德、美、日、英智能制造核心戰(zhàn)略進(jìn)展綜述

張梅燕

蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、德國

德國智能制造的核心戰(zhàn)略是“工業(yè)4.0”計(jì)劃。該計(jì)劃由德國政府在2013年提出。德國認(rèn)為，未來的工業(yè)生產(chǎn)將從集中供應(yīng)向分散供應(yīng)轉(zhuǎn)變，工業(yè)4.0計(jì)劃通過對ICT（信息通信技術(shù)）的深度應(yīng)用，把工廠內(nèi)部的各種設(shè)備通過數(shù)據(jù)交互連接起來，讓設(shè)備彼此之間形成一個(gè)既可以數(shù)字化、個(gè)性化，又可以高度靈活連接的整體生產(chǎn)模式，總體上掌控從消費(fèi)者需求到制造生產(chǎn)的全部過程，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理，達(dá)到生產(chǎn)的智能化。

“智能工廠”是德國“工業(yè)4.0”計(jì)劃落地實(shí)施的具體體現(xiàn)，也是目前德國制造業(yè)所有行業(yè)都在進(jìn)行研究的項(xiàng)目，德國已經(jīng)為此項(xiàng)研究投入2億歐元。“智能工廠”是集智能手段、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)以及智能系統(tǒng)等新興技術(shù)于一體的人性化工廠，其本質(zhì)是人機(jī)交互構(gòu)建的高效生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)。因此，信息物理融合系統(tǒng)（CPS）最能反映智能工廠的鮮明特點(diǎn)。

圖1 德國信息物理融合系統(tǒng)

信息物理融合系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)的超級計(jì)算能力將系統(tǒng)中的信息、資源、物體包括人連成一體，即通過連接現(xiàn)實(shí)世界與虛擬空間，打造現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)工廠的智能環(huán)境。因此，工業(yè)4.0將誕生全新的系統(tǒng)功能性世界，也將對市場模式與現(xiàn)有業(yè)務(wù)帶來深刻變革。目前，CPS中關(guān)于工業(yè)設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)的交互在德國已逐漸成為現(xiàn)實(shí)。不少德國的跨國公司，如：博世、奔馳和大眾等目前正在通過使用蔡司（Zeiss）集團(tuán)開發(fā)的PiWeb系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)分布在全球工廠與機(jī)器數(shù)據(jù)的同步監(jiān)測。

二、美國

美國在智能制造技術(shù)創(chuàng)新方面，長期處于全球主導(dǎo)地位，人工智能、控制論、物聯(lián)網(wǎng)這些智能制造技術(shù)的基礎(chǔ)大多起源于美國。與我國強(qiáng)調(diào)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化不同，美國智能制造更加關(guān)注能源管理問題。在美國，智能城市和交通、智能制造占到了美國能源使用量的三分之一，因此，美國非常關(guān)注制造業(yè)當(dāng)中的能源消耗問題。美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟SMLC (Smart Manufacturing Leadership Coalition) 對智能制造有一個(gè)簡潔明了的定義：正確的數(shù)據(jù)、在合適的時(shí)間，以適合的格式，貫穿整個(gè)企業(yè)”（Right Data，Right Time，Right Form Wherever Needed Throughout the Enterprise）。

美國政府關(guān)于“智能制造”的舉措主要包括：1.整合社會(huì)多方資源，構(gòu)建全國制造業(yè)創(chuàng)新研究網(wǎng)絡(luò)。至今為止，美國政府已經(jīng)創(chuàng)建了五個(gè)頗具影響力的制造業(yè)創(chuàng)新研究所，具體是（1）2012年8月在俄亥俄州揚(yáng)斯頓設(shè)立的增材制造創(chuàng)新研究所；（2）2014年1月在北卡羅來納州羅利成立的新一代電力電子制造業(yè)創(chuàng)新研究所；（3）2014年2月在芝加哥成立了數(shù)字制造和設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新研究所；（4）2014年2月在密歇根州底特律建立的輕型現(xiàn)代金屬制造業(yè)創(chuàng)新研究所；（5）2015年1月在田納西州諾克斯維爾成立的先進(jìn)復(fù)合材料制造創(chuàng)新研究所。2.通過加大基礎(chǔ)設(shè)施投入、稅收優(yōu)惠，支持納米制造、3D打印、工業(yè)機(jī)器人、生物制造、先進(jìn)設(shè)計(jì)、先進(jìn)材料、新一代信息網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)及國防科技工業(yè)等領(lǐng)域的投資。3.通過給在國內(nèi)投資的美國企業(yè)提供新稅收優(yōu)惠政策，改善美國投資經(jīng)營環(huán)境，提升智能制造就業(yè)崗位。3.通過改革教育、簽證制度，確保美國制造業(yè)人才通道通暢。

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院發(fā)表的報(bào)告《智能制造系統(tǒng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系》，總結(jié)歸納了美國智能制造系統(tǒng)過去所依賴的標(biāo)準(zhǔn)和體系，同時(shí)架構(gòu)了美國智能制造生態(tài)系統(tǒng)。[1]

圖2 美國智能制造生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)

美國所架構(gòu)的智能制造生態(tài)系統(tǒng)，是一種具有前瞻性的制造運(yùn)營模式，涵蓋了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工藝、管理、產(chǎn)品、工程等多個(gè)領(lǐng)域，范圍很廣。智能制造生態(tài)系統(tǒng)還從產(chǎn)品生命周期和三維空間的角度展示了整個(gè)智能制造體系。圖中，藍(lán)色標(biāo)識(shí)從設(shè)計(jì)、運(yùn)行、退役等生產(chǎn)維度，展示了整個(gè)智能制造生產(chǎn)設(shè)施和系統(tǒng)的部署；綠色標(biāo)識(shí)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品控制、產(chǎn)品退市等產(chǎn)品維度，展示了整個(gè)產(chǎn)品信息流的管理；橙色標(biāo)識(shí)則從供應(yīng)商和客戶的交互角度進(jìn)行了商業(yè)維度的設(shè)計(jì)。美國所構(gòu)建的智能制造生態(tài)系統(tǒng)把人員、工具與系統(tǒng)相連接，進(jìn)行操作、創(chuàng)新、運(yùn)行、規(guī)劃以及設(shè)備維護(hù)和管理等，并通過應(yīng)用軟件的集成來提升企業(yè)控制能力并且?guī)椭髽I(yè)優(yōu)化決策。

三、日本

日本盡管沒有提出一個(gè)非常明確的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，但卻在實(shí)際行動(dòng)中將BD(大數(shù)據(jù))、IoT（物聯(lián)網(wǎng)）、AI(人工智能)、云服務(wù)等作為了日本近年來智能制造投入的重點(diǎn)領(lǐng)域。在德美新一代制造業(yè)戰(zhàn)略的壓力下，日本產(chǎn)業(yè)界實(shí)施了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能制造系統(tǒng)與基于物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)體系。

首先，日本分析了自身在硬件及切入式軟件技術(shù)方面的優(yōu)勢，并于2015年1月公布了“新機(jī)器人戰(zhàn)略”。[2]新機(jī)器人戰(zhàn)略重點(diǎn)在于通過熟練掌握大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及人工智能技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)終端化、自律化和網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)虛擬世界與實(shí)體世界的智能連接，使日本成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的世界領(lǐng)袖。其中，制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、醫(yī)療業(yè)是日本“新機(jī)器人戰(zhàn)略”投入行業(yè)的前三名。制造行業(yè)的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容包括：充分借助IT技術(shù)來提高機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)含量；在智能制造的準(zhǔn)備工序階段逐步嘗試引入機(jī)器人，發(fā)展機(jī)器人技術(shù)；快速培育可以將用戶與制造商進(jìn)行有效連接的系統(tǒng)集成商。服務(wù)行業(yè)的重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容包括：由機(jī)器人來全部完成批發(fā)、零售、物流、倉儲(chǔ)、住宿、餐飲業(yè)等服務(wù)行業(yè)的后勤工作；研發(fā)新一代生產(chǎn)要素技術(shù)的，實(shí)現(xiàn)接待工作的全自動(dòng)化機(jī)器人處理等。醫(yī)療行業(yè)的建設(shè)內(nèi)容包括：推動(dòng)手術(shù)助手機(jī)器人、醫(yī)療護(hù)理機(jī)器人等醫(yī)療領(lǐng)域機(jī)器人的應(yīng)用與普及；加快新醫(yī)療機(jī)器人器械的審查速度等。

其次，鑒于產(chǎn)業(yè)平臺(tái)的重要性，日本政府不斷集中各大研究機(jī)構(gòu)的力量，組織開發(fā)集大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等覆蓋智能制造全產(chǎn)業(yè)鏈的公共服務(wù)平臺(tái)，擬在未來10年投入超過2000億日元的開發(fā)經(jīng)費(fèi)，以應(yīng)對來自IBM、Google、GE等國際著名平臺(tái)大企業(yè)的競爭。

圖3 日本政府統(tǒng)一組織力量開發(fā)公共平臺(tái)

再次，汽車產(chǎn)業(yè)是日本的支柱產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是工業(yè)4.0的最佳實(shí)踐行業(yè)。日本各大汽車企業(yè)利用原有自動(dòng)化程度高、技術(shù)創(chuàng)新活躍的優(yōu)勢，大力推動(dòng)大數(shù)據(jù)、云服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)和智能化的開發(fā)和應(yīng)用。

圖4 日本車企探索生產(chǎn)及社會(huì)化大數(shù)據(jù)在開發(fā)、設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

盡管日本政府、學(xué)界、企業(yè)都在努力尋找應(yīng)對工業(yè)4.0沖擊的解決方案，但是，由于企業(yè)系列化組織形式的阻礙，以及對開放型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的擔(dān)憂，使日本在面向網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的智能制造轉(zhuǎn)型方面仍面臨諸多障礙。

四、英國

英國是工業(yè)革命發(fā)源地，但近年來英國制造業(yè)出現(xiàn)逐年下滑趨勢。因此，英國政府提出了定位于 2050 年英國制造業(yè)發(fā)展與復(fù)蘇的“2050戰(zhàn)略”。

英國“2050戰(zhàn)略”致力把握市場機(jī)遇，敏捷響應(yīng)消費(fèi)需求，培養(yǎng)高素質(zhì)勞動(dòng)力，提升可持續(xù)發(fā)展能力，重點(diǎn)資助建設(shè)新能源、嵌入電子、生物技術(shù)、材料化學(xué)、智能系統(tǒng)等14個(gè)創(chuàng)新中心。政策重點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：一是鼓勵(lì)英國制造業(yè)回流。吸引之前將生產(chǎn)基地遷至國外的本土生產(chǎn)制造類企業(yè)遷回英國本土，并用稅收等優(yōu)惠政策幫助這類企業(yè)來削減成本。二是更加注重制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的質(zhì)量。英國不再著眼于制造業(yè)在量上的累積，而是將主要戰(zhàn)略方向轉(zhuǎn)向具有高價(jià)值的制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。三是為制造業(yè)創(chuàng)造良好的發(fā)展條件，如，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施投資、加快培養(yǎng)高技術(shù)制造人才、加速新興市場的開發(fā)等。[3]

此外，英國還將航空、汽車等行業(yè)列入了智能制造重點(diǎn)發(fā)展的核心產(chǎn)業(yè)。

汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，英國政府和汽車產(chǎn)業(yè)界共同組建的先進(jìn)動(dòng)力中心（Advanced Propulsion Centre，APC），目前已共同投資了約12億英鎊。英國還發(fā)布了功率電子技術(shù)、輕質(zhì)汽車傳動(dòng)技術(shù)、內(nèi)燃機(jī)傳動(dòng)技術(shù)、汽車能源存儲(chǔ)和管理等 11 項(xiàng)路線圖。為了推動(dòng)這些路線圖的實(shí)施，英國相關(guān)各方耗資了1.85億英鎊（其中約一半來自私營部門），啟動(dòng)了包括打造未來汽車供應(yīng)鏈、低碳汽車技術(shù)研發(fā)能力、低碳低排放汽車動(dòng)力技術(shù)研發(fā)能力，共三期低碳汽車動(dòng)力技術(shù)競爭性項(xiàng)目。

航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，英國政府建立了航空技術(shù)研究所，已提供了超過10億英鎊的投資，同時(shí)企業(yè)提供等額資金配套。產(chǎn)業(yè)合作伙伴包括空客公司、勞斯萊斯公司航空部門等，且已經(jīng)向英國航空技術(shù)研究所投入了兩批項(xiàng)目，資助總額分別為6000萬英鎊和2500萬英鎊。