智能制造提升中國工業能力

文=時 杰

（作者為中國社會科學院工業經濟研究所研究員）

面臨撲面而來的德國工業4.0，我國工業轉型升級需要做些什么？動力在哪里？從歷史和邏輯統一的角度看，一個國家的制造能力提升受制于現有技術、國內外市場、財政金融政策、金融系統多因素影響，必須同時精準發力，才能實現工業的轉型升級。

世界范圍的科學技術是進入平臺期還是進入突破期？在學界仍有爭論，但新一輪的信息技術革命正引領全球工業進入新的發展階段卻是近在眼前的事實。

本輪全球工業化新變革中最重要市場推動因素是2008年世界范圍的金融危機。發達國家為了應對金融危機，解決棘手的就業和財政失衡問題，除了開動印鈔機救急“治病”的短期對策以外，更是著眼于長遠國家戰略，紛紛開出了“再工業化”、“產業回歸”、“自由貿易區”的藥方尋找后危機時代的解決出路。世界范圍的產業格局處于變化的前夜。

中國作為世界規模最大的制造業大國，在加入WTO和金融危機之間的全球化進程中，積累了龐大的工業制造能力和巨額的外匯儲備，中國制造的產品遍布世界市場。中國工業的起落興衰與世界市場緊密相連，已經是全球產業分工的重要組成部分。

當下，《中國制造2025》的出爐更是向前邁出了關鍵一步。這一輪改革的核心就是智能制造，即基于新一代信息技術，貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造過程、系統與模式。主題是促進制造業創新發展；中心是提質增效；主線是加快新一代信息技術與制造業深度融合；主攻方向是推進智能制造；目標是滿足經濟社會發展和國防建設對重大技術裝備的需求。

新常態下中國工業的發展戰略

新一屆政府執政以后，面臨世界經濟發展的新變化、中國經濟呈現出新常態的發展特點：經濟增長從高速增長轉為中高速增長，經濟結構優化升級，從要素驅動、投資驅動轉向創新驅動。中國政府從區域、金融和產業三個方面重塑中國工業發展戰略，提升工業能力。如圖1所示。

新一屆政府全方位推進我國工業能力的提升：在市場發展戰略方面，對內建設推廣“自貿區”，對外推廣建設“一帶一路”，為中國工業深度開發新市場；在金融戰略方面，對內推動深化金融改革，穩步推進利率市場化建設，對外倡議建立金磚銀行和亞洲基礎設施投資銀行，為中國工業走向海外提供金融支持。這些政策之間的關系如圖2所示。

圖1：一個國家的工業能力內涵分布

圖2：中國工業能力提升的重要因素

從圖2中可以看出核心戰略是產業發展戰略，新常態下中國工業如何抓住發展機遇，實現轉型升級，提升工業能力？這是新一屆政府工業發展戰略的核心問題。

在這樣的背景下，2015年3月18日，工信部在其官網上發布了《2015年智能制造試點示范專項行動實施方案》，決定自2015年啟動實施智能制造試點示范專項行動，以促進工業轉型升級，加快制造強國建設進程。該《方案》提出的目標是在2015年啟動30個以上智能制造試點示范項目，2016年邊試點示范、邊總結經驗、邊推廣應用，2017年進一步擴大試點示范的范圍，全面推廣有效的經驗和模式。隨后，5月19日，《中國制造2025》正式公布，提出通過“三步走”實現制造強國的戰略目標，進一步將智能制造引向深入。

自2015年起，工信部聚焦制造的關鍵環節，將在基礎條件好和需求迫切的重點地區、行業，優先從符合兩化融合管理體系標準要求的企業中選擇試點示范項目。重點行動體現在六個方面：以智能工廠為代表的流程制造試點示范，以數字化車間為代表的離散制造試點示范，以信息技術深度嵌入為代表的智能裝備和產品試點示范，以個性化定制、網絡協同開發、電子商務為代表的智能制造新業態新模式試點示范，以物流信息化、能源管理智慧化為代表的智能化管理試點示范，以在線監測、遠程診斷與云服務為代表的智能服務試點示范。試點示范項目將實現運營成本降低20%，產品研制周期縮短20%，生產效率提高20%，產品不良品率降低10%，能源利用率提高4%。從《方案》中可以看出，下一階段中國工業發展戰略的核心重要關鍵詞是“智能制造”。

智能制造可以從多個維度進行詮釋，最廣泛認同的是技術角度的解釋，即一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它把制造自動化的概念更新、擴展到柔性化、智能化和高度集成化。

智能制造源于人工智能的研究。大部分傳統的制造企業在成本和市場的壓力下，需要向“智能制造”轉型，用自動化和機械設備代替人工。其中原因是信息成為“智能制造”的核心要素之一。

智能制造產品結構的復雜化、精細化，以及功能的多樣化，使產品所包含的設計信息和工藝信息量猛增，對于工業經濟而言，首先從廣告傳媒業、零售批發業開始，然后逐步向上下游滲透，包括制造業、能源業、物流業、金融業、保險業、信息傳遞、醫療、教育，最后整個經濟活動都會遷移至互聯網，并完成流程再造，最終形成全社會范圍的協同價值網絡。繼土地、資本、勞動力之后，數據成為第一生產要素。隨之生產線和生產設備內部的信息流量增加，制造過程和管理工作的信息量也必然劇增，因而促使制造技術發展的熱點與前沿，轉向了提高制造系統對于爆炸性增長的制造信息處理的能力、效率及規模上。先進的制造設備離開了信息的輸入就無法運轉，柔性制造系統一旦被切斷信息來源就會立刻停止工作。有人甚至認為，制造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型，這就要求制造系統不但要具備柔性，而且還要表現出智能，否則是難以處理如此大量而復雜的信息工作量的。

智能制造能否引領第四次工業革命?

此次《中國制造2025》公布三步走實施路徑，新增量化指標。第一個十年兩大目標：打造優勢產業從3.0向4.0升級，提升弱勢產業從2.0向3.0過渡。工業1.0是機械制造時代，工業2.0是電氣化與自動化時代，工業3.0是電子信息化時代。工業4.0也就是人們預測的以智能制造為主導的第四次工業革命。

縱觀人類的工業發展史，科技進步與產業發展，不僅僅是簡單的線性關系，科技進步往往只是為產業升級提供了可能性。科技進步與產業的融合更需要軟環境的配合：對外改變國際產業分工的格局，對內實行財政金融產業政策配合，內外結合，往往是一種創造性破壞進程，在此基礎上推動全球工業發展進入新階段。

以人類歷史上已經發生過的三次工業革命為例，這三個工業革命表面特征如圖3所示。

除了圖3所羅列的工業革命的技術和經濟指標外，促使工業革命發生還有深層次的四個因素：主導國家、全球貿易規則、全球國際金融規則和相應的理論基礎。這四個因素更為重要，如圖4所示。

從過往經驗來看，工業革命的爆發不僅僅需要科學技術等硬實力，也需要貿易規則、金融秩序等軟實力的配合。工業革命的產生的“創造性破壞”的進程，不僅僅有創新生產方式、促進全球產業擴散的一面，也有伴隨領先國家的衰落、貿易規則的改變、金融體系的動蕩和全球共識的重塑方面的挑戰。核心特點是全球產業升級的同時，伴隨著產業分工（制造能力）的重組和價值鏈（資源流向）的重置。以這些條件看，斷言現在全球進入第四次工業革命或許為時尚早。

圖3：三次工業革命的劃分

圖4：促進工業革命爆發的深層次因素

德國工業4.0的借鑒意義

為工業發展精準定位需要吸取歷史經驗。當今世界，作為一種工業能力的貯備，智能制造受到高度的重視。但是每個發達國家對于智能制造的態度也是有所區別，其原因是每個國家在國際產業分工中地位，和在國家產業價值鏈所處位置是不同的。

一戰之后，美國在國際產業分工價值鏈處于上游地位，美國通過制定工業標準、貿易規則，控制金融資源等方式維護本國在國際產業分工的領導地位。但作為工業能力儲備，美國1992年執行新技術政策，智能制造技術自在其中，美國政府希望借助此舉改造傳統工業并啟動新產業。配合以建立北美自由貿易區、TPP和跨大西洋自由貿易區的區域發展戰略，以及強大的金融實力重點控制未來全球工業標準和全球產業價值鏈的上游。從下圖蘋果iPad的價格構成看出，一個智能制造不能解決美國目前的失業問題，反而可能加劇失業。

歐盟，尤其是德國，處于國際產業價值鏈的中游，主要通過技術進步與工業發展融合、主導區域性的貿易規則（歐盟）、控制區域性金融資源（歐元）保持工業競爭力，國內外工業發展軟環境處于比較優勢的地位，德國工業的比較優勢建立在生產效率上，比較重視智能制造。歐洲聯盟的信息技術相關研究有一項ESPRIT項目，該項目大力資助有市場潛力的信息技術。1994年又啟動了新的R&D項目，選擇了39項核心技術，其中三項（信息技術、分子生物學和先進制造技術）中均突出了智能制造的位置。最有代表性的如德國的工業4.0，如圖5所示。

但歐盟（德國）工業能力的短板主要是市場不夠大，需整合歐盟區域內市場，重整財政秩序，積極開拓歐亞大陸市場和跨太平洋區域市場；另一個制約歐盟工業能力的因素是金融，歐元危機仍舊處于動蕩之中，如果缺乏實體經濟相應且有力的投資與增長支撐，歐洲經濟再次陷入衰退的可能則很難完全排除。因此，歐盟（德國）最迫切需要聯手合作伙伴，穩定歐盟經濟、在國際產業分工方面有所突破，能夠在下一輪國家產業價值鏈上取得高端地位。

中國大陸制造業總量巨大，技術水平相對落后，表面上看，工業發展的軟硬實力都不足。如果仔細分析就不難發現，正是由于正好趕上了二戰后全球貿易增長最為迅速的時期，我國工業能力得到了極大提升，成為本輪全球化和自由貿易的受益國，影響國際貿易規則制定的實力逐步增強，金融資源經過十多年積累比較充沛。目前制約我國未來工業發展的主要因素還是繼續完成工業化進程，充實工業發展實力，核心問題可以概括為：如何通過“四個全面”的改革，讓“改革紅利”成為中國工業發展的助翼，利用“互聯網+”推動中國工業能力在制造能力（全球價值鏈）、技術水平（智能制造）、市場結構（化解產能過剩）和金融支持（優化投融資體系）方面更上層樓。

圖5：德國工業4.0

圖6：德國工業4.0的核心要點

有了上述的分析，就不難理解在這樣的背景下中德兩國緣何首先提出了加強工業合作、共同推進工業4.0的行動方案。

德國工業4.0研究項目是由德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的建議和推動下形成，并已上升為國家級戰略。德國政府已投資兩億歐元進行前期研究。

德國工業4.0的出發點是個性化的需要，一個由智慧產品主導的自治生產網絡，滿足極端單個體生產需要；主題是智能工廠和智能制造，智能工廠重點研究智能化生產系統及過程，以及網絡化分布式生產設施的實現（如圖6所示）。

智能制造主要涉及整個企業的生產物流管理、人機互動、3D打印以及增材制造等技術在工業生產過程中的應用等。和傳統的制造相比，智能制造系統具有以下特征：

自律能力：即搜集與理解環境和自身的信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。又稱“智能機器”，在一定程度上表現出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協調運作與競爭。

人機一體化：IMS不單純是“人工智能”系統，而是人機一體化智能系統。人工智能機器只能進行機械式的推理、預測、判斷，只具有邏輯思維，最多做到形象思維，完全做不到靈感思維，只有人類專家才同時具備以上三種思維能力。人機一體化突出人在制造系統中的核心地位，同時在智能機器的配合下更好地發揮出人的潛能，使人機之間表現出一種平等共事、相互“理解”、相互協作的關系。

虛擬現實技術：以計算機為基礎，融信號處理、動畫技術、智能推理、預測、仿真和多媒體技術為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現實生活中的各種過程、物件等，因而也能擬實制造過程和未來的產品。特點是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機結合的新一代智能界面是一個顯著特征。

自組織與超柔性：智能制造系統中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，其柔性不僅表現在運行方式上，而且表現在結構形式上，所以稱為超柔性。

學習能力與自我維護能力：智能制造系統能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能。同時，在運行過程中能夠自行故障診斷，并具備對故障自行排除、自行維護的能力。

從核心要點看，德國工業4.0的核心要點是構建智能工廠。智能工廠的架構是基于物聯網和服務互聯網（具體如圖7所示）。

實現智能生產需要實現三大集成：通過價值鏈實現橫向集成、跨整個價值鏈的工程、垂直集成與網絡化制造。智能工廠的關鍵詞是價值和信息：即通過信息技術提高生產效率，提升價值。從工業發展的市場條件看：金融危機后歐美市場面臨萎縮困局，德國工業制造產品必須在個性化需要上做文章，對內受制于高福利、勞工保護和老齡化的供給因素制約，推動智能產品主導的自治生產網絡勢在必行。

圖7：智能工廠的架構

智能制造，中國何去何從？

面臨撲面而來的德國工業4.0，我國工業轉型升級需要做些什么？動力在哪里？從歷史和邏輯統一的角度看，一個國家的制造能力提升受制于現有技術、國內外市場、財政金融政策、金融系統多因素影響，必須同時精準發力，才能實現工業的轉型升級。

從現有技術角度看，中國工業技術裝備落后反而具有后發優勢。今年政府工作報告的關鍵詞之一是“互聯網+”。如圖8所示。

“互聯網+”應用于工業發展上，就是要認識信息世界的客觀規律，實現虛實結合，借助互聯網個性化需要，按需重組工業邏輯。具體包括以下幾個方面：基于工業大數據和網絡的制造服務，促進工業走向深層次全方位的服務化；3D打印帶動個性化制造變革傳統研發、制造服務模式；借鑒德國工業4.0，建設智能制造系統；創新企業管理模式，打造智能生產體系；大數據成為工業轉型升級過程中必要要素。

從內外市場環境看，我國工業發展也到了從追求數量型到追求質量型的轉型升級的階段，即集約發展階段。發展的核心要點是：將逐步由過去的促進經濟增長和擴大就業向通過促進新技術的創新和擴散提高國民經濟可持續增長能力和提升全球競爭力轉變。主導模式將逐步由過去粗放的大規模標準化生產和模仿創新向精益化生產和自主創新轉變。這個能力的提升如圖9所示。

圖8：“互聯網＋”推動信息經濟加速來臨

中國仍舊是全球經濟增長較快的地區，工業投資仍舊有效益。從工業出口結構看，2013年機電產品和高技術產品出口值分別比2012年同期增長7.3%和9.8%，遠遠高于全部工業品出口值5%的增長率。其中集成電路出口尤為樂觀，2013年累計出口交貨值同比增長達64.1%；進入21世紀加工貿易出口占比逐步下降，2013年已降至38.9%。中國工業的競爭力為產業轉型升級、發展智能制造留出了廣闊空間。

當然中國工業也面臨一些挑戰，首先是資源環境壓力比較大，其次是國際市場，包括生產要素市場和產品市場，在金融危機之后大幅波動，需求萎縮，貿易保護主義盛行，導致工業品出口勢頭衰減，產能過剩問題突出，企業效益下降明顯。我國向全球價值鏈高端攀升過程中也面臨著發達國家的高端擠壓和新興經濟體低端擠出的“雙端擠壓”的風險。一方面，國際金融危機以后，發達國家推進“再工業化”戰略，同時，美、歐等國家加速構建新一輪全球貿易、投資秩序新格局，例如積極推進TPP（跨太平洋伙伴關系協議）、TTIP（跨大西洋貿易與投資伙伴協議）。另一方面，新興經濟體快速崛起，發展中經濟體如東盟、印度等將以更加低廉的成本優勢實現對中國制造的替代。未來我國在攀升全球價值鏈過程中必須突破高端被發達經濟體封殺、低端被新興國家阻擊的“夾擊”格局。

圖9：我國制造業發展的轉變

我國政府“一帶一路”戰略的提出，就是打破后危機時代國際貿易保護主義抬頭的趨勢，主動出擊，為我國工業的轉型升級提供新的市場和發展機遇，尤其是亞投行的創立，為我國企業走向海外，進行大規模投資創造了良好的金融支撐。對內市場建設而言，自貿區的建設與發展，自貿區負面清單制度是為我國工業轉型構建全國統一的市場打下基礎。

從工業發展的金融環境來看，智能制造形成的信息經濟基礎建設已經與傳統的工業不同，如圖10所示。

我國工業發展、產業轉型的資本比較充足，智能制造需要大量資本投入，甚至要重新進行工業能力的基礎建設。在歐盟政府債務危機尚未走出困境，美國財政赤字居高不下的背景下，歐美各國投資乏力。例如在中國高鐵從無到有里程已經超過一萬公里的時候，已經進入執政末期的奧巴馬，雄心勃勃曾經要啟動上世紀50年代艾森豪威爾開始的州際高速公路工程以來最為宏大的基礎設施投資計劃。在2011年的國情咨文演說中，奧巴馬曾高唱美國的“高鐵夢”：“在未來25年里，我們要讓80%的美國人坐上高鐵。”在他看來，能否重建美國的交通系統，建立新的產業，也決定著美國能否“贏得未來”。奧巴馬政府曾規劃在全國建設13條高鐵線路，但迄今為止，沒有一條修成，這和中國形成了鮮明對比。同樣，歐美推廣智能制造除了面臨機器替代人工導致的就業問題之外，比較嚴峻的問題是工業投資不足，尤其是智能制造前期的大數據系統、云計算等智能制造的基礎設施建設環節捉襟見肘。而我國從政府、公司到個人都擁有極高的儲蓄率，金融市場對于智能制造的支撐活力還沒有充分釋放出來，只要制度環境逐步完善，工業發展軟硬實力的提升，“大眾創業、萬眾創新”局面的出現，中國工業的轉型升級將會是個加速過程。全面跟進，重點突破將是提升我國工業能力的優化路徑。

圖10：智能制造形成的信息經濟基礎建設