2020中国工业机器视觉产业发展白皮书.pdf
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1、MachineVision中中国国工工业业机机器器视视觉觉产产业业发发展展白白皮皮书书赛赛迪迪顾顾问问股股份份有有限限公公司司二二二二年年十十一一月月2中国工业机器视觉产业发展白皮书综 述工业机器视觉发展概述机器视觉是与工业应用结合最为紧密的人工智能技术,通过对图像的智能分析,使工业装备具有了基本的识别和分析能力。随着工业数字化、智能化转型逐渐深入,智能制造的逐步推进,工业机器视觉逐渐形成规模化的产业,并随着人工智能技术在工业领域落地而逐渐深入到工业生产的各种场景之中。稳定增长 2019年,全球工业机器视觉市场规模约为80亿美元,相较2018年增长约为3%,但增长速度延续2017年开始的下降趋
2、势。中国工业机器视觉市场规模约为139亿元,增速约为4.8%,同样为过去三年增速最低的一年,但总量上持续保持增长,并且在全球市场的占比有所提升。未来重点 随着工业控制对精确度和自动化的要求越来越高,3D机器视觉将在许多“痛点型应用场景”中大显身手,成为当前智能制造最炙手可热的技术之一。2D向3D的转变将成为继黑白到彩色、低分辨率到高分辨率、静态图像到动态影像后的第四次视觉技术突破。投资价值 工业机器视觉技术价值链主要集中于镜头、相机、图像传感器等核心零部件,从投资收益角度看,拥有向上游核心零部件领域拓展能力的机器视觉企业更容易实现较高的资本回报率。3中国工业机器视觉产业发展白皮书目目 录录01
3、 工业机器视觉发展环境分析.4国家政策解读.5地方政策解读.6行业发展环境.7技术发展趋势.9 行业龙头动态.1002 产业链及市场分析.11 产业链.12产业链上游分析.13产业链中游分析.20市场概况.2103 应用场景分析.22电子行业.24汽车行业.25半导体及平板显示行业.26物流及包装行业.2704 投资价值分析.28企业市场竞争力分析.29中国工业机器视觉企业投资价值.30工业机器视觉发展环境分析015中国工业机器视觉产业发展白皮书国国家家政政策策解解读读中小企业数字化赋能专项行动方案发文机关:工业和信息化部办公厅利用信息技术加强疫情防控。利用数字化工具尽快恢复生产运营。助推中小
4、企业上云用云。夯实数字化平台功能。创新数字化运营解决方案。提升智能制造水平。加强数据资源共享和开发利用。发展数字经济新模式新业态。强化供应链对接平台支撑。促进产业集群数字化发展。提高产融对接平台服务水平。强化网络、计算和安全等数字资源服务支撑。加强网络和数据安全保障。国家新一代人工智能创新发展试验区建设工作指引发文机关:科学技术部到2023年,布局建设20个左右试验区,创新一批切实有效的政策工具。形成一批人工智能与经济社会发展深度融合的典型模式,积累一批可复制可推广的经验做法。打造一批具有重大引领带动作用的人工智能创新高地。关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案发文机关:国家发展改
5、革委员会 中共中央网络安全和信息化委员会办公室筑基础,夯实数字化转型技术支撑。搭平台,构建多层联动的产业互联网平台。促转型,加快企业“上云用数赋智”。建生态,建立跨界融合的数字化生态。兴业态,拓展经济发展新空间。强服务,加大数字化转型支撑保障。“工业互联网+安全生产”行动计划(2021-2023年)发文机关:工业和信息化部 应急管理部到2023年底,工业互联网与安全生产协同推进发展格局基本形成,工业企业本质安全水平明显增强。一批重点行业工业互联网安全生产监管平台建成运行,“工业互联网+安全生产”快速感知、实时监测、超前预警、联动处置、系统评估等新型能力体系基本形成。数字化管理、网络化协同、智能
6、化管控水平明显提升,形成较为完善的产业支撑和服务体系,实现更高质量、更有效率、更可持续、更为安全的发展模式。6中国工业机器视觉产业发展白皮书上海上海市建设100+智能工厂专项行动方案(2020-2022年)三年推动建设100家智能工厂,打造10家标杆性智能工厂,新增机器人应用10000台;培育10家年营业收入超过10亿元(1-2家超过100亿元)、具备行业一流水平的智能制造系统集成商,搭建10个垂直行业工业互联网平台。在国家政策的不断鼓励和支持下,多地结合自身产业特点出台相关的政策。上海、浙江、山东等地出台了与智能工厂、未来工厂和智能化技术改造相关的政策,用以支持以工业机器视觉为代表的智能制造
7、细分领域发展。地地方方政政策策解解读读深圳深圳市新一代人工智能发展行动计划(2019-2023年)到2023年,深圳市人工智能基础理论取得突破,部分技术与应用研究达到世界先进水平,开放创新平台成为引领人工智能发展的标杆,有力支撑粤港澳大湾区建设国际科技创新中心,成为国际一流的人工智能应用先导区。山东山东省传统产业智能化技术改造三年行动计划(2020-2022年)力争到2022年底,每年完成万项技改、推动万企转型、完成4000亿元投资,全省工业企业智能化水平跃上新台阶;重点行业智能化水平达到国内先进,龙头骨干企业智能化水平达到国际先进;规模以上工业企业智能化技术改造覆盖面达到70%。浙江浙江省培
8、育建设“未来工厂”试行方案深度融合应用新一代信息技术,充分依托和发挥国家智能制造新模式、试点示范企业和省智能制造数字化车间/智能工厂的创建优势从2020年起,每年探索培育建设10家左右“未来工厂”,示范引领浙江省制造业数字化、智能化、绿色化转型发展,成为制造业高质量发展和全球先进制造业基地的展示窗口。黑龙江黑龙江工业强省建设规划(2019-2025年)全面实施工业强省战略,到2025年全省现代化工业新体系基本建成,工业对经济增长的贡献稳中有升,“百千万”工程取得明显成效,工业高质量发展取得积极进展,形成质量更高、效益更好、结构更优、优势充分释放的全面振兴发展新局面,支撑经济高质量发展的作用不断
9、凸显。江苏关于进一步加快智能制造发展的意见目标到2020年,全省建成1000家智能车间,创建50家左右省级智能制造示范工厂,试点创建10家左右省级智能制造示范区。7中国工业机器视觉产业发展白皮书工业经济持续恢复制造业市场活跃度持续提升行行业业发发展展环环境境-15-10-50510201902201903201904201905201906201907201908201909201910201911201912202001202002202003202004202005202006202007202008图 1 中国规模以上工业增加值增长率同比增长(%)累计增长(%)2019年,我国工业经济基
10、本保持了5%左右的同比增长和6%左右的累计增长。2020年初,受新冠肺炎疫情影响,工业经济增速放缓。截至8月份,由于我国统筹疫情防控和经济社会发展各项政策成效持续显现,工业生产继续向好,多数产品和行业持续回升。具体表现为工业生产增长,累计增速由负转正,多数产品和行业实现增长,增长面持续扩大,尤其是能源和原材料行业明显好转,带动了工业增速回升。作为具有工业增长二阶导属性的工业非标自动化细分行业,工业机器视觉受疫情影响逐渐减弱,并有望在2020年下半年迎来持续增长。数据来源:国家统计局,赛迪顾问整理 2020,11303540455055201901201903201905201907201909
11、201911202001202003202005202007202009图 2 中国制造业采购经理指数2019年,我国制造业PMI持续在荣枯线上下徘徊。并于年底稳定在荣枯线以上。2020年,新冠肺炎疫情对制造业PMI的影响仅在2月有明显体现。3月以来随着全国各地复工复产持续推进,加之医疗物资市场需求持续走高,制造业PMI稳定至荣枯线以上并有持续上升趋势。数据来源:国家统计局,赛迪顾问整理 2020,118中国工业机器视觉产业发展白皮书行行业业发发展展环环境境3C、电力、汽车等工业企业利润较高工业机器视觉在生产环境中的应用属于企业的技术改造投资行为,对于盈利能力越强的企业,越有动力进行前沿技术的
12、探索,即使用机器视觉技术提高产线智能化水平。而随着技改投资覆盖范围逐渐扩大,基于工业机器视觉的技改项目逐渐成为企业技改投资的重点项目,为工业机器视觉发展提供了资金保障。数据来源:国家统计局,赛迪顾问整理 2020,11-20-15-10-505101501000200030004000500020122013201420152016201720182019技改投资经费增长率(%)技改投资经费支出(亿元)图 4 全国规模以上工业企业技术改造投资经费支出技改投资经费支出(亿元)技改投资经费增长率(%)企业技改投资成为企业智能化改造重要支撑2019年,全国工业技术改造投资共计3350亿元,同比增长9
13、.8%,自2017年开始连续三年正增长。数据来源:国家统计局,赛迪顾问整理 2020,1105001000150020002500300035004000计算机、通信和其他电子设备制造业电力、热力、燃气及水生产和供应业汽车制造业非金属矿物制品业采矿业医药制造业电气机械和器材制造业化学原料和化学制品制造业专用设备制造业通用设备制造业酒、饮料和精制茶制造业煤炭开采和洗选业黑色金属冶炼和压延加工业烟草制品业食品制造业营业农副食品加工业橡胶和塑料制品业图 3 部分行业规上企业2020年1-7月营业利润累计值上年同期累计值(亿元)累计值(亿元)9中国工业机器视觉产业发展白皮书2D视觉无法获得物体的空间坐
14、标信息,所以不支持与三维形状相关的测量,随着工业控制对精确度和自动化的要求越来越高,3D机器视觉变得更受欢迎。目前终端客户已经对3D机器视觉有初步了解,市场上涌现出标准化3D视觉软、硬件产品,产业链已初步形成。以尺寸检测、定位引导、识别为主的3D视觉应用逐渐渗透进集成商的方案,以3C、汽车行业为主的新场景不断涌现,3D视觉技术落地速度逐步加快。相比于基于PC或云架构的视觉技术,嵌入式技术将用于实现图像处理和深度学习算法的AI模块集成至工业相机,实现边缘智能。嵌入式视觉技术最主要的应用包括ADAS、工业自动化以及安防监控。其中,智能工业相机是工业自动化领域边缘智能的重要实现手段。通过对AI芯片的
15、集成,智能相机可以在特定的应用环境中实现图像处理并利用内嵌的人工智能算法做出逻辑判断,为自动化场景提供无需人工干预的智能方案。传统的深度学习算法是在GPU、CPU等硬件上实现的,面临功耗高、散热差、价格昂贵等问题。但是在单纯的FPGA类型芯片上进行深度学习类算法实现,又存在开发难度大、开发周期漫长的瓶颈,不适合卷积神经网络等复杂算法的实现。因此在多种应用场景的持续促进下,深度学习硬件加速方案也朝多元化方向发展,例如以FPGA+ARM架构的SOC逐渐产生了更多地应用空间。3D 视觉技术分类嵌入式视觉应用多元化硬件加速方案基于视觉的辅助驾驶智能安防系统智能读码器机器人引导系统双目视觉技术结构光技术
16、 ToF 技术线激光扫描技术光谱共聚焦技术作为人工智能技术发展的重要分支,机器视觉是通过图像传感器接收和处理真实物体的图像,以获得所需信息或控制机器人运动的技术。随着工业自动化技术向着智能化方向演进,工业场景对机器视觉技术的需求持续推进着工业机器视觉技术的发展。3D视觉技术嵌嵌入入式式视觉技术多多元元化化加速方案技技术术发发展展趋趋势势GPU/CPUSOCDPUTPU10中国工业机器视觉产业发展白皮书核心零部件供应商软件及AI服务商视觉系统及解决方案集成商联联合合研研发发工业机器视觉的核心零部件主要包括光源、镜头、相机和图像采集卡,供应商龙头企业大多分散在欧洲、日本和美国,产品研发也相对自成体
17、系。最近,逐渐呈现强强联合开发新方案的趋势,如CCS和Basler在光源与相机的方案中通力合作,共同向终端客户需求倾斜。工业机器视觉核心零部件龙头企业主要包括:光源:CCS,奥普特镜头:MYUTRON,KOWA,Moritex,腾龙,施耐德工业相机:Basler,Baumer,AVT,JAI,DALSA,Imaginesource图像采集卡:DALSA,Euresys,Silicon So f t w a r e,Cognex,研华工业机器视觉软件龙头企业主要包括:开发软件:康耐视,MVTec,OpenCV,Euresys,Omron Adept,NI,MathWorksAI服务:Intel,
18、NVIDIA,AMD,ARM,百度,阿丘科技工业机器视觉系统及解决方案集成商龙头企业主要包括:基恩士,康耐视,欧姆龙,天准科技,矩子科技,奥普特,凌云光行行业业龙龙头头动动态态工业机器视觉软件AI服务商主要以集成了通用算法的软件开发包和AI加速平台服务商为主。知名机器视觉开发软件HALCON不断更新版本,在改进用户使用体验的同时,优化了基于形状的核心匹配技术,能够更快的匹配3D模型,并借助深度学习进行精确地边缘识别。工业机器视觉系统及解决方案集成商以工业自动化非标设备及方案为主要业务,针对工业自动化实际需求为产线提供基于视觉的解决方案。基于自身在工业自动化领域积累,基恩士在产品中布局更多标准化
19、可选模块,使机器视觉装备在应用场景中能够尽可能以自动化产品形式解决客户的痛点。快快速速高高效效标标准准化化模模块块工业机器视觉产业链及市场分析0212中国工业机器视觉产业发展白皮书工业机器视觉产业链工业机器视觉光源工业镜头软件及算法平台LED 光源工业相机上游零部件视觉引导装备视觉识别装备视觉检测装备视觉测量仪器图像采集卡光源控制器光学材料光学器件线阵相机面阵相机开发工具算法平台模拟采集卡数字采集卡视觉引导计数分拣零配件质检出厂质检电子平板显示汽车印刷电池机器人半导体食品饮料包装通用零部件纺织医疗设备三坐标测量中游装备下游应用13中国工业机器视觉产业发展白皮书上游零部件行业利润可观工业机器视觉
20、产业链上游包括光源、工业镜头、工业相机、图像采集卡和软件及算法平台,其中工业镜头、相机、采集卡等核心零部件与算法软件是机器视觉价值最高的部分,其成本占据工业视觉产品总成本的80%。尤其是在工业镜头、工业相机、底层软件系统等技术壁垒高,利润率高的部分,康耐视和基恩士等国外企业有着深厚的研发技术积累,具备软硬件的技术优势,占据了绝大部分市场,且毛利率较高。工业机器视觉产业链上游分析上游零部件核心软硬件占工业机器视觉产品总成本的80%左右。光源领域竞争激烈在工业机器视觉零部件中,光源产品的竞争较为激烈。国外知名光源厂商有日本CCS和美国Ai等,多年的行业积累让国外品牌在高端市场拥有较高占有率,产品价
21、格也相对较高,而国内厂商主打性价比优势,并依托进入行业早、技术门槛较低的特点快速发展,使得光源领域成为我国工业机器视觉产业链中发展较好的一环。国内工业视觉光源厂家主要坐落在华南地区的东莞、深圳,也有不少企业分布在江浙沪和北京。东莞的OPT(奥普特)是国内市场占有率最大的生产商,拥有38大系列标准光源产品和近万余种型号非标光源,并将业务延伸至系统集成服务和其他核心零部件的研发。其他出货量较大的企业包括东莞的沃德普、上海的纬朗光电等。国产工业镜头逐渐成熟国产工业镜头在光学指标上虽已经具备一定竞争力,但也仅在低端市场的应用相对比较成熟。目前我国工业镜头市场的国外品牌有德国施耐德、Linos、美国Na
22、vitar、意大利Opto、日本CBC Computar、KOWA等,大多是老牌镜头厂商,技术积累雄厚,品牌影响力较大,在高端市场优势仍较大。国内厂商在工业镜头领域发展迅速,大多体量相对较小,走高性价比路线,布局中低端市场,如东莞普密斯。不过部分企业已经能够提供全系列工业镜头,涉足高端产品,如深圳东正光学、昆山慕藤光等,东正光学的线扫系列镜头已应用在华为、比亚迪、富士康的生产检测当中。从技术来看,国内厂商的镜头制作工艺虽然和国外老牌厂商相比还有差距,但已经能够满足视觉系统的基本需要,品牌知名度和市场信任度或成为国产镜头需要攻克的难点。智能工业相机逐渐成为主流,并成为国产工业相机有利切入点从将全
23、球市场来看,智能工业相机市场的集中度远高于板卡式相机市场,率先布局智能相机的康耐视和基恩士目前市场占比总计已超过70%,而板卡式相机前八大企业的市场份额之和仅为61%。智能相机的一大优势在于易用性,而易用性主 要 通 过 软 件 的 使 用 所14中国工业机器视觉产业发展白皮书力量攻关高规格、高要求的关键零部件产品,一方面增加国内市场的国产零部件占有率,另一方面降低下游应用市场在工业机器视觉解决方案中的使用成本,帮助工业企业增加使用机器视觉技术进行工业智能化改造的动力。工业机器视觉产业链上游分析体现,许多国外知名企业有视觉软件的开发经验,通常会配套相应的定制软件方便系统开发人员编程智能相机,如
24、康耐视的In-Sight系列智能相机的配套软件EasyBuilder就允许开发者从菜单中选择一系列功能,来实现模式图像匹配和OCR等任务。目前,欧美品牌在国内市场仍 然 占 有 一 定 优 势,如 瑞 士Baumer、德国Basler、德国AVT、加拿大PointGrey等,是国内工业相机市场占有率较高的品牌。国外品牌由于布局较早,在近年国内工业相机需求增长下率先收益。虽然国外产品软硬件优势明显,但智能工业相机产品价格相对较高,对中国市场的应用针对性开发还不足,这将成为国产工业相机厂商的有利切入点。经过多年的研发和实践积累,国产工业相机厂商也在一些关键技术上取得突破。部分以安防监控产品为主的龙
25、头企业依托自身在软件、算法、硬件、结构以及测试等方面的研发优势,开始布局工业相机市场,并取得一定的知名度。以专业机器视觉产品为主的零部件供应商也不断推出智能相机系列产品,从中低端产品开始切入市场。高端零部件成为核心瓶颈我国机器视觉产业处于发展初期,机器视觉及上游行业发展仍处于成长阶段,上游传感器、工业镜头、光源等核心零部件的企业规模偏小、数量偏少且技术水平较低。国内机器 视 觉 厂 商 仍 需 集 中15中国工业机器视觉产业发展白皮书光源光源是指用于为工业机器视觉应用场景提供照明的系统,主要包括LED光源和光源控制器。目前,机器视觉光源逐渐向着高端化方向发展,以结构光、同轴光等为代表的高端光源
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