如前所述，工業(yè)4.0是一個(gè)很寬泛的概念，包含的內(nèi)容也非常豐富，從硬件層到軟件層，從單體控制設(shè)備到復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。結(jié)合目前國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀，以工業(yè)機(jī)器人為代表的硬件智能設(shè)備（包括機(jī)床、agv等）在產(chǎn)業(yè)化方面已經(jīng)有了一定程度的規(guī)模，而且我們認(rèn)為，工業(yè)4.0未來具有增長潛力的重要模塊包括：（1）工業(yè)軟件；（2）工業(yè)通訊；（3）機(jī)器視覺等。
1、工業(yè)軟件：智能制造的超級大腦
（一）工業(yè)軟件存在于智能制造的每個(gè)角落
工業(yè)軟件是智能制造的核心，是未來工業(yè)4.0實(shí)施的核心模塊。工業(yè)軟件的劃分沒有明確的界定概念，國內(nèi)外關(guān)于工業(yè)軟件的概念范疇也不相同，通常國內(nèi)所指的工業(yè)軟件包括：生產(chǎn)管理軟件、研發(fā)設(shè)計(jì)軟件、生產(chǎn)控制軟件、協(xié)同集成軟件及工業(yè)裝備嵌入式軟件，國外的工業(yè)軟件主要是指生產(chǎn)控制類軟件。工業(yè)軟件滲透到智能制造的每個(gè)角落。企業(yè)內(nèi)部制造環(huán)節(jié)，工業(yè)軟件包括plm、mes、erp等，企業(yè)外部環(huán)節(jié)，工業(yè)軟件包括供應(yīng)商管理軟件scm等。
工業(yè)行業(yè)研究報(bào)告|從工業(yè)機(jī)器人
對所有工業(yè)軟件進(jìn)行分類，erp、crm等軟件屬于企業(yè)管理類，mes、scada、hmi等屬于生產(chǎn)控制類工業(yè)軟件，cad、cae、cpdm、plm屬于研發(fā)設(shè)計(jì)類。共同構(gòu)成是數(shù)字化工程的軟件系統(tǒng)。常用的工業(yè)軟件對企業(yè)制造的貢獻(xiàn)來看，主要體現(xiàn)為對企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、交付時(shí)間、產(chǎn)品質(zhì)量和成本管控等環(huán)節(jié)具有較大的貢獻(xiàn)。
全球工業(yè)軟件行業(yè)的發(fā)展情況。根據(jù)gartner的市場調(diào)查報(bào)告，2014年全球企業(yè)級軟件市場規(guī)模為3175億美元（更加廣義的企業(yè)級軟件，包括生產(chǎn)管理軟件、研發(fā)設(shè)計(jì)軟件、生產(chǎn)控制軟件、協(xié)同集成軟件及工業(yè)裝備嵌入式軟件等），同比增長5.5%，基本維持了自2012年以來的高速增長態(tài)勢，但增長速度遠(yuǎn)不及預(yù)期。2014年初，gartner曾預(yù)測全年企業(yè)級軟件市場規(guī)模可達(dá)到3200億美元，實(shí)現(xiàn)同比增長6.8%。工業(yè)軟件構(gòu)成中，主要以生產(chǎn)管理類為主，占比超過50%，生產(chǎn)控制類及嵌入式占比僅為25%。
工業(yè)軟件各細(xì)分行業(yè)的代表性公司。研發(fā)設(shè)計(jì)類代表性公司主要有西門子、autodesk、達(dá)索系統(tǒng)等。生產(chǎn)調(diào)度和控制類代表性公司包括西門子、通用電氣、abb等；企業(yè)管理類軟件廠商包括sap和甲骨文等。通過代表性公司的梳理發(fā)現(xiàn)，在企業(yè)管理類軟件行業(yè)里面erp等已經(jīng)發(fā)展成比較大的體量了，在研發(fā)設(shè)計(jì)類等細(xì)分領(lǐng)域，代表性公司相對其他領(lǐng)域而言較小。
從全球范圍看，2014年工業(yè)軟件企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞是“調(diào)整”。一方面，受全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢低迷的影響，企業(yè)在過去一年中的經(jīng)營效益存在明顯的壓力；另一方面，新技術(shù)不斷發(fā)展促使新一輪工業(yè)革命呼之欲出。在以上兩方面因素的影響下，工業(yè)軟件企業(yè)紛紛對自身的長期發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行重新思考和定位，并采取了一系列舉措對公司架構(gòu)、業(yè)務(wù)、產(chǎn)品、技術(shù)等方面做出優(yōu)化和調(diào)整。
工業(yè)軟件類代表性上市公司業(yè)績增速穩(wěn)定。我們選擇全球工業(yè)軟件類和未來正在布局工業(yè)軟件的電氣工程類部分上市公司作為業(yè)績參考對比，近年來工業(yè)軟件類上市公營收和利潤增幅都在緩慢的回升，業(yè)績增速保持在10%左右。穩(wěn)健的業(yè)績增速為工業(yè)軟件類公司后續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
外延并購是工業(yè)軟件行業(yè)過去和未來的常態(tài)。2014年，全球工業(yè)軟件領(lǐng)域的投融資活動(dòng)十分活躍，各細(xì)分市場領(lǐng)域內(nèi)的主要領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)均有頻繁的業(yè)務(wù)重組和并購動(dòng)作，許多大型企業(yè)都開始在工業(yè)軟件領(lǐng)域進(jìn)行外延并購布局。從2006年以來，圍繞工業(yè)軟件的外延并購非常頻繁。西門子并購次數(shù)高達(dá)12次，abb、ge等都紛紛加碼在工業(yè)軟件領(lǐng)域的布局。但是，在工業(yè)軟件的不同細(xì)分領(lǐng)域，企業(yè)外延并購的訴求點(diǎn)也不盡相同，研發(fā)設(shè)計(jì)類公司的并購偏重于系統(tǒng)集成方面的并購，打通企業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)設(shè)計(jì)水平，構(gòu)建全功能的集成平臺(tái)。過程控制類軟件廠商的并購重點(diǎn)在于面向智能制造，力推行業(yè)解決方案。業(yè)務(wù)管理類公司的并購著力打造業(yè)務(wù)分析能力，運(yùn)用比較前沿的的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)。
在西門子的并購的12個(gè)案例中，有兩個(gè)具有跨時(shí)代意義的并購，讓西門子躋身目前全球主流的智能制造系統(tǒng)供應(yīng)商之列，分別是2007年并購美國ugs公司，ugs公司為美國plm領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)級公司，以及2014年西門子又并購了全球著名的mes提供商camstar，后者為美國知名的mes生產(chǎn)商，在全球范圍內(nèi)具有很高知名度。
（二）mes軟件：工業(yè)軟件的核心
數(shù)字工廠包括包括三個(gè)維度：工程技術(shù)、生產(chǎn)和供應(yīng)鏈等角度。過去發(fā)展了不同的軟件，比如cad、cae、cam，統(tǒng)稱為cax，訂貨的角度有客戶關(guān)系管理、erp等等。生產(chǎn)是工廠所有活動(dòng)的核心，因此它是實(shí)時(shí)反映各個(gè)環(huán)節(jié)活動(dòng)和交換數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。所以，從產(chǎn)品生產(chǎn)的角度，所有的維度都有一個(gè)交集，這個(gè)交集就是mes。所以mes是工業(yè)軟件的核心。
mes軟件在發(fā)展歷程中，伴隨著功能的完善，和其他軟件的發(fā)展進(jìn)程，一共經(jīng)歷了四代產(chǎn)品更替。第一代mes中是單一的，按工業(yè)待定要求的應(yīng)用；此后，mes融合了多種其他應(yīng)用軟件的功能，到第四代mes時(shí)，已經(jīng)是基于指標(biāo)、基于數(shù)據(jù)、基于約束的實(shí)時(shí)的、柔性的、敏捷的制造系統(tǒng)。
mes分為流程型和離散型。流程型mes主要用于冶金、化工、鋼鐵等流程行業(yè)，離散型mes主要用于汽車、3c、工程機(jī)械等離散行業(yè)。從國內(nèi)目前mes應(yīng)用來看，流程型mes應(yīng)用更廣泛，離散型mes應(yīng)用剛剛開始。
mes軟件未來市場空間廣闊，復(fù)合增速保持在40%左右。2014年全球mes行業(yè)市場規(guī)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(yè)市場規(guī)模有望達(dá)到150億美元，未來保持年均18%的復(fù)合增速；國內(nèi)市場來看，我國國內(nèi)2014年mes行業(yè)市場規(guī)模約為26億元，同比增長25%，預(yù)計(jì)到2018年市場規(guī)模將達(dá)到100億元，未來平均增幅保持在40%左右。并且從增速對比，國內(nèi)mes市場相對于國際市場增速顯著更高，這也得益于國內(nèi)較大的工業(yè)自動(dòng)化改造實(shí)踐。
從下游應(yīng)用領(lǐng)域來看，國內(nèi)mes行業(yè)主要集中于五大領(lǐng)域，分別是汽車、電子通信、石油化工、冶金礦業(yè)和煙草這五大領(lǐng)域。前五大領(lǐng)域應(yīng)用占比超過50%。從主要公司來看，一些國際巨頭公司在國內(nèi)的行業(yè)布局，也是呈現(xiàn)差異化的。國外企業(yè)主要集中于食品飲料、煙草、冶金/礦業(yè)、汽車等行業(yè)，石油化工領(lǐng)域主要是被honeywell(高端)和國內(nèi)的中控、和利時(shí)、石化盈科占據(jù)。國外巨頭中，羅克韋爾的主要客戶集中于汽車行業(yè)，ge和西門子集中于煙草、食品飲料行業(yè)。
mes廠商的來源可以分成5類：（1）從自動(dòng)化設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是一種自下而上的集成方式；（2）從專業(yè)scada、人機(jī)界面操作系統(tǒng)（hmi）廠商發(fā)展而來；（3）從專業(yè)mes發(fā)展而來；（4）從plm、erp等領(lǐng)域延伸而來；（5）其它領(lǐng)域發(fā)展過來，例如數(shù)據(jù)采集。國內(nèi)領(lǐng)頭羊企業(yè)易往信息在汽車行業(yè)具備領(lǐng)先優(yōu)勢。國內(nèi)mes行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)易往信息，扎根于汽車行業(yè)mes產(chǎn)品研發(fā)，先后為數(shù)十個(gè)全國主要汽車生產(chǎn)制造廠商提供各類解決方案。2014年業(yè)務(wù)收入增長30-40%的高速增長（2013年實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)收入20-30%增速），其收入中接近80%的比例來自于汽車行業(yè)。
西門子的mes發(fā)展對國內(nèi)企業(yè)的啟示。從版本的角度來看，西門子的mes發(fā)展可以分為三代：
（1）第一代：2002年到2006年是mes1.0時(shí)代。這個(gè)階段的主要概念是完成數(shù)據(jù)的采集和集成，能夠簡單進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，同時(shí)使產(chǎn)品更滿足isa95，是一個(gè)模塊標(biāo)準(zhǔn)化的過程。
（2）第二代：2006年到目前的產(chǎn)品大約是mes2.0時(shí)代。推出行業(yè)智庫，針對離散行業(yè)推出解決方案包。離散行業(yè)可以分為三類，第一類是產(chǎn)品規(guī)格工藝變化不多，但是大批量生產(chǎn)的企業(yè)，例如家電、電機(jī)、馬達(dá)、水泵等；第二類是按訂單生產(chǎn)的行業(yè)，小批量多品種。這類行業(yè)的特殊性在于70%的生產(chǎn)是大批量的，但是有30%的產(chǎn)品在裝配過程中是需要定制的；第三類是按訂單設(shè)計(jì)的行業(yè)，例如高端裝備制造業(yè)，包括航空、高鐵、造船等行業(yè)，單件小批，生產(chǎn)工期長。針對這三類的企業(yè)，西門子都有專門的解決方案。在mes2.0階段，西門子在mes產(chǎn)品中解決了兩個(gè)問題，一是更好的標(biāo)準(zhǔn)化，二是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)答案。
（3）第三代：未來五年內(nèi)將會(huì)推出mes3.0。在這個(gè)階段將增強(qiáng)mes和plm的接口，即把plm和mes組成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，這個(gè)開放式的平臺(tái)會(huì)將plm產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息實(shí)時(shí)地與mes互動(dòng)，產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)一旦完成，所有關(guān)鍵信息會(huì)立刻傳遞到mes系統(tǒng)中，這樣會(huì)使得一個(gè)企業(yè)真正實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造執(zhí)行的信息共享。這樣一個(gè)強(qiáng)大的接口將是未來西門子在技術(shù)上的重大突破。除了統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，在mes3.0時(shí)代，西門子還將把mes功能擴(kuò)展到mom（制造運(yùn)營管理）平臺(tái)，增加工廠管理，例如倉庫管理、安全管理、能源管理、環(huán)境管理等模塊。延伸數(shù)據(jù)庫的功能，滿足其它的數(shù)據(jù)采集方式，例如攝像頭、電視監(jiān)控、二維條碼等，以及與上下游供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)無縫的接口。根據(jù)西門子mes未來的戰(zhàn)略，在意大利熱那亞的全球mes研發(fā)中心將會(huì)升級為全球工業(yè)指導(dǎo)中心，推進(jìn)mes3.0版本的發(fā)展。
從西門子的mes軟件發(fā)展歷程，包括其后期的外延并購案例來看，西門子的mes發(fā)展對于國內(nèi)企業(yè)而言是具有借鑒意義的，重點(diǎn)在于打造基于行業(yè)的解決方案包，然后形成與其他軟件的互通接口，例如plm、erp等軟件的接口，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。
（三）plm軟件：數(shù)字工廠的起點(diǎn)plm軟件是重要的工業(yè)軟件
plm軟件可以讓企業(yè)高效且經(jīng)濟(jì)地管理一個(gè)產(chǎn)品的生命周期，從產(chǎn)品構(gòu)思、設(shè)計(jì)與制造，一直到服務(wù)和退市處理。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)、計(jì)算機(jī)輔助制造(cam)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(pdm)和制造過程通過plm無縫地集成在一起。plm與scm、erp分別從不同維度出發(fā)，plm從時(shí)間的維度看世界，并且偏重于產(chǎn)品設(shè)計(jì)層面，與mes層相互連接，是數(shù)字化工廠的需求源頭。
plm產(chǎn)品構(gòu)成包括三類：（1）cax類產(chǎn)品，包括集中于創(chuàng)建3d幾何圖形、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)形成的cad軟件，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行場景建模，數(shù)值分析的cae軟件，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程模擬軟件cam。（2）cpdm類產(chǎn)品，這類軟件是協(xié)同產(chǎn)品定義管理軟件，在產(chǎn)品全生命周期體系下，存儲(chǔ)和檢索產(chǎn)品和產(chǎn)品數(shù)據(jù)；（3）數(shù)字化制造車間，主要用于計(jì)劃和模擬整個(gè)制造過程。
plm軟件的發(fā)展歷程來看，從早期的cad產(chǎn)品到pdm，再從pdm到plm軟件，一共經(jīng)歷了三個(gè)重要的時(shí)代：
（1）第一個(gè)時(shí)代（20世紀(jì)70年代）：cad時(shí)代。上世紀(jì)70年代，三維cad就開始在全球大型企業(yè)廣泛應(yīng)用，但是這個(gè)時(shí)代還沒有產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的概念，各個(gè)廠商在各自的cad上開發(fā)的數(shù)據(jù)管理模塊，只是為了解決集中存儲(chǔ)和快速查詢的問題只能管理單一的cad數(shù)據(jù)，既無法實(shí)現(xiàn)開發(fā)流程的管理更無法實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交流。但是這個(gè)功能，一定程度的緩解了這些大型企業(yè)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的強(qiáng)烈需求。
（2）第二個(gè)時(shí)代（20世紀(jì)90年代）：pdm時(shí)代。這個(gè)階段，隨著企業(yè)信息化理念及技術(shù)的進(jìn)步，cad的數(shù)據(jù)管理功能已經(jīng)無法滿足企業(yè)的需要。plm供應(yīng)商們開始著手開發(fā)獨(dú)立與cad之外的，具有產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理能力的pdm系統(tǒng)。90年代上屬于百花齊放階段。pdm形成2大流派：以ugs和sdrc、cv為首的，“cad+pdm”集成模式；以ibm、惠普、matrixone、aglie、smarteam為代表的獨(dú)立pdm產(chǎn)品模式；90年代中sdrc憑借i-deas和metaphase的產(chǎn)品性能，稱霸全球汽車制造業(yè)，占比達(dá)到90%以上；90年代后期則出現(xiàn)了一波收購狂潮。ugs、ptc和達(dá)索開始瘋狂的收購模式。小pdm廠商退出市場，巨頭逐漸形成。
（3）第三個(gè)時(shí)代（21世紀(jì)初至今）：plm時(shí)代。第一個(gè)5年——plm新概念產(chǎn)生。cimdata提出了cpdm概念，sdrc和ptc先后轉(zhuǎn)向plm。infor和sap相繼開發(fā)出自己的plm產(chǎn)品。第二個(gè)5年——市場分化和洗牌。ptc收購arbortext，達(dá)索收購matrixone，西門子收購ugs，甲骨文收購agilesoftware。從此plm市場形成了西門子、達(dá)索、ptc、autodesk、甲骨文等巨頭時(shí)代。
plm產(chǎn)品的發(fā)展過程是一部并購史。美國著名咨詢公司gartner每年都在關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)χ饕獜S商進(jìn)行定位，采用的方式是“魔力象限圖”。魔力象限的四個(gè)象限依次分別為領(lǐng)導(dǎo)者（leaders）、挑戰(zhàn)者（challenger）、有遠(yuǎn)見者（visionaries）和特定領(lǐng)域者（nicheplayers）。在plm領(lǐng)域，魔力象限已經(jīng)成為廣泛任何核引用的行業(yè)分析工具。通過分析近十年的魔力象限圖就可以看到，過去10年plm行業(yè)的進(jìn)化歷程中外延收購是主要的主題，大平臺(tái)通過并購方式布局plm領(lǐng)域。在整個(gè)過程中，西門子、達(dá)索等廠商通過并購，成為plm領(lǐng)域重要的軟件提供商。
在plm行業(yè)目前的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，國內(nèi)供應(yīng)商也可以大致分成三類：（1）以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（cad）為主體，代表性廠商有西門子、達(dá)索和ptc；（2）以pdm為主體的plm廠商，主要代表性廠商包括北京艾克斯特、清軟英泰、上海思普和武漢開目等；（3）以plm+erp為主的信息化解決方案提供商，包括用友、甲骨文、sap等。
根據(jù)cimdata的研究統(tǒng)計(jì)，2014年全球plm市場增長7%，達(dá)到372億美元。plm系統(tǒng)細(xì)分市場中，cpdm市場增長6.5%，達(dá)到127億美元，服務(wù)增長低于軟件增長；另外，工具市場增長6.9%，達(dá)到239億美元，仿真分析市場增長高于總體工具市場；數(shù)字化制造市場增長10%。
國內(nèi)plm市場增速快于全球市場。2014年中國國內(nèi)主流plm市場規(guī)模達(dá)到14.69億美元，同比增長12%，占全球plm市場比例從3.74%提升到3.95%。在各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域中，各細(xì)分市場均實(shí)現(xiàn)一定的增長；cpdm市場和三維cad市場增長相對平穩(wěn)；仿真軟件是工具類軟件中增長最快的，增速達(dá)到14.5%；與制造環(huán)節(jié)相關(guān)的數(shù)字化制造市場和capp需求旺盛，增長較快，但基數(shù)仍然較??；二維cad有小幅增長。
全球四大龍頭壟斷了plm市場68%的市場份額。目前全球plm行業(yè)競爭格局來看，屬于高集中度寡頭壟斷型市場，全球四大龍頭市場份額大約占68%。達(dá)索系統(tǒng)是plm行業(yè)全球最大提供商，市場占比約為30%，其次為西門子，市場份額20%，ptc占比10%，autodesk占比8%。
全球plm市場龍頭公司達(dá)索系統(tǒng)。達(dá)索系統(tǒng)公司是目前全球最大的plm軟件提供商，旗下plm軟件產(chǎn)品眾多，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件catia，數(shù)字化制造工藝軟件。delmia，仿真分析軟件simulia，數(shù)據(jù)管理軟件enovia和簡單的三維工藝設(shè)計(jì)軟件3dviacomposer。達(dá)索公司在全球擁有1.24萬名員工，跨越140個(gè)國家和12個(gè)行業(yè)，擁有1000萬個(gè)本地用戶和一億個(gè)在線用戶。其最新市值達(dá)到了171.7億美元，遠(yuǎn)高于行業(yè)另一巨頭autodesk公司市值為107.4億美元，全球plm行業(yè)上市企業(yè)平均市值僅為60.3億美元，可以看出達(dá)索系統(tǒng)公司在plm領(lǐng)域的全球性地位。
從龍頭達(dá)索系統(tǒng)公司的主營業(yè)務(wù)構(gòu)成比例來看，其plm業(yè)務(wù)占比高達(dá)60%，且主流3d業(yè)務(wù)占比也達(dá)到21%，由于3d場景建模有時(shí)也被納入廣義的plm產(chǎn)品中，實(shí)際是達(dá)索系統(tǒng)公司的plm相關(guān)業(yè)務(wù)占比接近90%。相對于其他廠商而言，達(dá)索系統(tǒng)屬于比較純的plm廠商（不論是從絕對體量還是plm業(yè)務(wù)占比來看均如此）。
從達(dá)索系統(tǒng)公司歷年?duì)I業(yè)收入和股價(jià)變動(dòng)來看，業(yè)績與股價(jià)趨勢保持高度一致，工業(yè)4.0（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)）的啟動(dòng)，也帶動(dòng)了其股價(jià)上行。達(dá)索公司過去5年平均收入增幅約為10%左右，平均凈利潤增幅為15%左右。
2、工業(yè)通訊：實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的樞紐
在工業(yè)4.0的層次架構(gòu)體系中，工業(yè)通訊層是鏈接每層的重要樞紐，在數(shù)字化工廠或者智慧工廠中，工業(yè)通訊是無處不在的。cps是工業(yè)4.0的實(shí)踐基礎(chǔ)，沒有cps的支撐，智能工廠、智能制造都是空中樓閣。而物聯(lián)網(wǎng)又是cps的一種簡約應(yīng)用形式，所以，以cps為基礎(chǔ)的工業(yè)4.0架構(gòu)是能實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的，可以概括為m2m。m2m是一種理念，也是所有增強(qiáng)機(jī)器設(shè)備通信和網(wǎng)絡(luò)能力技術(shù)的總稱。廣義上分如下：machine-2-machine、man-2-machine、machine-2-man、mobile-2-machine；人與人之間的溝通很多也是通過機(jī)器實(shí)現(xiàn)的，例如通過手機(jī)、電話、電腦、傳真機(jī)等機(jī)器設(shè)備之間的通信來實(shí)現(xiàn)人與人之間的溝通。另外一類技術(shù)是專為機(jī)器和機(jī)器建立通信而設(shè)計(jì)的。如許多智能化儀器儀表都帶有通信接口，增強(qiáng)了儀器與儀器之間，儀器與電腦之間的通信能力。
實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)的目的是為了更高層的應(yīng)用，首先是通過傳感器從設(shè)備上收集數(shù)據(jù)，然后將相關(guān)數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)層（例如智能網(wǎng)關(guān)和路由器等），傳輸?shù)皆破脚_(tái)進(jìn)行處理分析，首先實(shí)現(xiàn)的是設(shè)備監(jiān)控管理，例如設(shè)備的實(shí)時(shí)定位等，然后是更高級的應(yīng)用，包括設(shè)備早期故障診斷，遠(yuǎn)程控制和能耗分析等等。
從網(wǎng)絡(luò)通訊的角度來看，2000年以前，互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)制造是兩個(gè)獨(dú)立發(fā)展的體系?；ヂ?lián)網(wǎng)在過去的30年里，經(jīng)歷了因特網(wǎng)、萬維網(wǎng)，到新興的社交網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)。而同時(shí)期工業(yè)制造經(jīng)歷了單機(jī)數(shù)控、計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)（cad）、erp和虛擬設(shè)計(jì)等過程。到了2000年后，互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)制造逐漸走向融合，物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算開始運(yùn)用到工業(yè)制造環(huán)節(jié)，衍生出工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能制造。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的融合趨勢下，工業(yè)制造的趨勢逐漸從數(shù)字化向網(wǎng)絡(luò)化和智能化轉(zhuǎn)變。
工業(yè)4.0沒有明確指出它與互聯(lián)網(wǎng)有什么關(guān)系，通俗的說，就是無數(shù)個(gè)行業(yè)被互聯(lián)網(wǎng)浪潮沖擊后，互聯(lián)網(wǎng)開始改造工業(yè)制造業(yè)了。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)大腦的感覺神經(jīng)系統(tǒng)，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)重點(diǎn)突出了傳感器感知的概念，同時(shí)它也具備網(wǎng)絡(luò)線路傳輸，信息存儲(chǔ)和處理，行業(yè)應(yīng)用接口等功能。而且也往往與互聯(lián)網(wǎng)共用服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)線路和應(yīng)用接口，使人與人（humantihuman,h2h），人與物（humantothing，h2t）、物與物（thingtothing,t2t）之間的交流變成可能，最終將使人類社會(huì)、信息空間和物理世界（人機(jī)物）融為一體。
數(shù)字化工廠的每個(gè)層次的工業(yè)通訊方式略有差異。結(jié)合前面我們提出來的五級層次架構(gòu)，每層之間的通訊方式都不一樣，考慮到每個(gè)層級所賦予的職責(zé)和使命差異，工業(yè)通訊方式也存在差異。在erp層和mes層，主要是以路由器、工業(yè)以太網(wǎng)和總線的方式互聯(lián)，在目前的網(wǎng)絡(luò)通訊上，沒有太多的變化；在控制層，主要的通訊方式是profibus、modebus、工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線等；在傳感層，主要的通訊方式為現(xiàn)場總線，無線網(wǎng)絡(luò)、lte、zigbee、wifi等，由于設(shè)備的流動(dòng)性，因此對無線通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較多。
(1)工業(yè)通訊的發(fā)展情況
工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)自20世紀(jì)50年代開始發(fā)展，目前為止工經(jīng)歷了6個(gè)發(fā)展階段，20世紀(jì)70年代隨著dcs的應(yīng)用,才開始形成真正意義上的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，90年代初期，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)得以應(yīng)用，2000年后，工業(yè)以太網(wǎng)開始大規(guī)模應(yīng)用。工業(yè)自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)上可以劃分為三層：管理層、控制層和現(xiàn)場設(shè)備層。各個(gè)層級之間互聯(lián)互通，管理層主要通過以太網(wǎng)連接整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，控制層從現(xiàn)場設(shè)備中提取數(shù)據(jù)，現(xiàn)場設(shè)備層主要由現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)組成。
工業(yè)以太網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展歷程?，F(xiàn)場總線誕生于80年代，2006年至2011年全球年復(fù)合增長率將達(dá)到22%。主要領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)為德國赫斯曼和西門子公司；工業(yè)以太網(wǎng)從2000年左右進(jìn)入市場，在2005-2010年間保持年均50%的復(fù)合增速，主要產(chǎn)業(yè)化先驅(qū)包括赫斯曼、西門子和羅杰康。
現(xiàn)場總線技術(shù)盡管已有一定范圍的磋商合并，但至今尚未形成完整統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。其中具有較強(qiáng)實(shí)力和影響力的現(xiàn)場總線技術(shù)包括foundationfieldbus、lonworks、profibus、hart、can、dupline等。它們具有各自的特色，在不同應(yīng)用領(lǐng)域形成了自己的優(yōu)勢，但互不兼容，這一現(xiàn)狀一定程度上阻礙了全球工業(yè)信息化的進(jìn)程?，F(xiàn)場總線技術(shù)的主要不足之處在于：
管理層與控制層及現(xiàn)場設(shè)備層采用不同的通信協(xié)議，上下層之間通過上位機(jī)連接，無法直接通信，管理層不能直接訪問控制區(qū)域的設(shè)備；
由于國際標(biāo)準(zhǔn)推出緩慢，各類現(xiàn)場總線采用不同的技術(shù)，相互之間缺乏互連性和互操作性，不能實(shí)現(xiàn)透明連接；
傳輸速率不高，缺乏對其它應(yīng)用如語音、圖像數(shù)據(jù)的支持能力；
由于現(xiàn)場總線是專用實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)，成本較高。工業(yè)以太網(wǎng)能夠提供現(xiàn)場總線無法提供的技術(shù)特性。工業(yè)以太網(wǎng)可以構(gòu)建互連、互通，以及具有更好互操作性的透明一體化工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，形成企業(yè)級管控一體化的全開放網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)管理層、控制層到現(xiàn)場設(shè)備層之間工業(yè)通信的“e網(wǎng)到底”。
從實(shí)踐應(yīng)用來看，工業(yè)以太網(wǎng)正在替代現(xiàn)場總線。在全球工業(yè)通信中現(xiàn)場總線仍然占主導(dǎo)地位，市場份額中現(xiàn)場總線占66%，工業(yè)以太網(wǎng)占34%，并且在年度增速方面，工業(yè)以太網(wǎng)年均增速達(dá)到17%，遠(yuǎn)超現(xiàn)場總線的7%增速。隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，大部分現(xiàn)場總線難以滿足平臺(tái)通用性和系統(tǒng)性能的要求，工業(yè)以太網(wǎng)正在成為控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>
(2)工業(yè)通訊的產(chǎn)業(yè)化狀況
工業(yè)通訊包括通訊網(wǎng)絡(luò)和傳感設(shè)備兩個(gè)方面，主要由四個(gè)基礎(chǔ)部分構(gòu)成:（1）智能資產(chǎn)設(shè)備，主要包括傳感器、處理器和存儲(chǔ)器；（2）數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)設(shè)施，為智能資產(chǎn)數(shù)據(jù)通信提供保障；（3）數(shù)據(jù)分析工具，包括相關(guān)的大數(shù)據(jù)和云計(jì)算算法和軟件；（4）人，包括決策者和執(zhí)行者。從產(chǎn)業(yè)的角度看，目前產(chǎn)業(yè)規(guī)模產(chǎn)值和發(fā)展規(guī)模中，智能資產(chǎn)設(shè)備和通信基礎(chǔ)設(shè)施是主要的產(chǎn)業(yè)化方向。具體的發(fā)展標(biāo)的是傳感器和工業(yè)以太網(wǎng)。
從總體來看，icinsights數(shù)據(jù)顯示，2014年具備連網(wǎng)及感測系統(tǒng)功能的物聯(lián)網(wǎng)整體產(chǎn)值約483億美元，同比增長21%，到2018年可望達(dá)到1036億美元，2013年至2018年復(fù)合成長率也將達(dá)21%。2014年全球聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有37.5億臺(tái)，比2013年增加24%，預(yù)計(jì)到2020年時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)安裝基數(shù)將達(dá)到250億，同時(shí)增加收入將達(dá)到3000億美元。
3、機(jī)器視覺：讓機(jī)器具備感知能力
（一）機(jī)器視覺概述及技術(shù)路線
只有機(jī)器設(shè)備具備了主動(dòng)感知環(huán)境、產(chǎn)品工藝、操作者水平的變化，主動(dòng)調(diào)整軟件和程序，自動(dòng)適應(yīng)周圍的變化，并根據(jù)這些變化不斷地學(xué)習(xí)和優(yōu)化自己的控制性能才是智能化（是autonomous的概念，而不僅僅是automation自動(dòng)化，強(qiáng)調(diào)的是自主）。機(jī)器視覺是讓機(jī)器設(shè)備具備外界感知能力的一種實(shí)現(xiàn)方式。
典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)，主要用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能從客觀事物的圖像中提取信息,進(jìn)行處理并加以理解,最終用于實(shí)際檢測、測量和控制.一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括：光源、光學(xué)系統(tǒng)、圖像捕捉系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械執(zhí)行模塊。
機(jī)器視覺行業(yè)的上游有光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理軟件等的提供商。行業(yè)下游應(yīng)用較廣，主要下游市場是半導(dǎo)體和電子制造行業(yè)。除此之外還有應(yīng)用到汽車、印刷包裝、煙草、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和交通等領(lǐng)域，在這幾個(gè)領(lǐng)域的市場應(yīng)用占比已經(jīng)高達(dá)75%以上。
在計(jì)算機(jī)視覺中，人臉識別相對于機(jī)器視覺簡單，各種各樣人臉識別的算法很多，現(xiàn)在準(zhǔn)確率可以達(dá)到99%。opencv是intel開源計(jì)算機(jī)視覺庫。擁有300多個(gè)c函數(shù)的跨平臺(tái)的中、高層api。實(shí)現(xiàn)了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺方面的很多通用算法。opencv對非商業(yè)應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用都是免費(fèi)的。
當(dāng)前機(jī)器視覺主流的檢測手段還是依賴2d相機(jī)，即從灰度圖中提取被測物特征，在x-y平面內(nèi)進(jìn)行測量。當(dāng)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(shí)，2d視覺往往無能為力。這時(shí)，3d視覺技術(shù)就成為解決機(jī)器視覺問題的重要檢測手段。目前3d視覺系統(tǒng)主流有3種方式，隨著機(jī)器視覺領(lǐng)域測量技術(shù)的多元化發(fā)展，3d視覺技術(shù)必將成為一種重要的檢測手段。
（二）機(jī)器視覺在國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀
機(jī)器視覺發(fā)展至今，早已不是單一的應(yīng)用產(chǎn)品。機(jī)器視覺的軟硬件產(chǎn)品已逐漸成為生產(chǎn)制造各個(gè)階段的必要部分，這就對于系統(tǒng)的集成性提出了更高的要求。工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)要求能夠與測試或控制系統(tǒng)協(xié)同工作的一體化工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，而非獨(dú)立的視覺應(yīng)用。在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過程中，人們將機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。
2013年全球機(jī)器視覺系統(tǒng)及部件市場規(guī)模為34.01億美元，相對于2007年增長了56.08%。最近幾年全球機(jī)器視覺系統(tǒng)市場規(guī)模平均增速約為10%左右；從產(chǎn)業(yè)地區(qū)分布看，2013年全球機(jī)器視覺產(chǎn)業(yè)主要分布于北美、歐洲以及日本地區(qū)。其中北美占比達(dá)到了62%。歐洲占比為15%，日本為10%。
隨著全球制造中心向中國轉(zhuǎn)移，中國機(jī)器視覺市場正在繼北美、歐洲和日本之后，成為國際機(jī)器視覺廠商的重要目標(biāo)市場。目前包括中國和日本在內(nèi)的亞太地區(qū)占全球的比重突破20%已經(jīng)超過歐洲，位居全球第二大區(qū)域市場。
從美國的市場來看，2010年度，機(jī)器視覺部件及系統(tǒng)在北美地區(qū)銷售額增加41％，達(dá)到17.92億美元。2013年北美機(jī)器視覺總銷量同比上升18.71%。機(jī)器視覺總銷量包括機(jī)器視覺系統(tǒng)的銷量和機(jī)器視覺組件的銷量。包括應(yīng)用視覺系統(tǒng)及智能相機(jī)在內(nèi)的機(jī)器視覺系統(tǒng)繼續(xù)全面增長。
在美國機(jī)器視覺的各個(gè)細(xì)分領(lǐng)域市場占比中，機(jī)器視覺系統(tǒng)占比達(dá)到74%，其次為智能相機(jī)、工業(yè)相機(jī)、光源和其他組件。從產(chǎn)品構(gòu)成來看，機(jī)器視覺集成系統(tǒng)和智能相機(jī)是機(jī)器視覺中最重要的部分。
機(jī)器視覺在國內(nèi)起步較晚，真正工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用也就十幾年的時(shí)間。2006年以前，中國機(jī)器視覺產(chǎn)品應(yīng)用主要集中在外資制造企業(yè)、出口加工企業(yè)及煙草企業(yè)，規(guī)模很小。目前，我國已成為機(jī)器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，工業(yè)領(lǐng)域是機(jī)器視覺應(yīng)用比重最大的領(lǐng)域，主要用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測、分類、機(jī)器人定位、包裝等，一方面替代人工視覺，另一方面用于提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在大批量工業(yè)生產(chǎn)中，用機(jī)器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率，減少人工風(fēng)險(xiǎn)。比如在藥品生產(chǎn)中，采用機(jī)器視覺產(chǎn)品不僅可以提高藥品質(zhì)量檢測的準(zhǔn)確度和生產(chǎn)效率，還可以避免人眼長時(shí)間工作而造成的視覺疲勞。另外，將機(jī)器視覺應(yīng)用于機(jī)器人的引導(dǎo)中，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)柔性化，使生產(chǎn)線很容易適應(yīng)產(chǎn)品的變化，這成為未來發(fā)展趨勢之一。目前行業(yè)正處于快速發(fā)展期，具有很大的發(fā)展空間。具體表現(xiàn)為行業(yè)市場容量在快速增長、應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大。預(yù)計(jì)2016年國內(nèi)機(jī)器視覺系統(tǒng)市場規(guī)模達(dá)到了38億元，年均增幅保持在37%左右，處于高速增長階段。
我國機(jī)器視覺行業(yè)主要競爭主體包括(1)產(chǎn)品生產(chǎn)商，主要由工業(yè)自動(dòng)化公司、國際知名機(jī)器視覺公司和光源公司構(gòu)成；（2）產(chǎn)品代理商，數(shù)量眾多，分布廣，全國超過300家代理商主要代理國外品牌設(shè)備；（3）系統(tǒng)集成商。
全球機(jī)器視覺龍頭公司康耐視。康耐視是全球機(jī)器視覺企業(yè)龍頭，2014年實(shí)現(xiàn)營業(yè)收入4.86億美元，同比增長41%，其銷售額約等于整個(gè)國內(nèi)機(jī)器視覺企業(yè)的產(chǎn)值，康耐視的業(yè)務(wù)收入從2010年以來保持平穩(wěn)增長，并且公司的產(chǎn)品遠(yuǎn)銷全球，美國本土之外的市場占比接近70%。公司股價(jià)從2013年工業(yè)4.0概念啟動(dòng)以來，股價(jià)一直保持穩(wěn)步上行，實(shí)現(xiàn)了200%的累計(jì)收益率。
結(jié)合康耐視和國內(nèi)機(jī)器視覺的現(xiàn)狀，我們認(rèn)為未來國內(nèi)機(jī)器視覺具有廣闊的市場需求空間，從競爭格局來看，行業(yè)競爭分散，缺乏龍頭公司。在目前以集成為主的市場中，我們認(rèn)為未來有望誕生類似于康耐視這種體量的大公司。