2022年军工虚拟制造行业发展现状分析.docx

2022年军工虚拟制造行业发展现状分析1.行业分析1.1 军工行业特征军工企业注重研发和工艺管理，产品结构复杂，生产模式往往具有以下特征：小批量、多品种：同一类型配套产品，根据应用领域的不同、与之配套的整机装备 不同、同一装备中各部分性能指标要求不同，因此呈现小批量、多品种的特征；长周期：军事装备定型一般要经历论证、研制、检测、试验、试生产等多个阶段， 验证时间长，且军方采购具有强计划性的特点，型号装备从开始列装到最终淘汰的 周期较长；变状态：在复杂运行环境下系统动态特性快速多变，产品研发难度大；高质量：应用部位关键，产品质量要求高。目前军工企业数字化水平较为薄弱。在工艺设计上，目前工艺方案的设计大多凭借经验 和试错法，效率低；在产品实现过程中，大多数企业的设备与生产线基本处于半自动化 状态，设备间没有实现互联互通，缺乏必要的数据采集系统、设备监控系统，设备运行、 维护、保养困难；制造过程人工干预较多，难以实现生产线的一致性控制，导致产品质 量的稳定性和一致性较差。军工企业急需“虚拟制造”来提升效率、控制质量和降低成本。数字化、智能化的过程 控制将逐步替代传统的依赖工人操作经验的模式。1.2 虚拟制造虚拟制造指通过计算机模型来模拟实际制造过程。虚拟模型的最大亮点是其可反复修改 性和分布式。通过不断交互，模拟各种情况的生产和制造过程，并根据不同情况实现快 速更改。同时，相关人员和设备在空间上可以相互分离，协同完成同一个虚拟制造过程。虚拟制造技术是武器装备自主研制的加速器。目前，传统试制研制方式已无法满足产品 提质增效与重点型号工程的发展需求，军工企业已经开始广泛探索和应用虚拟制造手段。 比如中国航发黎明开展建设以“虚拟制造、虚拟现实、工艺仿真、工厂仿真”四位一体 的工艺技术预先验证机制，未来还将持续发展制造工艺仿真技术研究。军工集团内部研发力量分散，厂所分离，且有大量任务外协。因此，急需加强数字化转 型，集成分散的信息系统，推进横向集成与纵向贯通，形成合力，提升效率。我们以航空发动机研制为例分析虚拟制造的优势。航空发动机研制面临客观周期长、过 程反复多的问题。传统模式下，人们被迫通过物理样机的反复试制来优化设计方案，每 一次“反复”消耗的都是“真材实料”，不仅面临时间和成本的严峻考验，还给设计方 案的最优化带来了重重阻力。而虚拟制造通过其对真实状态的模拟逼真，能够预先解决 后续阶段中的现实设计问题，提高设计能力、缩短周期和降低成本，成为航空发动机领 域重点研究的方向之一。“虚拟制造”可以通过虚拟设计、虚拟装配与维修仿真、生产工艺仿真、虚拟性能仿真、 异地协同仿真等方式来助推发动机研制加速。虚拟设计：通过三维空间布局设计带来直观体 验，也是空间设计精度更高，方便进行工位级 的全方位详细布置设计。虚拟装配与维修仿真：以可视化方式研究和 解决装配的可行性、可达性，验证装配工艺设 计的合理性，及时发现各种结构性和空间性问 题，并对工艺方法、工装结构和生产线布局等 进行修改和优化。虚拟维修突破了空间和时间 上的限制，可以实现逼真的设备拆装、故障维 修等操作，并进行可维修性分析与评估。生产工艺仿真：在三维沉浸感的虚拟环境中真 实再现一个具体的工艺过程，并且允许用户实 时操作工艺设备或改变相关参数。能够从理论 分析入手，对生产过程动态仿真，从而指导真 实生产过程。虚拟性能仿真：随着虚拟现实技术与高性能计 算机及算法的发展，虚拟环境中的建模技术趋 于数字实体化，将模型置于贴近真实的虚拟环 境中进行控制、仿真和分析，可以直观、方便 地进行动态和稳态性能仿真。异地协同仿真：航空发动机设计是一个多层次 动态多变耦合协同设计/仿真过程，需要多个 厂所共同协作才能完成，虚拟制造系统可以提 供协同仿真与优化环境，将异地的、各具优势 的研究开发力量，通过网络和视像系统联系起 来，进行异地开发，更好地服务于IPT团队。1.3 数字孪生虚拟制造主要应用数字孪生技术。数字孪生由NASA率先提出，借助高精度模型、传感 器信息和输入数据来映射和预测实际产品的运行情况和性能。2011年，美国空军研究实 验室（AFRL）将数字孪生引入飞机机体结构寿命预测中，随后应用到装备研制过程中， 大幅降低武器装备研发周期和成本。GE公司和罗罗公司均采用数字孪生进行预测性维修服务，采集飞行过程中的大量飞行 数据、环境和其他数据建立分析模型，以判断磨损情况和预测合理的维修时机，实现故 障前预测和监控；洛克希德-马丁公司构建了面向军用战斗机制造和装配的数字孪生，提 高了装备可靠性。数字孪生技术在武器装备研制生产过程中有以下作用：使任务成功的概率最大化：数字孪生技术可在实际产品运行之前，先在虚拟的环境 中进行“试运行”，研究不同任务参数或异常现象所带来的影响，验证性能退化和 损伤的缓解策略，支持参数化研究以优化运行方案；映射实际产品的运行过程：通过不断接收实际产品运行时的负载、温度等环境参数 ，修正模型精度，连续预测实际产品的运行情况；实时预判产品运行过程中可能发生的潜在事故：当实际产品上布置的传感器将产 品健康退化的状态传递到数字孪生体中，能迅速分析诊断出导致异常现象的原因；预测产品出现设计状态未考虑到的异常情况时的状态。1.4 驱动力（军工产能放量）武器装备加速更新换代：军工板块当前处于“十四五”景气初期，在“备战打仗”和“实现建军百年奋斗目 标”的要求下，武器装备有望加速更新换代。产业链上下游纷纷扩产：为应对快速扩张的下游需求，从“十三五”后期起，军工产业链上下游密集扩产， 在建工程规模持续增长，全行业实现产能提升。这种产能加速释放的态势在未来一 段时间仍将持续。从增发角度看，申万一级行业97家军工企业中，2020年共有10 家企业公告增发，2021年则有23家企业公告增发。因此，当前军工企业迫切需要数字化工具来帮助提质增效，新增产能建设和新型号投产 将拉动数字化产线、数字孪生试验台等产品需求。图：军工各板块在建工程规模增长1.5 驱动力（正向研发需求）正向研发是武器装备的必经之路。正向研发是逆向研发的对立概念，即不以山寨为手段， 而从方法理论起步，进行原创设计和自主创新。在军工领域，正向研发可以理解为“自 主研发”、“自主可控”。军工行业具有天然的正向研发需求。随着中美摩擦加剧，美国在技术领域对华封锁，军 工自主可控需求进一步提升，当前我国武器装备大量展开“正向研发”。虚拟制造加速正向研发进程，将受益于正向研发需求提升。虚拟制造能够减少实物反复 试验、风险和成本，大幅提高研制效率和质量，是正向研发过程中的重要推手，将持续 受益于正向研发需求的提升。1.6 军工集团数字化转型加速各大军工企业响应积极，数字化转型工作势头良好，取得积极进展。中国航发集团：全力推进向“数字化、网络化、智能化”方向的转型，提供面向产 品全生命周期、管理全业务流程、企业全价值链的服务解决方案。逐步建立集成化 研发的工程体系，高度整合集成应用系统，实现全球协同价值链和企业工业网络集 成，努力向智能化制造和制造服务型企业转变，实现服务增值和制造精益化。目前 已有效运用虚拟仿真系统，降低了生产周期和研制成本。航空工业集团：“十四五”发展规划明确把“数智能力体系”建设作为与科技、产 品和产业并列的发展主线，攻克设计试制试验各环节的数字化、智能化瓶颈， 推动航空创新链和产业链深度协同，打造面向产品和服务全寿命周期的“数智”保 障能力，推动航空工业向更加敏捷、精益、高效、融合的方向转型升级。航天科技集团：围绕实施数字航天战略、支撑航天强国建设的目标，全面推进数字 化转型探索与实践，启动了“管理信息化提升工程三年行动计划”、“数字一院” 、“宇航智造工程”等一系列重点工程，初步取得成效。中国电科集团：聚焦数字产业化、产业数字化、治理现代化，加快企业经营、资源 管理、服务模式转型，实施了一系列大项目大系统大工程，助力网络强国、数字中 国、智慧社会建设。兵器装备集团：大力实施“1343”数字化转型战略。围绕“数字兵装”一个总体 目标，聚焦主责主业，全力推进“战略管控、智能制造、数字经济”三大任务；构 建“数据驱动战略监管体系”“产业链一体化协同创新体系”“创新平台支撑体系 ”“数字化能力与安全保障体系”等四大创新体系，虽然取得了一些成效，但总体 上还处于起步阶段，对标世界一流企业尚有较大差距。中核集团：提出“以数字技术应用推动产业链升级、以数据治理加快数字化转型进 程、以新基建夯实数字化转型基石”, 推动核工业向数字化、智能化方向加快 迈进。1.7 竞争格局国内为军工行业提供数字化转型方案和产品的企业有三类，包括体系内的中船信息、国 睿信维和体系外的北京索为，以及西门子、达索、PTC等外企。前两类公司在军工领域 有各自的覆盖重点，而后一类企业主要是提供通用的工业软件，对制造业进行全覆盖。中船信息：中国船舶集团有限公司下属公司，承担以信息技术为主业的软件产品研 发、仿真模拟和信息化建设任务，产品多应用于船舶领域；北京索为：提供以知识自动化为驱动的工业互联网、工业软件操作系统及工业APP 开发运营服务，进入行业较早，航天、航空、电子、核领域均有覆盖；西门子：全球领先的技术企业，下属西门子工业软件公司是全球领先的PLM软件、 MES软件、系统与服务提供商，主要通过并购实现全功能集成和整合；达索：法国第二大飞机制造公司，世界主要军用飞机制造商之一，旗下达索系统是 全球顶尖工业软件提供商，其借助 3DEXPERIENCE平台，为客户提供软件解决方 案2. 公司优势2.1 产品和技术优势能科科技长期参与军工虚拟制造领域大量的技术论证和立项，投入了大量时间、精 力和前期技术资源。公司客户覆盖各大军工集团，国产C919大飞机试飞管理平台 即由公司提供。公司对未来的军工订单可见性的预期较为精准。能科科技半数以上的技术人员拥有学习/从事自动化或航空制造类产业的经验，同 时也具备一定的软件开发能力。公司最大的壁垒在于员工对复杂产品型号研制工艺 的理解和掌握，对军品生产流程Know-How的积累。公司正逐步向产品化、平台化和云服务化转变。公司已顺利募集资金8亿元，建设“基 于云原生的生产力中台建设项目”、“服务中小企业的工业创新服务云建设项目”和 “面向工业大数据应用的数据资产平台建设项目”三大项目。公司基于数字孪生的产品全生命周期协同平台项目基础，建设能够快速响应企业业务需 求、提供信息化、数字化支持系统的生产力中台。“乐仓生产力中台” 和“后厂造工业 创新服务云平台”即募投项目成果。前者是把集团多年行业服务的先进经验进行系统化， 技术化的“功能性集群”，现在已经拥有众多企业客户；后者是促进学习交流以及项目 对接的平台，已于2021年12月26日正式营业。2.2 客户资源优势军工客户范围广，粘性强。公司军工客户涵盖航空、航天、兵器、舰船、电科等。以航 空板块为例，公司参与中国航发608所“某涡轮试验台转速控制系统”项目建设，模拟 航空发动机涡轮转子的启动与负载试验；承制东安公司某减速器试车台改建项目，保障 了型号研制进度；开展某型号直升机主减试车台建设等。公司采用以头部客户带动产业链发展的方式，通过对已有客户的长期精细化服务，形成 较强的客户粘性，并在行业内树立良好的示范效应，为后续的市场开拓奠定基础。公司也和云厂商如华为云等紧密合作，共同服务于军工央企等大客户。2.3 人才优势公司人员专业类型全面，覆盖了咨询服务、企业管理系统（ERP）解决方案、产品全生 命周期管理（PLM）、仿真与测试服务（STS）、工艺自动化（PA）、可视化生产运营 管理系统（MOM）、测试台产品（TP）以及数据资产（DAM）八项专业， 能够为客户 提供全场景全生命周期的数字化转型赋能。并且公司拥有大量复合背景人才，能够理解 复杂性产品型号及工艺流程，打造公司核心竞争力。2021年公司推出连续十年期的员工持股计划，第一期以33.11元/股的价格购入54.35万 股，解锁条件为以2019年归母净利润为基础，2021/2022/2023年增长率不低于 80%/125%/185%，即实现归母净利润不低于1.62/2.03/2.57亿元。员工持股计划有望充 分调动员工积极性，巩固人才优势，助力公司长期持续、健康和稳定发展。