國外智能制造裝備產業發展分析（上）

文|張容磊

1 發達國家智能制造裝備產業的發展特點

裝備制造業是國家經濟競爭力的核心，被喻為國家工業化建設的“發動機”，沒有現代的高端裝備制造業，就沒有現代化的工業化。大體來說，戰后發達國家裝備工業經歷了兩個發展階段，即“批量化生產方式”占主導地位階段和“柔性化生產方式”占主導地位階段。伴隨著發達國家裝備工業生產組織方式兩個階段的演變，其產業組織模式表現出兩個鮮明的特點。

（1）建立了確保產品質量的專業化、標準化分工協作體系。

發達國家的設備生產完全實現了社會化專業生產。首先需要實現技術開發與制造加工分離，以保證制造加工的專業化。其次是細分制造加工內部的各個工序，形成從產品開發設計到零部件的生產制造裝配，從制造裝備到產品的銷售以及售后服務等一系列精細分工的專業化企業協作完成。由于其專業化的分工協作體系，保證了產品在每個生產加工環節均保持了很強的創新能力，加工產品的質量、性能要求都能得到滿足。同時，標準化的加工過程使得生產加工的各環節能夠保持技術上的同步性，從而保證了最終產品的質量。專業化、標準化的分工協作體系是發達國家能夠在裝備工業領域形成壟斷優勢的基礎，也是發達國家實現了工業化的重要標志。

（2）形成以核心企業為中心的寡占型市場結構。

在發達國家的裝備工業化進程中，各產業都形成了寡占型企業占主導地位的產業組織模式，這種組織結構可以使這些大型的核心企業發揮著多種功能：寡占型企業有能力成為技術開發的主要承擔者和主體，使科研經費的投入變成生產循環不可缺少的一部分，產品的創新性也因此得到提升；可以通過發揮技術、資金等優勢來提高競爭門檻，避免重復建設、過度競爭；可以成為眾多中小企業的核心企業，組織中小企業承擔專業化配套加工，推動社會專業化分工體系形成，并向中小企業轉移技術，推動社會生產在技術、生產標準等方面實現一致性。

總而言之，發達國家裝備業的產業組織一般都朝著集中和分散兩個方面成長：第一是生產趨向集中化，即生產要素越來越集中于專業化大型企業；第二是生產趨向分散化，即生產要素向與大型企業有協作關系的中小型企業擴散。通過這種關聯作用，形成規模經濟，并建立起分工協作的大中小型企業共生的產業組織模式。

1.1 美國智能制造裝備產業的發展特點

（1）“研發與生產—出口—進口”的發展模式。

美國在基礎科學研究、高新技術研發方面均處于領先地位，是典型的工業發達國家的發展模式。作為制造業領軍國家之一，美國長期在基礎科學研究方面投入大量的人力和物力，配置一流的研發力量，并率先開發和生產出新的技術和產品，搶占市場發展先機，獲得更多的收益。在新產品在國內市場銷售量上升的同時，美國開始向后發工業國家出口產品，不斷擴大產品在國際市場上所占的份額。隨著技術在全世界的普及，競爭者數量逐漸增多，美國開始進行跨國投資，向后發工業國輸出資本和技術，在國外就地生產和銷售，將制造工廠轉移至后發工業國。當國外的產品成本大幅下降時，美國開始從國外進口產品，轉而研究和開發更高端的產品，開始新一輪的“研發與生產—出口—進口”過程。

（2）跨國公司是裝備制造業發展的主體。

據統計，2010年世界500強企業中美國企業有140家，2015年雖下降至128家，美國上榜企業數量仍居世界第一，其中1/4左右是裝備制造業企業，包括跨國汽車公司福特公司、通用汽車公司等。在信息產業領域，美國英特爾公司的中央處理器與微軟公司的應用軟件幾乎控制了全世界的計算機硬件和軟件市場。這些擁有頂尖技術的跨國公司通過建立國際技術聯盟、設立研發中心、吸引高科技人才的方式，發展具有自主知識產權的技術和裝備，是裝備制造業發展的主體。

（3）美國政府的大力支持。

長期以來，美國政府一直致力于建設一個健全的、有效運行的國家創新體系。在產業技術的發展方面，美國政府給予了實質性的支持，陸續制定了一系列產業發展政策以及稅收優惠減免政策，以鼓勵企業加大科技開發力度，促進本國制造業的發展。為搶占高科技制高點，增加產業競爭力，美國制定并實施了若干重大專項計劃，推動產學研對關鍵技術的聯合攻關。得益于美國政府的大力支持，美國裝備制造業聚集了高額的研發資金和大批高科技人才，為裝備制造業的發展提供了有力的技術支撐。

（4）新興裝備制造業正逐步成為推動社會發展的主導力量。

在20世紀90年代以前，傳統裝備制造業，如汽車產業、機床行業，一直是美國裝備制造業發展的主導產業。隨著信息技術的快速發展，美國制造業的發展方向發生轉變，新興裝備制造業所占市場份額開始逐步提高，包括通信設備、計算機行業等，也因此帶動了與此相關的高級生產型服務業的發展，包括軟件服務業、IT咨詢業等。新興裝備制造業所創造的產值在美國國民經濟總產值的比重逐漸升高，為全球高科技人才提供了大量的就業機會，已經成為推動社會發展的主導力量。

1.2日本智能制造裝備產業的發展特點

（1）“進口—國內生產—出口”的發展模式。

日本作為后發工業國家的代表，其裝備制造業經歷了從不發達到發達的過程。最初，由于日本國內的生產技術和資本等要素尚不具備，不得不依賴從美國等工業發達國家進口高端產品。隨著日本裝備制造業的發展，逐步開始自行生產和開發產品，通過國產化代替進口。隨著對引進技術的消化、吸收、創新和規模經濟的逐步形成，日本開始逐步形成成本優勢，產品開始出口國外。這種發展模式之所以能夠提升日本的制造水平，主要得益于日本對引進技術的消化吸收再創造的重視，從而推動了日本裝備制造業的升級換代。

（2）政府實行了合理有效的產業政策。

在日本工業化進程的不同階段，日本采取了不同目標的產業政策。戰后復興階段，日本重點發展電力設備、造船業、汽車、半導體等產業，帶動了日本整個經濟的上升。從20世紀60年代開始，日本開始追趕歐美等發達國家，確立了“貿易立國”和“科技立國”的戰略。日本政府就裝備制造業的發展頒布了若干法律和優惠政策，促進了本國裝備制造業水平的明顯提高，使得日本實現了成為世界級制造中心的目標。

（3）裝備制造業目前面臨優勢弱化的風險。

日本的創新更偏重于過程創新，而忽視產品創新。日本對基礎研究開發投入較弱，導致基礎研究能力薄弱，使日本在新一輪發展過程中的國際競爭力下降。日本的電子及通信設備制造業、交通運輸設備制造業在趕超后逐漸失去了強勁的發展勢頭，進入了技術模仿的瓶頸期。日本在半導體核心技術生產方面的比較優勢已經讓位于基礎研發能力強大的美國，在造船業、電氣機械制造、家用電器等方面已經逐步被韓國趕超，技術含量低的門類其比較優勢也已經開始失去，從主要出口開始變成進口。在全球信息化發展的大背景下，裝備制造業開始逐步引進計算機輔助設計，與美國相比，日本在以信息技術為主導的新興裝備制造業方面發展較為滯后。

1.3 德國智能制造裝備產業的發展特點

（1）“以人為本”的理念。

20世紀90年代，美國大力發展信息業，而德國仍然把培養裝備制造業工程師作為重點，其影響雖然表現為目前德國信息業相對滯后，但是裝備制造業依然牢牢占據市場份額。德國公司特別注重培養熟練的技工人才，新工人必須經過嚴格培訓并考核合格后才能上崗。生產實踐中堅持師徒之間的技藝傳承。德國在發展工業自動化過程中，同樣強調人的作用，強調即使計算機管理整個生產過程，真正發揮創造性并起決定性作用的仍然是高素質的人。在高福利的社會保障體系下，技術工人可以享用最好的福利資源，成為社會中產階級的中堅力量。這樣也就能保證高素質人才源源不斷地補充這個隊伍，為其裝備制造業提供長久的發展動力。

（2）“德國制造”的品牌。

德國標準體系代表了國家對工業標準的主動干預，在數代產業工人的實踐經驗基礎之上，由國家出人出力，在理論和標準層面對行業產品進行統一規劃，這樣既有效協調了本土企業之間的競爭，又整體上提升了德國工業品的國際競爭力。時至今日，德國標準體系已經成為歐盟乃至世界范圍內通用的標準，“德國制造”幾乎成為品質和信譽的代名詞。為了保證質量，德國標準體系很多時候都詳細規定了制造業某種產品的細節和流程，任何一件產品都必須嚴格按照德標的規定進行生產，每一步驟都有相應的檢驗核查標準。

（3）“創新實力”的驅動。

與美國、日本這些發達裝備制造業國家一樣，在裝備制造業領域德國能夠保持世界領先地位，根本在于擁有眾多先進的專有技術，這是德國長期堅持參與研發領域國際競爭的結果，其創新實力來源于龐大的工程師隊伍和研發投入。此外，德國的聯邦和各州近年來仍不斷提出加強科研的倡議，其中采取的措施之一是“精英團體”計劃，支持5年以上的大型研究項目。有了優秀的人才和創新機制，就能不斷培育出領先的技術。

2 國外智能制造裝備產業發展政策支持

20世紀90年代以來，各發達國家和地區，如美國、日本、歐共體、德國等都針對先進制造技術的研發提出了國家級發展計劃，旨在提高本國、本地區制造業的國際競爭能力。

2.1 美國產業發展政策支持

為了保持其制造業的全球競爭優勢，美國聯邦政府推出了一系列的制造業振興計劃。1991年美國里海大學（Lehigh University）提出“美國企業網”（FAN，Factory American Net）計劃，該計劃的目的是研究如何利用信息高速公路，把美國的制造企業聯系在一起。1992年，美國執行被總統稱之為“關鍵重大技術”（Critical Technology）的新技術政策，其中包括信息技術和新的制造工藝，智能制造技術也在其中。美國政府希望借此改造傳統工業并啟動新產業。隨后，美國相繼開展了“敏捷制造的使能技術”（Technologies Enabling Agile Manufacturing，TEAM）的研究（1994～1999年）、以敏捷制造和虛擬企業為核心內容的“下一代的制造”模式的研究（1995年）、計算機輔助制造網（CAM Net）的研究（1996年）、俄羅斯－美國虛擬企業網（Russian-American Virtual Enterprise Net-work，RA-VEN）的研究（1997年）等。

為支持中小企業技術創新、提高中小企業技術創新能力和效率，美國政府幫助中小企業建立了信息網絡，為中小企業免費提供廣泛的信息服務。在美國空軍科學制造計劃的資助下，卡內基梅隆大學完成了首臺智能加工工作站的樣機。與此同時，美國工業界以極大的熱情投入到智能制造的開發與研究中，提出“智能制造，新技術、新市場、新動力”的口號。2000年，美國洛克希德·馬丁公司提出了F-22飛機研制的虛擬工廠概念，打通了從設計、生產到管理的全數字化信息流。2001年，該公司為完成美國聯合攻擊戰斗機（JSF）的研制和采購項目，采用產品全生命周期管理（PLM）技術，構建了全球性的虛擬企業，實現了單架飛機的全生命周期的跨地區、跨企業的協同設計、協同制造以及協同維護的全生命周期。2005年，美國政府出資創建了智能機床啟動平臺（SMPI），該平臺成員涵蓋公司、政府部門以及機床廠，重點開展智能機床方面的研究。2009年12月，美國提出《重振美國制造業政策框架》、2011年6月提出《先進制造伙伴計劃》、2012年提出《先進制造業國家戰略計劃》，這一系列計劃旨在依托新一代信息技術、新材料、新能源等創新技術，加快發展技術密集型的先進制造業，實施基于信息高速公路的敏捷制造的美國21世紀的制造戰略。作為先進制造業的重要組成，以先進傳感器、工業機器人、先進制造測試設備為代表的智能制造得到了美國政府、工業界各層面的高度重視，目前已經取得長足進展，相關技術產業出現良好的發展勢頭。

2.2 日韓產業發展政策支持

1990年，日本東京大學Furkawa教授提出智能制造系統（IMS）國際合作項目并被日本通產省正式立案為國際共同研究開發項目。日本、美國、加拿大、澳大利亞、瑞士、韓國和歐盟在1991年1月聯合開展了IMS國際合作計劃。這是為了克服FMS（柔性制造系統）、CIMS的局限性，把日本工廠和車間的專業技術與歐盟的精密工程技術、美國的系統技術充分地結合起來，開發出能使人和智能設備都不受生產操作和國界限制、彼此合作的高技術生產系統。該計劃鼓勵工業界、學術界和政府在現代制造技術領域里進行廣泛的研究與合作，其目標是全面展望21世紀現代制造技術的發展趨勢，先行開發下一代的制造技術，以解決全球制造業面臨的共同問題，改善地球環境（包括生產環境），提高資源有效利用率，提高產品質量和性能，促進現代制造技術成果向生產力的轉化，積極推動全球制造信息、制造技術的體系化和標準化，快速響應制造業全球化的發展趨勢。

從1995年開始，IMS計劃進入全面實施階段，IMS的國際合作研究開發一般分為全球合作、復雜制造、先進制造、發展制造業、擴大和開放市場五個層次。1992至1994年間，日本投資10億美元建立了六項工業界主導的“可行性國際合作測試案例”，包括“流程工業潔凈制造”“全球化制造同步工程”“世紀全球化制造”“全方位制造系統”“快速產品開發”和“知識系統化”智能系統，重點研究了開發全球化制造、下一代制造系統、全能制造系統等技術。2004年，日本啟動了“新產業創造戰略”，為制造業尋找未來戰略產業，并將信息家電、機器人、環境能源等領域作為重點發展對象，努力提高日本制造業在國際上的產業競爭力。

韓國于1991年年底提出了“高級先進技術國家計劃”，即“G-7計劃”，包括七項先進技術及七項基礎技術，目標是到2000年把韓國的技術實力提高到世界第一流發達國家的水平，該目標已基本達到。為占領智能化生產技術的制高點，韓國目前又將智能制造技術列入“高級先進技術國家計劃”之中，重點研究智能化生產技術。

2.3歐盟產業發展政策支持

歐盟早在1982年制定的信息技術發展戰略計劃中就強調了智能制造核心技術的開發。由德國、法國和英國發起的主題為“未來的工廠”的尤里卡項目，將解決敏捷智能制造方面的研究與開發作為重點。德國西門子、瑞士ABB、法國施耐德電氣等公司已將部分人工智能技術應用到工業控制設備與系統中。由歐盟資助的智能制造系統IMS2020計劃囊括了意大利、德國、瑞士、美國、日本、韓國等多個發達國家與SAP、IBM、Siemens、BMW、MIT、Cambridge等多家企業與高校。針對可持續制造領域、節能制造領域、關鍵技術領域、標準化領域、創新培訓領域五個關鍵領域，規劃并逐步完成1～3年的短期目標、7～10年的中期目標以及10～15年后的智能制造藍圖。1998年12月，歐洲聯盟公布了“第五框架計劃（1998—2002）”，將虛擬網絡企業列入研究主題。2002年，歐盟提出了“第六框架計劃”，選定了需要重點攻關的7大領域，計劃中的第三部分涉及制造技術前沿的研究，主要包括加工仿真與新技術開發、新型機床研發，輕型結構及機床組件研究和并聯機床研發等內容。加工仿真與新技術開發研究包括表面加工質量檢測與切削參數優化，銑削、車削加工過程建模與仿真，超精密加工技術等方面的研究。新型機床研發包括高速機床的研發、開放式數控系統及光纖傳感器應用等方面的研究。機床組件研究包括輕型材料機床組件、旋轉軸準確度測定及空氣靜力軸承等的研究。參加單位包括西門子、達諾巴特等機床生產企業，博世、菲亞特等終端用戶企業，以及德國亞琛工業大學機床與生產工程研究所，漢諾威大學生產工程研究所、布達佩斯技術與經濟大學等研究機構。

2013年，德國針對來自亞洲制造業的競爭威脅和美國的《先進制造業國家戰略計劃》，提出了“工業4.0”計劃，期望充分發揮德國在制造業的現有優勢，以確保德國制造業的未來。“工業4.0”是以智能制造為主導的第四次工業革命或革命性的生產方法，兩大主題分別為“智慧工廠”和“智能生產”。德國依托其在加工過程中廣泛應用的信息和通信技術、強大的機械和裝備制造業、在嵌入式系統和自動化工程方面的高技術水平和全球市場的領導地位，通過“工業4.0”計劃的實施進一步鞏固其作為全球領先生產制造基地、生產設備供應商和IT業務解決方案供應商的地位。工業發達國家都把先進制造技術作為國家級關鍵技術和優先發展領域，盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種，但制造業的基礎地位不能忽視。