世界智能制造装备产业发展总体现状和趋势26

2015/10/131世界智能制造装备产业发展总体现状和趋势智能制造装备是《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中明确的高端装备制造业领域中的重点方向。什么是智能制造装备？智能制造装备的范围又包括哪些具体的产品和产业？本文在大量调研国内外文献的基础上，对国内外有关智能制造及装备的定义和产业范围进行了梳理，并对当前智能制造装备产业的发展现状和技术发展趋势，以及我国发展智能制造装备产业面临的机遇与挑战进行了简要的描述。一、智能制造装备的定义和产业范围界定（一）智能制造的提出及其背景制造业的发展先后经历了手工制作、流水线制造、自动化制造、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计及敏捷化制造等阶段。就自动化制造（也称工业自动化）阶段而言，大致每十年上一个台阶：20世纪50～60年代是单机数控；70年代以后则是数控（CNC）机床及由它们组成的自动化岛；80年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时，出现了计算机集成制造，但与实用化相距甚远。2015/10/132表1自动化制造发展进程表资料来源：韩权利，赵万华，丁玉成.未来的制造模式――智能制造[J].机械工程师，2002.1.20世纪80年代以来，先进的制造技术和计算机技术广泛应用于现代制造业，传统的设计方法和管理手段不能有效、迅速地解决现代制造系统中出现的新问题。于是，人们开始借助现代的工具和方法，利用各学科最新研究成果，通过将传统制造技术、人工智能科学、计算机技术与科学等有机集成，发展一种新型的制造技术与系统，这便是智能制造技术（IntelligentManufacturingTechnology，IMT）与智能制造系统（IntelligentManufacturingSystem，IMS），它们总称智能制造（IntelligentManufacturing，IM）。（二）智能制造发展历程及政策推进概述智能制造（IM）在国际上尚无公认的定义，目前通常认为它是智能制造技术（IMT）和智能制造系统（IMS）的总称。智能制造的概念始于20世纪80年代末，首先由美国提出。1988年，美国NewYork大学的P.K.Wright教授和Carnegie-Mellon大学的D.A.Bourne教授出版时间内容20世纪60年代单机数控20世纪70年代CNC机床及组成的自动化“孤岛”20世纪80年代世界性的柔性自动化热潮2015/10/133了《ManufacturingIntelligence（智能制造）》一书，首次提出了智能制造的概念，并指出智能制造的目的是通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器控制对制造技工的技能和专家知识进行建模，以使智能机器人在没有人工干预的情况下进行小批量生产。1989年，D.A.Bournne组织完成了首台智能加工工作站（IMW）的样机，被认为是智能制造机器发展史的一个重要里程碑。自美国提出智能制造（IM）的概念后，智能制造系统（IMS）一直受到众多国家的重视和关注，纷纷将IMS列为国家级计划并着力发展。如，美国先进制造技术(AdvancedManufacturingTechnology,AMT)发展战略（1991年）、美国先进制造技术计划（AMTP）（1993年）、美国敏捷制造使能技术战略发展计划（TechnologiesEnablingAgileManufacturingStrategicplan,TEAM）（1995年）、韩国“高级先进技术国家计划”（简称G-7计划）（1991年）、德国“制造2000计划”、欧共体的“ESPRIT”计划和“BRITE—EURAM”计划、日本智能制造系统（IMS）国际合作计划等。其中，最具影响力和代表性的当属日本的IMS国际合作计划，它是迄今为止已启动的制造领域内最大的一项国际合作计划。1991年1月，日本、美国、加拿大、澳大利亚、瑞士、韩国和欧盟联合开展了IMS国际合作计划，总投资达40亿美元，计划的出台是为了克服柔性制造系统（FMS）、集成制造系统（CIMS）的局限性，把日本工厂和车间的专业技术与欧盟的精密工程技术、美国的系统技术充分地结合起来，开发出能使人和智能设备都不受生产操作和国界限制、彼此合作的高技术生产系统，该计划鼓2015/10/134励工业界、学术界和政府在现代制造技术领域进行广泛地研究与合作。IMS的目标是要全面展望21世纪制造技术的发展趋势，先行开发下一代的制造技术，同时致力于全球制造信息、制造技术的体系化、标准化。进入21世纪以来，日、美、欧都将智能制造视为21世纪的制造技术和尖端科学，并认为是国际制造业科技竞争的制高点，且有着巨大的利益，所以他们在该领域的科技协作频繁，参与研究计划的各国制造业力量庞大，主宰未来智能制造的发展趋势。例如，美国2011年提出“先进制造业伙伴计划（AdvancedManufacturingPartnership,AMP）”；2012年发布“先进制造业国家战略计划（ANationalStrategicPlanforAdvancedManufacturing）”。我国于上世纪80年代末也将“智能模拟”列入国家科技发展规划的主要课题，已在专家系统、模式识别、机器人、汉语机器理解方面取得了一批成果。1993年起，国家自然科学基金委员会每年适度资助智能制造方面的有关研究项目；国家制定的“九五”计划也将先进制造技术（包括IMT和IMS）作为重点发展领域之一。在强调先进制造振兴战略的今天，我国非常重视智能制造的发展，特别是自2009年5月《装备制造业调整和振兴规划》出台以来，国家政策支持力度不断加大。2012年3月27日，我国科技部组织编制了《智能制造科技发展“十二五”专项规划》，规划认为：智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造；智能制造技术是世界制造业未来发展的重要方向之一，是推动我国传统制造产业的结构转型升级的重要途径，全面开展智能制造技术研究将是发展高端装备制造2015/10/135业的核心内容和促进我国从制造大国向制造强国转变的必然。专项规划将结合世界发展的趋势和未来前沿制高点，研究智能制造基础理论，攻克一批前沿核心技术和共性关键技术，研制一批智能化高端装备，并进行示范应用和产业化，为实现我国从制造大国向制造强国转变奠定技术基础。（三）智能制造装备的定义和产业范围界定目前，世界其他国家包括国际组织并没有提出“智能制造装备”这个概念，“智能制造装备”的概念可以说是我国所独有。虽然欧美日等发达国家政府没有智能制造装备这一提法，但有相对应的产业归属范畴，其基本归属于2007版北美产业分类标准（NAICS）中的“金属加工机械制造（3335）”、“导航、测量、医学和控制仪器制造（3345）”、“电气设备及组成制造（335）”等，相当于欧盟2007版产业分类体系中的“测量、测试、导航仪器和设备制造（26.51）”、“光学仪器及摄影器材制造（26.70）”、“电气设备制造（27）”、“金属成型机械和机床制造（28.4）”、“医疗和牙科仪器及用品制造（32.50）”等，和日本2007版产业分类体系中的“金属加工机械及设备制造（266）”、“各种生产机器及机械零部件制造（269）（其中，机器人（2694））”、“测量仪器、分析仪器、检测机械、测量仪器、物理和化学仪器制造（273）”、“医学仪器及零部件制造（274）”、“光学仪器（275）”、“电气机械设备及用品制造（29）”等。2015/10/136表2国外有关“智能制造装备”相对应的产业范畴资料来源：上海科学技术情报研究所（ISTIS）分析整理在我国，智能制造装备的定义是：具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称。它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。智能制造装备是传统产业升级改造、实现生产过程自动化、智能化、精密化、绿色化的基本工具，是培育和发展战略性新兴产业的支撑，是实现生产过程和产品使用过程节能减排的重要手段。智能制造装备的水平已成为当今衡量一个国家工业化水平的重要标志。北美2007版产业分类标准（NAICS）欧盟2007版产业分类体系日本2007版产业分类体系金属加工机械制造（3335）导航、测量、医学和控制仪器制造（3345）电气设备及组成制造（335）等。测量、测试、导航仪器和设备制造（26.51）光学仪器及摄影器材制造（26.70）电气设备制造（27）金属成型机械和机床制造（28.4）医疗和牙科仪器及用品制造（32.50）等。金属加工机械及设备制造（266）各种生产机器及机械零部件制造（269）（机器人（2694））测量仪器、分析仪器、检测机械、测量仪器、物理和化学仪器制造（273）医学仪器及零部件制造（274）光学仪器（275）电气机械设备及用品制造（29）等2015/10/137智能制造装备是《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（2010年10月）和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》（2011年3月）中明确的高端装备制造业领域中的重点方向，关系到国家的经济发展潜力和未来发展空间。考虑到智能制造装备的战略地位，以及在推动制造业产业结构调整和升级中的重要作用，“十二五”期间国家将持续加大对智能制造装备研发的财政支持力度。2012年5月，我国工业和信息化部印发了《高端装备制造业“十二五”发展规划》，作为子规划的《智能制造装备产业“十二五”发展规划》也同时发布，该子规划重点围绕关键智能基础共性技术、核心智能测控装置与部件、重大智能制造成套装备等智能制造装备产业核心环节提出了重点发展方向。根据我国工业和信息化部发布的相关规划，可以明确智能制造装备产业主要包括：高档数控机床与基础制造装备；智能控制系统；智能专用装备；自动化成套生产线；精密和智能仪器仪表与试验设备；关键基础零部件、元器件及通用部件等内容，详见表3。2015/10/138表3我国智能制造装备产业范畴资料来源：上海科学技术情报研究所（ISTIS）分析整理由于国际上没有“智能制造装备产业”这一提法，无法获取该产业的直接数据，所以难以描绘该产业发展的全貌。在此，我们通过对与之概念相关的核心行业如工业机器人、数控机床、智能控制系统、自动化仪器仪表和3D打印设备等行业进行观察分析世界智能制造装备产业的总体发展态势。（一）发达国家智能制造装备产业优势明显智能制造装备高档数控机床与基础制造装备重点发展：高速、精密、复合数控金切机床；重型数控金切机床；数控特种加工机床；大型数控成形冲压设备；重型锻压设备；清洁高效铸造设备；新型焊接设备；大型清洁热处理与表面处理设备；非金属成型设备；新材料制备装备；高档数控系统；数控机床功能部件；数字化工具系统及量仪。智能控制系统重点发展：集散控制系统（DCS）；现场总线控制系统（FCS）；可编程控制系统（PLC）；先进高效发动机及其智能控制系统；新能源、新材料、节能环保等新兴产业所需要的专用控制系统。智能专用装备重点发展：机器人产业；矿山用智能自卸电铲、智能化全断面掘进机、快速集成柔性施工装备为代表的智能化大型施工机械；数字化、智能化、高速多功能印刷机械；大型先进高效智能化农业机械。自动化成套生产线重点发展：大型煤化工自动化关键装备；大型液化天然气生产储能自动化关键装备、大型天然气长距离输送系统；高效棉纺、短流程染整自动化生产线；大型煤炭井下自动化综合采掘成套设备及大型露天矿自动化成套设备。精密和智能仪器仪表与试验设备重点发展：高精度、高稳定性、智能化压力、流量、物位、成份仪表与高可靠执行器，智能电网先进量测仪器仪表（AMI），材料分析精密测试仪器与力学性能测试设备，新型无损检测及环境、安全检测仪器，国防特种测试仪器等各类试验设备。关键基础零部件、元器件及通用部件重点发展：高可靠性力敏、磁敏等传感器，新型复合、光纤、MEMS、生物传感器，仪表专用芯片，色谱、光谱、质谱检测器件;高参数、高精密和高可靠性轴承、液压/气动/密封元件、齿轮传动装置及大型、精密、复杂、长寿命模具；电力电子器件及变频调速装置。