發達國家智能制造戰略研究對中國制造2025的啟示

(云南財經大學 云南 昆明 650032)

引言

智能制造是基于新一代信息技術，面向產品全生命周期，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、系統與模式的總稱。核心是制造，本質是先進制造，基礎是數字化，趨勢是人工智能(Artificial Intelligence)，載體是智能裝備與軟件，特點是將智能化貫穿整個生產過程，且具有高度的柔性以及集成性。智能制造是實現傳統制造業成功轉型的必然要求，也是制造業發展的必然趨勢，將會推動制造業發展出全新的制造模式，并成為一個新的經濟增長點。

隨著以人工智能技術為主的新一代信息技術的迅速發展，智能制造(Intelligent Manufacturing)成為制造業重要發展趨勢，將對全球工業的產業格局帶來重大的影響，進而引發第四次工業革命。金融危機以來，發達國家紛紛提出“再工業化”戰略，把智能制造作為未來制造業的發展方向，并制定政策給予支持，以提升國家制造業的競爭力，搶占制造業的制高點。2011年美國實施“國家制造創新網絡”戰略，2013德國提出“工業4.0”計劃，2014年英國開展“高價值制造”戰略，2015年日本頒布“工業價值鏈”戰略，2016年歐盟頒布“數字化歐洲工業計劃”。智能制造在世界范圍內逐漸擴大興起，我國也不甘落后，2015年5月我國發布《中國制造2025》文件，將智能制造定為制造業發展主攻方向，提出用信息化和工業化的深度融合來引領制造業的發展[1-2]。

為此，分析發達國家對“智能制造”發展所制定的發展戰略與規劃，從中總結有效的方法，并結合我國制造業發展現狀，為我國傳統制造業的轉型與“智能制造”的實施提供建議。

一、典型國家促進智能制造業發展的經驗借鑒

隨著3D打印設備、工業機器人、數控機床等先進制造設備不斷發展與更新，以及物聯網、大數據、5G通信網絡等先進技術的產生與普及，智能制造的全面實施有了更多的保障。在這一形勢下，全球各大經濟主體紛紛把握住這一機會，結合本國產業特色，爭先制造先進設備，并紛紛借助數字化、智能化手段改造傳統制造業，打造先進制造業王牌。

據中國經濟信息社發布的《全球智能制造發展指數報告(2017)》文件顯示，全球智能制造排名前三的分別是美國、日本與德國，為此本文將分析美國、日本與德國三個國家在先進制造領域方面所制定的戰略規劃與發展現狀。

(一)美國的“國家制造創新網絡”

2012年，美國啟動“國家制造創新網絡”(NNMI)計劃，為了保證該計劃的實施，2016年又發布了《國家制造創新網絡計劃戰略規劃》。NNMI計劃建立一個創新生態系統，并制定了協調和評價機制。其中每個機構只需關注一個具有發展前景的先進制造領域，再通過協調與資源共享協作的方式解決與工業制造相關的問題，目的是提升其制造業競爭力、促進創新技術成為高效的規模制造、加速培養先進制造所需勞動力、支持創新機構商業化實現可持續發展，從而推進美國制造業的創新。

2016年，美國CESMII機構(清潔能源智能制造創新研究院)發布了其2017年到2018年的短期建設路線圖。在文件中，CESMII將智能制造(SM)定義為一系列涉及業務、技術、基礎設施及勞動力的實踐活動，通過整合運營技術和信息技術(OT/IT)的工程系統實現制造的持續優化。該定義給出業務、技術、基礎設施及勞動力四個維度，將“業務”放在第一位，落足于持續優化，是一種多方協作、資源及優勢互補的模式。

美國政府還推出先進制造業伙伴計劃(AMP)[3]，吸引波音公司、通用電氣、思科公司和福特汽車等一批制造業巨頭加入，提出優先發展先進傳感、控制與制造平臺技術，以及可視化、信息與數字制造技術兩大智能制造關鍵技術，將3D打印、數字化設計與制造、先進制造材料、物聯網、工業與服務行業機器人開發等為未來5年內美國制造業的發展領域。同時，出資近3億美元組建研究院，支持制造共性技術的創新應用，例如先進復合材料制造創新研究院關注先進纖維增強聚合物復合材料，國家增材制造創新研究院關注增材制造與3D打印技術。

(二)日本的“工業價值鏈”

2018年6月，日本經產省發布《日本制造業白皮書(2018)》，明確將互聯工業作為制造業的發展目標。除此之外，日本工業價值鏈促進會(IVI)提出了新一代工業價值鏈參考模型(IVRI-NEXT)，該框架從資產維度、管理維度與活動維度將制造業中各單元整合為智能制造單元(SMU)。這一價值鏈的特點分為以下四點：一是通過循環省級實現智能制造。對于現場生產中出現的小問題采取PDCA(計劃、執行、檢查、行動)循環，對于流程調整、結構優化等大問題則采取EROR(發現問題、共享問題、確立課題、解決問題)循環，通過兩種動態循環方式的結合，使得價值鏈中的SMU進行自我進化。二是給出了“寬松定義標準”[4]去構建工業互聯體系。使用“寬松定義標準”對通信平臺、知識共享標準和數據模型進行設計，保證在達到互聯企業協同目的的同時保障企業的獨特技術。三是突出平臺在數字世界的核心作用。通過平臺去定義生產規則與條件，集成相關軟件于硬件設施，對數字進行加工與處理形成知識與技術，為制造業企業提供服務，從而形成一個平臺生態系統。四是高度重視人與知識在智能制造中的作用。

同時早在2011年，日本就已通過發布第四期《科技發展基本計劃》(2011-2015)，部署多項智能制造領域的技術攻關項目，如多功能電子設備、信息通信技術、嵌入式系統、智能網絡、高速數據傳輸、云計算等技術。并通過優惠稅制、優惠貸款、減稅等多項政策支持重視發展人工智能技術的企業。日本將3D打印、人工智能、自動化與智能制造、物聯網作為主要資金和政策扶持領域。《2014制造業白皮書》中提出要重點發展機器人產業，大規模建設機器人應用的試驗場地，在制造、服務、災害應對等多方面廣泛使用機器人，打造應用機器人所需的環境。

(三)德國的“工業4.0”

德國的“工業4.0”是發布于2011年11月的《德國2020高技術戰略》中所提出的項目之一，旨在通過利用信息通訊技術和信息物理系統技術相結合的方法，將人、物和系統連接，根據不同的標準對生產制造流程進行優化，推進傳統制造業向智能化轉型。

為更好地實現這一目標，德國政府又在在2013年4月舉辦的漢諾威工業博覽會上發布了《德國工業4.0戰略計劃實施建議》[5]，該建議所制定的戰略框架可歸納為一個網絡，四大主題，三項集成與八項計劃。一個網絡是指信息物理系統(CPS)網絡，四大主題是指智能生產、智能工廠、智能物流與智能服務，三項集成是指通過價值網絡實現橫向集成，貫穿整個價值鏈的端到端工程數字化集成，縱向集成和網絡化制造系統。八項計劃包括標準化和參考架構、管理復雜系統、建立全面寬頻的基礎設施、安全和保障、工作的組織和設計、培訓和持續的專業發展、監管框架與資源利用效率“工業4.0”戰略也代表著德國政府、學術界與企業界所組成的創新戰略伙伴關系，它通過不同組織的跨界協作，促進傳統產業工業化和信息化兩化的深度融合[6]。行業協會為企業對接工業4.0提供標準路線圖，為研究機構搭建與企業對接學術成果的平臺；企業則自主制定戰略規劃，以適應發展以數字化制造、智能制造、物聯網為基礎的業務架構。

二、我國制造業發展現狀

改革開放以來，我國制造業快速發展，現已成為世界第一制造大國，在全球500多種主要的工業產品中，我國有200多種產量位居世界第一，但在經濟新常態下，世界制造業不斷發展，我國制造業的許多問題業逐漸表現出來。為此，將從優勢和劣勢兩個方面分析中國制造業面臨的現狀。

(一)我國制造業發展優勢

在改革開放四十年的發展中，我國利用自身優勢，建立了較為完整的工業體系，基礎設施建設也日漸完善，為制造業的發展打下堅實的基礎。我國制造業的優勢可歸納為以下方面：一是我國政府為制造業的發展制定了各種政策與規范了市場競爭。政府在各個時期會根據市場情況、全球發展趨勢制定不同的方針、政策，積極引導制造業發展方向，例如2015年發布的《中國制造2025》[8]引導制造業使用信息化和工業化的高層次的深度結合的方式去推進轉型。二是我國由于人口基數大，消費者數量多，市場消費方式多樣，消費潛力巨大。且隨著人們生活水平的提高，需求層次也順勢提高，由此也吸引了眾多國內外的制造企業參與到我國制造業的投資建設當中。因此，我國在制造業規模與發展方面相比于大多數國家來說，優勢較為明顯，應積極把握住第四次工業革命的發展機遇[7]。

(二)我國制造業發展劣勢

我國制造業的發展一直依靠著原材料、勞動力等生產要素優勢，是典型的“要素驅動”型的發展。隨著信息技術的發展，“要素驅動”發展模式不再滿足市場需求，甚至制約著我國制造業的發展。與美國、日本、德國等發達國家相比，我國依然不是制造強國，存在的問題主要集中以下幾點：一是產業結構不合理。例如鋼鐵產業，世界絕大部分粗鋼由我國生產，特種鋼的生產量卻無法滿足自身發展需要，需要大量進口。二是產品附加值不高。政府通過優惠政策與廉價生產要素吸引外資企業進入我國，但吸引來的只是基礎性的加工產業，獲得的也僅是微薄的加工費，并不能延伸至高附加值的上下游產業。三是缺少創新能力。我國有效專利主要以實用新型和外觀設計專利為主，創新設計專利數量較少，且總的專利數量遠低于國外的數量。四是信息化水平差距大。首先是不同行業間的信息化水平的差距較大。石化、機械等重工業的信息化程度較高，而紡織等輕工業的信息化水平相對較低。其次是地區之間制造業的信息化水平也存在差異，并且不同規模的企業信息化水平也不均衡。

總而言之，經過改革開發四十年的發展，我國制造業持續快速發展，建成了門類齊全、獨立完整的產業體系，有力推動了工業化的發展，顯著增強了我國的綜合國力。但與世界先進水平相比，我國的制造業仍然大而不強，在產業結構、創新能力、產品附加值與信息化水平等方面存在明顯的差距，制造業的轉型升級的任務較為艱巨。

三、對于我國智能制造發展的啟示

當今世界，各個國家都在思考如何使制造業進行轉型升級，如何在全球競爭中獲取核心競爭力，我國同樣需要思考這個問題。鴉片戰爭后的中國就是在不斷的學習，才擁有今天的成就。歷史證明，學習、借鑒發達國家的方法幫助自己實現跨越式發展是明智的選擇。為此，分析研究、學習借鑒先進國家智能制造的戰略與規劃，為實現我國制造業跨越式發展。

(一)推動政府、學術界、企業界聯盟，形成協同創新生態系統

建議政府、學術界與企業界組合成一個聯盟，聯盟的共同目標是通過信息化與工業化兩化的深度融合手段促進制造業轉型升級政府制定發展戰略規劃和系統部署，正確引導企業的發展方向與研究機構的工作方向。企業界與學術界在政府牽頭下共同合作，共同申報科技創新類項目，攻克智能制造中出現的技術、管理等問題；建立知識型人才與技能型人才的交流培訓平臺，共同培養智能制造發展所需復合型人才。政府的科研結構相互加強協同合作，進行知識、信息的交流共享，共同研發創新技術與高科技材料等元素，為智能制造所需提供技術與元素支持。聯盟中各部門角色分明、分工明確且相互協作，資源共享，共同進步，形成協同創新生態系統

(二)提高創新技術的研發與應用能力，促進信息化與工業化的深度融合

從人工智能的視角下研究制造業的前生今世與未來，可以發現人工智能與智能制造相互交融[9]。并且，提高企業創新技術的研發能力是智能制造發展的動力，也是傳統制造向智能制造發展所需關注的重點。為此，傳統制造的設計、生產、管理等環節，應重點研發新型傳感技術、精準控制與優化技術等關鍵技術，重點研發先進的高科技新型生產材料，在核心領域實現創新，建立并完善智能制造技術創新體系。同時改進升級數控機床、工業機器人、3D打印等智能設備，加強云計算、大數據、物聯網、5G通信等信息技術基礎設施的配設，為信息化與工業化兩化的深度融合提供基礎支持。并將以人工智能為代表的信息化技術的互聯協作方式融入到產品生產、工廠建設、物流配送、產品服務中，促進兩化的深度融合。

(三)健全人才培育體系，著力培養智能制造業復合型創新人才

高技術人才和研發人才是實現智能制造的主要力量，且也將思考如何將我國所擁有的人力資源優勢轉換到制造業中。為此，政府、企業，研究機構等部門均應堅持將人才作為建設制造強國的根本，重視人在數字世界中的核心價值，建立健全科學的選人、用人、育人機制，制定與制造業相關的人才培養體系和人才引進方案，著力培養智能制造所需的復合型創新人才，從而解決我國制造業中存在的創新力不足問題，以及解決因創新能力不足引起的系列問題，為我國的智能制造發展提供“源頭活水”。

四、結語

當前，第四次工業革命正在行進中，誰抓住了智能制造這一核心產業，誰就有機會成為新工業革命的引領者。通過對先進國家智能制造戰略規劃的分析，其關注的重點都是協同合作、創新發展以及對人才的需求。對于中國這樣工業化“大而不強”的國家來說，更應抓住機會窗口實現趕超。這就要求我們牢牢把握創新這一關鍵動力，把創新擺在國家發展的核心位置，搭建以協同創新為主的生態系統，并加強對智能制造發展所需的復合型創新人才的培養，從而為實現智能制造的可持續發展提供全方面的支撐。