国外工业智能化发展对我国的启示

李恒欣

（国家工业信息安全发展研究中心人工智能所，北京 100040）

1 国外工业智能化发展现状

第一次工业革命是水和蒸汽推动机械生产，第二次工业革命是电能实现大规模生产，第三次工业革命是电子和信息技术实现生产自动化，第四次工业革命是数字技术和网络技术革命，企业进一步提高生产效率。随着第四次工业革命的到来，抢抓信息化产业革命契机、推动工业智能化发展已成为全球共识，智能制造成为各国竞争的主战场。美、日、德等发达国家高度重视工业智能化发展，美国提出智能制造，日本提出“互联工业”,德国提出“工业4.0”，国内提出了“互联网+”和中国制造等计划。

1.1 美国智能制造发展思路及路径

1.1.1 国家完善顶层设计牵引发展

2011年6月24日，美国时任总统奥巴马公布推动美国的“先进制造伙伴计划”（Advanced Manufacturing Partnership,AMP），目的在于建构制造业产政学研联合的基础平台，形成创新智能制造生态体系，参与的学术单位包括麻省理工学院、卡内基美隆大学、史丹佛大学等知名学府，产业界则包括康宁玻璃、福特汽车、英特尔、宝侨等大企业。同年11月，美国商务部在美国标准与技术研究院（NIST）设立国家先进制造项目办公室（Advanced Manufacturing National Program Of fice,AMNPO），主要负责协调产业界、学界和联邦政府部门，统筹规划与先进制造相关施政、管理公开竞争的研究所筛选创建流程[1]。2013年，美国推出AMP2.0版，以平台建构为起点，强化其网络与软件优势，设定重要的发展项目为实践，以确保美国的先进制造地位。

1.1.2 搭建联盟形成强大支撑

美国善于通过搭建联盟等第三方中介机构统筹协调公私力量，为智能制造发展提供必要的资源，强化资源的有序引导和上下游的合理联动。先进制造技术联盟（AMTech）为业界提供必要资源，为鼓励创新技术与提升现有技术，先进制造技术联盟提供“技术提案奖（planningaward）”和“专案执行奖（projectaward）”补助支持具长远竞争力的基础和应用研究，目的是从基础研究中找出符合长期产业研发需求的技术，并依据需求迫切性排序，促进更高效率的制造技术移转，整合价值链上所有相关企业。美国工业物联网联盟（Industrial Internet Consortium,IIC）为AT&T、Cisco、GE、IBM与Intel于2014年共同成立，目前已有超过200家会员，如软件平台厂商PTC、机电大厂ABB、云端厂商Microsoft、测试厂商National Instrument、传统制造大厂Siemens与芯片厂商Qualcomm，生态系相当完整。智能型制造领导联盟（Smart Manufacturing Leadership Alliance，SMLA）为个体非营利机构组织，由制造业公司、供货商、技术公司、制造商集团、大学、政府机构和实验室所组成，目标是让制造业利益相关者形成协同研发和推广的团体，可以发展出相关的方法、标准、平台和共享的基础架构，促进智能化制造。

1.1.3 推动主流企业智能制造实践形成丰富经验

GE公司的智能化发展是美国代表性的智能制造实践案例。GE公司在2013年11月一口气推出了9项全新的工业互联网服务技术，涵盖运输、能源、医疗等多个领域。GE的工业型因特网乃从技术应用面切入，并和GE的航空、铁路、医疗仪器与工业型因特网结合。透过“互联网+”的组合公式，让风电厂变成数字化风电厂，也让航空公司的每一台飞机发动机都能进行单独的数据分析，提升燃油管理效率。此外，还能让医院的医疗设备提升诊断能力和利用率。GE工业互联网将把所有各自独立运作的“应用孤岛”紧密连接，运用大数据分析技术、云端运算技术、移动技术，建构一个由机器、设备与人工智能组成的庞大的网络。有别于消费性互联网，GE所建构的工业互联网是垂直的，是将产业深度的经验，转化为有用的知识，这正是所谓“互联网+”的模式。

另外，微软与GE所推出一套提供企业用户在Azure云端服务中使用GE的PaaS（Platform as a Service）平台Predix。Predix平台可提供产业企业用户打造工业网络应用程序，用来链接工业资产、搜集和分析工业数据，同时也能提供实时信息来优化工业基础建设。例如Predix中的资产性能管理（Asset Performance Management,APM）和营运优化服务。GE的APM系统每天共监控和分析来自1兆个设备资产上的1000万个传感器，所发回的5000万条数据，终极目标是为客户实现100%的无障碍运行。此项目的是借由搜集该公司所售出机器上的资料并加以分析，以用于提高机器效率。

1.2 日本“互联工业”发展思路及路径

2017年3月份，在德国汉诺威召开的信息通讯展览会上，日本时任首相安倍晋三明确提出“互联工业”的概念，其三个主要核心就是：人与设备和系统的相互交互的新型数字社会，通过合作与协调解决工业新挑战，积极推动培养适应数字技术的高级人才。作为日本国家战略层面的产业愿景，“互联工业”强调“通过各种关联，创造新的附加值的产业社会”，包括物与物的连接、人和设备及系统之间的协同、人和技术相互关联、既有经验和知识的传承，以及生产者和消费者之间的关联。

“互联工业”面向各种各样的产业，通过企业、人、数据、机械相互连接，产生出新的价值，同时创造出新的产品和服务，提高生产力。这与日本政府一个更高的目标“Society5.0社会5.0”密切相关。日本正在朝着超智能社会——也就是“社会5.0”方向发展，以解决一些迫切性的社会问题，包括老龄化、人手不足、社会环境能源制约等[2]。为了推进“互联工业”，日本经济产业省推进了一系列的工作，提出了“东京倡议”，确立了五个重点领域：无人驾驶-移动性服务、生产制造和机器人、生物与素材、工厂-基础设施安保和智能生活。

为此，日本采取了交叉式的各种政策推进这五个领域发展，主要包括三类横向政策：一是实时数据的共享与使用；二是针对数据有效利用的基础设施建设（如培养人才、研究开发、网络空间的安全对策等）；三是国际、国内的各种横向合作与推广（如向中小企业的推广普及）。

在钢铁工业领域，2019年日本在信息技术方面以“人工智能”和“物联网”为代表取得进展。日本制铁推出具备超强计算能力、实施各种数据分析并应用AI的平台“NS-FIG®”，在其供应链和工程链中部署先进互联网技术。该平台采用先进IT技术，可对大量数据进行深度分析。JFE钢铁公司2019年完成8座高炉人工智能化（AI）生产，使用AI进行分析并根据数据进行操作，从而实现提前12个小时预测高炉温度。

1.3 德国“工业4.0”发展思路及路径

“工业4.0”是德国政府旨在将信息通信技术同传统制造技术进行深度结合以保持制造业世界领先地位的一项发展战略，被称为“第四次工业革命”。这一概念的提出同德国工业科学研究联盟有密不可分的关系。2006年，德国联邦教育和科研部发起成立工业科学研究联盟，旨在推动科学同工业的结合。2011年1月，工业科学研究联盟正式发起动议，将“工业4.0”作为德国政府未来项目。后来，“工业4.0”成为德国政府2020年高科技战略行动计划中10大未来项目之一。

为推进“工业4.0”项目，2013年，德国信息技术、电信和新媒体协会、德国机械设备制造业联合会和德国电气电子行业协会于汉诺威工博会上正式成立了德国“工业4.0平台”，平台由德国联邦经济部长加布里尔、教育和科研部长约翰娜·万卡以及来自行业、科技界和工会的代表共同领导。按照平台的定义，“工业4.0”是产品生命周期内全价值链的组织和控制的一种新水平。在“工业4.0”条件下，人、物品和系统相互联接，从而形成有活力的、实时优化、具有自我组织功能、跨企业的价值附加网络。这种网络能够根据成本和资源消耗等不同的标准进行优化。

“工业4.0”致力于满足不断上升的个性化消费需求，涉及产品从概念到订单，从研发到生产，从产品配送到回收等所有阶段，其潜力体现在高度弹性、高生产率及资源友好式生产，使得高度个性化产品的低成本生产变成可能[3]。

近年来，“工业4.0”所涵盖的内容不断扩充。德国企业在“工业4.0”产品和解决方案的研发方面进展迅速。在2015年之前，汉诺威工博会上的展商对“工业4.0”大都停留在概念探讨层面，而2015年不少大企业展出了示范性的“工业4.0”生产线，2016年则展示了400多个“工业4.0”的实用案例，标志着当年已实现“工业4.0”最后的突破。

2 对我国工业智能化发展的启示

近年来，党中央、国务院高度重视战略性新兴产业的培育和工业转型升级，将智能化发展作为推进工业转型升级的重要抓手，取得了较好的成绩，中国企业在人工智能、云计算、大数据、物联网以及工业数字化解决方案提供能力方面处于“并跑”和局部“领跑”位置。未来，在全力推进现代化建设的伟大征程中，智能化仍将是一大主题和我国制造业高质量发展的重要动力，但依然存在诸多困难，需要逢山开路、遇水架桥，积极建立适宜工业智能化发展的良性机制和沃土。

2.1 完善政策体系

我国近年来先后出台了《制造强国国家行动纲领》《积极推进“互联网+”行动指导意见》《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》《智能制造发展规划(2016—2020)》《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等系列政策。然而，政策扶持体系与美日德等发达经济体相比，仍有很大完善空间，存在规划不够具体、支持力度不强、推广面不深等问题。比如，日本为推进智能制造发展，在税收、财政、金融等方面提供全面扶持，不仅征收低税率，而且提供一定的财政补贴。为此，根据工业体系各产业的智能化发展特点，制定更具体的扶持政策，在税收、资金和产品销售补贴等方面形成全方位立体式的支撑体系，引导有毒、有害、高温等存在危险的生产企业积极采用机器人代替人工操作。同时，强化监督管理，避免无序竞争。

2.2 增强研发力度

当前，我国和国外发达经济体在智能发展领域可以说是处于势均力敌的一种状态，部分领域领先于世界。为补齐短板、做强长板，实现补链强链，政府和企业应加大技术研发、提高技术水平作为工作的重中之重。首先，应积极构建智能化发展技术研究机制。以科研院所、高等院校等搭建技术研发平台，创造灵活适宜的科研环境。其次，要加快智能技术研究。加快梳理亟需解决的卡脖子技术和需要持续攻关的长远性战略性技术，牢牢把核心技术掌握在自己手中，确保形成极具竞争力的智能化发展产业。最后，要积极引导企业参与智能设备研究。企业是智能设备的使用者，应结合自身实力及需求，积极联合相关研发机构参与机器人等智能设备的研究，着力推动生产有市场前景的产品。

2.3 优化人才梯队

工业智能化发展的关键在于创新，而创新的核心在于人才。我国智能化发展存在诸多短板和弱项，最重要的原因在于人才的匮乏。政府和企业要充分支持科研院所、高等院校、职业院校的人才工作，培养全体系、多层次人才；运用工业智能相关协会和平台力量，举办一系列线上线下岗位培训，加大地方的职业技术人才的培养力度；建立海外招聘平台，吸引海外留学生归国、海外人才来华；积极培育本土人才和引进国外人才，积极到海外去设立研究机构，利用好国外的人才资源。

3 结语

综上所述，工业智能化是美日德保持制造业世界领先地位的首要条件，是时代发展的必然趋势。未来，制造业将结合人工智能、物联网、大数据等技术，进一步改变产品配置、生产计划和实时决策，从而优化盈利能力。工业智能化改造将使用更多尖端的技术，例如物联网将工厂里所有人、产品和设备连接起来，使得人类和机器能够协同工作，从而创建更高效、更具成本效益的业务流程。为此，我们要从政策体系完善、研发力量增强、人才队伍优化三方面着力，以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引，锚定制造强国和网络强国发展目标，推动我国工业智能化改造取得新成绩，把握住“第四次工业革命”的历史机遇。