智能制造與企業轉型升級

鄭曉松

近些年來，我國企業的綜合競爭力大幅增強，形成了若干具有國際競爭力的優勢產業，我國已具備了建設工業強國的基礎和條件。但是，另一方面，也要清醒認識到我國企業在當今世界制造版圖中的真實位置。工信部部長苗圩指出，全球制造業已基本形成四級梯隊發展格局：第一梯隊是以美國為主導的全球科技創新中心；第二梯隊是高端制造領域，包括歐盟、日本；第三梯隊是中低端制造領域，主要是一些新興國家，包括中國；第四梯隊主要是資源輸出國，包括OPEC（石油輸出國組織）、非洲、拉美等國。面對困難和挑戰，貫徹落實“中國制造2025”和“互聯網+”行動計劃，促進制造業與互聯網、人工智能、大數據等新一代信息技術的融合發展，是我國企業轉型升級的必由之路。

一、企業轉型升級迫在眉睫

盡管中國有少數企業在某項具體的技術領域上已達到了國際領先水平，但整體上自主創新能力薄弱，缺乏核心技術，產品的競爭力一般，附加值不高，大多數裝備研發設計水平較低，試驗檢測手段不足，關鍵技術缺失。企業技術創新仍處于跟隨模仿階段，底層技術的“黑匣子”尚未突破，一些關鍵產品也很難通過逆向工程實現自主設計、研發和創新。此外，基礎配套能力不足，很多技術仍需要引進和模仿，關鍵材料、核心零部件嚴重依賴進口，先進工藝、產業技術等基礎能力依然薄弱，嚴重制約了整機和系統的集成能力。2018年4月16日晚，美國商務部發布公告稱，美國政府在未來7年內禁止中興通訊向美國企業購買敏感產品。2018年5月，中興通訊董事長在新聞發布會上坦誠，受拒絕令影響，公司主要經營活動已無法進行。作為全球第五大電信設備制造商，美國商務部的一紙出口禁令竟然讓中興瀕臨停業甚至破產的邊緣。中興事件充分暴露出我國企業在核心技術和源頭技術方面的創新嚴重不夠。中國的半導體、集成電路市場規模雖然很大，也出現了一批像華為、中興等這樣的優秀企業，但總體而言，和國際先進企業相比還存在很大差距，整個半導體產業鏈中國沒有話語權。據第一財經報道，中國的芯片市場需求占全球50%以上，部分芯片占70%～80%，而90%依賴于進口，國產芯片只能自供8%左右。僅在2016年，中國進口芯片總金額接近1.5萬億元人民幣，比排在第二的原油進口金額高出近一倍。但是，我國在芯片設計、制造等方面存在短板，尤其是制造環節相對較弱，部分核心技術、關鍵設備沒有完全掌握。

近年來，我國企業的各種經營成本快速上升，不斷擠壓著企業的利潤。根據國家信息中心的分析報告，影響我國制造業成本上升、利潤下降的原因還包括：①勞動力成本出現了快速上漲。統計數據顯示，中國單位就業人員平均工資從2004年的15920元上升至2014年的56360元，年均上漲13.5%。國際比較顯示，中國勞動力成本上升速度不僅顯著快于美日歐等發達經濟體，而且快于南非、巴西等發展中國家。2008-2014年，中國單位就業人員平均工資年均名義增長率達到11.8%，扣除物價因素，實際增長9%左右。而同期美國工資實際增長率僅為1.9%，歐元區為0.5%，日本為-0.8%；南非和巴西的實際工資增長率分別為3.2%和5.7%。②企業用地成本快速提高隨著我國城鎮化快速推進以及商品房市場井噴式增長，房價與地價相互拉抬，土地價格不斷上漲，企業用地成本明顯提高。從全國主要城市土地出讓監測價格來看，2008年以來出現加速上升態勢，盡管2012年以來有所放緩，但是土地出讓價格仍然呈現出上升趨勢。綜合地價由2012年第三季度的3093元/平方米增加到2015年第三季度的3606元/平方米。工業用地價格由2012年第三季度的662元/平方米增加到2015年第三季度的753元/平方米。③能源原材料成本相對較高。盡管金融危機以來，全球大宗初級產品價格普遍出現大幅下跌，但是，受交易稅費、定價機制、流通費用、原料來源等因素影響，總體上中國能源原材料成本高于美國、俄羅斯、巴西等主要能源市場。能源價格相對較高對中國制造業競爭力帶來抑制作用。④中國企業的稅費和社保負擔較重。按照國際標準的宏觀稅負計算方法，2014年中國宏觀稅負高達37.2%，已經超過了發達國家的平均水平（在30%-35%之間），這與中國所處的發展階段極不相稱。

二、智能制造是企業轉型升級的重要推手

2008年國際金融危機之后，為美國為首的西方發達國家對制造業在推動貿易增長、提高研發和創新水平和促進就業等方面的重要作用有了新的認識，紛紛提出制造業國家戰略，如美國的《先進制造業國家戰略計劃》、德國的“工業4.0計劃”和日本的《制造業白皮書》等。在這些重大戰略規劃中，有一個共同的方向就是不斷推動傳統制造業的自動化和智能化。面對各國的戰略舉措和全球制造業競爭格局的重大調整，2015年，中國也出臺了《中國制造2025》，明確提出必須依靠創新驅動，推廣“智能制造”，做大“互聯網+”模式，實現從“制造”向“智造”的新突破。同年，工信部啟動實施“智能制造試點示范專項行動”，公布了2015年智能制造試點示范項目名單，46個項目入圍。通過示范專項行動，直接切入制造活動的關鍵環節，充分調動企業的積極性，注重試點示范項目的成長性，通過點上突破，形成有效的經驗與模式，在制造業各個領域加以推廣與應用。可以說，智能制造已經成為優化生產工藝、促進企業轉型升級的關鍵。

（1）智能制造能夠實現真正意義上的柔性生產、自主生產，從而大幅提高傳統企業的生產效率。眾所周知，智能制造的實質就是“人工智能+制造”。具體來講，智能制造包括智能制造技術和智能制造系統。智能制造技術是在現代傳感技術、網絡技術、自動化技術、擬人化智能技術等先進技術的基礎上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執行技術，實現設計過程、制造過程和制造裝備智能化，是信息技術和智能技術與裝備制造過程技術的深度融合與集成。當前，核心的智能制技術包括工業機器人、數控機床和3D打印等智能制造裝備。所謂智能制造系統是指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，也即智能化人機交互系統分布式集成制造。從哲學層面講，智能制造的本質是人的自身解放在制造領域和生產環節的實現，是18世紀工業革命以來機器替代人的勞動的延續和深化，表現為人機一體系統的個體制造單元的“自治性”與系統整體“自組織能力”的自主與自由，同時也是人的個體性和社會性在新的物質和技術條件約束下形成新的均衡關系。中國社會科學院工業經濟研究所編制的《“人工智能+制造”產業發展研究報告》認為，人工智能與制造業的融合，主要的作用就是使機器能夠“達到甚至超過人類技工水平”，以實現企業生產運營效率的提升。這與過去制造業追求“自動化”的過程實際上有本質的差異。“自動化”追求的是機器自動生產，本質是“機器替人”，強調大規模的機器生產；而“智能化”追求的是機器的柔性生產，本質是“人機協同”，強調機器能夠自主配合要素變化和人的工作。因此，“人工智能+制造”未來所追求的，不應是簡單粗暴的“機器替人”，而應是將工業革命以來極度細化、甚至異化的工人流水線工作，重新拉回“以人為本”的組織模式，即讓機器承擔更多簡單重復甚至危險的工作，而人承擔更多管理和創造工作。

（2）智能制造的目標是充分利用以互聯網、大數據和人工智能為核心的新一代信息技術，優化企業傳統的相對固化、效率不高的生產工藝和流程，建構高效、快捷的數字化工廠。德國工程師協會對于數字化工廠的定義是：數字化工廠（DF）是由數字化模型、方法和工具構成的綜合網絡，包含仿真和3D/虛擬現實可視化，通過連續的、不中斷的數據管理集成在一起。數字化工廠集成了產品、過程和工廠模型數據庫，通過先進的可視化、仿真和文檔管理，提高產品的質量和生產過程所涉及的質量和動態性能。廣義的數字化工廠則將制造企業的上游供應商、中游合作伙伴、下游渠道商、客戶等所有相關方全部包含在內，形成虛實映射的統一協作系統，其本質是通過數據流、信息流與工作流的數字化，更有效實現運營與管控。在產品研發設計環節利用數字化建模技術為產品構建三維模型，能夠有效減少物理實體樣機制造和人員重復勞動所產生的成本。例如，美國波音公司在其737-NX和787的設計制造中，利用數字化建模技術，不但有效縮短了研制周期，大幅降低了研制成本，有效實現了產品設計與制造環節的信息協同，從而大幅提高了生產效率。在生產規劃環節，基于產品設計環節的數據，利用虛擬仿真技術，可以對于工廠的生產線布局、設備配置、生產制造工藝路徑、物流等進行預規劃，并在仿真模型“預演”的基礎之上，進行分析、評估、驗證，迅速發現系統運行中存在的問題和有待改進之處，并及時進行調整與優化，減少后續生產執行環節對于實體系統的更改與返工次數，從而有效減低成本、縮短工期、提高效率。例如，大眾汽車公司旗下斯柯達捷克工廠，即采用西門子的Tecno-matix，利用虛擬仿真工藝路徑規劃，來減少實際生產線調整改進所需要花費的成本。

（3）智能制造能大幅降低傳統企業的生產成本，從而不斷提升生產利潤，推動企業持續健康發展。人工智能是智能制造的核心要件，人工智能可以通過自適應制造，自動質量控制，預測性維護等解決方案有效地應對當今制造業面臨的問題，比如不穩定的產品優良率、生產線設計缺乏靈活性等等，從而達到改善工藝流程、縮短設計周期、減少材料和能源浪費，提高產品質量的目的。工信部新近發布的《促進新一代人工智能產業發展三年行動計劃（2018-2020年）》中明確指出：“大數據的形成、理論算法的革新、計算能力的提升及網絡設施的演進驅動人工智能發展進入新階段，智能化成為技術和產業發展的重要方向。人工智能具有顯著的溢出效應，將進一步帶動其他技術的進步，推動戰略性新興產業總體突破，正在成為推進供給側結構性改革的新動能、振興實體經濟的新機遇、建設制造強國和網絡強國的新引擎”。具體到生產端，工業機器人是實施智能制造的主體。機器人的核心技術是運動控制技術。工業機器人基本沿著兩個路徑在發展：一是模仿人的手臂，實現多維運動，在應用上比較典型的是點焊、弧焊機器人；二是模仿人的下肢運動，實現物料輸送、傳遞等搬運功能，例如AGV搬運機器人。隨著微電子、新材料、控制、傳感交互等新技術的發展，通過軟件優化，機器人的功能將更加強大。大力發展以工業機器人為核心的智能制造也是我國經濟發展的必然選擇。從人口的角度來看，回顧中國近二十年的經濟發展，農村勞動力轉移和人口紅利相互疊加，為制造業提供了大量的廉價勞動力。而今天，劉易斯拐點隱現和人口紅利逐漸減弱，導致傳統依賴廉價勞動力成本的發展模式受到挑戰，從而促進了制造業轉型期對機器人的需求。其次，國內企業的生產工藝與技術已經允許機器人及自動化裝備的廣泛應用，這是生產水平不斷發展所必然到達的一個階段。最后，我國制造業中工業機器人的密度及保有量遠低于發達國家，我國制造業自動化程度尚處于較低水平，距制造業發達國家尚有較大的差距，市場潛力巨大，具有顯著提升空間。

（4）智能制造實現了新一代信息技術與傳統生產工藝的充分融合，在大幅提高生產效率的同時，還能保證生產的穩定性和針對性、產品的可靠性和市場的認可度。具體來講，在產品的策劃、設計、研發階段，企業可以憑借信息通訊技術提升效率，通過互聯網平臺，充分利用各方面的創新資源，讓更多具有相關專業知識技能的人員參與到新產品的開發中，甚至可以將新產品的設計通過互聯網進行眾創、眾包；至于企業內部，各個部門之間通過互聯網實現協同設計、協同管理，從而優化產品設計過程。在生產設備和生活流水線中融入新一代信息技術，使其成為可以進行智能化制造的生產工具，成為物聯網的智能終端，這樣，整個制造過程完全可以做到信息化、互聯網化，使制造過程的效率更高、制造資源的配置更加合理、優化，產品更加個性化，生產更加智能化。利用云計算，實現制造過程的自組織、自控制將成為現實。云制造、網絡制造的模式并不遙遠，未來制造工廠的形態不會是現在工廠的修補型。再次、利用互聯網和大數據，可以實現產品全生命周期的優化管理，包括產品的營銷、服務、維護、回收、再制造等，利用互聯網一方面，制造業企業能夠不斷地基于網絡獲取信息，及時對市場需求做出快速反應，另一方面，企業能夠將各種資源集成與共享，合理地利用資源，從而大大提高企業的生產效率，加快創新速度，加速品牌傳播。依托互聯網平臺和大數據分析，制造業可以實施從生產型制造向服務型制造轉變，服務與產品融合、虛擬與現實結合，產品在某種意義上僅僅成為服務的載體，服務所創造的價值在制造業中所占的比重逐漸加大，使制造業的產業形態發生根本變化。因為互聯網的普及，制造企業在生產可靠的產品的同時，還可以向客戶提供優質豐富的服務以及一整套解決方案，例如，從2012年開始，小米科技在智能手機和互聯網的主戰場外，先后推出了“小米電視”、“小米盒子”等網絡終端產品，構建起“平臺+內容+終端+應用”的全產業鏈業務體系，對傳統電視行業造成了不小的沖擊。

三、前景和問題

依托智能制造，既是我國企業擺脫目前的經營困難、實現轉型升級的主要途徑，也是未來發展的大趨勢。概括來講，完全實現智能化生產的企業具有美好的前景：①工藝的低碳化。融合了新型信息技術的制造業，無論產品設計、制造工藝、生產排放，都實現了節能環保，從而達到生產的低消耗、低排放、高效率的目標；通過互聯網上的大規模信息交換和大數據的深度分析，高效率地進行資源回收和循環再利用，真正做到發展循環經濟，實現綠色發展。②生產的智能化。未來，傳統意義的以人為主體的工廠可能不復存在，取而代之的是高度發達的信息處理系統，復雜而高效的指揮系統，以高端機器人為主導的生產系統，高度智能的售后服務系統。簡言之，未來的制造企業可能主要以“云工廠”的方式存在，任何創新的設計都可以提交“云工廠”，制造出相應的創新產品。③服務的精細化。從微笑曲線來看，服務處于價值的高端，而生產加工環節卻處于低端。融合了新型信息技術的制造企業已經轉型為服務型制造業，不單單制造產品，還能圍繞產品提供各種服務，研發開發服務、產品維護服務以及關聯的產品服務，這樣不僅能夠提升用戶的滿意度，還能大大拓寬企業的價值鏈。

當然，也會帶來一些問題，最顯著的可能是失業率增加、低端勞動力就業困難。根據世界經濟論壇2016年的調研數據預測，到2020年，在全球15個主要的工業化國家中，機器人與人工智能的崛起，將導致510萬個就業崗位的流失，多以低成本、勞動密集型的崗位為主。所以，針對這一問題，就國家層面來講，順應智能化發展潮流，有必要大力推進教育特別是職業教育的改革；就企業層面講，要加大職工有關智能化轉型所必需的專業技術和職業技能方面的培訓；就個人而言，根據時代和社會的發展，不斷更新自己的知識結構已經刻不容緩。