中國智能制造發展基礎與發展方向研究

摘 要：制造業是國民經濟命脈所系，也是推動生產力進步和社會發展的關鍵力量。作為引領制造業實現第四次生產力飛躍的重要組成部分，智能制造在進一步解放生產力的同時，重新定義了人工智能和機器在生產中的地位及其與勞動者的關系。當前，我國制造業基礎穩固，技術創新能力不斷增強，要素資源供給較為充分，智能制造總體面臨較好的發展環境。智能制造在概念和技術上的先進性，使得智能制造在支撐引領制造業發展的同時，需要承擔起實現人機關系和諧、發展綠色、生產集約高效的重任。

關鍵詞：智能制造；具身智能；人機融合；低碳制造；精準制造

自工業革命時代起，制造業就成為促進生產力進步的重要的力量，它不僅是實現各類創新的重要載體，也是技術進步、迭代最迅速的產業。智能制造不僅借助技術躍遷帶來效率革命，更引發了生產制造領域內，人工智能對人類智能替代所帶來的深遠的范式變革。當前，我國已進入高質量發展階段，智能制造既是深入實施制造強國戰略的主攻方向，又是孕育和形成新質生產力的重要載體。長遠來看，智能制造不僅能夠引領新興產業發展，還將深刻塑造未來的生產生活方式。

一、制造業的四次生產力飛躍

智能制造是一個多維度的概念，可從技術、經濟、產業等角度對其進行界定。從制造業生產力發展的歷史進程來看，智能制造是在傳統制造發展基礎上，在技術革命背景下，在制造業第四次生產力飛躍過程中，生產力向更高級表現形式的演進成果之一，其本質仍然是物質生產和轉化。

（一）第一次飛躍——機械動力與工廠制度

制造業的第一次生產力飛躍，是以蒸汽機為代表的機械動能替代人力、畜力、自然風力水力等傳統動能，成為主要的動力來源，制造業生產不再必然依靠自然力、遵循自然法則來安排生產計劃。隨著制造工廠大量出現，規模經濟、范圍經濟出現，標準化和分工使生產效率大大提高，工業、農業生產力得到極大提升。然而，最早的制造工廠主要是生產要素的集中，缺少現代化的管理方法和工具，工廠管理能力不足，第一次生產力飛躍所推動的技術進步有限。同時，受制于當時的交通工具和信息傳播手段，技術擴散的速度也較為緩慢。

（二）第二次飛躍——電力、流水線與產業鏈

電力的出現使動力可以分開創造和使用，這是制造業擺脫動力束縛的又一變革。二者分開不僅使兩個環節能夠進行深入分工，使能源供應和使用效率進一步提升，還賦予制造業可以隨時隨地根據需要使用動力的自由。相較于蒸汽能，電能在輸出功率、使用便捷性和安全性等方面都有巨大的進步，不僅能夠支撐巨型工業機械進行制造加工，也讓小型工具獲得了機械能，后者推動了流水線的出現和普及，這是制造業生產模式的一次重大革新。電子通訊技術的興起和內燃機的改進使人類信息傳遞和運送貨物的能力大幅提升，使分散在各個地區的制造工廠能夠相互關聯，進行分工、協同和產能分配，同時也使在更大范圍、多個工廠間進行生產組織成為可能，產業鏈和產業體系逐漸出現。技術進步和生產組織模式創新深化了專業分工，放大了制造業的規模經濟效應，制造業的生產力再次得到解放和發展。但由于當時物質產品匱乏，因此制造業生產力的第二次飛躍主要以創造更多的物質產品為目標，技術進步和管理創新均以提高生產能力為導向。然而，這種以產能增長作為主要目標的生產方式一定程度上造成了對自然資源的過度開采和對生態環境的破壞，最終造成了嚴重的生態危機。

（三）第三次飛躍——自動機械和全球化

1959年，第一臺工業機器人在通用汽車公司安裝運行，標志著制造業進入“自動化”革命的新紀元。近年來，工業機器人已經廣泛應用到制造業的各個細分行業，以工業機器人為代表的可自主運轉機器設備提高了制造業生產效率，進一步發展了制造業的生產力。第二次世界大戰結束后，出現了以低成本和高效率為重要導向的全球產業轉移和分工格局調整，經濟全球化不斷發展，全球產業鏈形成，制造業各環節分工進一步深化。自動化和全球化的結合促使制造業生產力發生第三次飛躍，在這一階段，制造業生產更加注重效率和效益的提高，不計成本的粗放式增長方式被摒棄，集約和節約的生產方式不斷普及，制造企業開始重視資源能源的合理使用，并關注生產過程和產品使用中對生態環境產生的影響。然而，由于制造業歷次生產力的飛躍主要由發達國家主導，在第三次生產力飛躍和全球化過程中，發達國家再次主導全球分工和貿易規則，利用技術差、信息差，成為全球化進程的最大受益者。

（四）第四次飛躍——智能化、綠色化、融合化與定制化

在數字社會、智能社會到來之際，制造業依然是技術創新、管理創新、制度創新的前沿陣地。進入21世紀，人工智能等新一代數字信息技術取得突破性進展，綠色低碳發展已在全球達成共識，不同產業的深度融合使得傳統的產業分類邊界逐漸模糊，用戶對個性化產品和服務的需求愈發旺盛。在此背景下，制造業迎來了第四次生產力水平的飛躍，呈現出智能化、綠色化、融合化和定制化的特征。與數字化和網絡化等概念相比，智能化強調重新定義機器與人工智能在產業發展和企業生產經營中的地位和作用，并重新審視新環境下人與機器的關系。數字化、網絡化與智能化三者只存在層次上的差異而不存在遞進式的取代關系。綠色化已成為制造業發展的基本原則，全球綠色產業規模不斷擴大，推動制造業向更加可持續的方向發展。融合化主要指產業間深度融合和制造業服務化趨勢的增強。在新工業革命中，制造業分工不斷深化、價值鏈不斷分解，制造企業提供服務的能力顯著增強，制造業產品中服務的比重也不斷提高。定制化主要是指低成本、大規模和強個性化的定制化制造。通過技術進步、生產制度改進、分工進一步深化以及對用戶需求的精準把握，制造業的生產力得到進一步發展，在新科技革命和產業變革的推動下，制造業將再次實現生產力的飛躍。

二、我國智能制造的發展基礎與現狀

如同每一次制造業生產力的飛躍都是在特定條件下對上一次生產力的進一步提升，智能制造的發展也需要強大的工業和制造業基礎。近年來，我國在經濟發展和工業建設方面取得一系列顯著成就，雖然還存在一些技術上和制度上的挑戰，但智能制造總體上具備良好的發展前景。

（一）工業和制造業產業體系完備

我國擁有世界上最為完備的工業體系，是唯一一個在聯合國產業分類中涵蓋全部工業大類、中類和小類的國家。經過多輪調整和優化，我國輕重工業的比重基本合理。我國工業產業鏈完整，涵蓋了從上游的采掘業、中游的原料和產品加工及生產各環節，以及下游的產品服務和研發、物流、金融等生產性服務業。我國擁有超大的工業和制造業規模，在全球500多種主要工業品中，有220多種產量位居世界首位，制造業規模約占世界的三分之一，對世界制造業增長貢獻比重超過30%。完善的工業體系和龐大的工業規模使得我國工業和制造業具有強大的韌性，為智能制造的發展創造了穩定的環境和堅實的基礎。

（二）技術創新能力處于世界前列

《“十四五”智能制造發展規劃》指出，要把科技自立自強作為智能制造發展的戰略支撐。目前，我國制造業技術的總體研發能力已比肩發達國家，且在部分領域處于世界領先地位。我國科技研發投入已多年穩居世界第二位，PCT專利申請量和R&D經費投入均位居世界第一位，技術研發體系基本完備，建設了諸多世界領先的重大科技基礎設施，能在多個領域、多個技術路線上開展基礎性和前沿性的研發工作。盡管當前階段我國在部分技術研發領域仍處于后發地位，但憑借完整的產業門類和配套完善的工業體系，能夠通過改進生產工藝和大規模生產來彌補研發劣勢，進而實現技術趕超。目前，我國在人工智能、移動通訊、量子科技、空天開發等具有顛覆性潛力的技術領域中，研發水平均居于世界前列。創新能力的不斷增強是我國長期堅持獨立自主技術路線的結果，也為智能制造的發展奠定了技術基礎。

（三）智能制造要素條件基本齊備

在培育創新能力的同時，發展智能制造還需要大量的要素投入。雖然我國東部地區土地資源緊張，但中西部地區還有土地存量尚待開發，既可用于建設智能制造工廠，也可用于承接東部地區的產業轉移。我國教育水平在發展中國家中遙遙領先，培養了全球最龐大的高素質產業工人隊伍，并擁有世界領先的工程師隊伍，為智能制造發展提供了充足的人才和人力資源。國家出臺《“十四五”智能制造發展規劃》、工業和信息化部等八部門出臺《關于加快傳統制造業轉型升級的指導意見》等一系列政策文件，確保國家資源向智能制造傾斜。同時，我國高度重視新型基礎設施建設，工業智能化發展的關鍵基礎設施覆蓋范圍日益擴大。而我國龐大的人口基數和大體量的經濟基礎，能夠為新技術、新模式的商業化提供豐富的應用場景和廣闊的市場需求支撐，使我國能夠通過規模化的發展模式實現產業的快速增長。在本土要素條件基本齊備的同時，我國全球化的能源資源保障能力也不斷增強，可以從多方面為智能制造的發展提供支持。

三、我國智能制造未來發展趨勢與策略

先進信息通信技術、自動化技術、數據分析技術、人工智能技術和物聯網技術構成了智能制造的底層技術。與當前制造業生產模式相比，智能制造具有技術上的先進性，展現出高度自動化、數據驅動、靈活柔性、互聯性、智能決策、預測性維護、高資源產出效率和用戶參與等特征。智能制造在提升制造業效率和效益的同時，需要著力解決制造業發展中存在的各種結構性問題，實現人與機器和諧共生、發展與環境有機統一以及供需的精準匹配。

（一）具身智能引領“無人化”新時代

近年來，工業機器人在制造業中的應用日益廣泛。在生產方面，大規模應用工業機器人不僅在總體上降低了生產成本，還顯著提高了生產效率；在就業方面，工業機器人對就業產生了一定的影響，減少了對重復勞動崗位的需求，同時提高了對高水平勞動力的需求。但工業機器人無法完全替代人類崗位，原因是工業機器人在處理模糊任務和應對生產中的突發狀況的能力較弱。對于一些概念和邏輯模糊的工種和崗位，機器人的判斷能力不及人類精準，只能扮演輔助性角色。然而，隨著以具身智能為代表的智能技術逐漸成熟，智能制造的生產模式正在向完全“無人化”的方向演進。

具身智能是人工智能的一個重要分支。根據中國計算機學會的定義，具身智能是一種基于物理身體進行感知和與物理世界互動的智能系統，該系統能夠表現出智能行為和適應性。與非具身智能相比，具身智能以現實機器設備為載體，能更好地適應制造業作為物質生產部門的固有屬性。具身智能不僅能通過主動式感知，像人類一樣完成物理任務，還能感受周圍的世界、對世界進行建模，主動進行學習和認知。目前，具身智能的研發已取得一系列進展，在制造業的應用前景逐漸清晰。

（二）人機融合共創制造業智能新生態

當數字控制系統應用于機器人后，人與機器在制造業中逐漸形成了協作關系，這是制造業中人與機器關系演進的重要一步。機器數控化使生產柔性程度大幅提高，通過使用帶有擴展的命令集，單臺機器以及機器之間的模塊化組合能夠快速切換任務，使得一些先進的工廠在一條流水線上可以同時完成多個型號產品的生產。在安全方面，數控機床一般采用全封閉設計，工業機器人被放置在由圍擋和警戒線環繞的封閉空間內，工人則被嚴格控制在機器的工作范圍之外。此外，AGV（自動導引運輸車）機器人等移動設備必須具有避讓工人的功能。通過嚴格的現場管理和安全規范，機器引發的安全事故頻率極低。盡管機器數控化使制造業中人與機器的關系向前邁出了一大步，但人與機器的協作關系主要體現在崗位分工以及人機交互和柔性化制造的協同上，人與機器之間的物理障礙仍然存在。操作人員必須經過專門培訓，使用特定按鍵和編程語言進行人與機器的交互，機器程序的設定仍然以便于機器識別為準則。

制造業正在經歷顛覆性數字化變革，在數控化的基礎上，機器向智能化、更加柔性和更加安全的方向發展，人與機器由協作關系轉變為人機“融合”關系。人機融合關系的根本原則是以人為本，機器需要最大限度地配合人的勞動習慣、最大程度地降低人的體力和腦力勞動強度、完全服從人的指揮和調度。機器能夠識別并理解人類的自然語言，因此機器操作者不再需要進行復雜的培訓，機器與機器之間通過保留數字語言進行數據傳輸和相互協同，但人與機器可以在同一空間和平臺上從事生產活動，人機之間的物理隔離和管理制度上的分離逐漸消失。在這種融合關系中，機器在具有高度柔性化能力的同時，還具備自主的學習能力和糾錯能力，人對機器的直接干預逐漸減少，當面臨新的任務時，機器可以和人類一起學習。人機融合能實現人與機器的優勢互補，推動超柔性生產的實現，使人在工業生產中重新回到主導地位，引領可持續發展之路。

（三）低碳制造共筑可持續發展新未來

綠色低碳已成為全球共識。2015年，我國提出了綠色工廠的五大要求，即生產潔凈化、原料無害化、用地集約化、廢物資源化和能源低碳化。通過區域發展規劃、政策法規和市場化手段的調節，我國已基本實現五個要求中的前四個。當前，我國制造業碳排放占到整體碳排放量約30%，僅次于電力產業，因此制造業必須承擔起減排責任。智能制造為實現低碳化、綠色化的制造業創造了一條增長與環保兼得的可靠路徑。首先，技術創新和管理制度創新有助于制造綠色化的實現。技術進步不斷提高能源轉化率和資源利用率，新的供應鏈、倉儲和物流體系不斷降低制造環節中的損耗。其次，更加綠色的生產技術和組織方式在各制造業部門、各產業鏈和各類產品生產流程的每個環節得到廣泛應用，使其不再局限于高耗能、高污染行業，進一步創造了碳減排空間。

智能制造同樣有利于能源的清潔獲取與集約利用。在能源來源方面，通過建設分布式光伏系統和大規模的儲能設備、優化用電管理系統和算法等手段，制造業可以大量使用清潔能源，減少對化石能源發電的依賴，并帶動電力行業的能源轉型。在能源利用方面，使用高效能設備代替老舊設備，一方面提高了單位能源效率，降低操作能耗；另一方面，通過減少不必要的動力輸出，從而節約能源。在能源管理方面，智能制造通過建立起一套數字化智能系統，對工廠碳排放進行準確測算，并在此基礎上優化企業的能源管理。通過傳感器和數字孿生技術，智能制造可以系統監測關鍵環節的能耗參數，及時發現能源漏損點位并進行修補，最大限度地減少能源浪費。

（四）精準制造構建高質量發展新格局

隨著數字化時代的不斷發展，制造業需要向運轉更加高效、成本更加節約、供需更好對接的方向發展。1953年，日本豐田公司副總裁大野耐一創造了在多品種小批量混合生產需求下實現高質量、低成本的生產方式，即準時生產（Just in time）模式。這一生產方式隨后在全球制造業中得到推廣和普及，顯著降低了制造業的生產成本并提高了對市場需求的響應速度。在這一生產方式的基礎上，“精準經濟”的概念被提出并得到實踐。精準經濟首先體現在制造業產品智能化、緊湊化。隨著產品體積縮小，生產的能耗、物耗也相應降低，制造業庫存成本隨之降低。精準經濟還體現在供需匹配上。隨著信息時代海量數據資源匯集，供需精準匹配得以實現，低成本定制和個性化需求得到了普遍滿足。智能制造通過“產銷合一”改善了供需關系，進一步促進了經濟體系的公平和諧。

通過先進的數字技術和制度設計，智能制造使產品制造中各個環節、各個方面都實現了高度精準化，不斷滿足產品在“精確性”和“準確度”上的要求。通過聯通數字世界和現實世界的數據獲取，進行超大規模數據分析，采取普遍數據驅動基礎上的發展模式，智能制造能夠實現對經濟活動的精準監測，并做出相應的精確反應。通過采用精準制造模式，智能制造能夠在較高生產效率的基礎上提升經濟效率，有效降低經濟運行的物耗能耗，并調動閑置的資源和生產要素進入市場，從而創造新的經濟價值。這種高度精準的制造模式，不僅使制造業在響應市場需求時更加靈活敏捷，還使得資源配置更加高效，推動了整個經濟體系向更加可持續、更加高效的方向發展。

參考文獻

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（鄧洲系中國社會科學院工業經濟研究所副研究員；李童系中國社會科學院大學博士研究生）

The Development Foundation and Direction of Intelligent Manufacturing in China

Deng Zhou Li Tong

Abstract： Manufacturing is the life line of the national economy as well as the most important force driving productivity progress and social development. Intelligent manufacturing as an important component of the fourth productivity leap in the manufacturing industry not only further liberates productivity， but also redefines the position of artificial intelligence and machines in production and their relationship with workers. China’s manufacturing industry has a solid development foundation. Technological innovation capabilities are being continuously enhanced. Production factors and resources are relatively sufficient. Overall， intelligent manufacturing is in a favorable development environment in China. The progressiveness of intelligent manufacturing in concept and technique determines that while supporting and leading the development of manufacturing industry， intelligent manufacturing needs to shoulder the responsibility of helping achieve harmonious human-computer relationship， green development， and precision manufacturing.

Keywords： Intelligent Manufacturing； Embodied Intelligence； Human-machine Integration； Lowcarbon Manufacturing； Precision Manufacturing