智能制造-全球趋势与中国战略-吕铁

6学术前沿2015.06上二十四个重大问题研究ImportantIssues当前，新科技革命和产业变革正在兴起，全球工业技术体系、发展模式和竞争格局迎来重大变革。发达国家纷纷出台以先进制造业为核心的“再工业化”国家战略：美国大力推动以“工业互联网”和“新一代机器人”为特征的智能制造战略布局；德国“工业4.0”计划的提出旨在通过智能制造提振制造业竞争力；欧盟在“2020增长战略”中提出重点发展以智能制造技术为核心的先进制造；日本、韩国等制造强国也提出相应的发展智能制造的战略措施，可见，智能制造已经成为发达国家制造业发展的重要方向，成为各国发展先进制造业的制高点。我国在2015年推出的“中国制造2025”战略中也强调了智能制造的重要性。在当前以中高速、优结构、新动力、多挑战为主要特征的新常态下，发展智能制造不仅是我国产业转型升级的突破口，也是重塑制造业竞争优势的新引擎，被理论与实践各界普遍认为代表了制造业的未来方向。智能制造：全球趋势与中国战略中国社会科学院工业经济研究所研究员吕铁中国电子信息产业发展研究院研究员韩娜【摘要】互联网、大数据等技术成为智能制造发展的动力引擎，智能制造装备也将呈现模块化、开源化和个性化的发展趋势。目前虽然我国智能制造取得了突出的进展，但仍然存在关键零部件受制于人、高端市场面临外资围困、对软件系统重视不足等诸多发展瓶颈。本文分析了全球智能制造技术的发展趋势以及发达国家的政策动向，通过借鉴各国先进经验，提出我国发展智能制造要把基础系统软件的开发和标准的制定纳入到顶层设计中，加强关键核心技术攻关和自主品牌建设，大力培养技能工人和高端技术人才，完善落实相关配套政策，大力鼓励技术创新，重塑我国制造业竞争优势。【关键词】智能制造制造业再工业化工业互联网工业4.0【中图分类号】TP27【文献标识码】A吕铁，中国社会科学院工业经济研究所研究员。研究方向为制造业结构的调整方向、比较优势与制造业发展战略选择。主要著作有《制造业结构变化对生产率增长的影响研究》《新型工业化道路的结构变动特征》《我国工业技术创新的基本特征及推进思路》等。韩娜，中国电子信息产业发展研究院研究员。Jun,2015FrontIers7智能制造的本质、发展趋势和影响国际金融危机爆发以来，各国纷纷加大科技创新投入，在全球范围内引发了以绿色、低碳、智能为特征的新一轮技术创新浪潮。在新科技革命和产业变革背景下，智能制造必将对全球制造业的发展和转型升级产生深远影响。智能制造IntelligentManufacturing,IM是以新一代信息技术为基础，配合新能源、新材料、新工艺，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。虚拟网络和实体生产的相互渗透是智能制造的本质，一方面，信息网络将彻底改变制造业的生产组织方式，大大提高制造效率；另一方面，生产制造将作为互联网的延伸和重要结点，扩大网络经济的范围和效应。以网络互连为支撑，以智能工厂为载体，构成了制造业的最新形态，即智能制造。这种模式可以有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗。从软硬结合的角度看，智能制造即是一个“虚拟网络+实体物理”的制造系统。美国的“工业互联网”、德国“工业4.0”以及我国的“互联网+”战略都体现出虚拟网络与实体物理深度融合——即智能制造的特征。20世纪80年代末，信息技术尚未对人类生产生活造成巨大影响之时，智能制造的概念就已经在欧美日等发达国家被提出。进入新世纪之后，实现智能制造的技术和成本条件成熟，并且，随着资源环境压力加大、劳动成本上升等制造业制约因素的增强，智能制造市场近年来在全球出现了爆发增长并呈现新的特征。互联网技术是实现制造业智能化的动力引擎。互联网技术、云计算、大数据、宽带网络等一系列技术构成广义的互联网，只有借助互联网这一动力引擎，才能实现传感器设备的信息感知，通过宽带网络对数据进行精确控制和远程协作，这些都是智能制造的关键基础。基于互联网应用才能打破组织边界，实现制造业与服务业的融合。美国的先进制造业战略以及对下一代机器人的开发便是基于移动互联网技术的发展与应用，谷歌公司进军智能制造业正是依托其背后强大的互联网基因。智能制造系统将具备自适应能力和人机交互功能。智能制造通过工况在8学术前沿2015.06上二十四个重大问题研究ImportantIssues线感知、智能决策和控制、装备自律执行的闭环过程，完成对周围环境的自适应能力。随着人工智能、仿真等技术的发展，智能制造系统将生成自身的操作、故障解决方案，人和系统之间也将建立协同共事、相互“理解”的合作关系，最终实现广泛的人机交互以及系统交互，从而使人从简单重复的劳动中解脱出来，从事更加富有创造性、附加值更高的生产活动。跨国公司持续加大智能制造投入。一方面，互联网企业开始投资实体经济，充分发挥自身信息技术领域的优势。例如，谷歌公司2013年收购了8家与机器人有关的公司，2014年又陆续收购人工智能公司DeepMind和智能家居公司Nest，智能制造成为谷歌新的业务领域。另一方面，传统制造企业适应环境变化也大力投资智能制造实现改造升级。例如，富士康启动实施了“百万机器人”计划，其2015年规划提出在未来3年内由自动化设备、机器人取代7成左右的人力劳动。以工业机器人为代表的智能制造装备被广泛应用。根据世界机械联合会的数据，2013年机器人销售量同比增长12%，达到17.8万台，在2008年到2013年之间，机器人年均销售增长为9.5%。同时，随着人工智能技术、新材料技术以及信息存储、传输和处理技术的快速发展，工业机器人逐渐呈现出智能化发展态势。装配传感器和具备人工智能的机器人能够自动识别环境的变化，从而减少对人的依赖。未来的无人工厂能够根据订单要求自动规划生产流程和工艺，在无人参与的情况下完成生产。高速网络和云存储使得机器人成为物联网的终端和结点。随着信息技术的进步，工业机器人将更有效地接入网络，组成更大的生产系统，多台机器人协同实现一套生产解决方案成为可能。中国成为全球最大的智能制造装备市场。2008~2013年，我国工业机器人销量年均复合增长率达到37.2%，持续高于全球增速。2013年我国机器人销售规模高达36560万台，同比增长41%，占全球销量的20.5%，超越日本成为全球最大机器人需求市场，2014年的需求增速更是达到54%。但我国工业机器人的密度仍然非常低，为30台/万人，德国的机器人密度是我国的10倍，日本是我国的11倍，因此可预测，我国将成为全球主要机器人制造厂纷纷瞄准的智能装备需求市场。智能制造将推动制造业生产方式变革。基于互联网、大数据、智能制造装备的智能制造具有更快和更准确的感知、反馈和分析决策能力，更加能够满足个性化的市场需求，进行柔性化的产品生产。与当前全球制造业普遍采用的大规模订Jun,2015FrontIers9单生产方式不同，智能制造使个性化产品的大规模定制成为可能，且这种方式即将成为现实。例如，大众汽车已经制定了一项全新的生产战略——模块化横向矩阵，通过标准化部件参数，最终达到通过一条生产线生产出市场所需的任何款型汽车的目的。智能制造促进全球供应链管理创新。智能制造将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个生产过程，使得企业能够在全球范围配置和优化资源。新一代互联网技术将催生虚拟产业集群，促使全球供应链管理向网络化和虚拟化转变。3D打印的广泛应用可以使消费者通过互联网将其所需要的产品就地“打印”出来，由此可以预计，传统的大型生产厂商将面临数以万计的小型社区生产者的挑战。智能制造引领制造业服务化转型。智能制造贯穿产品制造的全过程，消费者不仅能够获得个性化的定制产品，还可以从产品设计阶段就参与其中，监督和指挥加工制造、销售物流环节，实现随时参与和决策自由配置各个功能组件。相应地，制造企业也可以在线生产所需要的各种制造服务，实现生产要素的优化配置。在这种情况下，智能制造生产商不仅提供产品或“产品＋附加服务”，而且提供一揽子的“产品服务包”，角色由产品提供者转变为服务提供者。智能制造加速制造企业成本再造。智能制造使得生产工艺和供应链管理更具有效率，能源消耗程度明显降低，通过系统的自我纠正还能够降低产品的不合格率，产品从设计到投入市场的周期也将缩短，快捷化、服务化的产品为企业创造更多的市场价值，这些都使制造企业的成本投入结构发生明显变化。主要发达国家智能制造发展概况国际金融危机之后，为了刺激本国经济增长，重新塑造在实体经济领域的竞争力，许多发达国家都实施了一系列国家战略，例如美国的“先进制造业伙伴计划”、德国的“工业4.0”计划、日本的“再兴战略”、韩国的“新增长动力战略”、法国的“新工业法国”等。尽管这些战略或计划各有侧重点，但都包括：对新兴产业的补贴和扶持；对前沿技术研发的扶持；对中小企业的扶持；对竞争环境的优化；对新产品市场的培育；对人才培育的改革，等等。此外，通过发展智能制造适应新的要素和市场环境也是这些战略或计划的重要内容。。本轮金融危机以来，美国为重振本国制造业，密集出台了多项政10学术前沿2015.06上二十四个重大问题研究ImportantIssues策文件，对未来的制造业发展进行了重新规划，体现了美国抢占新一轮技术革命领导权，通过发展智能制造重塑国家竞争优势的战略意图。智能制造能够在一定程度上弥补美国劳动力成本高的比较劣势，从而促进高端制造业的回归。2009年以来，美国先后发布了《重振美国制造业框架》、《制造业促进法案》和《先进制造业伙伴计划》，明确要降低制造业成本，促进就业，实现美国能源独立，并把美国打造为企业总部基地。而要实现这一目标，就必须以智能制造改造传统制造业，并大力发展智能电网、清洁能源、先进汽车、航空和太空技术、生物和纳米技术、新一代机器人、先进材料等新兴领域。美国发展制造业的最大约束是高劳动力成本，通过发展智能制造，能够大幅减少制造业的用工需求，使制造业劳动力成本支出维持在一个合理的比例内，从而使得美国的科技优势能够在本国转化为产业优势。下一代机器人是实现智能制造的关键。美国在《重振美国制造业框架》中明确提出要发展先进机器人技术，在《先进制造业伙伴计划》中也提出要推出一项耗资7000万美元的下一代机器人研究计划。2011年6月奥巴马总统宣布启动国家机器人技术计划，并于2013年制定了《从互联网到机器人——美国机器人路线图》，从战略意义、研究路线图、重点发展领域等方面分析了美国制造机器人、医疗保健机器人、服务机器人、空间机器人、国防机器人的发展路线图，推动机器人技术在各领域的广泛应用，加强美国在机器人技术方面的领先地位。可见，下一代机器人是美国在智能制造产业布局的重点领域，工业机器人的普及和升级对缓解美国高劳动力成本的发展约束也起到积极作用。4.0。国际金融危机之后，德国经济在2010年率先欧洲其他发达国家回升，其制造业出口贡献了国家经济增长的2/3，是德国经济恢复的重要力量。德国始终重视制造业发展，并且专注于工业科技产品的创新和对复杂工业过程的管理。2010年，德国发布《高技术战略2020》，着眼于未来科技和全球竞争，并将工业4.0战略作为十大未来项目之一。2013年，德国联邦教研部与联邦经济技术部联手正式发布了《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》，并得到了德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的响应和推动，从而上升为国家级战略。智能工厂成为发展方向。在工业4.0阶段，新型的智能工厂基于信息物理系统并借助社交网络，可实现自然Jun,2015FrontIers11的人机互动，这将重塑传统制造工厂模式下人与生产设备之间操控与被动反应的机械关系。为达此目的，需要在制造装备、原材料、零部件及生产设施上广泛植入智能终端，借助物联网不仅可实现终端之间的实时互动，自动信息交换，自动触发行动，而且可实施独立控制，对生产进行个性化管理。人还可以通过远程控制系统，对生产系统加以调控，可使从