To B产业研究系列之三：工业互联网数字文明的近望.pdf

证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 未经许可，禁止转载 证 券 研 究 报 告 【 数字科技研究专题 报告 】 To B 产业研究系列之三：工业互联网，数字 文明的近望 工业互联网是第四次工业革命的重要基石，数字工厂则为企业级的应用平台。 工业革命步入渐进式迭代，突破点在于复杂生产关系的全天候集成与共享；工 业互联网通过传感器、机器、工件和 IT 系统，沿着生产价值链连接到同一生 态系统，进而虚拟交互实现感知和操作，成为工业 4.0 生态的核心载体。全球 逐鹿布局工业互联网，目前呈现欧美亚太三足鼎立的竞争格局，在主要市场的 稳健驱动下，预计未来 5 年行业规模 CAGR=6%。工业互联网作为工厂数字化 的软件要素 ，其长期的经济赋能在于 促进产销管理环节的 “降本增效”。 西门子作为全球工业数字化标杆，以 MindeSphere 平台化服务实现内外赋能。 西门子在产品打磨上，以 系列化收购率先打造工业软件生态体系；在组织架构 上，西门子不断“去中心化”，突出数字化部门的战略重心，借此成功地从传 统电气巨头蜕变为数字化工业领航者。 MindeSphere 是西门子于 2016 年推出 的首款工业物联网操作系统，实现工业仿真的基础即是端对端的数字孪生。西 门子通过 MindeSphere 平台化服务与德国本土温控系统制造商合作，实现了 “冷却即服务”的 PaaS 级应用，成功输出了垂直领域的“产品 +数据服务”的 新型商业模式。 工业互联网是国内制造业转型的核心路径，纺织、电子、汽配等领域已现应 用范例。 国内传统厂商目前仍面临工业附加值、产能利用率双低的局面，而工 业互联网的边际产值赋能近年来已有趋势上的表现。 以纺织行业为例， 国内纺服行业工业体系较为成熟但集中度较低，控制劳动力 成本、节能减排与产销模式创新将成为龙头溢价的实现关键。“代工王”申洲 国际从生产环节入手，通过持续的资本投入和技术改造，已在面料厂织布、印 染环节基本实现自动化、数字化，且正促使跨国各工厂间的数据网络化；库特 智能则从客户下单与订单数据采集、数据挖掘分析与智能技术匹配、智能排产 与排程、智能物料采购与原材料仓储管理、智能断料、智能剪裁、缝制与 整烫 等 7 大环节，实现基于 C2M 模式的数字化定制服装产销。 以电子行业为例， 工业富联于 2018 年起着手对内部的生产制造场域进行工业 互联网改造，将雾小脑、灯塔工厂、 Fii Cloud 云平台进行对内赋能尝试，通过 外接传感器、软件数据提取、安装转接口等方式使设备上网上云，实时监控各 类设备运行状态从而实现车间可视化；通过清洗、整理、分析数据，将信息抽 象化建模，工业富联实现了智能制造的无忧 生产，实验场域在质量、效能、成 本、库存等多个指标上均有显著改善 。 以汽配行业为例， 敏实集团在工业富联的外溢赋能下，成功地从数据链落实 到 价值链的提升。在盈利需要（克服行业颓势）、新需求（新能源汽车）、产业 链价值调整等多重驱动下，敏实集团引入工业富联的柔性自动化产线，建立数 字化能力，打通订单交付和产品研发两条端对端价值链；以效率为导向的制造 能力提升，打造纵向计划协同能力和现场精细化执行能力；建立指标运营决策 体系，在全球工厂实行数据驱动的持续性改善。 风险提示： 数字工厂建设投资力度不及预期、政策与国际形势拖累、产业环境 发展不均衡、人才梯队培养与引进迟缓 、战略规划高度与执行力度不及预期 等。 证券分析师：牛播坤 电话： 010-66500825 邮箱： 执业编号： S0360514030002 相关研究报告 To B 产业研究系列之一： SaaS 行业全球性成就 的前世今生 2020-11-10 To B 产业研究系列之二：产业互联网， C 端巨 头的再进击 2021-02-03 华创证券研究所 数字科技 研究 数字科技研究专题 2021 年 03 月 30 日 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 未经许可，禁止转载 目 录 一、天下为工， “智变 ”正引向质变 . 5 （一）智造互联，新工业的燃星火 . 5 1、迈向智造，行进中的工业 4.0 . 5 2、三足鼎立，角力中的工业互联 . 6 （二）数字工厂，工业互联见一斑 . 7 1、车间数字化，流水的信息集成 . 7 2、数字化工厂，铁打的效益蝶变 . 8 二、电气巨擘，西门子的数字化伟业 . 9 （一）西门子，工业革命的先驱者 . 9 1、百年老店，集近现代工业之大成 . 9 2、自我焕新，领工业互联网之风华 . 10 （二） MindSphere：德系工业的彰显者 . 12 1、当“工业硬汉”已成过往 . 12 2、 MindSphere，工业数字化启航 . 14 3、冷却即服务，实践中的 真章 . 15 三、工业互联，西学为用的东方快线 . 17 （一）工业无互联，安揽瓷器活？ . 17 1、大象转身， Made by China 渐进 . 17 2、弯道赶进，国内工业正重塑 . 18 （二）智造暖意“衣”先知 . 19 1、传统纺服，穿梭中的绿色革命 . 19 2、申洲国际，“打工王”的数字蜕变 . 22 3、酷特智能， C2M 服装业的“智匠” . 24 （三）“灯塔工厂”显乾坤 . 31 1、工业富联，内外兼修的布道者 . 32 2、敏实集团，智造外溢的新典范 . 34 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 3 图表目录 图表 1 工业革命发展史 . 5 图表 2 工业互联网发展历程 . 6 图表 3 工业互联网的发展路径（业务视角） . 6 图表 4 2019 年全球工业互联网行业市场分布 . 7 图表 5 全球工业互联网行业市场规模及增速 . 7 图表 6 数字工厂是实现工业 4.0 发展的应用载体 . 8 图表 7 数字 工厂核心系统之间的数据信息流动关系 . 8 图表 8 未来 15 年全球工业互联网产生降本效用情况 . 8 图表 9 西门子发展历程 . 9 图表 10 西门子集团组织架构变迁 . 10 图表 11 西门子“数字化 企业”软件套件 . 11 图表 12 西门子工业软件涵盖产品开发及生产全程 . 11 图表 13 西门子数字化产业历年订单及占比 . 11 图表 14 西门子 数字化产业历年营收及占比 . 11 图表 15 西门子 2020 年各业务部门营业利润构成 . 12 图表 16 西门子 2020 年各业务利润率设置范围 . 12 图表 17 西门子 2020 年营收构成 . 12 图表 18 西门子 2020 年数字化产业分部收入 . 12 图表 19 西门子工业软件收购历程 . 13 图表 20 不同工业企业发展模式下的生产力、竞争力增长曲线 . 13 图表 21 MindSphere 产品架构 . 14 图表 22 MindSphere 数字孪生运行模式 . 15 图表 23 数字孪生的关键执行步骤与意义 . 15 图表 24 MindSphere 针对冷却设备的数字化赋能架构 . 16 图表 25 MindSphere 赋能传统温控系统升级 . 16 图表 26 工业互联网体系架构呈现该案例 . 16 图表 27 各国出口商品召回通报指数 . 17 图表 28 2012-2019 年中国工业产能利用率 . 17 图表 29 各国制造业微笑曲线分布 . 17 图表 30 美股与 A 股工业企业销售毛利率对比 . 17 图表 31 中国工业互联网增加值规模及增速 . 18 图表 32 中国工业互联网产业结构变化 . 18 图表 33 中国工业互 联网带动三次产业的情况 . 18 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 4 图表 34 中国纺织服装制造业发展历程回顾 . 19 图表 35 制造业各上市公司数占规模以上公司数比 . 19 图表 36 纺 织服装业规模以上企业收入及毛利率 . 19 图表 37 纺织成衣生产体系图 . 20 图表 38 中国纺织服装制造业智能制造目前改造情况 . 20 图表 39 2013-2018 年 A 股制造业各子行业劳动力投入回报率复合增长率 . 21 图表 40 2006-2010 年国内万元工业增加值取水量（立方米 /万元） . 21 图表 41 中国纺织服装业电商交易规模（亿元） . 21 图表 42 传统纺织服装行业生产流程智能化改造 . 22 图表 43 申洲国际的智能化改造历程 . 23 图表 44 申洲国际产能扩 张各指标变化 . 23 图表 45 申洲国际智能化改造硬件配备 . 24 图表 46 申洲国际宁波地区万元产值能耗（吨煤 /万元） . 24 图表 47 酷特智能业务发展历程 . 25 图表 48 酷特智能定制服装 C2M 模式 . 25 图表 49 酷特智能历年营收及资产数据 . 25 图表 50 大规模个性化服装定制与传统方式各生产环节比较 . 26 图表 51 酷特智能自有研发平台在作业生产线上的运用 . 26 图表 52 酷特智能的定制成衣生产流程 . 27 图表 53 酷特智能 2018 年底软件著作权 . 27 图表 54 酷特智能自动制版生成衣片形状、排料图 . 28 图表 55 酷 特智能基于射频识别技术的仓储管理 . 29 图表 56 酷特智能的智能断料 . 30 图表 57 酷特智能的智能剪裁 . 30 图表 58 酷特智能生产线上电子标签的使用 . 31 图表 59 灯塔工厂的全球性分布 . 31 图表 60 酷特智能生产线上电子标签的使用 . 32 图表 61 工业富联的工业互联网平台结构 . 32 图表 62 工业富联 2018 年工业互联网内部赋能效果 . 33 图表 63 工业富联熄灯工厂内部的柔性自动化产线 . 34 图表 64 国内汽车零部件行业历年利润率及亏损面 . 35 图表 65 国内新能源汽车历年产量及占比 . 35 图表 66 敏实集团订 单交付、产品研发两条端到端价值链改造 . 36 图表 67 敏实集团工业互联网体系的架设 . 36 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 5 一、 天下为工 ， “智变”正引向质变 （一 ） 智 造 互联， 新 工业 的 燃 星火 1、 迈向智造，行进中的工业 4.0 信息化时代下的工业革命迭代步入渐进模式，突破 点 在于 “深水区”中复杂生产关系的 全天候 互联与共享。 自工业革命爆发以来，技术进步推动了工业生产力的大幅提升。十 九世纪由蒸汽机驱动的工厂，电气化导致了二十世纪早期的大规模生产，并且工业在二 十世纪七十年代初变成了自动化；但随后的工业技术进步趋于渐进式，尤其是跟同时期 的 IT、移动通信和电子商务转型的突破相比。 图表 1 工业革命发展史 资料来源： 亿欧智库、 华创证券 工业互联网的雏形为设备物联网， 正 从简单的工业信息化迈向复杂的智能制造。 全球工 业互联网发可分为 4 个阶段 ； 第一阶段是在 20 世纪 60-80 年代，实现了网络的发明以及 机器和机器之间的互联；第二阶段是在 20 世纪 90 年代，实现了工业网络协议以及操作 系统的发布，以及物联网的提出并且工业设备逐渐联网；第三阶段是在 2000 年初，云计 算以及通信独立架构协议的形成，并且工业互联网支撑体系逐步形成；第四阶段是 2010 年至今，工业互联网雏形的形成和发展。 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 6 图表 2 工业互联网发展历程 资料来源：华创证券 整理 工业互联网是第四次工业革命的重要基石，是伴随物联网、大数据、人工智能等关键技 术发展起来的生产新技术、新业态。 传感器，机器，工件和 IT 系统将沿价值链连接到一 个生态系统，这些连接的系统可以使用标准的基于互联网的协议进行交互，并分析数据 以预测故障，自行配置和适应变化。 工业互联网的本质是通过对工业数据的全面深度感 知、实时传输交换、快速计 算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组 织方式变革。 图表 3 工业互联网的发展路径（业务视角 ） 资料来源： 世界经济论坛、 华创证券 2、 三足鼎立，角力中的 工业互联 亚太地区工业互联网发展迅速，逼近北美、欧洲传统主力市场。 随着工业互联网概念的 提出，各国都开始部署战略规划； 其中美国集团优势显著， GE、微软、罗克韦尔、亚马 逊等巨头积极布局，加之各类初创企业着力前沿创新，有望助力美国保持行业主导地位。 而欧洲工业巨头如西门子、博世、 ABB、 SAP 等凭借自身在制造业的基础优势亦进展迅 速。 整体来看，欧美市场在规模上占据主要份额，但增速在各地区俨然分化。得益于中 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 7 国市场和印度、东南亚等新兴经济体的基础设施和工业发展的刺激， 2019 年亚太地区整 体市场规模占比达到 28.5%，接近欧洲的 30.8%和北美的 35.4%，已呈现三足鼎立的局面。 全球工业互联网市场在欧美、亚太主要地区的稳定驱动下，预计未来 5 年 年化 复合增速 保持 6%的平稳增长。 根据 CCID 的数据显示， 2019 年全球工业互联网市场规模约为 8465.6 亿美元（ +5.03%yoy）；预计 2020 年全球工业互联网市场规模约为 8948 亿美元， 到 2022 年预将首次突破 1 万亿美元，未来 2020-2025 年保持 6.00%的年化复合 增长。 图表 4 2019 年全球工业互联网行业市场分布 图表 5 全球工业互联网行业市场规模及增速 资料来源： 前瞻产业研究院， CCID、 华创证券 资料来源： 前瞻产业研究院， CCID、 华创证券 （ 二 ） 数字工厂， 工业互联见一斑 1、 车间数字化， 流水的信息集成 数字工厂是工业 4.0 发展的必经 之路 ，本质是 工业互联网的企业级平台 。 根据德国工程 师协会的定义，数字工厂是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和 3D 虚拟现实可视化，通过连续的无中断的数据管理集合在一起，其本质是实现信息的集成。 数字化本身就是职能的一部分，是一个入口；智能工厂则是在数字工厂的基础上附加了 物联网技术和各种智能系统等新兴技术于一体，提高生产过程可控性、减少生产线人工 干预。数字工厂是智能工厂的落脚点，而智能工厂又是工业 4.0 的基准点。只有实现了 工厂数字化，才有可能步入工业 4.0 的生态。 数字工厂建设的最基本单元，即是车间管理的数字化。 数字工厂中生产过程的数 字化， 主要是利用数字化的手段应对更复杂的车间生产过程管理，这其中最重要的是制造执行 系统（ MES）的建设，以及 MES 与 ERP/PLM 和车间现场自动化控制系统的交互。 MES 既是一个相对独立的软件系统，又是企业信息传递路由器，汇集市场与服务、产品设计、 MRP/ERP、供应链等信息，并转化为详细的生产作业指令，从而实现复杂产品制造过程 生产现场的管理与控制。 MES 向上承接 ERP 下达的生产计划以及 PLM 经过仿真验证的 产品物料清单，向下衔接车间现场控制系统，弥补了 ERP 与车间过程控制之间的真空， 实现了工业 4.0 所强调的垂 直方向上的集成以及贯穿价值链的端到端工程数字化集成。 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 8 图表 6 数字工厂是实现工业 4.0 发展的应用载体 图表 7 数字工厂核心系统之间的数据信息流动关系 资料来源：华创证券 整理 资料来源： 艾三维 如何规划数字化工厂 2、 数字化工厂 ， 铁打的 效益 蝶变 工业互联网 在工厂数字化建设中的实施落地 ，其显性经济意义仍在于 长期的 “降本增效”。 假设所有的工业系统能够有 1%的效率提升，就会带来显著的经济效益。在未来 15 年内， 航空业减少 1%的燃料，将节约超过 300 亿美元；医疗行业效率提高 1%，预计节约 630 亿美元；电力效率提升 1%，预将节约 660 亿美元；石油天然气资本支出降低 1%，将节 约 900 亿美元。 数字工厂的建设短期内难见经济回报，多数投入者更注重效率提升带来的远期效益空间。 根据思略特面向制造工业的调研，几乎所有的受访者（ 98%）都将提升效率视为投资数 字化工厂的主要原因。综合规划、资产利用率提升、质量成本降低以及自动化均有助于 效率的提升。不仅如此 ，大多数的受访企业将收回数字化工厂投资的期限定为五年。除 了提升工厂效率之外，数字化工厂还能带来其他一些效益。例如，在航空领域，有些企 业利用数字化工厂解决方案开展先进的飞机及发动机设计，打破了传统制造的局限性。 此外，数字化工厂还能帮助企业减少能源和原材料的消耗，实现可持续发展的目标。企 业正在利用数据来改善资源效率，让供应链更合理，实现按需订购原材料，减少库存。 图表 8 未来 15 年全球工业互联网产生降本效用情况 资料来源： 前瞻产业研究院， CCID、 华创证券 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 9 二 、 电气巨擘，西门子的 数字化伟业 （一 ） 西门子 ， 工业革命的先驱者 1、 百年老店 ，集近现代工业之大成 西门子是欧洲传统电气巨头，并领先成为全球性工业数字化标杆。 西门子于 1847 年由维 尔纳冯西门子创立，是欧洲最大的电器电子公司，同时亦是世界排名第四的家用电 器制造商。公司自 1872 年进入中国，截至 2019 财年，于中国的总营收达到 84 亿欧元， 拥有 3.5 万余名员工和 21 个研发中心。西门子的主要业务包括智能基础设施、数字化工 业、交通、能源、医疗等 5 大板块，其中智能基础设施致力于智能地连接能源系统、楼 宇和工业，产品系列涵盖电网控制和自动化、低压和中压配电及开关与控制、楼宇自动 化、消防安全、 HVAC 控制和能源解决方案；数字化工业集团专注于工业自动化、电气 自动化、工业数字化、工业 4.0 和智能制造领域的创新，为离散和过程工业数字化转型 提供数字化工厂解决方案。复盘西门子集团的发展历程，公司早于 2007 年开始布局工业 数字化生态，领先德国工业 4.0 规划出台（ 2013 年），并以工业软件的系列收购，成功 地从传统电气大厂 蜕变为数字化工业 领航者 。 图表 9 西门子发展历程 资料来源： 西门子官网， 华创证券 整理 从组织架构变迁来看， 西门子不断 推进 “去中心化”，近年持续突出数字化战略基调。 西门子曾于 2014 年进行近年来公司组织架构的首次调整。按照旧有的组织架构设计思路， 西门子于 2013 年以前一直以业务领域为核心，针对性地设立事业部进行集团化管理。但 在 ABB、通用电气业务利润率逐渐超越西门子之后，为释放业务自由度而带来的潜在边 际贡献增加，并且围绕“ 2020 公司愿景”推进数字化，西门子将 16 个业务部门精简为 9 个，并且于 2014 年架构调整元年便设立数字化工厂集团。 而后在 2018 下半年，西门子为了更加专注于客户，根据所在行业的特定需求开展业务， 西门子再次调整组织架构，下设 3 个“运营公司”和 3 个“战略公司”（三大“运营公 司”：“天然气与发电”、“智能基础设施”和“数字化工业”，以及“战略公司”： 西门子医疗、西门子歌美飒和筹备中的西门子阿尔斯通），推出“公司愿景 2020+”战 略。这一战略还包括投资物联网集成服务、分布式能源管理和电动交通基础设施等新的 增长领域，以加强公司的增长型业务。西门子已经是全球 工业数字化领域的领导者，在 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 10 这一领域的集中扩展也将进一步促进增长型业务的发展。现有的业务集团（ Division）层 级将被取消，区域组织架构将更加以客户为导向进行调整，公司总部将更为精简。 图表 10 西门子集团组织架构变迁 资料来源： 西门子官网， 华创证券 整理 2、 自我焕新 ， 领工业互联网之风华 西门子参与德国“工业 4.0”早期 规划 ，引领全球工业互联网革新。 德国“工业 4.0”是 德国政府在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等的建议和推动下形成的项目， 20 多家德国企业、研究机构和大学参与，并成为面向 2020 年的国家战略，在 2013 年 4 月汉诺威工业博览会上首次发布实施“工业 4.0”战略建议书，其目标是定义在互联 网时代制造业企业的发展道路，研究物联网和服务网演进为 CPS 信息物理融合系统后制 造业格局和商业模式，旨在解决资源枯竭、城市化、老龄化和工业 /生活平衡等全球挑战。 “数字化企业”软件套件，是西门子打造工业 4.0 生态的核心服务性输出。 通过系列并 购，西门子 成功组建了以软件 PLM（产品生命周期管理）、 MES（ 生产执行系统 ）和 TIA（ 全集成自动化平台 ）三足鼎立的信息物联系统（ CPS）闭环生态体系，于 2014 年 10 月正式对外成立数字化产业集团（即 DI 部门）。 2014 年 10 月 1 日，数字化 工厂集团正式成立 20 14 -2 01 8 年2013 年及以前 按业务领域，以事业部划 分组织架构，包括 16 个部 门，旧有组织架构设有工 业、基础设施与城市、能 源和医疗等 四大基础业务 领域。 以工业业务领域为例，底 下就包括了工业自动化、 驱动技术、客户服务、冶 金技术部四大业务部门。 2019 年至今 取消了现有的九个业务集 团（ D i v i s i o n ）层级，公 司将下设三个运营公司和 三个战略公司。 三大运营公司包括：天然 气与发电、智能基础设施 和数字化工业； 三大战略公司分别是：西 门子医疗、西门子歌美飒 和筹备中的西门子阿尔斯 通。 重组业务削减管理成本， “ 去中心化 ” 西门子发布 “ 2020 公司愿景 ” 在原来的电 气化、自动化基础上， 将数字化作为公司未来 的重点， 同时对旗下组织架构进行重整，取消 “ 业务领域 ” 层级，由 16 个业务部门削减为 9 个。 架构重组背景： 2012 年西门 子的利润率约为 9% ，但同期 主要竞争对手 ABB 集团和通用 电气的利润率分别达到 1 0 . 3 % 和 15% ，内部改革迫在眉睫。 进一步 “ 去中心化 ” ，激活业务自由度 “ 公司愿景 2020+ ” 战略的主要目标是赋予公 司各业务更大的自由度，在强大的西门子品牌 旗下开展自主运营，使其更加专注于在各自市 场的发展 ，由原有的 9 个事业部改为 3 大运营公 司 + 3 大战略公司 。 架构重组背景：为了更好地 动态化服务客户，把握数字 化机遇， 现有的业务集团 （ D i v i s i o n ）层级将被取消， 区域组织架构将更加以客户 为导向进行调整。 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 11 图表 11 西门子“数字化企业”软件套件 图表 12 西门子工业软件涵盖产品开发及生产全程 资料来源： Siemens AG 2015 Realize innovation 资料来源： Siemens AG 2015 Realize innovation 数字 化产业 渐成西门子贡献最突出的盈利来源 。 无论是订单安排还是营收创造，随着产 品结构优化和智能制造大战略的实施，数字 化 为西门子带来强劲的增长动力；西门子数 字化产业订单、营收占比由 2013年的 11.15%、 12.26%稳步提至 2020年的 16.86%、 18.68%， 近 7 年复合增速分别达 8.64%、 7.57%（整体工业板块增速为 2.41%、 1.29%）。 图表 13 西门子数字化产业历年订单及占比 图表 14 西门子数字化产业历年营收及占比 资料来源： 西门子历年财报、 华创证券 资料来源： 西门子历年财报、 华创证券 西门子对数字化部门给予业绩高期待，战略重心转移大势所趋。 西门子为数字化产业设 置了显著较高的利润率预期，从 2020 年报来看高达 17%-23%，较其他分部业务最高， 高出整体工业业务均值水平 7 个百分点。不仅如此，数字化产业部门为西门子创造了最 主要的营业利润，并且较 2019 年实现了唯一的正增长。作为全球工业 4.0 数字化战略的 发起者之一，西门子告别传统能源巨头的“人设”，壮士断腕分拆西门子能源独立上市， 以轻装上阵的姿态积极扶持数字化产业（ DI 部门）和智能基础设施。 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 12 图表 15 西门子 2020 年各业务部门营业利润构成 图表 16 西门子 2020 年各业务利润率设置范围 资料来源： 西门子历年财报、 华创证券 资料来源： 西门子历年财报、 华创证券 工业互联网是西门子数字 部门的核心所在，工业软件创收占比持续提升。 软件业务是西 门子工业互联网的核心载体，从近年趋势来看，西门子工业软件于数字化产业的营收占 比持续提升，至 2020 年已达 27.63%，近 3 年复合增速为 7.89%，为数字化产业增长最重 要的驱动力 。 图表 17 西门子 2020 年营收构成 图表 18 西门子 2020 年数字化产业分部收入 资料来源： 西门子历年财报、 华创证券 资料来源： 西门子历年财报、 华创证券 （ 二 ） MindSphere： 德系 工业 的彰显者 1、 当“工业硬汉”已成过往 告别工业“硬汉”，西门子借收购造就工业数字化巨头。 工业软件重要性和西门子的数 字化转型战略促使工业软件成为其发展重心。 工业软件在数字化时代开始凸显其重要性， 在近 20 年的时间里，西门子完成对多家公司的收购，成功向数字化转型。 2001-2006 年， 西门子相继收购了多家 MES（制造执行系统）厂商，并在此基础上推出了自己的 MES 软件 SimaticIT。于西门子而言， 2007 年则是资本操作影响更为深远的一年，西门子于当 年以 35 亿美元收购美国 PLM（产品生命周期管理）公司 UGS，旗下产品包括 3D 设计 软件三大顶级产品之一、集 CAD（计算机辅助设计） /CAE（计算机辅助工程） /CAM（计 算机辅助制造）于一体化的数字产品开发系统 UX，为此后的生产数字化奠定软件设施基 础。 随着收购的进行，西门子悄然成为仅次于 SAP 的欧洲第二大软件公司，以及世界 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 13 十大软件供应商。 图表 19 西门子工业软件收购历程 资料来源： 西门子官网、 华创证券 西门子以数字化内外赋能，生产力、竞争力迎戴维斯双击。 数字化的核心价值在于利用 虚拟世界中运转的数据赋能各级决策，以在市场竞争和不确定环境下敏捷地应变。快速 有效的决策将在需求微粒化的时代带来更快的交付速度、更好的质量，以及更低的成本。 这将成为提升下游客户满意度、市场占有率和盈利能力的重要手段，进而在虚拟世界中 高速准确地开发、预测、改进、执行时，作为传统企业的对手依然在文件的传递中空耗 着时间和成本，无法与之竞争同一市场。 图表 20 不同工业企业发展模式下的生产力、竞争力增长曲线 资料来源： 西门子数字化转型白皮书：凡是过往，皆成序章 、 华创证券 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 14 2、 MindSphere， 工业 数字化启航 通过对外收购夯实软件根基， 西门子以 MindSphere 实现平台化 。 作为创新引领者，西 门子凭借前瞻性思维考虑到更深层次的数字化转型，将人工智能、边缘计算、工业 5G、 自主处理系统、区块链和增材制造等尖端技术融入到西门子的数字化企业解决方案中， 从而推动信息技术和运营技术的融合，实现数据的智能化使用。 MindSphere 是西门子基 于云的开放式物联网操作系统，也是西门内外数字赋能的核心工业互联网自建平台（隶 属于 DI 部门， Digital Industry）之一。 在 2016 年 4 月汉诺威工业博览会上，西门子首次推出工业物联网操作系统 MindSphere， 次年 MindSphere成为西门子展区最核心的展出内容。 MindSphere基于亚马逊 AWS等 IaaS （基础设施服务），提供平台服务（ PaaS），其设计思路是“向下为连接各类设备提供 统一的接口，实现不同设备之间的互联互通；向上为各种各样的应用软件提供良好的开 发、运营环境”，让工业 界的客户可以在一个平台收集、分析生产流程的所有数据，以 优化效率。简而言之， MindSphere 一边可以连接不同品牌的工业制造硬件，另一边又能 让第三方开发自己自己的软件。类比成移动互联网， MindSphere 就是工业界的 iOS 或 Android。 图表 21 MindSphere 产品架构 资料来源： 西门子 MindSphere 使用白皮书： 助力世界工业实现数字化转型 端对端的 数字孪生是工业企业生产数字化的关键，而这正是 MindSphere 系统的数字基 础。 所谓 数字孪生， 是指真实世界在虚拟世界的映射，通过模拟具体设备在真实环境中 的行为，对产品、制造过程，甚至整个工厂进行虚拟仿真，从而提高制造企业产品研发、 制造的生产效率。当开始制造产品， MindSphere 就开始发挥作用 ，后者 能基于数字化双 胞胎监测整个生产流程的数据，并且通过数据分析哪里出现问题。 例如检测发动机状态、扭矩、磨损等，需要间接测量发动机的温度、加速度、压力、磁 场等信号和数据。将采集到的数据映射到数字化双胞胎中，获得发动机的磁场仿真、温 度仿真的热分布图，分析发动机的扭矩、磨损情况，从而通过数字双胞胎与测量、传感 器及云真正融合，设定整个运营、决策解决方案。 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 15 图表 22 MindSphere 数字孪生运行模式 资料来源： 西门子 MindSphere 使用白皮书： 助力世界工业实现数字化转型 图表 23 数字孪生的关键执行步骤与意义 关键步骤 具体执行内容 实践意义 1、 虚拟产品 虚拟数字化产品模型，对其进行仿真测试和验证，以便降低验证成本和缩短上市时间 帮助企业在实际投入生产之前即能在虚 拟环境中优化、仿真和测试，在生产过 程中也可同步优化整个企业流程，最终 实现高效的柔性生产、实现快速创新上 市，锻造企业持久竞争力 2、 虚拟生产 利用虚拟生产模拟生产流程，从而识别生产瓶颈、分析问题根本原因，进而缩短调试时间、优化生产 3、 实际生产 通过基于连接和数据分析的人工智能驱动端到端流程优化服务，提高性能 4、 实际产品 使用数据增值服务将设计和行为数据反馈到虚拟产品中以进行持续优化 5、 工业物联网 开发边缘和物联网应用程序，将设备和数据从现场无缝集成到云端 6、 持续改进 上至企业级的 OEE 数据透明使机器和设备能够持续改进 7、 工业安全 使用防御策略保护知识产权和生产力，以抵御所有潜在威胁 资料来源： 西门子 MindSphere 使用白皮书： 助力世界工业实现数字化转型 、 华创证券 3、 冷却即服务 ， 实践中的真章 温控系统是设备机柜正常运作的核心保障之一。 工业自动化设备通常需要封装在箱体机 柜内部，保护其免受恶劣工况影响。温控系统能够确保机柜内空气温度保持在规定范围， 进而推动机柜内自动化设备可靠运行。但此类温控系统需要定期维护，及时更换空气过 滤器。一旦温控系统发生故障，机柜设备就会失去安全保障，极有可能造成设备停机。 在传统商业模式中，制造公司向供应商采购机柜和所需的冷却系统，制造公司可自己开 展后期设备维护，也可由机柜供应商提供设备维护。 MindSphere 赋能温控数字化， 成就工业互联网范例。 德国一家知名的工业机柜和配套温 控系统制造商与西门子合作，利用西门子 MindSphere 平台的数据采集功能监控机柜冷却 系统的运行状况，并及时给出故障报警和维护策略。通过这种方法，机柜和温控系统制 造商可基于从部署于客户现场的设备中收集到的数据，简化售后服务流程。通过近乎实 时获取信息的技术，建立了“产品 + 数据服务”的新型商业模式。 从技术角度来看，本案例的核心在于能够基于内部温度、压力等传感器实时获取冷却设 备状态。连接层负责将冷却设备数据安全传输到工业物联网平台，基础设施层具备永久 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 16 储存数据的功能，应用层可通过 应用程序编程接口（ API）访问数据。 图表 24 MindSphere 针对冷却设备的数字化赋能架构 资料来源： 中德工业互联网白皮书中文版工业 4.0工业互联网：实践与启示 制造公司能够通过传感器获取设备实时状态，基于仪表板和维护应用程序进行可视化和 维护诊断。从制造公司的角度来看，机柜和冷却系统属于辅助设备，与工厂的核心业务 几乎无关。因此，制造公司可将温控系统的管理和运行全部外包，并且仅通过订购“冷 却即服务”的功能，保证量化指标和可用性即可。 通过应用以上工业物联网服务，机柜供应商能够提供带有“冷却即服务”功能的产品。 这种服务需要具备两大基础，一是能够通过工业物联网平台访问所有已部署系统的运行 和健康状态数据；二是针对给定的可用性目标，供应商拥有优化维护服务所需的专业知 识和经验。 最终机柜供应商可能不会向制造公司出售冷却设备产品，而只是出售具有可 用性保证的冷却服务。 图表 25 MindSphere 赋能传统温控系统升级 图表 26 工业互联网体系架构呈现该案例 资料来源： 中德工业互联网白皮书中文版工业 4.0工业互联网： 实践与启示 资料来源： 中德工业互联网白皮书中文版工业 4.0工业互联网： 实践与启示 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 17 三 、 工业互联， 西学为用 的东方快线 （一 ） 工业无互联， 安 揽瓷器活？ 1、 大象转身 ， Made by China 渐进 工业附加值、产能利用率双低，智能制造力促国内工业转型。 中国 传统制造业基本追求 大批量、规模化、流程固定的低价同质商品，依靠价格优势抢占全球市场，而中国的出 口商品召回通报指数为日本等国的 10 倍，产品附加值整体较低。 在产能利用率层面，根 据国际通行标准，低于 79%为产能过剩，而自 2012 年以来的国内工业产能一直处于标准 值以下，工业互联网则能借助柔性工厂、 C2M 等技术来提升产能利用率。 图表 27 各国出口商品召回通报指数 图表 28 2012-2019 年中国工业产能利用率 资料来源： 工信部规划司、 华创证券 资料来源： 国家统计局、 华创证券 制造业价值链亟需弯道超车，工业互联网是披荆捷径。 目前来看，美股上市工业企业的 销售毛利率是中国上市公司的近 2 倍。可以看出，中国制造仍在微笑曲线底部，是价值 链中附加值率较低的部分。中国制造企业正借力数字化向高端制造转型，以提高附加值 率和竞争力。 图表 29 各国制造业微笑曲线分布 图表 30 美股与 A 股工业企业销售毛利率对比 资料来源： 亿欧智库 2019 中国智能制造研究报告 资料来源： Wind、 华创证券 数字科技研究专题 证监会审核华创证券投资咨询业务资格批文号：证监许可（ 2009） 1210 号 18 2、 弯道 赶进 ， 国内 工业正重