智能制造领域研究现状及未来趋势分析

王媛媛

（福建社会科学院，福建，福州，350001）

智能制造领域研究现状及未来趋势分析

王媛媛

（福建社会科学院，福建，福州，350001）

当前信息技术、新能源、新材料、生物技术等重要领域和前沿方向的革命性突破和交叉融合，正在引发“第三次工业革命”。智能制造是引领“第三次工业革命”浪潮的核心动力。目前对智能制造的研究主要还处在技术应用层面以及国家宏观的产业政策层面，从经济学及产业组织学等角度对智能制造进行分析尚未充分展开。因此，未来对于智能制造的研究应该着重从以下几个方面展开：一是从产业组织学理论的角度剖析智能制造产生和发展的一般规律，丰富和发展产业经济学的相关理论体系；二是构建一个“国家智能制造发展竞争力指标体系”，运用定量分析的方法对于指标的权重以及国家智能制造竞争力指数进行确定和分析，用科学的框架评估各主要国家智能制造发展的竞争力水平；三是比较分析各主要国家智能制造发展的相关政策，提出可供我国借鉴的产业发展政策。

第三次工业革命；智能制造；产业组织理论；产业竞争力指标体系

工业经济论坛 URL： http//www.iereview.com.cn DOI： 10.11970/j.issn.2095-7866.2016.05.007

引言

当前，信息技术、新能源、新材料、生物技术等重要领域和前沿方向的革命性突破和交叉融合，正在引发新一轮产业变革。美国学者杰米·里夫金在《第三次工业革命》一书中将此次变革的本质定义为“能源互联网”，即把互联网技术与可再生能源革命相结合，将全球的电网变成能源共享网络［1］。英国学者保罗·麦里基在报告《制造业和创新：第三次工业革命》中认为，第三次工业革命的核心是以机器人、3D打印机和新材料等为代表的智能制造业［2］。这两项研究引起了各国对“第三次产业革命”的高度关注。那么，第三次工业革命本质是什么？是里夫金的“可再生能源革命”，还是麦里基的“制造业数字化革命”？ 冯飞（2013）将这一轮产业革命本质概括为“一主多翼”，“一主”就是信息技术和生产服务领域的深度融合，出现数字化、网络化和智能化生产；所谓“多翼”是包括新能源、生物技术以及新材料等新的发展领域［3］。当前及今后一段时间最重要的表现形式还是“一主”，“多翼”的主要影响则在其后。吕铁和邓洲（2013）认为，对于我国经济社会发展而言，“制造业版本”的第三次工业革命比“新能源版本”的第三次工业革命更具现实指导作用。他们将第三次工业革命的内涵界定为，新兴技术广泛应用推动下的制造业数字化、智能化、个性化变革［4］。刘振亚（2013）指出，第三次工业革命的重要标志之一就是全球能源体系正在发生重大变革，智能电网是承载第三次工业革命的基础平台，对第三次工业革命具有全局性的推动作用［5］。贾根良（2014）认为，一个严谨的“第三次工业革命”应包含信息通信技术革命和可再生能源革命两方面的内容。包括20世纪后30年的信息通信技术革命浪潮的导入期，新世纪以来的信息通信技术革命浪潮的展开期以及可再生能源革命浪潮的整个时期。其中，计算机及其衍生的信息通信和智能技术革命，而非可再生能源革命是第三次工业革命的标志或原因。但可再生能源革命是信息革命得以顺利展开的基础。贾根良（2013）认为，“智能化”比“信息化”具有更丰富和更深刻的内涵。装备制造业、研发部门及其生产性服务业作为第三次工业革命主导产业，凸显了制造业“智能化”革命的重要性，这些部门的核心工作就是使整个国民经济系统智能化。因此智能化将成为第三次工业革命的本质内容之一［6］。

一、智能制造研究意义

当前世界经济和产业格局正处于大调整、大变革和大发展的新的历史时期，研究这一变革的最核心部分——智能制造具有十分重要的理论和现实意义。

从理论意义来看，首先，从产业组织理论来看，随着产业革命的深入发展，智能制造的企业会出现垂直阶梯和网络化趋势，企业组织形态将由大企业主导型和供应链主导型转向产业生态主导型，企业组织结构将进一步扁平化。而规模经济优势也将不再是企业最重要的竞争优势来源，地区产业生态、组织网络、产品定制化程度等构成了企业新的竞争优势。因此研究智能制造产业的实践可以为产业组织理论开辟新的理论空间；其次，智能制造重点体现了制造业和服务业的融合，即制造业的服务化，这开辟了产业机构理论的新空间。即产业结构不再是按照传统的第一、第二和第三产业的划分方式，而是第二和第三产业的适度融合。通过对智能制造内部，制造业和服务业融合的机理进行研究，试探产业结构理论的再造；再次，从产业政策理论来看，对于像中国这样的新兴工业化国家来说，发展智能制造要遵循何种路径？给予何种政策？是嵌入发达国家为主导的价值链体系还是抓住这次产业革命的机会窗口，实施技术创新战略，走与发达国家竞争的路径？这些都是值得研究的理论课题。

从现实意义来看，《中国制造2025》指出，打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。在新的产业变革面前，谁抓住了技术革新的前沿，谁就能获得发展的先机。对于智能制造，即使部分发达国家先期开展了一些研究，但是从实践上看，各国的实力悬殊相差不是很大，我国有能力实现技术赶超。因此应该抓住这一重要历史机遇，实现跨越式发展，这对中国的崛起和中华民族伟大复兴具有重大历史意义。为此，研究智能制造的本质、内生机理和演进机制，准确把握以及分析其发展的路径和产业的政策支持，为我国在这一产业的发展提供智力支撑十分重要。

二、智能制造研究综述

从对第三次工业革命本质的争议来看，更多的研究将“制造业智能化”作为第三次工业革命的核心。可以认为，智能制造将成为引领第三次工业革命的主导产业。

智能制造并非新生事物，是伴随信息技术的不断普及而逐步发展起来的。20世纪80年代以来，先进的制造技术和计算机技术广泛应用于现代制造业，传统的设计方法和管理手段不能有效、迅速地解决现代制造系统中出现的新问题。于是人们通过将传统制造技术、人工智能科学、计算机技术与科学等有机集成，发展一种新型的制造技术与系统，即智能制造技术与智能制造系统。1988年，美国纽约大学的怀特教授和卡内基梅隆大学的布恩教授出版了《智能制造》一书，首次提出了智能制造的概念，认为智能制造目的是通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器控制对制造技工的技能和专家知识进行建模，以使智能机器人在没有人工干预的情况下进行小批量生产。

1991年，日、美、欧共同发起实施“智能制造国际合作研究计划”，定义智能制造系统为一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统。

21世纪以来，随着物联网、大数据、云计算等新一代信息技术的快速发展及应用，智能制造被赋予了新的内涵，即新一代信息技术条件下的智能制造。2010年9月，美国在华盛顿举办的“21世纪智能制造的研讨会”指出，智能制造是对先进智能系统的强化应用，使得新产品的迅速制造，产品需求的动态响应以及对工业生产和供应链网络的实时优化成为可能。

我国自20世纪90年代起开始研究智能制造。《中国机械工程技术路线图》是我国较早出版的研究智能制造技术的书，它定义智能制造技术为，研究制造活动中的信息感知与分析、知识表达与学习、智能决策与执行的一门综合交叉技术，是实现知识属性和功能的必然手段；杨叔子和吴波（2003）认为，智能制造系统通过智能化和集成化的手段来增强制造系统的柔性和自组织能力，提高快速响应市场需求变化的能力；熊有伦等（2008）将智能制造的本质定义为，应用人工智能理论和技术解决制造中的问题，智能制造的支撑理论是制造知识和技能的表示、获取、推理，而如何挖掘、保存、传递、利用制造过程中长期积累下来的大量经验、技能和知识，是现代企业函须解决的问题；卢秉恒和李涤尘（2013）认为，智能制造具有感知、分析、推理、决策、控制等功能，是制造技术、信息技术和智能技术的深度融合。

以上主要是从机械工程学的角度对智能制造进行研究，而从产业经济学的角度对智能制造进行研究的文献相对较少，有学者从产业经济学等理论视角分析智能制造发展的意义。黄群慧，贺俊（2013）指出，以智能制造为核心的“第三次工业革命” 在产业或经济层面使市场竞争的资源基础、产业竞争范式以及国家间产业竞争格局发生了的深刻变革。左世全（2013）认为，制造业智能化是“两化”深度融合的重要内容，是实现制造强国的核心技术。它将有效提高产品设计质量与效率，有效降低资源与能源消耗。同时使产品制造模式、生产组织模式以及企业商业模式等发生根本性变化，将引发制造业的革命性变化。

关于我国应对世界智能制造发展的对策方面，不少学者也有所阐述。金培（2013）指出战略性新兴产业的发展不仅要实现某些产业端的技术创新，而且要培育和实现全产业链以至产业全生命周期的技术创新。黄群慧，贺俊（2013）认为，迎接“第三次工业革命”不能狭隘地停留在前沿制造技术的突破，而是要寻求在更大的技术创新系统、企业的管理系统以及企业的治理结构和组织结构中寻求突破。包括，加快应用导向的技术开发推动制造技术的持续改进和不断完善，积极促进适用性先进制造技术的扩散和推广，形成制造技术群体性突破和创新的生态，加强与现代制造技术相适应的现代生产管理、组织管理理念、方法的总结和传播，将制造技术竞争力转化为现实的产业竞争力和经济效益，加快推进现代制造技术在战略性新兴产业发展过程中的新产品开发、工程化、产业化中的融合应用，最终形成先进制造技术发展与完整创新过程实现、价值链优化和产业结构转型的贯通衔接［7］。左世全（2013）指出，由于我国智能制造业与发达国家存在较大差距，因此发展战略上应分两步走：2020年以前致力于制造业数字化推广，并在重点行业和企业开展应用示范，2020年后则全面推广制造业智能化［8］。吕铁和韩娜（2015）指出，我国的智能制造业与发达国家相比还存在诸多问题，比如，关键零部件受制于人，导致国产智能制造装备价格倒挂，缺乏竞争力；软件系统发展滞后造成智能化水平难以提高；跨国公司垄断势力挤压国内企业发展空间；全球智能制造的垄断势力已基本形成，对后发国家智能制造发展形成了掣肘作用等。对此，应将基础系统软件的开发和标准的制定纳入到顶层设计中；加强关键核心技术攻关，打造国产机器人自主品牌；大力培养技能工人，注重利用全球人才资源；完善落实相关配套政策，大力鼓励技术创新［9］。

三、当前主要国家智能制造战略分析

美、德、日、欧都将先进制造业特别是智能制造视为21世纪的制造技术和尖端科学，并认为是国际制造业科技竞争的制高点，有着巨大的利益。因此他们在该领域投入的政策支持力度较大，以图主宰未来智能制造的发展趋势。

（一）美国

美国2011年提出“先进制造业伙伴计划”（Advanced Manufacturing Partnership，AMP），通过规划加强先进制造布局，提高美国国家安全相关行业的制造业水平，保障美国在未来的全球竞争力。2012年美国接着推出“先进制造业国家战略计划”（A National Strategic Plan for Advanced Manufacturing，2012），该计划的主要政策包括，为先进制造业提供良好的创新环境，促进先进制造技术规模的迅速扩大和市场渗透，促进公共和私人部门对先进制造技术基础设施进行投资，等等。

在智能制造领域，美国在2011年专门成立智能制造领导联盟（Smart Manufacturing Leadership Coalition，SMLC），该联盟发表了《实施21世纪智能制造》（Imliementing 21st Century Smart Manufacturing，2011）报告。该报告给出了智能制造企业框架，智能制造企业将融合所有方面的制造，从工厂运营到供应链，并且使得对固定资产、过程和资源的虚拟追踪横跨整个产品的生命周期。最终结果将是在一个柔性的、敏捷的、创新的制造环境中，优化性能和效率，并且使业务与制造过程有效串联在一起。

2012年美国通用电气公司（GE）发布了《工业互联网：突破智慧和机器的界限》（Industrial Internet：Pushing the Boundaries of Minds and Machines，2012），正式提出“工业互联网”概念。它倡导将人、数据和机器连接起来，形成开放而全球化的工业网络。工业互联网系统由智能设备、智能系统和智能决策三大核心要素构成，数据流、硬件、软件和智能的交互。由智能设备和网络收集的数据存储之后，利用大数据分析工具进行数据分析和可视化，由此产生的“智能信息”可以由决策者必要时进行实时判断处理，成为大范围工业系统中工业资产优化战略决策过程的一部分［10］。

（二）德国

德国提出的“工业4.0”也是在全球具有广泛影响的战略。2013年4月，德国发表了《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》（Securing the future of German manufacturing industry：Recommendations for implementing the strategic initiative Industrie 4.0，2013）报告，正式推出了“工业4.0”战略。报告指出，德国在制造技术创新、复杂工业过程管理以及信息技术领域都表现出很高的水平和能力，在嵌入式系统和自动化工程方面也颇有建树，这些因素共同奠定了德国在制造行业的领军地位。其工业4.0战略的核心是，通过信息物理系统实现人、设备与产品的实时连通、相互识别和有效交流，构建一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造模式。在这种模式下，规模效应不再是工业生产的关键因素，未来产品都将完全按照个人意愿进行生产，极端情况下将成为自动化、个性化的单件制造；用户甚至可以广泛、实时参与生产和价值创造的全过程［11］。

（三）日本

日本提出“机器人新战略”计划，上世纪80年代以来，日本机器人以制造业工厂应用为主，迅速普及。早在2004年日本就制定了《新产业创造战略》，其中将机器人、信息家电等作为重点发展的新兴产业。近年来日本更加重视机器人等先进制造业的发展。日本2013版制造业白皮书将机器人、新能源汽车以及3D打印等作为今后制造业发展的重点领域；2014和2015年连续发布了《机器人白皮书》和《机器人新战略》，后者提出机器人发展的三核心目标，即：“世界机器人创新基地”、“世界第一的机器人应用国家”、“迈向世界领先的机器人新时代”。2014年版《制造业白皮书》中指出，日本制造业在发挥IT作用方面落后于欧美，建议日本转型为利用大数据的“下一代”制造业。

（四）中国

2015年5月19日，我国发布了《中国制造2025》报告，指出当前各国都在加大科技创新力度，推动3D打印、云计算、移动互联网、生物工程、新能源、新材料等领域的突破和创新。智能制造正在引领制造方式变革，我国制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇。在战略任务和重点方面，要把智能制造作为“两化”深度融合的主攻方向，推进生产过程智能化，全面提升企业在创新研发、生产、管理和服务领域的智能化水平。

四、智能制造未来的研究方向

从国内外对智能制造的研究来看，目前还处在对智能制造的技术应用层面，以及国家宏观的产业政策层面。而从经济学理论角度对智能制造进行分析尚未充分展开。因此，未来应该着重从产业经济学理论的视角对智能制造这一新的产业形态进行深入研究，剖析其产生和发展的一般规律，同时也丰富和发展产业经济学相关的理论体系。

（一）研究智能制造发展的一般规律

智能制造是近三十年来新兴发展起来的产业，尤其表现在，制造业伴随着当前互联网等信息技术的爆发式发展而重新得以定义。制造业的模式不再是旧有的机械式的大规模生产，而是向着柔性化、敏捷化、定制化方向发展。因此，智能制造本身是经济发展到一定阶段后产业进一步深化和融合的产物，其本身有着产业经济学的一般规律，掌握了这个规律就可以对智能制造的发展脉络进行详细梳理，进而为智能制造的现实发展提供理论支撑。因此，在研究内容方面，可以将智能制造本身当作一个研究系统，对其产生的机理、演进的机制、企业的竞争优势以及所需要的政策等进行系统分析，全面把握智能制造的发展规律。

在理论方面的创新可能表现在：首先产业组织等相关理论对此应该有所发展和创新，即基于规模经济的企业纵向一体化在产业发展中的重要作用将趋于弱化，而地区的产业形态、组织网络和产品定制化程度等构成企业新的竞争优势。

其次，智能制造还表现出制造业和服务业相融合的趋势，这为产业结构理论开辟了创新空间。传统的配第-克拉克定理将产业结构分为第一产业、第二产业和第三产业，三大产业随着经济的发展出现比例变动。但在智能制造中，出现了制造业服务化的现象，即企业将从传统的以产品为中心向以集成服务为中心的理念转变，利用服务在整个产品生命周期中实现新的价值。另外产业结构理论中还有一个霍夫曼定理，认为工业发展存在四个阶段，整个工业化过程就是资本资料工业在制造业中所占比重不断上升的过程，资本品的净产值将大于消费品。而当前智能制造的特点是秉持需求优先而非成本至上理念，需求的异质性成为产业发展的不竭动力。

最后，从产业政策理论看来，结合我国的产业发展政策，对于智能制造的发展我国面临前所未有的机遇。即不再是被动地嵌入由发达国家创造的价值链体系，而是有机会和能力争夺价值链话语权，构建以我国为主体的价值链体系，即产业发展更多地具有同发性的地位。因此制定合理的产业政策显得至关重要，也可以创造产业政策理论的新空间。

（二）对于主要国家智能制造竞争力的实证分析

当前，几个主要的发达国家和地区，如美国、德国、欧盟、日本等智能制造已经先行发展，科学地评价各国智能制造的发展非常重要。

首先，可以在对智能制造发展的相关指标定性分析与选择的基础上，构建一个“国家智能制造发展竞争力指标体系”，同时还要运用定量分析的方法对于指标的权重以及国家智能制造竞争力指数进行确定和分析，用科学的框架评估各典型国家智能制造的发展水平。

其次，从世界智能制造发展的经验来看，目前美国、德国、日本等典型国家在智能制造发展方面走在前列，他们在智能制造发展规划等方面具有丰富的经验，把他们作为典型案例进行分析，对这几个典型国家在发展智能制造方面给予的政策支持进行比较分析，从而准确把握我国与发达国家在发展智能制造方面的差距，对我国智能制造发展是非常重要的。

（三）研究我国智能制造可持续发展的路径

当前各国都在制定智能制造发展的相关政策，我国也在《中国制造2025》等指导性文件中给予一定的政策指导，但总的来说还不够细化，缺乏实际可操作性。

因此，首先要从整体上对我国智能制造发展现状进行分析，即对我国智能制造业的发展基础、产业规模、技术水平、企业竞争力、产业集群以及产业扶植政策有一个全面的评估，明确自身发展的优势所在。

其次，对我国智能制造发展所存在的问题有全面的分析。可以从我国制造业整体发展水平、智能制造基础理论和技术体系、自主创新能力和关键技术、人才建设以及政策支撑体系等方面存在的问题进行深入剖析，进而找准未来努力的方向。

再次，研究推进我国智能制造可持续发展的路径和对策。一方面可以从产业政策理论角度分析新兴市场国家如何在具有同发优势的情况下实施合理的产业政策，从而实现跨越发展；另一方面，从具体的可实施操作层面分析我国智能制造发展所需构建的政策体系，包括产业组织政策、产业结构政策、产业布局政策以及产业发展政策等等。

［1］［美］杰里米·里夫金著，张体伟，孙豫宁译，第三次工业革命：新经济模式如何改变世界［M］.北京：中信出版社，2012：前沿第

［2］XXIV页. Paul Markillie.Manufacturing and innovation：A third industrial

［3］revolution［N］.The Economist，Apr 21st，2012，special report.冯飞.第三次工业革命是生产和生活方式的重大变革［J］.中国

［4］党政干部论坛，2013（10）：12-13.吕铁，邓洲.第三次工业革命的技术经济特征［J］.中国党政干部

［5］论坛，2013（10）：8.刘振亚.智能电网与第三次工业革命［N］.科技日报，2013-12-

［6］05（01）.贾根良.第三次工业革命与新型工业化道路的新思维——来自

［7］演化经济学和经济史的视角［J］.中国人民大学学报，2013（2）：46.黄群慧，贺俊.“第三次工业革命”与中国经济发展战略调整

［8］——技术经济范式转变的视角［J］.中国工业经济，2013（01）：12.左世全.第三次工业革命背景下我国制造业的战略转型［J］.机

［9］械管理开发，2013（6）：5.吕铁，韩娜.智能制造：全球趋势与中国战略［J］.人民论坛·学术

［10］前言，2015（11）：15.李培南，万劲波.工业互联网发展与“两化”深度融合［J］.中国

［11］科学院院刊，2014，29（2）：217.郭洪杰，等.飞机智能化装配关键技术［J］.航空制造技术，2014（21）：45.

Analysis on Present Situation and Future Trend of Intelligent Manufacturing Industry Research

Yuanyuan Wang
（Fujian Academy of Social Sciences， Fuzhou， Fujian， 350001， China）

Intelligent manufacturing is the core power to lead the “third industrial revolution”. Current research of intelligent manufacturing industry mainly in technology and national macro industrial policy level， from economics and industrial organization theory and perspective of intelligent manufacturing industry analysis has not been fully carried out. The future research of intelligent manufacturing industry should be mainly from the following aspects： First， from the industrial organization theory point of view to analysis the general rule of intelligent manufacturing industry. Second， build a “national intelligent manufacturing index system” of industry competitiveness， using the method of quantitative analysis for the national intelligent manufacturing industry competitiveness. Third， comparative analysis of relevant policies in major countries of intelligent manufacturing industry development， put forward for the reference of our country industry development policy.

The Third Industrial Revolution； Intelligent Manufacturing； Industrial Organization Theory； Index System of Industrial Competitiveness

F062.9

A

2095-7866 （2016） 05-530-08

王媛媛（1982-），女，江苏省连云港市赣榆人，世界经济博士，福建社会科学院亚太所助理研究员。研究方向：区域经济。