德、美、日、英智能制造核心戰略進展綜述

張梅燕

蘇州經貿職業技術學院

一、德國

德國智能制造的核心戰略是“工業4.0”計劃。該計劃由德國政府在2013年提出。德國認為，未來的工業生產將從集中供應向分散供應轉變，工業4.0計劃通過對ICT（信息通信技術）的深度應用，把工廠內部的各種設備通過數據交互連接起來，讓設備彼此之間形成一個既可以數字化、個性化，又可以高度靈活連接的整體生產模式，總體上掌控從消費者需求到制造生產的全部過程，從而實現實時管理，達到生產的智能化。

“智能工廠”是德國“工業4.0”計劃落地實施的具體體現，也是目前德國制造業所有行業都在進行研究的項目，德國已經為此項研究投入2億歐元。“智能工廠”是集智能手段、物聯網技術、監控技術以及智能系統等新興技術于一體的人性化工廠，其本質是人機交互構建的高效生產管理網絡。因此，信息物理融合系統（CPS）最能反映智能工廠的鮮明特點。

圖1 德國信息物理融合系統

信息物理融合系統可以通過網絡的超級計算能力將系統中的信息、資源、物體包括人連成一體，即通過連接現實世界與虛擬空間，打造現實生產工廠的智能環境。因此，工業4.0將誕生全新的系統功能性世界，也將對市場模式與現有業務帶來深刻變革。目前，CPS中關于工業設備生產數據的交互在德國已逐漸成為現實。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）集團開發的PiWeb系統，來實現分布在全球工廠與機器數據的同步監測。

二、美國

美國在智能制造技術創新方面，長期處于全球主導地位，人工智能、控制論、物聯網這些智能制造技術的基礎大多起源于美國。與我國強調數字化、網絡化和智能化不同，美國智能制造更加關注能源管理問題。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，美國非常關注制造業當中的能源消耗問題。美國智能制造領導聯盟SMLC (Smart Manufacturing Leadership Coalition) 對智能制造有一個簡潔明了的定義：正確的數據、在合適的時間，以適合的格式，貫穿整個企業”（Right Data，Right Time，Right Form Wherever Needed Throughout the Enterprise）。

美國政府關于“智能制造”的舉措主要包括：1.整合社會多方資源，構建全國制造業創新研究網絡。至今為止，美國政府已經創建了五個頗具影響力的制造業創新研究所，具體是（1）2012年8月在俄亥俄州揚斯頓設立的增材制造創新研究所；（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創新研究所；（3）2014年2月在芝加哥成立了數字制造和設計技術創新研究所；（4）2014年2月在密歇根州底特律建立的輕型現代金屬制造業創新研究所；（5）2015年1月在田納西州諾克斯維爾成立的先進復合材料制造創新研究所。2.通過加大基礎設施投入、稅收優惠，支持納米制造、3D打印、工業機器人、生物制造、先進設計、先進材料、新一代信息網絡、物聯網及國防科技工業等領域的投資。3.通過給在國內投資的美國企業提供新稅收優惠政策，改善美國投資經營環境，提升智能制造就業崗位。3.通過改革教育、簽證制度，確保美國制造業人才通道通暢。

美國國家標準與技術研究院發表的報告《智能制造系統現行標準體系》，總結歸納了美國智能制造系統過去所依賴的標準和體系，同時架構了美國智能制造生態系統。[1]

圖2 美國智能制造生態系統架構

美國所架構的智能制造生態系統，是一種具有前瞻性的制造運營模式，涵蓋了設計、生產、工藝、管理、產品、工程等多個領域，范圍很廣。智能制造生態系統還從產品生命周期和三維空間的角度展示了整個智能制造體系。圖中，藍色標識從設計、運行、退役等生產維度，展示了整個智能制造生產設施和系統的部署；綠色標識從產品設計、產品控制、產品退市等產品維度，展示了整個產品信息流的管理；橙色標識則從供應商和客戶的交互角度進行了商業維度的設計。美國所構建的智能制造生態系統把人員、工具與系統相連接，進行操作、創新、運行、規劃以及設備維護和管理等，并通過應用軟件的集成來提升企業控制能力并且幫助企業優化決策。

三、日本

日本盡管沒有提出一個非常明確的智能制造發展戰略，但卻在實際行動中將BD(大數據)、IoT（物聯網）、AI(人工智能)、云服務等作為了日本近年來智能制造投入的重點領域。在德美新一代制造業戰略的壓力下，日本產業界實施了基于物聯網的智能制造系統與基于物聯網的服務體系。

首先，日本分析了自身在硬件及切入式軟件技術方面的優勢，并于2015年1月公布了“新機器人戰略”。[2]新機器人戰略重點在于通過熟練掌握大數據、網絡技術及人工智能技術，來實現終端化、自律化和網絡化，實現虛擬世界與實體世界的智能連接，使日本成為物聯網（IoT）的世界領袖。其中，制造業、服務業、醫療業是日本“新機器人戰略”投入行業的前三名。制造行業的重點建設內容包括：充分借助IT技術來提高機器人研發領域的技術含量；在智能制造的準備工序階段逐步嘗試引入機器人，發展機器人技術；快速培育可以將用戶與制造商進行有效連接的系統集成商。服務行業的重點建設內容包括：由機器人來全部完成批發、零售、物流、倉儲、住宿、餐飲業等服務行業的后勤工作；研發新一代生產要素技術的，實現接待工作的全自動化機器人處理等。醫療行業的建設內容包括：推動手術助手機器人、醫療護理機器人等醫療領域機器人的應用與普及；加快新醫療機器人器械的審查速度等。

其次，鑒于產業平臺的重要性，日本政府不斷集中各大研究機構的力量，組織開發集大數據、工業互聯網、人工智能等覆蓋智能制造全產業鏈的公共服務平臺，擬在未來10年投入超過2000億日元的開發經費，以應對來自IBM、Google、GE等國際著名平臺大企業的競爭。

圖3 日本政府統一組織力量開發公共平臺

再次，汽車產業是日本的支柱產業，同時也是工業4.0的最佳實踐行業。日本各大汽車企業利用原有自動化程度高、技術創新活躍的優勢，大力推動大數據、云服務、物聯網和智能化的開發和應用。

圖4 日本車企探索生產及社會化大數據在開發、設計中的應用

盡管日本政府、學界、企業都在努力尋找應對工業4.0沖擊的解決方案，但是，由于企業系列化組織形式的阻礙，以及對開放型網絡環境的擔憂，使日本在面向網絡時代的智能制造轉型方面仍面臨諸多障礙。

四、英國

英國是工業革命發源地，但近年來英國制造業出現逐年下滑趨勢。因此，英國政府提出了定位于 2050 年英國制造業發展與復蘇的“2050戰略”。

英國“2050戰略”致力把握市場機遇，敏捷響應消費需求，培養高素質勞動力，提升可持續發展能力，重點資助建設新能源、嵌入電子、生物技術、材料化學、智能系統等14個創新中心。政策重點主要有以下幾個方面：一是鼓勵英國制造業回流。吸引之前將生產基地遷至國外的本土生產制造類企業遷回英國本土，并用稅收等優惠政策幫助這類企業來削減成本。二是更加注重制造業可持續發展的質量。英國不再著眼于制造業在量上的累積，而是將主要戰略方向轉向具有高價值的制造產業的發展。三是為制造業創造良好的發展條件，如，加強基礎設施投資、加快培養高技術制造人才、加速新興市場的開發等。[3]

此外，英國還將航空、汽車等行業列入了智能制造重點發展的核心產業。

汽車產業發展方面，英國政府和汽車產業界共同組建的先進動力中心（Advanced Propulsion Centre，APC），目前已共同投資了約12億英鎊。英國還發布了功率電子技術、輕質汽車傳動技術、內燃機傳動技術、汽車能源存儲和管理等 11 項路線圖。為了推動這些路線圖的實施，英國相關各方耗資了1.85億英鎊（其中約一半來自私營部門），啟動了包括打造未來汽車供應鏈、低碳汽車技術研發能力、低碳低排放汽車動力技術研發能力，共三期低碳汽車動力技術競爭性項目。

航空產業發展方面，英國政府建立了航空技術研究所，已提供了超過10億英鎊的投資，同時企業提供等額資金配套。產業合作伙伴包括空客公司、勞斯萊斯公司航空部門等，且已經向英國航空技術研究所投入了兩批項目，資助總額分別為6000萬英鎊和2500萬英鎊。