发达国家智能制造战略研究对中国制造2025的启示

(云南财经大学 云南 昆明 650032)

引言

智能制造是基于新一代信息技术，面向产品全生命周期，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。核心是制造，本质是先进制造，基础是数字化，趋势是人工智能(Artificial Intelligence)，载体是智能装备与软件，特点是将智能化贯穿整个生产过程，且具有高度的柔性以及集成性。智能制造是实现传统制造业成功转型的必然要求，也是制造业发展的必然趋势，将会推动制造业发展出全新的制造模式，并成为一个新的经济增长点。

随着以人工智能技术为主的新一代信息技术的迅速发展，智能制造(Intelligent Manufacturing)成为制造业重要发展趋势，将对全球工业的产业格局带来重大的影响，进而引发第四次工业革命。金融危机以来，发达国家纷纷提出“再工业化”战略，把智能制造作为未来制造业的发展方向，并制定政策给予支持，以提升国家制造业的竞争力，抢占制造业的制高点。2011年美国实施“国家制造创新网络”战略，2013德国提出“工业4.0”计划，2014年英国开展“高价值制造”战略，2015年日本颁布“工业价值链”战略，2016年欧盟颁布“数字化欧洲工业计划”。智能制造在世界范围内逐渐扩大兴起，我国也不甘落后，2015年5月我国发布《中国制造2025》文件，将智能制造定为制造业发展主攻方向，提出用信息化和工业化的深度融合来引领制造业的发展[1-2]。

为此，分析发达国家对“智能制造”发展所制定的发展战略与规划，从中总结有效的方法，并结合我国制造业发展现状，为我国传统制造业的转型与“智能制造”的实施提供建议。

一、典型国家促进智能制造业发展的经验借鉴

随着3D打印设备、工业机器人、数控机床等先进制造设备不断发展与更新，以及物联网、大数据、5G通信网络等先进技术的产生与普及，智能制造的全面实施有了更多的保障。在这一形势下，全球各大经济主体纷纷把握住这一机会，结合本国产业特色，争先制造先进设备，并纷纷借助数字化、智能化手段改造传统制造业，打造先进制造业王牌。

据中国经济信息社发布的《全球智能制造发展指数报告(2017)》文件显示，全球智能制造排名前三的分别是美国、日本与德国，为此本文将分析美国、日本与德国三个国家在先进制造领域方面所制定的战略规划与发展现状。

(一)美国的“国家制造创新网络”

2012年，美国启动“国家制造创新网络”(NNMI)计划，为了保证该计划的实施，2016年又发布了《国家制造创新网络计划战略规划》。NNMI计划建立一个创新生态系统，并制定了协调和评价机制。其中每个机构只需关注一个具有发展前景的先进制造领域，再通过协调与资源共享协作的方式解决与工业制造相关的问题，目的是提升其制造业竞争力、促进创新技术成为高效的规模制造、加速培养先进制造所需劳动力、支持创新机构商业化实现可持续发展，从而推进美国制造业的创新。

2016年，美国CESMII机构(清洁能源智能制造创新研究院)发布了其2017年到2018年的短期建设路线图。在文件中，CESMII将智能制造(SM)定义为一系列涉及业务、技术、基础设施及劳动力的实践活动，通过整合运营技术和信息技术(OT/IT)的工程系统实现制造的持续优化。该定义给出业务、技术、基础设施及劳动力四个维度，将“业务”放在第一位，落足于持续优化，是一种多方协作、资源及优势互补的模式。

美国政府还推出先进制造业伙伴计划(AMP)[3]，吸引波音公司、通用电气、思科公司和福特汽车等一批制造业巨头加入，提出优先发展先进传感、控制与制造平台技术，以及可视化、信息与数字制造技术两大智能制造关键技术，将3D打印、数字化设计与制造、先进制造材料、物联网、工业与服务行业机器人开发等为未来5年内美国制造业的发展领域。同时，出资近3亿美元组建研究院，支持制造共性技术的创新应用，例如先进复合材料制造创新研究院关注先进纤维增强聚合物复合材料，国家增材制造创新研究院关注增材制造与3D打印技术。

(二)日本的“工业价值链”

2018年6月，日本经产省发布《日本制造业白皮书(2018)》，明确将互联工业作为制造业的发展目标。除此之外，日本工业价值链促进会(IVI)提出了新一代工业价值链参考模型(IVRI-NEXT)，该框架从资产维度、管理维度与活动维度将制造业中各单元整合为智能制造单元(SMU)。这一价值链的特点分为以下四点：一是通过循环省级实现智能制造。对于现场生产中出现的小问题采取PDCA(计划、执行、检查、行动)循环，对于流程调整、结构优化等大问题则采取EROR(发现问题、共享问题、确立课题、解决问题)循环，通过两种动态循环方式的结合，使得价值链中的SMU进行自我进化。二是给出了“宽松定义标准”[4]去构建工业互联体系。使用“宽松定义标准”对通信平台、知识共享标准和数据模型进行设计，保证在达到互联企业协同目的的同时保障企业的独特技术。三是突出平台在数字世界的核心作用。通过平台去定义生产规则与条件，集成相关软件于硬件设施，对数字进行加工与处理形成知识与技术，为制造业企业提供服务，从而形成一个平台生态系统。四是高度重视人与知识在智能制造中的作用。

同时早在2011年，日本就已通过发布第四期《科技发展基本计划》(2011-2015)，部署多项智能制造领域的技术攻关项目，如多功能电子设备、信息通信技术、嵌入式系统、智能网络、高速数据传输、云计算等技术。并通过优惠税制、优惠贷款、减税等多项政策支持重视发展人工智能技术的企业。日本将3D打印、人工智能、自动化与智能制造、物联网作为主要资金和政策扶持领域。《2014制造业白皮书》中提出要重点发展机器人产业，大规模建设机器人应用的试验场地，在制造、服务、灾害应对等多方面广泛使用机器人，打造应用机器人所需的环境。

(三)德国的“工业4.0”

德国的“工业4.0”是发布于2011年11月的《德国2020高技术战略》中所提出的项目之一，旨在通过利用信息通讯技术和信息物理系统技术相结合的方法，将人、物和系统连接，根据不同的标准对生产制造流程进行优化，推进传统制造业向智能化转型。

为更好地实现这一目标，德国政府又在在2013年4月举办的汉诺威工业博览会上发布了《德国工业4.0战略计划实施建议》[5]，该建议所制定的战略框架可归纳为一个网络，四大主题，三项集成与八项计划。一个网络是指信息物理系统(CPS)网络，四大主题是指智能生产、智能工厂、智能物流与智能服务，三项集成是指通过价值网络实现横向集成，贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成，纵向集成和网络化制造系统。八项计划包括标准化和参考架构、管理复杂系统、建立全面宽频的基础设施、安全和保障、工作的组织和设计、培训和持续的专业发展、监管框架与资源利用效率“工业4.0”战略也代表着德国政府、学术界与企业界所组成的创新战略伙伴关系，它通过不同组织的跨界协作，促进传统产业工业化和信息化两化的深度融合[6]。行业协会为企业对接工业4.0提供标准路线图，为研究机构搭建与企业对接学术成果的平台；企业则自主制定战略规划，以适应发展以数字化制造、智能制造、物联网为基础的业务架构。

二、我国制造业发展现状

改革开放以来，我国制造业快速发展，现已成为世界第一制造大国，在全球500多种主要的工业产品中，我国有200多种产量位居世界第一，但在经济新常态下，世界制造业不断发展，我国制造业的许多问题业逐渐表现出来。为此，将从优势和劣势两个方面分析中国制造业面临的现状。

(一)我国制造业发展优势

在改革开放四十年的发展中，我国利用自身优势，建立了较为完整的工业体系，基础设施建设也日渐完善，为制造业的发展打下坚实的基础。我国制造业的优势可归纳为以下方面：一是我国政府为制造业的发展制定了各种政策与规范了市场竞争。政府在各个时期会根据市场情况、全球发展趋势制定不同的方针、政策，积极引导制造业发展方向，例如2015年发布的《中国制造2025》[8]引导制造业使用信息化和工业化的高层次的深度结合的方式去推进转型。二是我国由于人口基数大，消费者数量多，市场消费方式多样，消费潜力巨大。且随着人们生活水平的提高，需求层次也顺势提高，由此也吸引了众多国内外的制造企业参与到我国制造业的投资建设当中。因此，我国在制造业规模与发展方面相比于大多数国家来说，优势较为明显，应积极把握住第四次工业革命的发展机遇[7]。

(二)我国制造业发展劣势

我国制造业的发展一直依靠着原材料、劳动力等生产要素优势，是典型的“要素驱动”型的发展。随着信息技术的发展，“要素驱动”发展模式不再满足市场需求，甚至制约着我国制造业的发展。与美国、日本、德国等发达国家相比，我国依然不是制造强国，存在的问题主要集中以下几点：一是产业结构不合理。例如钢铁产业，世界绝大部分粗钢由我国生产，特种钢的生产量却无法满足自身发展需要，需要大量进口。二是产品附加值不高。政府通过优惠政策与廉价生产要素吸引外资企业进入我国，但吸引来的只是基础性的加工产业，获得的也仅是微薄的加工费，并不能延伸至高附加值的上下游产业。三是缺少创新能力。我国有效专利主要以实用新型和外观设计专利为主，创新设计专利数量较少，且总的专利数量远低于国外的数量。四是信息化水平差距大。首先是不同行业间的信息化水平的差距较大。石化、机械等重工业的信息化程度较高，而纺织等轻工业的信息化水平相对较低。其次是地区之间制造业的信息化水平也存在差异，并且不同规模的企业信息化水平也不均衡。

总而言之，经过改革开发四十年的发展，我国制造业持续快速发展，建成了门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动了工业化的发展，显著增强了我国的综合国力。但与世界先进水平相比，我国的制造业仍然大而不强，在产业结构、创新能力、产品附加值与信息化水平等方面存在明显的差距，制造业的转型升级的任务较为艰巨。

三、对于我国智能制造发展的启示

当今世界，各个国家都在思考如何使制造业进行转型升级，如何在全球竞争中获取核心竞争力，我国同样需要思考这个问题。鸦片战争后的中国就是在不断的学习，才拥有今天的成就。历史证明，学习、借鉴发达国家的方法帮助自己实现跨越式发展是明智的选择。为此，分析研究、学习借鉴先进国家智能制造的战略与规划，为实现我国制造业跨越式发展。

(一)推动政府、学术界、企业界联盟，形成协同创新生态系统

建议政府、学术界与企业界组合成一个联盟，联盟的共同目标是通过信息化与工业化两化的深度融合手段促进制造业转型升级政府制定发展战略规划和系统部署，正确引导企业的发展方向与研究机构的工作方向。企业界与学术界在政府牵头下共同合作，共同申报科技创新类项目，攻克智能制造中出现的技术、管理等问题；建立知识型人才与技能型人才的交流培训平台，共同培养智能制造发展所需复合型人才。政府的科研结构相互加强协同合作，进行知识、信息的交流共享，共同研发创新技术与高科技材料等元素，为智能制造所需提供技术与元素支持。联盟中各部门角色分明、分工明确且相互协作，资源共享，共同进步，形成协同创新生态系统

(二)提高创新技术的研发与应用能力，促进信息化与工业化的深度融合

从人工智能的视角下研究制造业的前生今世与未来，可以发现人工智能与智能制造相互交融[9]。并且，提高企业创新技术的研发能力是智能制造发展的动力，也是传统制造向智能制造发展所需关注的重点。为此，传统制造的设计、生产、管理等环节，应重点研发新型传感技术、精准控制与优化技术等关键技术，重点研发先进的高科技新型生产材料，在核心领域实现创新，建立并完善智能制造技术创新体系。同时改进升级数控机床、工业机器人、3D打印等智能设备，加强云计算、大数据、物联网、5G通信等信息技术基础设施的配设，为信息化与工业化两化的深度融合提供基础支持。并将以人工智能为代表的信息化技术的互联协作方式融入到产品生产、工厂建设、物流配送、产品服务中，促进两化的深度融合。

(三)健全人才培育体系，着力培养智能制造业复合型创新人才

高技术人才和研发人才是实现智能制造的主要力量，且也将思考如何将我国所拥有的人力资源优势转换到制造业中。为此，政府、企业，研究机构等部门均应坚持将人才作为建设制造强国的根本，重视人在数字世界中的核心价值，建立健全科学的选人、用人、育人机制，制定与制造业相关的人才培养体系和人才引进方案，着力培养智能制造所需的复合型创新人才，从而解决我国制造业中存在的创新力不足问题，以及解决因创新能力不足引起的系列问题，为我国的智能制造发展提供“源头活水”。

四、结语

当前，第四次工业革命正在行进中，谁抓住了智能制造这一核心产业，谁就有机会成为新工业革命的引领者。通过对先进国家智能制造战略规划的分析，其关注的重点都是协同合作、创新发展以及对人才的需求。对于中国这样工业化“大而不强”的国家来说，更应抓住机会窗口实现赶超。这就要求我们牢牢把握创新这一关键动力，把创新摆在国家发展的核心位置，搭建以协同创新为主的生态系统，并加强对智能制造发展所需的复合型创新人才的培养，从而为实现智能制造的可持续发展提供全方面的支撑。