我國優質制造技術體系建設研究

林忠欽，奚立峰，夏唐斌，趙亦希，潘爾順，李艷婷

（1. 上海交通大學，上海 200240；2. 上海交通大學中國質量發展研究院，上海 200240）

一、前言

當前，全球制造業分工格局經歷著深刻調整，我國制造業發展的外部環境和內部條件正在發生重大變化。從外部環境看，新一輪科技革命和產業變革深入發展，全球經濟發展風險日益增多，新型冠狀病毒肺炎疫情影響廣泛且深遠，科技“脫鉤”風險加劇，發達國家制造業回流趨勢明顯，經濟全球化遭遇逆流；從內部條件看，傳統制造優勢逐漸喪失，境外疫情持續擴大使產業鏈、供應鏈受到沖擊，不確定性與風險加大。加快形成以國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進的新發展格局，正是國家在這樣背景下作出的重要部署。我國經濟發展整體向好，但制造業投資增速處于低位徘徊，提升制造業核心競爭力依然面臨挑戰。

《中國制造2025》指出，將質量作為建設制造強國的生命線，全面夯實產品質量基礎，不斷提升企業品牌價值和“中國制造”整體形象，走以質取勝的發展道路[1]。質量已然成為制造強國的關鍵內核、推動經濟轉型升級的重要因素[2～4]。提高質量效益，推行優質制造，是突破性變革的必然選擇。質量變革的每次階躍提升，都是市場需求引導技術創新的結果。面對新一輪科技和產業革命，技術迭代持續加速，亟需構建完善的優質制造技術體系，為更多企業實施優質制造提供支撐，據此強化技術變革力度，提高研發制造能力，實現我國制造業的降本、提質、增效。

面對經濟新常態的發展要求，優質制造成為提升國家核心競爭力的關鍵內容[5]。在優質制造概念提出后，學者圍繞該主題開展了一系列研究。深入剖析中國制造質量的熱點問題，提出了夯實質量基礎設施、發揮品牌制勝效應等優質制造重點任務建議[6,7]；實施全員質量素質提升工程、重塑“工匠精神”等結論， 指明了優質制造領域的人才保障路徑[8]；提出的優質制造生態概念，從系統工程的視角豐富了優質制造框架[9]；聚焦醫療器械、機床等具體行業，針對優質制造瓶頸環節提出了發展策略[10,11]。然而，現階段研究在優質制造關鍵技術方面尚未形成共識，也未提出具體的發展路徑；亟需以技術性需求為研究切入點，探索形成優質制造提升的發展策略。

本文深入剖析我國制造質量發展痛點，基于供給端、需求端、政府監管、質量基礎設施有“四位一體”框架，分析優質制造提升的關鍵問題，提煉優質制造的內涵與特征；從優質制造的質量技術基礎、質量共性技術、全生命周期質量管控技術、資源要素等維度出發，構建涵蓋“設計–生產–運維”全流程的優質制造技術體系，以期為優質制造的理論和應用研究提供基礎參考。

二、我國制造質量的痛點問題與提升關鍵點

（一）我國制造質量發展的痛點問題

1. 質量效益有待進一步提高

縱觀改革開放40余年的發展歷程，我國制造業規模已居世界第一，但質量效益遠低于發達國家。對比入選《財富》世界500強的制造企業平均利潤率可見，我國制造企業的平均利潤率僅在3%左右，與美國的9.1%相比差距較大，與德國的4.3%亦有一定差距（見圖1）?！爸袊圃臁遍L期在價值鏈中低端徘徊的現象并未徹底改變，質量效益亟待進一步提升。

圖1 4個國家入選財富500強制造企業的平均利潤率情況

2. 制造品牌的國際影響力不強

近年來，我國品牌建設不斷加強，制造企業的品牌國際影響力有所提升。從世界品牌實驗室發布的世界品牌500強制造企業的影響力值可見（見圖2），我國制造企業的品牌影響力與德國、日本、法國的差距有所縮小，但與美國仍有較大差距。制造品牌的國際影響力受到多重因素影響，如產品可靠性、一致性、穩定性等質量特性指標不盡如人意，技術能力不足導致的質量問題是制約中國品牌影響力的最重要因素。亟需通過提升技術能力夯實制造品牌影響力，改善“中國制造”的國際形象。

圖2 各國的品牌國際影響力對比

3. 產業鏈質量升級面臨困境

著眼產業鏈全局，我國產業鏈質量升級主要面臨三方面困境。一是產業鏈質量供給能力不足。據工業和信息化部2018年對全國30多家大型企業130多種關鍵基礎材料的調研結果，32%的關鍵材料仍為空白，52%的關鍵材料依賴進口，產業鏈供需不匹配的矛盾越發突出。二是產業鏈質量提升動力不足。優質不優價、“劣幣驅逐良幣”、低價競爭的現象仍然存在，部分產業鏈存在利潤分配失衡現象。三是產業鏈質量協同力度不足。以半導體產業為例，我國大部分企業集中在產業鏈低端環節，在中高端環節的高質量穩定批量生產中存在技術不足，尚未建立有效的產業鏈協作模式；根據美國半導體行業協會2021年研究報告，在2020年全球半導體產業鏈總營收中，中國大陸企業僅占5%，與相應消費占比不相稱。

（二）優質制造提升的關鍵點

實現優質制造是系統性協調發展的過程，從系統角度建立基于供給端、需求端、政府監管、質量基礎設施“四位一體”的邏輯框架，分析優質制造提升的關鍵問題（見圖3）。

圖3 優質制造的關鍵問題

在供給端，供給體系尚未滿足產業需求，產品質量的整體可靠性需進一步提高。我國制造質量效益與發達國家存在差距，中高端質量的自主品牌建設缺乏；日益變化的產業發展和全球貿易環境，在關鍵技術方面的投入和創新不足，制約了我國制造企業開展優質制造的能力和意愿。我國制造核心技術仍受制于人，許多新技術、新產品停留于實驗室研究階段，在產業化應用時面臨可靠性、一致性、穩定性問題。

在需求端，政府采購中的低價中標制度與優質優價理念相違背，消費者對優質產品及其價格的接受程度與購買意愿不高。我國消費群體兩極分化現象嚴重，主流群體因購買能力受限而傾向低價產品；消費者高度關注產品質量及安全，但對國內產品質量認可度較低，使得國內購買意愿欠缺而更熱衷于海外消費。

在政府監管方面，價格政策和質量監管機制尚不完善，相關低價政策未能兼顧質量和價格，造成“低質低價”的市場局面。政府對相關產品的分級定價收購政策沒有從市場對質量特征的需求出發，不能有效傳遞質量信息。產品質量監管力量不足，缺乏長效監管機制；企業質量違約成本低，因違約處罰力度偏弱致使督促約束作用不明顯。我國制造業從業人員的整體素質、技術與技能水平不強，培養體系尚不完備；人才培養模式單一，人才培養總量短缺，制造人才發展受限。

在質量基礎設施方面，先進有效的標準體系還未形成，新興產業的基礎設施發展滯后。計量檢測設備依賴進口，高端檢驗檢測能力供給嚴重不足；在戰略性新興產業和生命科學、人工智能（AI）等高技術領域，存在“檢不了、檢不出、檢不準”等問題。產品優質分級的認證制度缺失，標準制定過程對優等品的界定不明確、不統一，缺乏與優等品對應的認證，不利于提供品牌保障。

三、優質制造的內涵與特征

（一）優質制造的內涵

“優質制造”是以國家質量基礎設施為核心基礎，以優質資源要素為保障，面向產品全生命周期，綜合應用大數據、智能制造、工藝優化等共性關鍵技術，考慮“互聯網+”、共享經濟、服務制造等新模式和新業態的影響，精準把握客戶需求，全面提升產品質量和效益，將產品從“良”提升至“優”的一種新型制造模式[12]。

優質制造的核心是“精準、精益、精確、精細”。① 需求精準感知，應用大數據、智能預測等技術，感知顧客需求的動態變化并傳輸到系統精益優化的輸入端； ② 系統精益優化，將需求落實轉化至產品開發設計、工藝優化、生產系統規劃、服務系統優化等環節，以產品增值為導向進行決策優化；③ 過程精確控制，面向制造全過程開展數據分析，借助物聯網技術并結合工程知識，對全過程進行精確控制，保證過程的穩健性；④ 要素精細管理，分析全生命周期中全要素對產品質量的作用機理，集成并應用質量管理方法來實現全要素的協同與融合。

（二）優質制造的特征

優質制造的主要特征如圖4所示。一是國際競爭力，“優質制造”好不好，關鍵在于質量效益好不好、有沒有形成產品競爭優勢。第二是品牌影響力，品牌依托于產品的質量，質量是品牌的保障，好的品牌影響力意味著高溢價能力。三是可持續的創新能力，代表了優質制造的發展潛力，這是評價優質制造水平的一個重要指標。四是卓越的產品和服務，優質的制造全過程最終體現為優質的產品和服務。

四、優質制造的技術體系架構

優質制造技術架構由質量技術基礎、質量共性技術、全生命周期質量管控技術、資源要素等模塊組成（見圖5）。具體來說，質量技術基礎和質量共性技術是“地基”：前者包括標準技術、計量技術、檢驗檢測技術和認證認可技術，后者包括大數據分析技術、統計分析技術、信息管理技術、工程知識分析技術、AI技術。三大“支柱”涵蓋產品全生命周期質量管控技術，包括優質設計、優質生產、優質運維。資源要素涉及加工與試驗裝備、工業軟件、核心基礎零部件（元器件）、關鍵基礎材料等產業基礎，最終服務于高端裝備及消費品的優質制造提升。

圖5 優質制造技術架構體系

（一）優質制造質量技術基礎

注：PCT為專利合作條約。

以標準、計量、檢驗檢測、認證認可為要素的質量技術基礎，是公認的提升質量競爭能力的重要技術手段[13]，也是新時期優質制造技術發展的基石。目前，質量技術基礎正逐步向智能化、國際化、集成化發展。

在制造業工業化和信息化高度融合的背景下，質量技術基礎不斷升級，賦能優質制造。以新一代智能化技術發展為基礎，推動共性技術標準研制，實現高水平標準供給；開發智能計量測試技術，為提高計量精確性、促進制造工藝優化提供有效工具；創新智能在線檢測技術，提高故障探知效率，確保制造過程的高可靠性。

對標國際先進水平，加強前沿質量技術基礎研究，引領產業國際化、高端化發展。研制產業前沿技術國際標準，推動顛覆性技術創新，加速原創性成果轉化；突破高準確度、高穩定性量子計量基準，在航空發動機等高精尖制造領域獲得應用示范；發展對接國際的檢驗檢測與認證認可技術，支持突破國際貿易壁壘，提高產品競爭力[14～16]。

針對全產業鏈提質需求，加強質量技術基礎的要素融合。集成融合是質量技術基礎發揮優質制造效能的關鍵舉措。以計量、標準、檢驗檢測、認證認可技術能力提升為基礎，建設質量技術基礎信息化數據庫和集成服務平臺，形成解決制造業重大需求的合力。在產業鏈的上、中、下游各環節，以質量技術基礎的融合來實現服務優質制造的協同，為全產業鏈質量升級提供全面支撐。

（二）優質制造質量共性技術

優質制造技術既體現在大數據分析、統計分析、信息管理、工程知識分析、AI的技術研發和工業賦能，又系統性地綜合上述技術成果，通過質量共性技術融合來實現“設計–生產–運維”全過程的優質制造技術升級。

創新大數據分析技術和統計分析技術，推動工業大數據的深度挖掘與分析。針對制造系統信號源多、特征復雜的特點，開發多源異構數據測量采集系統。發展海量復雜數據治理技術，綜合完整性、規范性、一致性、準確性、唯一性、關聯性，進行多維度數據質量評價，貫穿數據的計劃、獲取、存儲、共享、維護、應用、消亡階段進行質量監控與管理。面向高頻、多維、海量的質量數據庫，研發高效并行的大數據分析工具，通過多源異構數據與工程的融合、遷移和互補，形成標準化的統計分析及評價流程。

綜合應用信息管理、工程知識分析、AI等技術實現對工業信息和知識的管理及利用。針對現代制造業工業化和信息化高度融合的特點，發展覆蓋研發、生產、管理、營銷、物流、服務等全流程的信息系統與工業云平臺；以實時反饋的信息流為要素，形成全流程信息鏈，建立信息資源庫及工程知識庫，消除信息孤島和知識壁壘。為突破質量問題溯源性差、專家經驗通用性差的瓶頸，應用知識庫構建技術開發質量管理工程知識庫，運用文本分析和字符編碼技術對大規模、碎片化知識進行挖掘和融合。依托傳感器、大數據、機器學習等技術的快速發展，在用戶精準畫像分析、制造工藝決策優化、運維過程健康狀態監測及維護決策優化等方面深入應用AI技術。

（三）優質設計

用戶多元需求獲取技術指融合定性的用戶反饋和定量的市場分析，結合KANO模型等工具系統收集、分析和提煉用戶需求。開發智能網聯爬蟲技術，采集互聯網反饋的海量數據，研發大數據用戶畫像技術，結合多元數據分析手段挖掘用戶的潛在需求。工業設計作為連接供需雙方的載體表達，精準感知特定需求，高效完整地形成用戶個性化產品需求。以保證產品質量為出發點，構建由用戶需求驅動的“質量屋”，連接用戶多元需求與產品性能屬性，實現用戶定制化的產品設計。

高可靠穩健優化技術指面向產品越來越高的可靠性需求和系統穩健性要求，綜合考慮產品的功能、質量、成本等因素，融入新的優化方法，通過推理尋優形成完善的高可靠穩健優化技術理論體系。構建設計、知識聯合驅動的產品模型，結合數字仿真技術進行實時評估與改進，主動獲取并集成仿真過程中的知識，利用穩健設計和智能優化算法自動修正產品設計參數，提高產品的可靠度和抗干擾能力。

面向全生命周期的設計指將產品全生命周期思想引入工業設計，使產品的設計階段與制造階段、裝配階段、使用階段、回收重用形成閉環融合。開展面向制造工藝的設計，構建整合產品結構、零部件結構、工藝文件等的工業設計知識庫，高效形成具有良好可制造性的設計方案。研發基于產品模型的智能設計匹配技術， 支持設計、工藝、制造、檢驗信息等與產品模型的自匹配。面向制造工藝，構建裝配過程的數字化模型，通過模擬仿真發現裝配問題，及時改進并優化裝配設計。面向使用運維，建立包含服務能力、維修資源、部件重用信息在內的運維設計知識庫，結合AI分析方法將可維修性與可重用性整合到到產品設計，提高產品可靠性。

（四）優質生產

考慮現代制造技術的精密化、極端化、集成化、智能化、數字化等特征，綜合應用光學、電子、傳感器、圖像、制造、計算機等技術，研發基于新原理、新方法、新工藝的科學測量儀器，開發精密檢測、在線檢測、數字化檢測等技術，滿足高精度數控機床、大型運載火箭等裝備對超高精度、大尺寸結構的測量要求。

針對船舶、航天等重點行業產品工藝過程繁復、精度要求嚴格、偏差傳遞復雜等特征，發展工程知識與工業數據雙驅動的制造工藝優化技術。集成生產全過程工藝參數的多源制造工藝數據和質量特征測量數據，揭示偏差傳遞機理；通過質量數據分析與工藝偏差診斷，提升生產控制能力，保障生產過程精度。搭建生產過程工程知識與工業數據融合驅動的優質生產軟件系統，開展基于AI技術的工序參數優化和工藝精度提升，開發自進化、自迭代的工藝知識推理和優化技術。

研發面向多工序復雜制造過程的預測性過程自動控制技術?；诋a品在線測量、誤差傳遞、誤差預測、誤差源診斷方法，進行制造過程的多尺度建模與分析，形成標準化的制造過程質量參數統計分析流程。突破“材料–設計–制造–性能”一體化的協同關鍵技術，形成貫穿制造過程全流程的質量信息鏈，開發具有預測診斷、實時反饋調節功能的生產過程自動控制技術，實現復雜制造過程的質量數據自監控、質量偏差自診斷、質量補償自控制。

（五）優質運維

開發融合物聯網與數字孿生的狀態監測技術。結合智能傳感器技術、信息融合技術，研發多源數據協同、功能互補的設備產品狀態監測技術，對設備使用過程中的各類狀態進行智能感知、分析和利用。融合遠程監測、云邊協同、邊緣計算、數字孿生等技術手段，開發虛實映射的物聯網數字化管控系統，實現大規模分布式設備狀態的在線、實時、精準監測管理，保障設備在服役過程中的高性能與高可靠運行。

發展智能故障診斷決策技術。設備產品朝著自動化、智能化、數字化方向發展，運行狀況呈現變負載、變轉速、非平穩等復雜特性，應用各種感知技術，開發具有專家系統和智能化功能的故障診斷系統。對設備技術狀況進行智能檢測和評估，實時診斷故障發生的部位和原因，指導運維人員及時排除故障。推動AI與故障診斷技術融合發展，不斷提高診斷系統智能化程度，實現故障知識、診斷推理的自學習與自進化。

研發運行狀態預測預警技術。針對設備狀態監測數據多元低質、高維海量、結構復雜等特點，突破全壽命、全系統、多維監測數據融合難點，采用統計概率、信號處理、機器學習、統計學習等技術構建模型算法，形成兼顧預測準確性、時效性及魯棒性的智能預測建模技術，實現健康趨勢預測、失效停機預知、狀態劣化預警，全面保障設備健康安全，提升復雜產品的運維效率與能力。

（六）資源要素

優質制造技術的資源要素包括加工與試驗裝備、工業軟件、核心關鍵零部件（元器件）、關鍵基礎材料等產業基礎，是制造業實現優質制造和質量提升的重要支撐。加強資源要素供給，能為高端數控機床與機器人、航空航天裝備、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、家用電器等高端裝備及消費品行業的質量保障“保駕護航”。

在加工與試驗裝備方面，突破高端核心加工裝備的國產化瓶頸，建立國產加工裝備與工藝集成驗證平臺，形成國產裝備工藝適應性、精度保持性、可靠性綜合驗證與工藝大數據管理能力，對于加速高端裝備研制，構建高質量、高效率、低成本的自主技術體系至關重要。

在工業軟件方面，研發具有自主知識產權的工程設計類軟件、生產管理類軟件、監控運維類軟件，支持優質制造全流程提升。工業軟件技術突破將支持解決設計、生產、運維環節的 “卡脖子”問題，提升優質設計效率、優質生產水平、優質運維能力。

在核心基礎零部件（元器件）與關鍵基礎材料等產業基礎方面，突破高端機床數控系統、智能裝備傳感器等瓶頸環節，掌握產業鏈核心技術和競爭力。例如，荷蘭阿斯麥爾公司在光刻機領域的領先地位離不開高超的磨鏡工藝和超高的機械精度，而高性能基礎材料短板制約著國產射頻芯片的性能提升。

五、推進優質制造的對策建議

（一）加強優質制造標準體系建設

加快組織制定/修訂包括國家標準、行業標準、團體標準等在內的優質制造標準體系，在質量基礎設施、質量共性技術、面向優質的設計、制造工藝與服務等方面逐步構建較為完善且有國際水平的標準，形成有利于推動產業鏈優化、有助于質量效益提升的優質制造標準體系。面向重點產業制定優質制造技術路線圖，為相關行業質量升級提供路徑參照。建立優質制造評價標準，設立國家優質制造企業獎勵措施，制定優質制造企業認定管理辦法，經認定的國家優質制造企業可參照“高新技術型企業”享受所得稅稅收減免政策。將優質制造企業與增信掛鉤，在融資貸款等方面為優質制造企業提供相應的優惠政策。

（二）加快推動產業鏈質量升級

以事關國計民生的重大裝備及熱點消費品等為重點，開展優質制造專項行動，提供配套政策和保證措施，優化產業鏈質量并創新資源配置，筑牢產業鏈質量基礎設施。重點解決產業鏈關鍵產品的可靠性、穩定性、一致性等共性問題，通過產業鏈質量升級來盡快邁向價值鏈高端。建立有效的資源共享、產業協作、合作經營的協同模式，全面梳理制約質量升級的體制性障礙和技術瓶頸，充分考慮產業鏈上、下游的特色和差異，實施精準化協同推進。建設一批優質制造試點示范企業，樹立優質制造標桿，發揮“鏈主”企業的優勢與影響力，帶動產業鏈整體提升。

（三）創新質量發展體制機制

健全優質優價的市場機制，在政府采購、招投標活動中納入有關標準技術條件和質量安全要求；鼓勵采購優質產品，將“優質優價”理念應用到生產、加工、流通、銷售環節，促進產業鏈條穩固運行。建立合理的全社會收入分配機制，降低行業薪酬結構的差異度，增強制造業競爭力，吸引優質人才資源，激發技術創新活力。構建公平競爭的市場環境，強化政府的宏觀質量管理職能，形成高質量的工作機制，通過數字賦能營造規則統一、公開透明的監管環境；全面提升市場監管效能，支持企業創新提升效率和質量。

（四）提升質量資源要素供給能力

加快培養高端質量和品牌人才，持續推進“互聯網+”質量教育，推動實施首席質量官制度，健全開放包容、科學規范、運行高效的多層次質量教育培訓體系。提升高端裝備資源的供給能力，加強以企業為主體的協同創新，著力解決零部件和系統的質量及可靠性問題；積極支持國產化功能部件的配套應用，逐步突破高端智能測量裝備和傳感元器件的國外技術壟斷，實現從基礎件到成套的計量檢驗檢測儀器設備的產業提升。加快工業軟件國產化進程，提升國產工業軟件的規模和質量，建立國產工業軟件競爭優勢，形成“產用”合作生態。加大原材料、零部件、元器件的基礎理論研究，從產品研發、工藝能力、質量基礎設施能力支撐等多方面提升創新研究水平，在提升自身產業整體質量的同時，對下游相關產業質量改善形成重要支撐。

（五）加速新技術賦能優質制造

通過政策引導、市場牽引，加大基礎性、顛覆性核心技術研究及投入力度，在物聯網、大數據、AI、云計算等智能科學新技術方向上不斷深化，推動信息手段、制造技術、數據科學在優質制造中的深度融合，賦能優質設計、優質制造、優質運維全流程。整合“產學研用”資源優勢，實施優質制造大數據戰略；針對工業大數據感知采集、加工處理、傳輸存儲、決策分析等各環節，優化工程統計手段、智能分析方法、質量回溯機制，建立優質制造質量動態評價系統。培育優質制造協同創新中心，支持各類企業、高校、 科研機構成立優質制造技術研發平臺，推動科技攻關項目落地實施；開展優質制造試點項目示范與推廣，凸顯標桿企業的行業技術創新引領作用。

（六）夯實質量技術基礎

完善標準、計量、檢驗檢測、認證認可等優質制造質量技術基礎協同服務產業鏈的流程與機制，建立全鏈條、全方位、全過程的質量技術基礎服務體系，實現以質量基礎為核心，標準協調、計量協同、檢驗檢測協調、認證認可協同的產業鏈質量協同格局。加快建立重點行業全產業鏈標準圖譜，豐富產業基礎標準和強制性標準；加強區域產業鏈計量測試體系建設，實現計量從單臺檢測到立體支撐產業鏈的發展；合理整合檢驗檢測機構的優勢資源， 注重產業鏈的檢驗檢測能力建設，形成服務產業鏈的檢驗檢測網絡。建立以政府扶持為引導、企業投入為主體、多元社會資金參與的質量技術基礎投入機制，提升資源配置效率，發展優質制造創新技術和示范產品。