場匯流排技術，實現數控系統與外部網路化聯接，並可以實現加工工藝與CAX（包括：CAD、CAM、CAPP等）的集成。
中國數控機床市場需求大增長快，但國產化率低進口依賴高。在國際競爭加劇的同時，我國數控機床需求始終維持在旺盛狀態。2000年以來，在巨大市場需求的拉動下，國內數控機床以年均30%的速度增長，從2003年開始，中國連續7年成為全球最大的機床消費國，目前是世界上最大的數控機床進口國。同時，我國數控化水平仍然處於較低水平，金屬加工機床的數控化率仍不足30%。因此，我國對數控機床的高需求將是長期的。
儘管國家實施了高檔數控機床與基礎製造裝備科技重大專項，並計划到2020高檔數控機床與基礎製造裝備實現80%的國產化，但目前中國的數控機床遠遠落後於德、美、日等國，核心零部件本土化佔有率偏低，對國外依存度仍然較大。目前，國產數控機床基本以低檔經濟型和中檔普及型數控機床為主，數控機床市場份額的70%～80%、數控系統(普及型、高級型)的90%被外商佔領。現階段，在我國市場內，國產中檔數控機床的市場佔有率僅有35%，高檔數控機床95%以上主要依賴進口；產品質量的穩定性和可靠性與國際先進水平相比還存在較大的發展空間。
數控機床的核心是數控系統，數控該系統的功能部件可以分為控制層、驅動層、執行層三大塊。其中控制層的功能是發送指令，包括PLC。驅動層的功能是調節速度、位置和位移量，包括：變頻器、伺服系統中的驅動器。執行層的功能是實現速度、位置和位移，包括：電機和閥門、啟動或液壓元件等。
在FA自動化產品數控系統中，控制系統主要是PLC、HMI是可視化界面、變頻器和伺服系統是驅動系統，這四個產品是數控機床的主要組成部分。其中變頻器和伺服系統規模總和最大，佔比接近75%，PLC次之，佔比17%。
2.2.3 我國自動化設備的關鍵零部件國產化率低，進口替代需求大
我國自動化水平相比發達國家落後的主要原因是關鍵零部件技術薄弱，尤其是控制技術和驅動技術。目前自動化控制技術主要是PLC，驅動技術主要是變頻系統和伺服系統（運動控制類）。這幾項技術在自動化中的市場份額相對較高，但技術仍處於較低水平。PLC國產化率不足20%，伺服系統（運動控制類）不足30%，變頻器外相對高一點，但也不到50%，高壓變頻器國產化率超過了50%，但是其應用還不是很廣泛。
PLC是機械和生產過程的控制器。PLC（可編程邏輯控制器）的實質是一種專用於工業控制的計算機。其硬體結構基本上與微型計算機相同，基本構成為包括電源、中央處理單元、存儲器、輸入輸出介面電路、功能模塊和通信模塊。它通過存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作指令，並通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。
PLC控制器是由模仿原繼電器控制原理髮展起來的。二十世紀六十年代美國推出可編程邏輯控制器，取代了傳統繼電器控制裝置。當時的PLC控制器只有開關量邏輯控制，主要應用於是汽車製造行業。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網路技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。現在PLC不再局限於邏輯控制，在運動控制、過程式控制制等領域也發揮著十分重要的作用。
PLC在中國發展速度加快，各主要領域均有較好增長，但被日本和歐美分天下。PLC是離散控制的首選產品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發展，世界範圍內的PLC控制器年增長率保持為20%～30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC控制器市場容量基數的不斷擴大，近年來在工業發達國家的增長速度放緩，而在中國等發展中國家PLC的增長十分迅速。
PLC在主要的項目型和OME型市場均有增長，尤其在項目型市場中的化工、市政和OME型市場中的橡膠機械、電子製造設備以及食品、包裝和紡織機械領域，引領了整個市場的發展勢頭。
PLC市場主要被日本和歐美產品瓜分。我們把傳統可編程式控制制器（PLC），根據I/O規模的不同，分為小型PLC（30<I/O<256）、中型PLC（256<I/O<2048）和大型PLC（I/O>2048）。
小型PLC的技術源流主要分為日系和歐系。前者以三菱和歐姆龍為代表，後者則以西門子為首。到今天為止，從金額上看，西門子在小型PLC市場佔據第一位，份額略超過30%，三菱僅隨其後，約為25%，歐姆龍在11%，台達則略過8%。國內發展晚，大約有10-15家公司推出了小PLC產品。該領域競爭者較多，價格作用明顯，客戶對性價比的要求越來越高。
中型PLC領域是以西門子為一支獨秀，在全球份額中佔主導地位。中國市場中，西門子佔中型PLC的65%的市場份額，主導地位明顯。雖然國產品牌在國內市場還居於弱勢地位，但是技術卻處於上升階段，本土產品中和利時及台達都相繼推出中型PLC產品。代表性產品分別是和利時的lk系列與台達的ah500系列。
大型PLC市場西門子、羅克韋爾、施耐德三分天下。羅克韋爾大型PLC業務在2011年的市場佔有率為33.63%；施耐德作為大型PLC的老牌供應商，在大型PLC市場依舊佔有一席之地，2011年的市場佔有率為23.53%；西門子大型PLC在2011年市場佔有率為21.70%。大型PLC目前還是以品牌為主導，其他廠商較難進入。
2.2.3.2 變頻器增長回穩，高端市場外資為主低端市場中國有份
變頻器是電機的變速器。變頻器（VFD）是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率來控制交流電動機的電力控制設備。它可以實現把工頻電源（50Hz）交流變成任意頻率、任意電壓，是一種針對電機的可以調節頻率的驅動系統。
變頻器的兩大功能是調速和節能。變頻器最初主要是用來控制電機速度的，它可以通過變頻技術平滑控制交流電動機所輸出的速度及轉矩，被稱為電機的「變速器」。它調速範圍廣、調速精度高，能明顯改善設備的工藝控制水平、提高設備運行效能，被廣泛應用於控制機械傳動；同時它能實現電機軟啟動，從而能延長電機使用壽命。20世紀90年代以來，隨著人們節能環保意識的加強，變頻器作為節能裝置的應用也越來越普及。電動機驅動是電能消耗的主要途徑，通過應用變頻調速技術改善電動機驅動方式，能夠使電動機在最節能的轉速下運行，可以大大降低輕載運行時的電能消耗，節能效果顯著（一般節電率在20%-30%，較高的可超過50%）。
在變頻器出現之前，電機調速一般是通過使用直流電機或者利用耦合機實現的。直流調速系統起源早，但因為在結構上需要有電刷和機械換向器等，導致直流調速存在固有缺陷。變頻調速技術因其高效率、高功率因數、優異的調速和啟制動性能，具有顯著的節電和改進工藝控制水平的效果，被國內外公認為最有發展前途的調速方式。同時可以為企業節約投資、降低生產成本和能源消耗。所以，變頻調速已經成為市場主流，逐漸取代了直流調速的市場份額。
變頻器的核心是其控制方式，不同的控制方式得到的調速性能、特性及用途是不同的。控制方式大體可以分為開環控制（V/F控制）、矢量控制和矩陣式交-交變頻。
V/F控制的控制電路結構簡單、成本較低，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調速要求，但是低速性能差、無法精確控制電動機的實際轉速，調速範圍低。
矢量控制變頻器採用矢量控制方式，與傳統的V/F 控制變頻器相比，矢量控制變頻器在速度控制精度、調速範圍及低頻力矩特性等方面有著無可比擬的優越性，可以用於許多V/F控制變頻器無法滿足要求的高端場合，如電梯、起重機、吊車、拉絲、數控機床、軋鋼等。從原理上講，矢量控制能夠獲得優異的動靜態性能，但是對電動機參數的依賴性卻成為實際產品化過程中必須解決的難題。
V/F變頻、矢量控制變頻都是交-直-交變頻中的一種，其共同缺點是輸入功率因數低，諧波電流大，直流電路需要大的儲能電容，再生能量又不能反饋回電網。為此，矩陣式交-交變頻應運而生。矩陣式交-交變頻省去了中間直流環節，其實質是把轉矩直接作為被控制量來實現的，從而省去了體積大、價格貴的電解電容。它能實現功率因數為1，輸入電流為正弦且能四象限運行，系統的功率密度大，應用前景廣闊，但該技術目前雖尚未成熟。
變頻器將向高性能化、主控一體化、網路化和綠色環保化發展。變頻器根據按照輸入變頻器的電網電壓等級分類，可以分為低壓（<690K)和中高壓(>=690K)；按照主電路工作方式分類，可以分為電壓型和電流型變頻器；按照開關方式分類，可以分為PAM（脈衝幅值調製）、PWM（脈衝寬度調製）控制變頻器；按照用途分類，主要分為通用變頻器、專用變頻器等；按照控制方式分類，主要分為V/F 控制變頻器和矢量控制變頻器等。其中採用交-交變換的矩陣變頻器、採用柔性PWM 技術的綠色變頻器由於各自的優異性能，日益成為業界研究的重點。
變頻控制系統的網路化。目前市場上新型變頻器都內置了RS485介面，同時提供多種相互兼容的通信介面，支持多種通信協議，同時可以通過連接計算機，由計算機鍵盤來控制和操作變頻器，並且可與多種現場匯流排進行聯網通信。
變頻器的高性能化。無速度感測器矢量控制(SVC)技術的發展成熟，使變頻系統擺脫了硬體檢測電機轉速的束縛；變頻控制系統數字化程度的不斷提高。
主控一體化。日本三菱公司雙向直插式封裝模塊的研製和推出，推進了逆變器的功率電路和控制電路一體化。
變頻器的綠色環保化。變頻器的環保問題顯得越來越重要，很多國家都已經制定了限制諧波的有關規定和EMC標準，變頻器的電磁兼容、諧波抑制、電機雜訊抑制是目前研究熱點。
變頻器增長回穩，高端市場國外為主，低端中國有份額。國外變頻器問世於20世紀60年代，在80年代就得到了推廣應用。目前，在全球變頻器市場中佔據主導地位的企業主要來自歐美和日本等發達國家。相比較國外變頻器的發展狀況，我國的變頻器應用起步較晚，直到20世紀90年代末期才開始在電力、冶金等少數行業得到應用，但由於產品和技術都被國外廠商壟斷，產品價格高昂，而且進口產品許多參數設置不適合我國電力運行環境，導致行業發展緩慢。2000 年以後，國內企業在高壓變頻器技術上逐漸取得了突破，生產製造工藝大幅提高，產品運行的穩定性和可靠性顯著提升，產品生產成本也不斷下降，高壓變頻器行業開始進入快速發展時期，行業應用領域不斷拓寬。
目前我國變頻器市場規模約27000百萬元，增長速度自2012年以來進入一個低溫區。從市場份額看，80%被外資品牌佔據，其中日本品牌佔30%左右的市場份額，歐美品牌佔40%左右，中國台灣地區和韓國品牌約佔10%，國內品牌只有20%，國產化的提高有待技術的進步。
變頻器根據按照輸入變頻器的電網電壓等級分類，可以分為低壓（<690K)和中高壓(>=690K)，中國低壓變頻器的市場份額遠超過高壓變頻器。
低壓變頻器根據不同技術要求可以大致分為高端、終端和低端三類市場。
高端市場主要包括電梯、起重行業和鋼鐵、水泥等行業的大功率變頻器，技術要求高，需要適應頻繁的起停和正反轉、大啟動轉矩和高可靠性。高端市場份額集中，也是供應商取得領先市場份額的關鍵，擁有比較明顯的品牌導向力。
中端市場主要包括紡織機械、包裝機械等行業，技術要求為中速傳動類、中等精度、低速大扭矩類負載。中端市場應用環節多，佔據市場規模最大，參與供應商多，競爭激烈。
低端市場的低壓變頻器一般用於OEM設備的配套設施，負載簡單、技術要求不高、非重要電機可靠性要求不高。低端市場的競爭是醞釀本土變頻器市場領導者的根源。低端市場有超過200家供應商，低進入門檻、價格戰，低端市場的競爭顯得無序而激烈。
低壓變頻器市場格局基本可以分為三大集團，第一集團ABB和西門子，產品重點涉及中高端市場，主要應用於項目型和高端OEM市場。第二集團台達、安川、施耐德和三菱，產品涵蓋所有市場，專註OEM和高端風機泵。第三集團艾默生、英威騰、羅克韋爾和森蘭，產品主要中低端市場，集中於OEM的低端機械設備。
中高壓變頻器主要應用於電力、建材、礦山、冶金等項目型市場。2014年在中國經濟「新常態」的背景下，產業結構調整以及產能調控進入關鍵期，全年冶金，礦業，電力，建材等行業新建項目大幅減少，需求主要集中在改造類項目，導致中國中高壓變頻器市場仍處於萎縮態勢。預計未來三到四年內，傳統行業新增項目需求將持續低迷，中高壓變頻器市場規模也將繼續保持低位運行。
低壓變頻器的應用可以分為項目型市場和OEM市場。
2.2.3.3 伺服系統市場走出低速區，外資品牌仍然是主導
伺服系統是設備驅動器。伺服來自英文單詞 Servo，它是以變頻技術為基礎發展而來，可以理解為優化了的變頻系統。典型的伺服系統由伺服驅動器及伺服電機構成。在工控行業中它變頻器多應用於傳動調速領域主要適用於速度控制，而伺服系統則應用於運動控制領域，他除了能夠控制速度外還能對位置和位移進行精確控制，同時在保證穩定性的基礎上，更突出快速響應能力。
伺服系統根據其功率水平可分為大型伺服、中型伺服和小型伺服系統，分別應用於大中小型機械上。
伺服系統市場走出低速區，外資品牌仍然是主導。我國的伺服發展是在 19世紀的末期由於交流伺服電機及其驅動器被自主開發出來之後得到了快速發展的機會，近年來受行業影響出現輕度校負增長。據預測，未來行業將向好，伺服系統將逐漸恢復增長態勢。
從不同功率水平市場份額看，小型伺服佔比最大，中型次之，大型最小。
2014年，伺服系統主要應用領域均呈現活躍的增長態勢，尤其在電子設備、機器人、醫療機械等領域增速很快。
目前，國外品牌佔據了中國交流伺服市場近80％的市場份額，主要來自日本和歐美。其中，日系產品則以擁有約50%的市場份額而雄踞首位，其著名品牌包括松下、三菱電機、安川、三洋、富士等，其產品特點是技術和性能水準比較符合中國用戶的需求，以良好的性能價格比和較高的可靠性獲得了穩定且持續的客戶源，在中小型OEM市場上尤其具有壟斷優勢。
歐美品牌中，美國以羅克韋爾（rockwellautomation）、丹納赫（danaher）、帕克（parker）等聞名，而德國則擁有西門子（siemens）、倫茨（Lenze）、博世力士樂（boschrexroth）、施耐德（schneider）等品牌先鋒，英國ControlTechnology、SEW也有相當的優勢。這些歐美品牌總的市場佔有率大約在20％。
除日本、歐美伺服品牌外，以東元（TECO）和台達（Delta）為代表的台系伺服在大陸市場的推廣也如火如荼，其技術水平和價格水平居於進口中端產品和國產品牌之間，市場佔有率從幾年前的微不足道提高到大約10％。值得注意的是，這兩個廠商的目標客戶均屬於機械行業，這將加劇與同將目標市場定位於此的南京埃斯頓等國產品牌之間的競爭。
中國國內的品牌主要有和利時電機、華中數控、廣數、蘭州電機等，目前總市場佔有率在10％左右。粗略計算，宣稱推出伺服產品的國產廠家不下20個。國產品牌產品功率範圍多在5kW以內，技術路線上與日系產品接近。
2.2.4 自動化設備或將在電子設備、食品領域領先發展
經上述分析，總體上，化工、市政、電子設備、風電領域去年表現出相對較高的增長率，自動化需求大。其中化工的市場規模是最大的，將近110億。而風電和電子製造市場規模雖然不大，但是增長率較高，超過16%。此外，食品、包裝、紡織機械、電梯、市政和石化方面增長率也較高，在9%左右，其中除了石化市場規模較大約75億外，其餘的規模都不足50億。其中屬於機械製造業的有電子設備、食品、包裝和紡織機械，這些都屬於星型生產、分工序生產或者流水線生產方式，自動化改造意願比較強的領域，同時實現阻力較小，預計這些領域將在工業4.0的浪潮下率先發展起來。
分產品來看，在執行端，低壓變頻器的市場規模最大，將近1.5億元，通用伺服的增長率最高，約5%，PLC去年增長率為負。PLC總體雖然下降，但是在紡織、包裝、食品和橡膠機械和電子設備領域保持相對較高的增長，與總體自動化需求保持一致。伺服和變頻器基本也是在相同領域增長率最高。
從高端裝備來看，機器人目前在汽車領域應用最廣，在食品飲料領域增長速度最快。3D列印目前商業化尚不成熟，盡在少數領域有少量應用，其中在消費品、車輛和醫療方面應用相對多一些。
2.3 工業乙太網是智慧工廠的神經網路，呈加速發展態勢
2.3.1未來工業網路「高速 無線」是趨勢，統一協議是目標
工業乙太網在工業4.0中佔據了一個十分重要的位置，它是工業信息交流的基礎，也是實現智能製造的基礎。工業乙太網以其優越的即時性、同步性、穩定性和高速數據雙向傳輸能力，在企業信息化與網路化進程中將有著不可替代的貢獻。
在製造企業實現機器替代工人以及單機自動化後，將所有自動化設備並連入工業通信網路從而完成軟硬體集成，是工業4.0進程中重要的一步。結合前面我們提出來的企業層級架構，其目前最主要應用在企業的工廠層和生產管理層，比如操作員站之間的連接、操作員站與工程設計主機的連接、操作員站與生產管理系統的連接等等。基於工業乙太網在生產管理層控制站級互聯方面已取得的成功，人們對其向上被引入到企業管理層、向下被引入到生產的現場執行層寄予了極大的期望。這種把底層生產執行現場到生產管理系統再到公司運營系統和企業管理系統一直穿透到雲端的「一網到頂」與公司生產設備與生產設備、生產線與生產線、車間與車間「一網打盡」的思維正是當前工業4.0的核心思想之一。
工業乙太網直接把感知與感測系統採集的數據通過現場聯網層傳遞給生產管理層和決策層，在其層級上的軟體系統分析、處理這些到達的信息並把指令信息再交付給工業乙太網，讓其將這些反饋指令信息傳遞到生產執行現場用來指導各種執行終端的運動。在上述過程中，工業乙太網就像是遍布在生產企業里的神經網路，它的觸角伸向企業里的各個角落，接收和傳遞著各種信息，讓企業對其周圍環境的改變做出快速的反應。
2.3.1.1 工業乙太網設備：交換機是核心，路由器是未來方向
工業乙太網是指採用TCP/IP互聯網協議和IEEE 802.3標準的，在工業環境的自動化控制及程序控制中，應用乙太網的相關元件及技術。一個典型的工業乙太網通常由鏈接部件和通信介質兩大模塊組成。鏈接部件主要任務是信號的接受、轉化、處理及發送，屬於鏈接部件的硬體設備有傳輸介質轉換模塊、工業路由器、集線器和工業乙太網交換機；通信介質則主要負責信號的傳遞，它包括乙太網通信處理器、雙絞線、光纖和連接器等。
2.3.1.2 工業乙太網的終極目標是統一的協議標準
在乙太網進入到工業控制領域之前，它所用的集線器、交換機、雙絞線等等均是為商用領域設計的，而沒有針對較惡劣的工業現場環境、控制的實時性要求以及信息的穩定可靠來設計。隨著快速乙太網和互動式乙太網技術的發展以及針對工業現場環境的設計措施如冗餘電源供電、冗餘網路技術、特殊加固結果、屏蔽技術等，上述問題已經得到了迅速的解決。首先，乙太網的通信速率已從10M、100M增大到目前的1000M、10G，在數據量不變的情況下，通信速率的提高意味著網路負荷的減輕和網路傳輸延時的減少，即網路碰撞機率的下降。其次，互動式乙太網技術採用星型網路拓撲結構，利用互動式集線器或交換機將網路劃分為若干個網段。交換機對網路上傳輸的數據進行過濾，使每個網段內節點間數據的傳輸只限在本地網段內進行，而不需經過主幹網，也不佔用其它網段的帶寬，從而降低了所有網段和主幹網的網路負荷。較小的網路負荷一方面保證了網路傳輸的確定性另一方面也大大提高了信息傳播的實時性。
通過通信介質和設備互連起來的多個不同地理位置的工業乙太網通信系統，要使其能協同工作、實現信息交換和資源共享，它們之間必須具有統一的語言。交流什麼、怎樣交流及何時交流，都必須遵循某種互相都能理解的規則，這個規則就是工業乙太網協議。到現在為止，工業乙太網還沒有一個全體通用的協議。但是在工業乙太網標準的制定過程中，西方一些大型企業集團和組織已經先行一步，致力於開發國際上統一的工業乙太網協議，以此增加自身在工業乙太網領域的話語權並擴大其產品的市場份額。目前市場上幾種主流的工業乙太網標準有倍福公司開發的EtherCAT、艾默生公司開發的HSE、西門子集團提出的Profinet、施耐德電氣公司推廣的Modbus TCP、貝加萊公司開發的Ethernet Powerlink和羅克韋爾公司定義的Ethernet/IP。我國也正在工業乙太網標準制定的路上迎頭趕上，其中以中控集團旗下子公司浙大中控提出的EPA走在最前。下圖將對上述幾種協議標準在實時性、同步性以及市場數據上進行對比。
相對之前的工業控制現場匯流排協議，工業乙太網協議數量已經大大減少。儘管如此，信息在不同協議間的轉換仍需要耗費很多時間，這嚴重影響到了工業現場環境對實時性要求。如同現在的商業乙太網，制定一個國際上統一的、透明的工業乙太網標準也是將來的發展趨勢。
2.3.1.3 工業乙太網技術路線清晰：高速 無線，未來工業網路的模式
20世紀50年代，在工業控制領域的通信最初是依靠信號電纜實現的。到80年代中期，隨著現場匯流排的引入，工業通信效率得到了大幅的提升。到目前為止，由於世界上著名的自動化設備都千方百計的研發有自己特色的工業網路，各種現場匯流排標準同時存在但互不兼容，協議上的鴻溝，導致了「自動化孤島」現象的出現。消除「自動化孤島」將是在分步實現工業4.0的過程中第一階段的首要任務。
國外公司對工業乙太網的研究始於1995年前後。1998年10月，在美國成立了工業自動化開放網路聯合會，該組織致力於分析工業乙太網應用並制定相關標準。同時，各現場匯流排支持組織和公司也意識到眾多現場匯流排所面臨的問題，因此，其在加強現有產品競爭的同時也紛紛將乙太網技術納入到今後的規劃。
工業通信技術從80年代初開始經過40幾年的發展，經歷了信號電纜、現場匯流排、工業乙太網、高速工業乙太網和無線工業乙太網幾個階段。目前處於現場匯流排、工業乙太網、高速工業乙太網並存，無線工業乙太網是未來的目標。
工業乙太網與現場匯流排相比有很多優勢，工業乙太網可以遠程訪問、傳輸速度快、系統容易擴容、支持複雜連接並且能實現全面無縫信息集成。
工業乙太網可構建互連、互通，以及具有更好互操作性的透明一體化工業控制網路，實現工業控制網路與企業信息網路的無縫連接，形成企業級管控一體化的全開放網路，實現管理層、控制層到現場設備層之間工業通信的「一網到底」。
工業乙太網交換機是構成工業通信網路的核心設備，它包括了非管理型交換機和管理型交換機，是由工業集線器發展而來。集線器是一種共享設備，本身不能識別目的地址，當同一網內的a埠向b埠發送數據時，數據包在集線器所連接的網路上以廣播方式傳輸，由每一台終端通過驗證數據包頭的地址信息來確定是否接收，同一時刻網路上只能傳輸一組數據幀的通訊，此方式共享帶寬。可以說集線器就像一個大喇叭，對著所有它連接的埠大聲傳遞消息，不管這些埠是不是需要這個信息，這種一對多的傳輸方式是極其低效的。
集線器的發展產生了一種叫非管理型交換機的設備，其擁有一條高帶寬的背部匯流排和內部交換矩陣。交換機的所有的埠都掛接在這條背部匯流排上，其收到數據包以後，處理埠會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬體地址）的NIC（網卡）掛接在哪個埠上，然後通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的埠。交換機在同一時刻可進行多個埠對之間的數據傳輸，連接在其上的網路設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網路的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這裡使用的是10Mbps的乙太網交換機，那麼該交換機這時的總流通量就等於2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式集線器時，它的總流通量也不會超出10Mbps。管理型交換機是非管理型交換機的下一代產品，它擁有更多更複雜的功能，價格也通常高出一台非管理型交換機的3到4倍。
工業路由器的功能較交換機要強大，和交換機不同，路由器是利用不同網路的IP地址來確定數據轉發的地址。連接到路由器上的網段會被分配成不同的廣播域，各子廣播域之間的交流需要靠路由器實現。工業路由器可提供功能強大的中心管理軟體，方便設備管理；提供1個RS232（或RS485/RS422）、4個乙太網LAN，1個乙太網WAN以及1個WIFI介面，可同時連接串口設備、乙太網設備和WIFI設備；除此之外還提供了防火牆服務。
2.3.2 工業乙太網迎風崛起，網管型交換機和路由器爆發增長
2.3.2.1現場匯流排沒落，工業乙太網迎風崛起
在工業4.0的架構體系中，工業通訊從結構上通常分為三層：管理層、控制層和感知執行層。在管理層上的通訊對時間或時序的要求沒有其在控制層和感知執行層上嚴格。伴隨著自動化生產不斷優化與物聯網的進一步發展，在生產控制層和感知執行層信息的及時性將扮演一個越來越重要的角色。因此，到目前為止，應用在控制層和感知執行層上現場匯流排技術由於其傳輸速度低，通信協議不統一和信息節點間不透明等短板特點在及時信息量不斷增加的背景下越來越多的被工業乙太網技術替代。目前在全球工業通訊中現場匯流排仍然佔據主導地位，根據HMS的研究預測，2014年現場匯流排佔全球工業通訊市場份額的66%，工業乙太網佔34%。但是在市場份額年度增速方面工業乙太網以年均增速17%遠超現場匯流排的7%年均增速。工業乙太網協議Profinet與Ethernet IP的市場份額接近其總市場份額的一半，協議集中度相對現場匯流排有大幅度的提高。
工業4.0實現第一階段的主要工作是「消除信息孤島」，隨著聯網的設備增加，信息交換頻率和信息流量將進一步加快和增長，大部分現場匯流排難以滿足平台通用性和系統性能的要求。於此同時，工業乙太網由於它統一的協議，互連互通的構建，以及更透明的互操作性一體化控制網路，實現了工業控制網路與企業信息網路的無縫連接，真正形成了對企業級管控一體化，對實現管理層、控制層到感知執行層之間工業通訊「一網到底」的有力支撐。工業乙太網正在成為控制系統網路發展的主要方向，其市場容量將得到持續釋放。
2.3.2.2對比全球市場，我國工業乙太網市場佔比工業通信市場小，增長快
相對於現場匯流排，工業乙太網協議的增速在過去五年中非常快。2009年全球工業乙太網新增節點數約為450萬，這個數字約為現場匯流排的20%。到2014年，全球工業乙太網新增節點數已增長到了約800萬，占現場匯流排的26%，年複合增長率達到了12.2%。Ethernet TCP/IP是全球佔比最大的乙太網協議，約佔到新增節點市場整體的60%左右，這也充分反映了其良好的兼容性和市場對其廣泛的認知度與肯定。除了Ethernet TCP/IP，其他工業乙太網協議的增速也非常快，比如Ethernet/IP和Profinet，到2014年其新增節點數相比2009年已經翻了一倍有餘，過去五年年複合增長率達到15%左右。
2009年中國乙太網新增節點數約為40萬，經過五年的高速增長，到2014年中國乙太網新增節點數約為100萬，其複合增長率達到了20.11%，明顯超過了全球工業乙太網新增節點數在過去五年的複合增長率。相對全球市場而言Ethernet TCP/IP協議新增節點數在中國市場的佔比更大，其在2009年的新增節點數為30萬，約佔到整體節點數增量的75%，到2014年，新增Ethernet TCP/IP協議節點數雖然略有降低，但仍佔到整體節點數增量的72.13%，其國內市場地位穩固，有較高的話語權。
國內的工業通信網路系統目前主要採用的是現場匯流排技術，但據工控網報道，2010年到2014年，國內現場匯流排佔比工業通信市場份額從88%下降到78%。同期，我國工業乙太網市場份額增長近一倍到22%，對比全球工業乙太網佔比工業通訊市場34%的市場份額，我國工業乙太網市場還擁有廣闊成長長空間。2014年，國內工業通信市場新增市場份額工業乙太網佔比45%，已顯示出和現場匯流排技術並駕齊驅勢態。按照當前趨勢，工業乙太網在工業自動化和流程式控制制領域的使用量將會首先大幅增長：一方面有通信系統從現場匯流排技術升級到乙太網的一個替代市場，一般車輛組裝、車輛配件製造、家電製造等系列生產或大批量生產企業正處在這個技術替換階段；另一方面有直接採用乙太網技術的新增市場，比如在食品工業、能源與電力、醫藥生產等。
2.3.2.3集線器市場持續萎縮，網管型交換機和路由器市場呈爆發勢態
2009年中國工業乙太網元件市場約為1.2億美金，摺合人民幣約為8億，經過接下來5年每年近20%的增長到2014年乙太網元件市場容量以達到約3.1億美金，約20億人民幣。其中，網管型交換機及非網管型交換機是佔到中國整體乙太網元件市場最大的兩類產品，佔整體份額的80%左右，增長速度也是所有產品中最快的。相對來說，集線器和轉換器在2009-2014年里的市場佔比非常小，增長十分平緩。值得一提的是工業路由器，雖然到目前為止其市場份額仍相對較小，但是其在過去5年里的增長速度非常快，同比達到了超過三倍的增長。中國工業乙太網組件市場遠遠沒有飽和，增長潛力仍非常巨大。在工業4.0的第一階段，即設備層軟硬體的橫向集成中，越來越多的設備將並連入工業通信網路，集線器肯定難以滿足信息交流的快速增長，而網管型交換機和路由器由於其優越的信號處理效率將越來越廣泛的應用於智能製造，其市場規模有望率先得到進一步爆發。
2.3.2.4伺服控制器併入乙太網是大勢所趨
與現場匯流排相似，PLC、I/O模組和變頻器是使用工業乙太網最多的自動化設備。目前為止，工業乙太網在工業設備PLC中的使用頻率最高。變頻器的用戶還是更傾向使用現場匯流排作為首選的鏈接方式，但值得注意的是，從2009年到2014年工業乙太網節點數在變頻器領域從約40萬增長到了約90萬，這說明了用戶對它的接納度也是越來越高的。伺服控制器雖然基數較其他自動化設備還處於一個比較低的位置，但是基於它對實時性和高速信息傳輸的需求，預計工業乙太網節點在其領域的增長速度將會非常的高。對比2009年和2014年在其領域的節點數就可以證明這一點。
目前，國內工業乙太網元件市場競爭激烈，在這一領域公司的國外知名公司有赫思曼、摩莎羅傑康等，國內知名企業有東土科技，其產品的應用領域主要集中在電力能源和軌道交通這兩個主要行業，其市場份額之和超過50%。其次是工廠自動化，其市場份額也達到了13%。
2.3.3工業乙太網發展加速，預計未來年均增速超過18%
在實現工業4.0的第一階段，工業乙太網扮演了一個關鍵的角色，藉助於它生產流程中的信息孤島將徹底消除，各個設備之間能實現最基本的信息交流。流水線生產企業比如家電製造和汽車組裝，其工業乙太網目前滲透率高，在大力推進無人工廠、透明工廠的背景下，工業乙太網由於它統一的互連互通構建、透明的互操作性將在未來幾年內領先發展。另外加工島式生產企業、星型布局生產企業和分工序生產企業由於其流水線改造希望強烈，在生產流程升級、生產設備串聯的背景下，工業乙太網也將取得突破性發展。按照接下來五年我國工業乙太網市場規模每年18%的增長率推算，到2020年估計其在工廠自動化領域的市場規模將達到約46億。
2.4 感測與感知是智慧工廠靈敏的五官，將以高速增長領跑工業4.0
2.4.1感測與感知技術發展迅猛，MEMS感測器、機器視覺和RFID是未來方向
2.4.1.1感測器是工廠數字化的基礎
數據採集是工業4.0實現路徑第二階段的重要內容，它包括感測器和射頻技術等現場數據採集器在自動化設備中的接入。感知和感測系統作為信息的攝取裝置是生產信息系統的基石，自動化設備及其產品的狀態、位置、數量以及後續質量監控和追蹤都基於感測與感知系統提供的數據。而後續的數據分析、企業的決策與管理也都是建立在感知與感測系統收集的數據之上。可以說，感測與感知系統是自動化設備的五官，通過它自動化設備才能像人一樣感知周圍的環境，為企業決策提供第一手的素材。
感測器是能感受規定的被測量的信息，並按照一定規律轉換成電信號或其它可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件、轉換元件、調理電路和輔助電源組成。敏感元件是感測器的靈魂，它能直接感測或響應被測量的部件。轉換元件是指感測器中能將敏感元件感測或響應的被測量轉換成可用的輸出信號的部件，通常這種輸出信號以電量的形式出現。調理電路是把感測元件輸出的電信號轉換成便於處理、控制、記錄和顯示的有用電信號的有關電路。
2.4.1.2感測器種類繁多、應用廣泛、分類複雜
感知技術是構建智能工廠和智能物流的基石，它主要包括感測器技術與標識技術。感測器種類繁多，它的分類標準也多種多樣。按其原理分類可分為濕敏感測器、磁敏感測器、氣敏感測器、光敏感測器等等。
標識技術通常也被叫做無線射頻技術（RFID），它是一種識別技術，可通過無線電訊號識別特定目標並讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。一個基本的RFID系統通常由標籤、閱讀器和天線三部分組成，其工作原理為由閱讀器發射一特定頻率的無線電波能量給應答器天線，用以驅動應答器標籤上的電路將其內部之認證碼送出，此時閱讀器便接收此認證碼。這個識別過程就像是兩個人的一問一答，可得知RFID系統在智能生產與物流中扮演的就是電子五官中「嘴巴」的角色。
感測器除了按其原理分類之外，還可以按其用途、測量目的、作用形式、製造工藝和輸出信號等分類，下圖給出了常見的分類方法：
在工業生產領域，感測與感知技術廣泛應用於產品的在線檢測，如零件尺寸、產品缺陷等，實現了產品質量控制的自動化，為現代品質管理提供了可靠保障。另外，感測與感知技術與運動控制技術、過程式控制制技術相結合，應用於裝配定位等生產環節，促進了工業生產的自動化，提高了生產效率。在物流倉儲領域，感測與感知技術提高了整個物流供應鏈的效率，它用來實現自動化的存取貨物和庫存檔點，用於跟蹤貨物的地點和狀態，和上層管理系統相結合，增強了作業的準確性和快捷性，降低了成本，減少了整個物流中由於商品誤置、送錯、偷竊、損害和庫存、出貨錯誤等造成的損耗。在科技軍事領域，感測與感知技術的應用主要體現在地面感測器，其用來執行預警、地面搜索和監視任務。在航天領域中，用於火箭測控、飛行器測控等。
2.4.1.3 傳統感測技術正處在轉型的路口
目前我國感測器產品結構和產業結構特別分散，感測器產品門類品種繁多，共10大類、42小類近6000個品種，其應用滲透到各個產業部門，它的發展既有各產業發展的推動力，又強烈地依賴於各產業的支撐作用。感測器現在正處在傳統型感測器向新型轉型的發展階段，其中基於物理、化學、生物感應原理的感測技術逐漸成為熱點。新型感測器的特點包括微型化、數字化、智能化、系統化、網路化、移動互聯網化等，多媒體信息採集、地理位置識別、生物識別、MEMS感測和無線射頻識別等發展迅速。目前感測器技術的前進一方面倚靠基礎技術的推動，另一方面得益於應用技術的拉動。基礎技術涵蓋千差萬別的敏感機理，多種多樣的敏感材料，各不相同的工藝設備和大相徑庭的計測技術等等；應用技術則包括如智能控制系統、工業機器人、智能分揀系統等等。基於感測器研發和製造過程中技術的多樣性、邊緣性、綜合性和技藝性，它也十分需要一個大規模的人才密集與投資密集來支持。
感測器的發展大體可分三個階段：第一階段是20世紀50年代伊始，結構型感測器出現，它利用結構參量變化來感受和轉化信號。第二階段是20世紀70年代開始，固體型感測器逐漸發展起來，這種感測器由半導體、電介質、磁性材料等固體元件構成，是利用材料某些特性製成，如熱電效應、霍爾效應，其分別製成熱電偶感測器、霍爾感測器等。第三階段是20世紀末開始，智能型感測器出現並快速發展。智能型感測器是微型計算機技術與檢測技術相結合的產物，使感測器具有人工智慧的特性。
中國感測器產業始於1896年，從實驗室研究走向產業化、高性能化，我國感測產業一直在進步，技術越來越先進，品種越來越完善。
近年來，感測器正處於傳統型向新型感測器轉型的發展階段。傳統感測器由於其體積大、重量大、成本高等缺點越來越難與日益增強的自動化技術、遠距離探測技術發展保持一致，感測器的微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網路化將是大勢所趨。在精密加工、微電子技術、集成技術的支撐下，感測技術重心逐步轉向技術含量較高的MEMS感測器領域，相對於傳統感測器，它們的尺寸更小，最大的不超過一個厘米，甚至僅僅為幾個微米，其厚度就更加微小。MEMS感測器採用以硅為主的材料和與集成電路（IC）類似的生成技術，可大量利用IC生產中的成熟技術、工藝，進行大批量、低成本生產，使性價比相對於傳統感測器有大幅的提高。MEMS的發展把感測器的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了新的高度。在微電子技術基礎上把微型感測器和微處理器及相關集成電路等封裝在一起就完成了感測器的數字化、智能化、網路化、系統化。MEMS感測器技術研發主要在以下幾個方向：1.微型化的同時降低功耗；2.提高精度；3.實現MEMS感測器的集成化及智慧化；4.開發與光學、生物學等技術領域交叉融合的新型感測器，如MOMES感測器、生物化學感測器以及納米感測器。
生產製造領域裡高要求的零部件加工及其相應的先進生產線，帶動了國際先進水平的機器視覺感知系統快速的進入了中國。機器視覺是藉助計算機來實現人的視覺功能，它從客觀的三維世界裡提取所觀察對象的信息，進行處理並加以分析與理解，最終用於測量、檢測和控制。一個典型的工業機器視覺系統包括圖像捕捉系統、圖像採集模塊、照明系統、計算機系統和控制系統。
目前機器視覺主流的檢測手段還是依賴2D相機，即從灰度圖中提取被測物特徵，在X-Y平面內進行測量。當遇到需要高度測量或需要Z方向信息，如需要測高度、測深度、測厚度、測平面度、測體積、測磨損等情況時，2D視覺往往無能為力，甚者在被測物灰度圖像對比度較差，無法準確提取被測物特徵值時，往往可以考慮通過高度分割進行特徵提取並測量，這時，3D視覺技術就成為解決機器視覺問題的重要檢測手段。目前市場上流行的三種3D視覺技術方案，隨著機器視覺領域測量技術的多元化發展，3D視覺技術必將成為一種重要的檢測手段。
1996至2013年，我國機器視覺的專利申請數量總體上呈上升走勢。2011年，我國機器視覺專利申請數為267 個，到2012年我國機器視覺專利申請數量達到高峰298個，近幾年行業專利申請數量大增，行業技術發展日益成熟。但值得注意的是，到2013年我國機器視覺專利申請數又出現急劇下降，這表明企業對機器視覺技術研發投入的熱度減低，該技術創新速度有放緩跡象以及其在某些領域被其他新技術替代的風險加大。
目前工業領域是機器視覺應用比重最大的領域，主要用於產品質量檢測、分類、機器人定位、包裝等。儘管機器視覺在我國仍處於高速增長階段，但在物流倉儲和生產控制領域的具有讀取一維條碼和二維碼功能的機器視覺技術正面臨著逐漸被無線射頻識別技術RFID替代的風險。相比傳統條形碼識別技術，RFID有以下優勢：
我國感測器產業近年來的飛速增長得益於其下游市場需求快速增長、政府的政策支持、基礎技術和應用技術的推動以及社會服務方式和人類生活方式的轉變。工業4.0定義的智能製造是以信息物理融合系統CPS和M2M為基礎，其可實現對百萬台重工業設備在線狀態監控、軟體升級、故障診斷和後台數據分析，實現它的過程中就需要大量感知與感測設備的支持。IC Insights數據顯示，2014年具備連網及感測系統功能的物聯網整體產值約483億美元，同比增長21%，到2018年規模可望達到1036億美元，2013年至2018年複合成長率也將達21%。物聯網的大力推進和智能終端的廣泛應用，拉動感測與感知類產品需求大幅增加，並且重心逐步轉向技術含量較高的MEMS感測器領域。
可以想像，智慧城市就是未來社會的高級形態，是將信息化有機融合到新型城鎮化的一種新思維模式。遍布城市各處的物聯網感知與感測終端構成城市的神經末梢，對城市運行狀態進行實時監測，從地下管網監測到路燈、井蓋等市政設施的管理，從高清視頻監控系統到不停車收費，從水質、空氣污染監測到建築節能，從工業生產環境監控到製造業服務化轉型，智慧城市建設的重點領域和工程，為物聯網集成應用提供了平台。2014年8月，經國務院同意，由國家發改委、工信部等八部委聯合印發《關於促進智慧城市健康發展的指導意見》，明確提出到2020年建成一批特色鮮明的智慧城市。智能城市的發展將拉動感知與感測產業進一步爆髮式的增長。
感測器的技術發展趨勢主要體現在同類型多個感測器的集成、多功能一體化集成和配套電路與感測元件同時集成上。同類型多個感測器的集成，即同一功能的多個感測元件用集成工藝在同一平面上排列，組成線性感測器陣列（如CCD圖像感測器）；多功能一體化集成，即幾種不同的敏感元器件製作在同一矽片上，製成集成化多功能感測器，集成度高、體積小，容易實現補償和校正，是當前感測器集成化發展的主要方向；配套電路與感測元件同時集成，即它們同在一塊晶元上，使之具有校準、補償、自診斷和網路通信的功能，形成可完成測量及模擬信號輸出功能的專用集成感測器。模擬集成感測器的主要特點是功能單一（僅測量某一物理量）、測量誤差小、價格低、響應速度快、傳輸距離遠、體積小、微功耗等，非常適合遠距離測量、控制，且不需要進行非線性校準，外圍電路簡單。
2.4.2全球感測和感知市場步伐穩健，我國RFID市場是亮點
2.4.2.1全球感測市場穩步發展，亞太市場潛力巨大
近年來，全球感測器市場一直保持快速增長，2009年和2010年增長速度達20%以上；2011年受全球經濟下滑的影響，感測器市場增速比2010年下滑5%，市場規模為828億美元。隨著全球市場的逐步復甦，2012年全球感測器市場規模已達到952億美元，2013年進一步成長到1055億美元。隨著未來經濟環境的持續好轉，市場對感測器的需求還將繼續增多，據高工產業研究院預測，全球感測器市場將保持20%以上的增長速度，2015年市場規模將突破1500億美元。目前，從全球總體情況看，美國、日本等少數經濟發達國家佔據了感測器市場70%以上份額，發展中國家所佔份額相對較少。其中，市場規模最大的3個國家分別是美國、日本和德國，分別佔據了感測器整體市場份額的29%、19.5%、11.3%。未來，隨著中國、印度、巴西等發展中國家經濟的持續增長，對感測器的需求也將大幅增加；但發達國家在感測器領域具有技術和品牌等優勢，這種優勢在未來幾年內仍將保持，因此全球感測器市場分布狀況並不會得到明顯的改變。
經過多年發展，我國已經形成從技術研發、設計、生產到應用的完整感測器產業體系，共有10 大類42 小類6000 多種感測器產品。我國感測器市場規模增速高於全球增速，年均增速超過20%，2011年感測器市場規模為480億元，2012年達到513億元，到2014年則超過800億元。儘管國內感測器市場增長速度較快，但其全球市場份額佔比不高。2014年我國感測器市場僅約佔比全球市場總量的11%，未來市場潛力仍然巨大。在國內各類感測器產品中，流量感測器、壓力感測器、溫度感測器市場已體現出成熟市場特徵，它們總共佔據了國內感測器市場一半以上的份額，其各自所佔份額分別為23%、10%和15%。
2012年國內感測器製造業銷售額約為509.63億元，同比增長3.03%。感測器應用範圍不斷擴大，主要應用領域為工業及汽車電子產品、通信電子產品、消費電子產品、專用設備等。其中在工業領域的感測器市場規模在2011年已經達到177億元，同比增長36.2%，明顯高於感測器行業平均增長速度。2006年到2011年的年均複合增長率高達34%，未來幾年，在我國製造業優化升級、工業自動化向全局和縱深發展以及物聯網產業戰略全面實施的背景下，工業感測系統市場仍將保持快速增長。預計到2016年，我國工業感測市場規模將達到約638億元。
2.4.2.2 MEMS感測與機器視覺市場競爭趨向激烈，RFID市場藍海一片
據Yole Developppement數據顯示，全球MEMS感測器產品需求近年增勢迅猛，2014年MEMS感測器市場規模超過130億美元，平均以12%-13%的增長率增長，2019年預計將達到240億美元。
消費類應用依舊是MEMS感測器市場的主要推動力。佔比最大的消費類應用規模在2014年達到59億美元，占感測器產品市場的45%，到2019年預計將超過100億美元，年複合增長率約11.2%。其次是汽車電子，它的應用規模達到了約29億美元，占感測器產品市場的22%，到2019年預計其應用規模將達到53億美元。而成長最快的醫療服務市場，將從2014年的24.5億美元增長至2019年的72億美元左右，年複合增長率近30%。在工業控制領域，它的應用市場規模目前已超過了11.8億美元，佔MEMS感測器市場的9%，預計其全球市場規模到2019年將達到21.6億美元。
從全球最新MEMS廠商排名可看出來，全球前20名廠商基本在歐美國家，其中前5名廠商位置相對穩定，但是博世公司的「分量」越來越大，約佔前五位廠商合計營收（38億美元）的三分之一。由於iPhone 6採用了博世的感測器，2014年其MEMS營收增長了20%，超過12億美元，進一步拉大了與第二名意法半導體的差距，目前雙方相差4億美元。鑒於MEMS擁有良好的市場前景，去年全球排名前三十名的廠商大部分都實現增長。值得注意的是，噴墨列印頭相關公司面臨艱難的時刻，惠普和佳能的營收均減少。另外，2014年全球前二十名MEMS廠商和2013年保持一致。瑞聲科技是唯一一家連續入圍全球前二十的中國企業。
從全球前10名MEMS廠商營收與增長率分布象限圖來看，博世是唯一一家在市場佔有率與增長率雙雙處於領先地位的產商，其在市場的龍頭地位十分穩固。同時因為高增長率而表現十分亮眼的廠商還有Qorvo、Invensense和安華高科。Invensense受益於慣性感測器市場持續增長，營收繼續上升，增長了32%，達到3.29億美元。由於TriQuint和 RFMD的合併，Qorvo營業收入增長超過130%，達到3.5億美元，將來很有潛力發展為另一個巨頭。苦苦掙扎的巨頭包括意法半導體、惠普、德州儀器、佳能、樓氏電子、電裝和松下，他們儘管市場份額仍然較高，但其增長放緩或下滑明顯，這些公司目前正在努力尋找一種有效的增長引擎。
近三年來全球前20名MEMS感測器廠商營收佔比均超過MEMS感測器總市場規模的50%，在這個領域企業集中度是非常的高。但是通過比較近三年的佔比數據可以看到其佔比份額已經從2012年的67%下降到2014年的58%，企業集中度正緩慢下降。這意味著在MEMS新型感測器領域不斷有中小公司加入，並成功的蠶食了一部分市場。目前MEMS產業已經進入到了新的一輪「擴張期」。擁有關鍵技術的廠商正在逐步擴大市場份額，並實現快速超越。
我國市場上使用的高端感測器核心晶元大量來自進口，國內大多數企業只能集中於中低端市場。2013年我國感測器市場銷售額突破1000億元，但進口佔比較大，其中感測器約佔60%，感測器晶元約佔80%，MEMS晶元基本 100%進口。由於MEMS半導體晶元技術進展較慢，國產可用於智能終端、可穿戴設備等產品的感測器種類及數量較為有限。
2013年全球機器視覺系統及部件市場規模為34.01億美元，相對於2007年增長了56.08%。最近幾年全球機器視覺系統市場規模平均增速約為10%左右；從產業地區分布看，2013年全球機器視覺產業主要分布於北美、歐洲以及日本地區。其中北美佔比達到了62%。歐洲佔比為15%，日本為10%。
我國機器視覺市場在2010年迎來了一波爆髮式增長，市場規模當年即達到8.3億元，同比增長48.2％，其中智能相機、軟體、光源和板卡的增長幅度都達到了50％，工業相機和鏡頭也保持了40％以上的增幅。從2011年開始，受累於製造行業發展環境不佳，機器視覺市場也跟著步入後增長調整期，其增長速率逐步回落到20%左右。但對比全球機器視覺市場規模約不到10%增速，我國機器視覺的市場發展仍較為迅速，到2014年，其市場規模約為16.1億元，在未來幾年，我國機器視覺產業規模將繼續保持穩定增長，並有望在2017年達到30億元。
機器視覺檢測系統基於高解析度工業相機和視覺軟體，可對被檢測物體進行位置識別、外觀檢測、尺寸測量、角度測量、字元識別等。機器視覺市場是複雜的，在工業或非工業領域由很多細分市場組成。從下遊客戶技術要求及被檢測物體特徵來看，機器視覺市場大體由9個細分市場組成。在工業領域受低端應用驅動，多功能檢測和檢查、小型3D檢查是推動機器視覺工業市場增長的主力。在非工業領域所有明確的市場將維持穩定增長，年複合增長率可達15%，包括高端IP監控、車票識別、汽車安全。但在技術密度相對較低的工業識別領域，機器視覺市場正面臨著市場闖入者無線射頻RFID的威脅，它作為一種功能強大的新型標籤，已廣泛用於物品流通中的識別、跟蹤及物流管理。
2014年全球無線射頻識別系統RFID市場規模約為89億美元，同比增長12%，相對於2007年增長了78%，年複合增長率達8.6%。近三年來全球RFID市場規模平均增速高於10%。相比近年來全球RFID市場增長幅度，我國的RFID市場規模可謂突飛猛漲，在2011年其增速甚至超過了50%。2014年我國RFID市場規模約為380億人名幣，同比增長21%，相對於2006年增長高達900%，年複合增長率高達31.7%。這些數據充分反映了在過去9年中我國政府與各行各業對物聯網的重視以及在物聯網領域取得的長足進步。2006年我國RFID市場規模僅占其全球總規模的12%，經過9年的發展，到2014年我國RFID市場規模已經占其全球總規模的61.2%。我國在物聯網領域的發展速度遠遠超過了其全球發展速度。
目前，中國RFID產業鏈已經基本搭建起來，形成了從晶元設計、封裝、設備、系統集成、行業應用為一體的產業鏈格局。在我國RFID的市場應用收入中系統集成業務佔比最高，達到42%。其次是讀寫機和標籤封裝，分別佔比30%和19%。隨著RFID技術的快速發展、市場應用越來越多、規模越來越大，標籤和讀寫機器的成本也會隨著規模效應而下降，從而導致其市場應用收入佔比會有一定程度下降。從RFID的市場結構上看，軟體和系統集成的規模會進一步提高，RFID行業中的設備供應商和系統集成商都會有非常大的機會。
據IIPA分析，華南、華東、華北等地RFID企業較為集中，有其內在的因素。RFID在其前期的發展過程中，需要大量的資金投入及技術人才的培養，而類似於深圳、上海、北京等經濟和科技都較發達的地區，能夠為RFID企業的發展提供良好的產業環境及氛圍。從產業鏈的分布結構來看，讀寫機和電子標籤企業以深圳企業數量最多。深圳作為國內最主要的電子信息產品生產基地，具有極其發達的電子信息產業中游和下游市場，為RFID電子標籤和讀寫器製造企業的發展，提供了一個良好的發展環境。而在系統集成方面，RFID產業更多還是以政府項目為主導。這使得北京及其周邊地區成為RFID應用較早的地區，並逐漸形成了一批以項目集成為主的企業群體。在產業集群發展上，則呈現出了以北京為代表的的環渤海地區、以上海為代表的長三角地區和以深圳為代表的珠三角地區遙相呼應且快速發展的態勢。此外，西南地區的RFID企業發展與應用，也出現了高速發展的勢頭。
身份識別市場在2010年行業市場規模的佔比中，高達29.1%，成為當時應用規模最大的市場領域。這是因為二代身份證與社保卡項目在當時是最大的RFID應用項目，自2004年國內二代身份證更替開始，中國共發放了近13億張的二代身份證。對比2010年和2012年國內RFID細分應用領域市場份額數據不難發現，身份識別市場規模佔比急劇降低，原因是累積貢獻了超過200億元市場規模的二代身份證更換已經進入尾聲。在這期間RFID在資產管理、物流與倉儲、防盜防偽追溯、工業控制等領域的應用中取得了突破性的進展，並在部分領域開始進入規模應用階段，其市場份額都有相當程度的增長。隨著RFID技術的進一步成熟和成本的進一步降低，RFID技術開始逐步應用到各行各業中，為將來的萬物互聯打下夯實的基礎。
2.4.3 感測與感知市場將在流水線生產企業率先打開，年均增長率預期高達25%
假設在工業控制，倉儲物流領域的RFID市場規模佔比其總市場規模40%，那麼2014年它在工業控制、倉儲物流領域的市場容量將達到127億。感測器和機器視覺2014年在工業領域的市場容量分別約為299億和14.9億。根據各細分市場往年增長率來推測，未來我國感測器（含MEMS）市場將保持27%的速度增長，其市場規模到2020年將達到1313億元；假設RFID感知系統市場增長率維持在21%水平，到2020年其市場規模將達到約399億；機器視覺如果按當前增速未來五年後市場規模將超過32億。
工業4.0實施第二階段的核心任務是感測與感知系統與自動化設備的集成。在流水線生產企業，感測與感知系統已經大量使用，其市場增量主要來自於兩方面，即原有傳統感測器的升級替換和在物聯網與智能製造融合的背景下新增的感知與感測節點，這些新增節點將率先進一步打開機器視覺與RFID設備的市場空間。按照今後五年我國機器視覺與RFID市場規模保持21%增長率預測，估計到2020年其在智能製造領域的市場規模將超過432億元。而傳統感測器的升級需求將著重拉動MEMS新型感測器的市場，按接下來五年MEMS感測器市場12%增長率預計，到2020年其在智能製造領域的市場規模將達到196億元。
在車間生產企業、施工現場生產企業和加工島式生產企業中感測與感知系統的運用還處於較低水平。尤其是傳統的車間式生產企業，因為其自動化改造需求迫切，在此領域的感測與感知市場主要由自動化升級的市場需求拉動。
2.5 工業軟體是智慧工廠的大腦，國內增長之勢越來越清晰
2.5.1國內工業軟體的應用落後, 但追趕腳步加快，增速超過全球平均水平
2.5.1.1 工業軟體扮演溝通和決策者，是智能製造的核心
工業軟體扮演溝通和決策者，是智能製造的核心。工業軟體是工業4.0實施到第三階段重要內容，它包括以軟體為主的生產製造方面的縱向網路集成，產品方面的價值鏈端到端的數字化集成，供應鏈方面的業務網路縱向合成，並實現三個維度之間以MES為焦點的端到端的集成。在工業互聯網時代，企業的競爭力已經不再是單純的自動化設備和應用技術。通過感測與感知系統收集數據，進而進行數據分析，然後反饋到原有執行端，進行更好的管理，將成為企業新的核心競爭力，而上述過程都離不開工業軟體作為企業大腦的全力支持。
工業軟體的劃分沒有明確的界定概念，國內外關於工業軟體的概念範疇也不相同，通常國內所指的工業軟體包括：生產管理軟體、研發設計軟體、生產控制軟體、協同集成軟體及工業裝備嵌入式軟體，國外的工業軟體主要是指生產控制類軟體。
工業軟體滲透到智能製造的每個角落。企業內部製造環節，工業軟體包括PLM、MES、ERP等，企業外部環節，工業軟體包括供應商管理軟體SCM等。對所有工業軟體進行分類，ERP、PLM等軟體屬於企業管理類，MES、MOM等屬於生產管理類工業軟體，SCADA、DCS等屬於工業控制類工業軟體，CAD、CAE、cPDM屬於研發設計類，它們共同構成數字化工程的軟體系統。
常用的工業軟體對企業製造的貢獻來看，主要體現為對企業產品創新、交付時間、產品質量和成本管控等環節具有較大的貢獻，因此是重點關注領域。以國內機械行業為例，數據顯示，未來2年內我國機械企業將在研發設計和生產管控領域的工業軟體重點投入，預計分別達到36%和14%，其次在供應鏈管理領域的投入將持續增加。此外，在集中集成方面預計達到10%，新技術應用方面預計也會達到10%的投資規模。
2.5.1.2 國內工業軟體全球佔比低，但發展速度高於全球平均水平
根據 Gartner的市場調查報告，2014年全球企業級軟體市場規模為3175億美元（更加廣義的企業級軟體，包括生產管理軟體、研發設計軟體、生產控制軟體、協同集成軟體及工業裝備嵌入式軟體等），同比增長5.5%，基本維持了自2012年以來的高速增長態勢，但增長速度遠不及預期。近年來工業軟體類上市公司營收和利潤增幅都在緩慢的回升，業績增速保持在10%左右。穩健的業績增速為工業軟體類公司後續發展奠定了良好的基礎。
2012年，中國工業軟體市場規模達到722.98億元，同比增長17.3%，遠遠高於全球市場增長速度，當之無愧地成為全球工業軟體市場增長生力軍。中國工業軟體市場的快速增長一方面得益於中國工業轉型使得對工業軟體需求進一步釋放，另一方面，國內企業在工業軟體領域立足自身本土化服務優勢，積極開拓市場實現了業務的快速增長。但是，同時我們也能看出，我國工業軟體市場規模增長在放緩，這與國內經濟發展模式的轉型有關。根據對中國工業軟體市場的研究監測，結合市場發展影響因素分析，預測未來三年工業軟體市場年均複合增長率將達到17.5%，預計到2015年市場規模將達到 1172.59億元。
2014年初，Gartner曾預測全年企業級軟體市場規模可達到3200億美元，實現同比增長6.8%。工業軟體構成中，主要以生產管理類為主，佔比超過50%，生產控制類及嵌入式佔比僅為25%。
2.5.1.3 工業軟體細分市場寡頭壟斷，中外差距明顯，進步空間大
研發設計類代表性公司主要有西門子、AUTODESK、達索系統等。生產調度和控制類代表性公司包括西門子、通用電氣、ABB等；企業管理類軟體廠商包括SAP和甲骨文等。通過代表性公司的梳理髮現，在企業管理類軟體行業裡面ERP等已經發展成比較大的體量了，在研發設計類等細分領域，代表性公司相對其他領域而言較小。
工業軟體類代表性上市公司業績增速穩定。我們選擇全球工業軟體類和未來正在布局工業軟體的電氣工程類部分上市公司作為業績參考對比，近年來工業軟體類上市公司營收和利潤增幅都在緩慢的回升，業績增速保持在10%左右。穩健的業績增速為工業軟體類公司後續發展奠定了良好的基礎。
國內外在工業軟體的應用上面存在一定差距，以機械行業為例，數據顯示，國外領先企業的工業軟體在業務域的應用深度上評分為3.49；我國機械企業的平均水平為2.59，研發設計領域與國外先進水平相當；生產管控方面與國際領先水平有較大差距。我國機械行業的工業軟體應用起步較早，經過多年的發展，在國產工業軟體的應用方面已處於初中級階段。
就業務領域而言，研發設計領域的整體應用水平與國際領先水平差距較小，但在綜合集成和決策支持方面有一定差距。生產管控領域的整體應用水平與國際領先水平差距較大，尤其在自動化水平方面差距明顯。
2.5.2 ERP系統 PLM系統，企業頂層決策層，增長較平穩
2.5.2.1 ERP企業資源計劃系統，漲勢有望持續保持20%以上
ERP是企業資源計劃系統(Enterprise Resource Planning )的簡稱，是指建立在信息技術基礎上，以系統化的管理思想，為企業決策層及員工提供決策運行手段的管理平台。ERP是針對物資資源管理（物流）、人力資源管理（人流）、財務資源管理（財流）、信息資源管理（信息流）集成一體化的企業管理軟體。ERP系統集信息技術與先進管理思想於一身，優化了現代企業的運行模式，反映了時代對於企業合理調配資源的要求，它對於改善企業業務流程、提高企業核心競爭力具有顯著作用。
ERP歷經了4個階段，基本ERP階段，閉環MRP階段，80年代的MRP階段和90年代ERP成型期。
1、商業智能化建設加強。經過多年運用，ERP系統中積累了大量行業數據，這些數據對於企業的經營決策和預測而言意義重大，促使ERP軟體開始涵蓋了商業智能系統（Business Intelligence, BI）的功能。BI通過對ERP中留存的數據進行抽取、挖掘、管理、分析等，將數據轉化成為對決策過程有重大意義的信息，幫助企業實現從數據到信息、從信息到知識、從知識到利潤的轉化。經過多年的發展，ERP作為最重要的管理軟體為國內外各類型企業所普遍接受。在我國，ERP行業已經進入成熟期。隨著雲計算，物聯網等技術的推進，國內外競爭環境日益加劇，「後ERP時代」表現出三方面的發展趨勢：
2、雲計算不僅帶來技術上的革新，也帶來企業商業模式上的革新。雲計算模式成為軟體行業新的增長點，軟體廠商、應用企業等均將雲計算作為新的突破和動力引擎。在上下游企業間建立「私有雲」既能利用雲計算的技術先進性，又能加強企業對上下游的掌控，鞏固企業在產業鏈上的核心地位。「私有雲」模式必然成為各大生產企業的首選。
3、聯網的興起，加強了互聯互通的需求。首先，物聯網對ERP的信息同步化要求提升，必須保證快速的信息傳輸速度、較高的信息質量。其次，網路無縫化要求ERP軟體在供應鏈管理上更加精進，進一步縮短企業備貨時間、提高生產效率。再次，物聯網下供應鏈信息含量提升，如何加速價值信息的共享和利用成為ERP行業的新的發展機遇。
我國ERP系統和國外系統比較，在平台及底層技術、穩定性及擴展性、模塊設計與功能有著差異。
2014年ERP主要廠商以國外為主，做的最好的是SAP。
在2011年，全球ERP市場的規模會達到455億美元；到2015年，該市場規模將會達到503億美元。在過去幾年中，全球ERP市場的規模一直在穩步增長。在2009年，全球ERP市場規模為406億美元；在2010年，該市場規模為430億美元。在2009年沉寂一年後，ERP市場在2010年得到了很好的恢復。而且，在2011年，這個市場繼續保持增長。在未來5年內，該市場的經營方式將逐漸從許可模式轉變到預定模式。SaaS型ERP市場現已獲得了強勁的增長勢頭，到2015年前，它的年增長率有望達到21%左右。供應商合併、行業專業化分工，以及可提高業務處理靈活性的新技術的引進，將會進一步改變ERP市場的面貌。
2010年國內ERP市場規模為237億元，13年預計達到474.5億元。2010到2013年國內ERP市場規模保持了20%以上的增速，ERP市場隨著企業數量和企業優化升級的不斷改進，市場將保持穩定增長的勢頭。
2.5.2.1 PLM生命周期管理系統，主流產品增速可達14%以上
PLM根據業界權威的CIMDATA的定義，PLM（product lifecycle management）是一種應用於在單一地點的企業內部、分散在多個地點的企業內部，以及在產品研發領域具有協作關係的企業之間的，支持產品全生命周期的信息的創建、管理、分發和應用的一系列應用解決方案，它能夠集成與產品相關的人力資源、流程、應用系統和信息。
《中國製造2025》指出，推進位造過程智能化，加快產品全生命周期管理、客戶關係管理、供應鏈管理系統的推廣應用，促進集團管控、設計與製造、產供銷一體、業務和財務銜接等關鍵環節集成，實現智能管控。借PLM，製造企業研發進程不斷加快，新品上市速度也在不斷提高。
PLM產品主要由Cax，cPDM和數字化製造來構成。其中工程模擬技術是PLM平台重要組成部分，可以通過精確地建模來模擬真實世界，幫助企業優化產品性能，減少物理樣機及試驗。
在PLM出現初期，它是作為一個術語用來描述創建、管理和使用產品全生命周期相關信息和智力資本的一套業務方法。而隨著企業信息化進程和先進信息和管理技術的迅猛發展，PLM的定義、內涵也在不斷地演化和成熟。
在80年代，企業對產品生命周期的管理集中在設計工程活動，支撐工具主要是圍繞著以工程設計活動為對象的專用應用。在該階段，產生了大量的面向專用需求的應用工具，如CAD、CAE、CAM、虛擬製造、產品數據管理、可視化、業務流程管理、供應管理等。
90年代以後，企業產品生命周期管理的重點逐漸轉向支持生命周期中不同應用領域、不同生命周期階段的集成和協作。因此出現了一些綜合業務系統，如支持設計、分析和製造的CAD/CAM系統、支持企業知識管理的知識工程系統、支持虛擬產品開發的PDMII系統等。
到了90年代後期，從供應鏈管理到客戶關係管理，從大規模製造到大規模定製，從電子商務到協同商務，網路以它前所未有的速度在衝擊著我們的生活。綜觀該階段PLM的特點是以網路為基礎的協作。其中典型的應用包括面向產品商務協同的CPC（Collaborative Product Commerce）平台、面向產品協同模型定義的cPDM（collaborative Product Definition Management）平台等。
基於網路的PDM/PLM未來發展趨勢將在以下幾個方面：
目前市場上主要有三類公司做PLM市場，側重不同因而公司的優缺點也不盡相同。
雖然全球經濟仍未從大蕭條中完全復甦，但2011年PLM投資比2010年仍然有所增長，廣義PLM市場上升15.2% 達到299.8億美元，主流PLM市場增長 12.8%達到187億美元。其中軟體銷售強勢增長，軟體市場的增長高於服務市場，未來基於軟體銷售的增長，服務收入也將實現快速增長。此外，cPDm增長超過歷史最高水平，模擬分析的市場增長高於整個工具類軟體的整體增長。
2011年全球主流PLM市場增長12.8%，市場容量達187億美元。進入2012年，國內外PLM廠商依然十分活躍，新產品與新技術不斷湧現，有不少值得關注的併購與合作。隨著PLM市場規模的不斷擴大，越來越多的公司開始關注PLM各細分領域並將投資集中在這些區域。其中EDA和系統集成兩個領域獲得了最高投資增速。
中國主流PLM市場容量2013年達到8.45億美元，2015年有望超過10億美元。在中國對PLM進行大量投資的行業包括航空航天、汽車、高科技電子、裝備製造等。研究結果表明2011年中國主流PLM市場實現了除二維CAD外的全領域、全行業的普遍快速增長，市場容量擴大到6.41億美元，較2010年5.24億美元增長了22.43%。中國PLM市場在全球主流PLM市場中所佔的份額也由2010年的3.21%增長至2011年的3.43%。
未來中國經濟將繼續保持平穩較快發展，隨著《工業轉型升級規劃2011-2015》的出台，中國將迎來產業升級的浪潮，因此各行業對PLM技術和解決方案的投資將會持續增加，據預測未來五年（2012-2016）的中國主流PLM市場的複合增長率將超過16%。
根據e-works和CIMdata的預測，中國主流PLM市場將保持較快的發展勢頭，到2016年中國主流PLM市場將達到13.5億美元，其中，2012年的增長率大約預計為13.9%。戰略管理諮詢與調研公司CIMdata研究副總裁Stan Przybylinski表示：「雖然全球PLM市場在2013年下半年有所放緩，但是中國PLM市場卻增長強勁，以將近13%的速度增加到8.45億美元，2014年，預計中國主流PLM市場的增長率將達14.2%。」
2.5.3 MES系統，生產管理層，增速超過40%，年需求將達百億
2.5.3.1 MES系統屬於生產管理層，是貫通各個環節的重要節點
MES（manufacturingExecution System，製造執行管理系統）能通過信息的傳遞，對從訂單下達開始到產品完成的整個產品生產過程進行優化管理，對工廠發生的實時事件及時作出相應的反應，並用當前準確的數據進行相應的處理。MES通過控制包括物料，設備，人員，流程指令和設施在內的所有工廠資源來提高製造競爭力，確保整個生產行為的最優。
MES是處於計劃層和現場自動化系統之間的執行層，主要負責車間生產管理和調度執行。計劃層軟體（ERP）對車間層的管理流程不提供直接和詳細的支持，而現場自動化系統的功能主要在於現場設備和工藝參數的監控，它可以向管理人員提供現場檢測和統計數據，但是本身並非真正意義上的管理系統，因此二者之間存在斷層。與眾多系統一起，MES能夠協助企業實現整體優化，建立一體化和實時化的ERP/MES/SFC信息體系。
MES是數字工廠中工程技術、生產和供應鏈三個維度的交集點，是工業軟體的核心。從工程技術的角度，過去發展了不同的軟體，比如 CAD、CAE、CAM，統稱為CAx；從訂貨的角度有CRM（客戶關係管理）、ERP等；從產品生產的角度，包括CAI、PDM等。而生產是工廠所有活動的核心，它是實時反映各個環節活動和交換數據的節點，所有的維度都會在這個節點匯聚。因此，MES被認為是工業軟體的核心。
MES的應用技術發展是隨著IT技術的發展而快速發展的。隨著技術的發展，MES將繼續向著更穩定可靠、模塊化，標準化，高可擴展性等方向發展。此外，平台化的MES是國內外的技術發展趨勢。MES的體系架構上看，MES經歷了從T-IVIES向I-MES發展的歷程。
上世紀70年代末到上世紀90年代末，傳統的MES（T-MES）時期：這個時期可分為前後兩個階段：專用MES系統（Point MES）和集成MES系統（Integrated MES）。前者是為了解決某個特定領域的問題而設計和開發的自成一體的系統，例如某個企業的車間維護、生產監控等；而後者起初是針對一個特定的、規範化的環境而設計的，目前已拓展到許多領域，如航空、裝配、半導體、食品和衛生等行業，在功能上它已實現了與上層事務處理和下層實時控制系統的集成。
本世紀初到現在，可集成的MES（I-MES）時期：可集成MES是將模塊化、消息機制和組件技術應用到MES的系統開發中，是兩類傳統MES系統的結合。從表現形式上看，IMES具有專用MES系統的特點，即I-MES中的部分功能可以作為可重用組件單獨銷售；同時，它又具有集成MES的特點，即能實現上下兩層之間的集成。此外，I-MES還具有客戶化、可重構、可擴展和互操作等特性，能方便地實現不同廠商之間的集成和原有系統的保護以及即插即用（P&P）等功能。目前，基於組件的I-MES是MES的主要發展方向。
MOM（製造運行管理）作為MES的補充和完善被提出。MOM將ERP中的生產與製造執行整合為一體，作為企業整體信息化的一部分。在一體化製造運作管理的基礎上可以提出集IT諮詢 MOM ERP BI成一體化的製造企業信息系統解決方案。MOM（製造運行管理系統）是將生產運行，維護運行，質量運行和庫存運行並列起來，使用一個統一的通用活動模型模版來描述，並詳細定義了通用活動模型內部的主要功能及各功能之間的信息流。
自1990年，美國先進位造研究協會首次提出MES概念以來，近20年MES的涵義出現了一些問題：1） MES所應用的各行業之間差異巨大，不同的MES產品的設計理念和發展歷程也不相同，所以MES和業務系統及控制系統之間的邊界往往很難清晰的界定。2）MES概念具有一定模糊性。3）MES是以對生產運行的管理為核心，對維護運行，質量運行和庫存運行等管理則弱化為功能模塊，功能十分有限，並未提高到與生產相類似的複雜程度來描述。因此，2000年美國儀器、系統和自動化協會首次確立了製造運行管理（MOM）的概念。MOM是將生產運行，維護運行，質量運行和庫存運行並列起來，使用一個統一的通用活動模型模版來描述，並詳細定義了通用活動模型內部的主要功能及各功能之間的信息流，界限更加清晰。
從MES系統的發展趨勢來看，國際MES的發展趨勢為：MES軟體作為協同製造的必要組成部分，朝協同的方向發展；MES系統向標準化發展，如ISA發布的SP95系列標準；實現以敏捷製造和企業全局優化為目標的智能化MES將成為MES新的發展方向。我國起步晚技術相對落後，MES的應用沒有國外廣泛，發展趨勢為：以實現節能降耗為目標的流程工業MES；以實現設計、製造、管理一體化的集成製造為目標的離散製造業MES。
2.5.3.2 MES系統市場廣闊，國內年均增速預計超過40%
MES軟體未來市場空間廣闊，複合增速保持在40%左右。2014年全球MES行業市場規模約為67億美元，過去5年保持年均21.65%的高速增長，到2020年，MES行業市場規模有望達到150億美元，未來保持年均18%的複合增速；國內市場來看，我國國內2014年MES行業市場規模約為26億元，同比增長25%，預計到2018年市場規模將達到100億元，未來平均增幅保持在40%左右。並且從增速對比，國內MES市場相對於國際市場增速顯著更高，這也得益於國內較大的工業自動化改造實踐。
由於MES適用於流程類型、離散類型各種製造企業，在通訊、機械精密加工、電子（計算機）、化工、電力、醫藥等製造領域有廣泛的運用，尤其在半導體行業、光電子（光電器件）、手機製造、汽車製造、PCB等行業，MES已成為不可缺少的生產、品質控制的保障手段，所以，MES在國內國際日益得到廣泛的應用。
從下游應用領域來看，國內MES行業主要集中於五大領域，分別是汽車、電子通信、石油化工、冶金礦業和煙草這五大領域，前五大領域應用佔比超過50%。從主要公司來看，一些國際巨頭公司在國內的行業布局，也是呈現差異化的。國外企業主要集中於食品飲料、煙草、冶金/礦業、汽車等行業，石油化工領域主要是被Honeywell（高端）和國內的中控、和利時、石化盈科佔據。國外巨頭中，羅克韋爾的主要客戶集中於汽車行業，GE和西門子集中於煙草、食品飲料行業。
MES在應用方面，國內明顯落後於西方發達國家。
由於歐美國家在MES方面起步比較早，已經給相關企業帶來了巨額利潤。從80年代後期至1994年，T-MES市場銷售以23%的比例遞增，達到13億美元，集成的MES比專用的MES年增幅大10個百分點；1995年的時候MES 市場迅速放大，比上一年增長50%，傳統型的MES的市場佔有率達到10億美元，出現集成型的MES 增幅不如專用MES增幅的情形；到1999年的時候MES已經達到35億美元的市場份額。21世紀初將出現市場年增長率預計達到35%-40%。本世紀以來，AMR組織提出了MES要重點面向車間生產問題，並相繼出現了一系列的開發公司和產品。如美國Consilium公司面向半導體和電子行業相繼開發了WorkStream（MESⅠ）和FAB300（MESⅡ）；美國Honeywell 公司面向製藥行業開發的POMSMES，美國的Intellution公司面向多種行業開發的Fix for Windows，美國Rockwell公司的RSsql，RSBatch，Arena等和日本的橫河電機公司面向石油相關企業開發的終端自動化系統Exatas，這些系統在汽車、石油等行業取得成功。中國市場對MES還沒有做好充分的準備。
中國大部分製造企業還過度依賴人力進行生產，因此收集完整可靠的，經過過濾和分析的信息非常困難。而且，製造企業的信息系統都是由許多獨立，多品牌的子系統組成，包括由基於事務處理的子系統（如ERP系統）和許多基於實時操作的工廠子系統，集成的難度非常高。國內軟體企業，無論寶信、金自天正、紅河谷、中冶賽迪、三維、武鋼自動化、陽光數字等基本上很難與外來軍團：PSI、POSDATA、 BORNER、HATCH等抗衡，很多採用了「借雞生蛋」的模式，如早期的寶鋼和中石化。當然有些做條碼的廠商，也開始做起了MES，雖然技術含量不高，卻迎合了很多中小型企業低成本、低投入的需求。
MES在國內市場已經出現較大的需求和商機，國家從戰略角度給與相當的重視。MES是製造過程管理與控制的系統，由於製造過程及過程式控制制對象的複雜性和專有性，使得MES系統形態有比較大的差異，應用模式也可能完全不同，這些原因客觀上造成了MES產品與服務市場的多樣性。但是，正是由於MES的多樣性、複雜性、特殊性以及特定行業的需要性，MES在國內市場已經出現較大的需求和商機。因此，從2002年開始，國家863-CIMS高新科技研發計劃中已將MES系統作為重點發展項目，並出台了具體扶持辦法，從戰略的高度上給予了相當的重視，促進工業化帶動信息化、信息化存進工業化的發展戰略，將信息流、物流、資金流打造最佳集成。
2.5.4 SCADA與DCS軟體，現場控制層，主要應用於過程式控制制
2.5.4.1 SCADA數據採集與監視控制系統，國產佔有率較低，在市政和配網領域增長較快
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) 系統，即數據採集與監視控制系統，是以計算機為基礎的DCS與電力自動化監控系統，可以應用於電力、冶金、石油、化工、燃氣、鐵路等領域的數據採集與監視控制以及過程式控制制等諸多領域。SCADA系統分為客戶體系結構和伺服器體系結構。
SCADA系統自誕生之日起就與計算機技術的發展緊密相關。SCADA系統發展到今天已經經歷了三代。
SCADA系統是電力系統自動化的實時數據源，為EMS系統提供大量的實時數據。同時在模擬培訓系統，MIS等系統中都需要用到電網實時數據，而沒有這個電網實時數據信息，所有其它系統都成為「無源之水」。現有的SCADA系統已經成功地實現與DTS（調度員模擬培訓系統）、企業MIS系統連接。SCADA系統與電能量計量系統，地理信息系統、水調度自動化系統、調度生產自動化系統以及辦公自動化系統的集成成為SCADA系統的一個發展方向。
不同應用領域對SCADA的要求不同，所以不同領域SCADA系統發展也不完全相同。電力系統中，SCADA系統應用最為廣泛，技術也最為成熟。以RTU微機保護裝置為核心，將變電所的控制，信號，測量，計費等迴路納入計算機系統，取代傳統的控制保護屏，能夠降低變電所的佔地面積和設備投資，提高二次系統的可靠性。它作為能量管理系統的一個最主要的子系統，在提高電網運行的可靠性，安全性與經濟效益等方面有著不可替代的作用。
2013年中國SCADA市場規模超過100億元，未來幾年，國內整體市場佔有率約為10-15%。其中市政和配網自動化可能成為SCADA增長最快的行業領域。SCADA系統廣泛應用於電力，市政，油氣管線，電力調度自動化等領域的數據採集與監視控制。
電力系統中，變電站自動化約佔到SCADA市場的40%，是SCADA最大的應用領域。該領域主要供應商有南京力導，南瑞集團，北京四方，國電南自，許繼電氣，東方電子，積成電子，德威特，北京科銳等。當前變電站綜合自動化領域競爭十分激烈，特別是110KV及以下的系統。該領域技術門檻低，有近100個廠家可以提供產品，市場分散。如果以產品生命周期曲線描述，當前已經進入成熟期，市場增長放緩，價格競爭激烈，利潤率明顯下降。而220KV及以上系統，由於技術門檻較高，目前只有南瑞科技，南瑞繼保，北京四方，國電南自，許繼電氣等少數幾家國內供應商可以提供相應產品，沒有出現價格戰，市場增長穩定。
市政行業約佔到SCADA市場的30%。該行業門檻低，價格競爭激烈，利潤水平低，國內廠商佔據絕對的市場份額，主要供應商有安控，清華紫光，清華同方，深圳傑麟等。目前整體市場增長緩慢，其中由於我國對各行業的環保要求逐步提高，水處理等領域增長相對較快。
電力調度自動化約佔到SCADA市場的10%。目前已有國電南自，東方電子，科東，國電南瑞等企業在該領域獲得了一定的市場地位，如東方電子電力調度自動化主戰系統分別佔全國地調市場和縣調市場的30%。該市場比較成熟，尤其是地調市場，市場增長主要來自系統的更新和維護。
油氣管線領域佔SCADA市場的8%,市場集中度相對較高，中油龍慧佔據比較優勢的地位。該領域項目數量雖然不多，但是項目金額較大，客戶購買力較強。SCADA設備以進口品牌為主。市場增長不穩定。隨著SCADA思想和技術的推廣，可以應用的行業會繼續拓展。比如新能源領域的風電SCADA和太陽能SCADA，還有充電站SCADA系統等。
2.5.4.2 DCS分散式控制系統，主要靠進口，市場相對成熟穩定
DCS是分散式控制系統的英文縮寫（Distributed Control System），在國內自控行業又稱之為集散控制系統。是相對於集中式控制系統而言的一種新型計算機控制系統，它是在集中式控制系統的基礎上發展、演變而來的。DCS從80年代末期開始，逐漸在中國石油和中國石化率先大面積推廣使用。隨後幾年，DCS產品在冶金、建材、電力、輕工等行業的新建項目中也陸續被使用。
DCS各技術階段的劃分很重要的一點就是依仗微處理器的位數增加。DCS通常採用若干個控制器（過程站）對一個生產過程中的眾多控制點進行控制，各控制器間通過網路連接並可進行數據交換。採用計算機操作站，通過網路與控制器連接，收集生產數據，傳達操作指令。因此，DCS技術必然隨著微處理器的技術不斷進步更新換代以順應新系統的需要。DCS發展至今已相當成熟和實用，毫無疑問，它仍是當前工業自動化系統應用及選型的主流並將沿著以下趨勢繼續向前發展：
由於我國DCS技術的研發起步較晚，80年代才開始，其產品技術發展上稍落後於國外。因此，目前國內DCS系統市場基本被國外企業如ABB、霍尼韋爾、艾默生、橫河、西門子等佔據。根據下面的2014年1-9月DCS主要進口國比較，可以看出各進口國DCS在中國市場所佔的份額，排列前三的分別是德國、美國和新加坡。
化工、電力、煉油與石油化工、油氣仍然是2012排名靠前的DCS應用行業，尤其是油氣行業，受旺盛的國內需求的驅動，以國內三大石油公司為主體的投資方投資積極性高，資本開支巨大，海洋及陸地油氣開採、LNG接受終端、天然氣管線等子行業都保持較高的景氣度；化工行業儘管一定程度受產能過剩的負面影響，但整體看，主要投資方基於實現規模化生產、延伸產業鏈、基本原材料增值等考慮，資本開支在2012年仍保持了高速的成長；受水電、風電等可再生能源發展的影響，火力發電的資本開支在2012年繼續負增長，但電力行業的DCS市場規模比較大，仍是最重要的應用行業之一。
中國DCS市場目前已經進入了一個相對成熟穩定、行業細分的時期，在一些主要的過程行業如石油、化工、電力等，基本上都確定了其主流的DCS品牌，每個行業的前三個主流DCS品牌都占居了該行業的大部分市場份額。展望未來5年的發展，中國DCS市場會保持適度的成長。一方面，部分應用行業保持著較高的景氣度，新建項目眾多，例如油氣、煤化工、現代材料、核電、天然氣電站等等；而國家對於節能減排政策的進一步推進也會為DCS市場創造新的機會，例如冶金、電力、造紙等行業高耗能高排放產能的關停；電力、冶金、水泥等行業的脫硝，油品質量的升級等等。另外一方面，海外總承包市場近些年迅速崛起，一批中國EPC在海外市場取得相當大的份額，這也驅動了DCS市場的發展。最後，在售後服務領域，基於最終用戶理念的一步步成熟，及主要DCS供應商的苦心經營，這一市場蘊藏著很大潛力。
三、重點案例與相關公司
3.1 國外公司案例
3.1.1 德國西門子：製造業跨領域延伸
德國西門子公司是全球機械和電子行業的先驅，其業務多元並積極活躍在能源、醫療、工業及基礎建設與城市四大領域。在德國工程院、西門子公司等德國學術界和產業界的推動下，「工業4.0」項目於2013年4月在德國漢諾威工業博覽會上被正式推出。早在「工業4.0」這個概念產生之前，西門子己提前將自身的發展調整到了數字化公司的軌道。
西門子遵循的「工業4.0」路徑模式是從製造業向軟體配套領域延伸，突顯軟體開發能力和配套能力的重要性。在工業4.0的發展過程中，西門子公司累積和發展了自己的4大核心能力：數字化、企業及客戶、技術優勢、軟體和配套整合優勢。當前，西門子軟體部門的開發能力已經涵蓋工業生產的各個環節。
3.1.2 德國博世公司：製造業跨領域延伸博世公司是德國最大的工業企業之一，作為工業4.0戰略的發起方之一，博世在工業4.0領域也有著獨特的定位，它既是運用工業4.0解決方案的實踐者——在全球250個工廠應用工業4.0的概念、技術；又是提供工業4.0解決方案的供應商——為工業4.0研發並提供自動化產品、感測器、軟體以及相關服務。
博世的工業4.0解決方案以製造-物流軟體平台為核心，主要集中在過程質量管理、遠端服務管理和預測維護三個部分。過程質量管理包含對生產全過程中所有的車間、流水線、作業區、機器設備實時監控；操作界面把各環節的表現指標和容忍度可視化，並對可能出現的波動提前預警。遠端服務管理允許機器的製造者在遠端控制產品，幫助客戶解決在機器裝配、使用中遇到的問題。目前為止博世已經掌握了工廠工業4.0改造的關鍵基礎。
3.1.3 美國GE：製造業跨領域延伸
2012年，GE確定工業互聯網將成為GE乃至整個工業領域的突破方向。從本質上來講，工業互聯網是物聯網的「升級進化」，通過大數據分析技術、雲計算技術、移動技術的融合，工業互聯網最終將把所有「應用孤島」緊密連接，創造一個由機器、智慧與數字組成的龐大的物理世界。
作為工業互聯網的應用對象，GE非常重視的領域之一是工廠。該公司現在正在開發的工廠解決方案的特點就是以現有的SCADA（數據採集與監視控制系統）為基礎。
SCADA作為統一管理工廠設備及儀器的數據的系統被廣泛採用，但在大多數情況下，這些數據只是在監控中心等場所、只有少數人可以看到並加以利用。SCADA的基本思路是根據職位和許可權來「開放」數據，從而提高業務效率。GE公司根據這個思路開發的應用是「Real-time Operational Intelligence」（RtOI）。GE設想的使用方式是，負責人在現場通過智能手機和平板電腦來使用RtOI。目前GE正在開發RtOI的功能和介面，主要考慮的是有情況的時候如何在畫面上顯示最有必要的數據、如何將現場獲得的信息反饋給系統等。
在GE看來，新工業時代，就是每一家工業公司都應該成為軟體與分析公司。
3.1.4 SAP：軟體跨領域延伸
SAP公司是全球最大的企業ERP系統和商務智能解決方案供應商。在全世界超過120多個國家擁有超過11萬家ERP系統客戶。通過提供廣泛的業務管理解決方案幫助各種規模、行業的企業更卓越地運營。
SAP為了幫助客戶駕馭工業4.0應對挑戰，開發了一套全面的工業4.0以及物聯網製造解決方案。這些方案為構建SAP工業4.0解決方案奠定了基礎。目前，SAP正專註於實現製造業業務流程的自動化，即：按照車間事務，協調並整合業務流程，為機器互聯的無縫集成提供基礎。
SAP為企業打造的工業4.0物聯網解決方案主要包括三個方面：可預測維護服務解決方案，智能製造解決方案及智能物流解決方案。
3.1.5 微軟/RockWell：製造業與軟體企業合作
羅克韋爾自動化公司是全球最大的致力於工業自動化與信息的公司，全球最大工業交換機生產商之一，公司在能源、食品、印刷、工業通訊等領域行業巨頭，主要從事各類設備生產及系統集成。
微軟是全球最大個人電腦操作系統及辦公系統供應商，目前正積極向數據處理、雲平台、人工智慧及工業4.0領域延伸。
在工業4.0的浪潮中，微軟和RockWell以合作的方式，推出IT(Information Tec) OT(Operation Tec)的產品模式，將產品應用在多個平台（移動終端，工業監控終端，家庭終端接入），並從事全球範圍設備狀態監控，運維以及客戶關係管理。目前，公司擁有的客戶包括130多家全球大型食品、飲料生產商，全球前5大煉油企業，採油企業。
這種強強合作的模式，可以既發揮RockWell在工業通訊標準的制定，在信息收集和處理方面的較大優勢，又充分利用了微軟在軟硬體智能製造端的領先技術。
3.2 國內公司案例
3.2.1 青島海爾：製造業跨領域延伸
在工業4.0的道路上國內企業也與國際企業一併齊頭並進，這其中尤其以海爾公司走在智能製造的最前端，它不僅建立了互聯工廠，而且還為它打造了一件透明的外衣，讓全世界所有人任何時間、任何地點都可以看到海爾互聯工廠的實時場景。
從2011年開始，海爾便謀劃建設數字化互聯工廠，並建立了冰箱、空調、洗衣機、熱水器四大互聯工廠。
目前實現海爾的四大產業（瀋陽冰箱，鄭州空調，佛山滾筒洗衣機，青島熱水器）已經建成了引領的互聯工廠。以瀋陽冰箱互聯工廠為例，該工廠是目前行業內第一個數字化互聯工廠，其重要特點就是能夠實現高度的柔性製造，滿足個性化定製的需求。在瀋陽冰箱互聯工廠的發展過程中，它已經歷了模塊化、自動化、數字化三大路徑，目前正在數字化階段快速發展。
海爾發展工業4.0的價值將主要從兩個維度體現：第一是對自身業務的價值提升，第二是關於公司在系統集成方面累積的經驗、知識和能力的價值。這種知識和經驗已經得到國家相關部門的認可，未來將參與中國先進位造相關標準方案的制定。在擁有工業4.0領先的經驗，以及佔領國家標準的制高點之後，海爾的自身系統集成能力對外輸出也可能成為將來公司的一個利潤爆發點，在此基礎上再造一個海爾也不是不無可能。
海爾的互聯工廠在下一步的探索主要是三個方面：老工廠的互聯升級、新工廠實現一步到位和建立智慧園區。
3.2.2 明匠智能：製造業與軟體公司合作
明匠成立於2010年，是國內較早從事「工業4.0」和「智能工廠」研發以及項目實施的企業。2014年，公司在中國國際工業博覽會推出了國內首條「工業4.0」流水線。2015年，公司立足「互聯網 製造」，致力於打造自主可控，定製化的「中國製造2025」智能工廠系統與智能設備。
明匠智能主要產品為智能解決方案，即根據客戶的需求，運用自身開發的軟體、信息採集板卡、智能執行製造系統、自動化設備等，為客戶提供個性定製的自動化集成系統。在為客戶提供的智能解決方案中，一般包括以下全部或部分的組合：核心零部件(數據高速採集板卡)、軟體(智能執行製造系統MES、智能工廠工業APP)、單體(機器人、自動導引車)，並將這些進行連接，形成一個整體的系統。
公司目前推出的「中國製造2025」即工業4.0 智能工廠方案，包括了智能系統，智能工廠設備及工業雲計算與大數據挖掘系統。其中智能系統中包括了SCADA數據采控系統，製造執行系統（MJ-MES）MEMM和智能手機APP工業應用。
明匠智能是目前國內僅有幾家能夠打通智能核心零部件-軟體-單體製造-系統集成等產業鏈各個環節的企業，做到智能核心零部件、軟體、單體製造、系統集成均為自主設計生產。
公司已經在多個客戶公司成功搭建了智能工廠平台，幫助客戶大幅度提升了效益。公司在工藝信息化，製造自動化項目中已經與BHS博凱機械、金牛經濟發展有限公司、陽光電源股份有限公司、美菱股份、美的集團等合作，共同完成了包括檢測工藝信息化、智能倉庫搭建等多個智能工廠建造的環節。
3.3 國內四大板塊相關上市公司梳理
3.3.1 自動化設備上市公司
3.3.2 工業乙太網上市公司
3.3.3 感測器上市公司
3.3.4 軟體上市公司
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