智能制造：全球趋势与中国战略

智能制造：全球趋势与中国战略
作者：吕铁韩娜
来源：《人民论坛·学术前沿》2015年第11期
【摘要】互联网、大数据等技术成为智能制造发展的动力引擎，智能制造装备也将呈现模块化、开源化和个性化的发展趋势。

目前虽然我国智能制造取得了突出的进展，但仍然存在关键零部件受制于人、高端市场面临外资围困、对软件系统重视不足等诸多发展瓶颈。

本文分析了全球智能制造技术的发展趋势以及发达国家的政策动向，通过借鉴各国先进经验，提出我国发展智能制造要把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和自主品牌建设，大力培养技能工人和高端技术人才，完善落实相关配套政策，大力鼓励技术创新，重塑我国制造业竞争优势。

【关键词】智能制造制造业再工业化工业互联网工业4.0
【中图分类号】TP27 【文献标识码】A
当前，新科技革命和产业变革正在兴起，全球工业技术体系、发展模式和竞争格局迎来重大变革。

发达国家纷纷出台以先进制造业为核心的“再工业化”国家战略：美国大力推动以“工业互联网”和“新一代机器人”为特征的智能制造战略布局；德国“工业4.0”计划的提出旨在通过智能制造提振制造业竞争力；欧盟在“2020增长战略”中提出重点发展以智能制造技术为核心的先进制造；日本、韩国等制造强国也提出相应的发展智能制造的战略措施，可见，智能制造已经成为发达国家制造业发展的重要方向，成为各国发展先进制造业的制高点。

我国在2015年推出的“中国制造2025”战略中也强调了智能制造的重要性。

在当前以中高速、优结构、新动力、多挑战为主要特征的新常态下，发展智能制造不仅是我国产业转型升级的突破口，也是重塑制造业竞争优势的新引擎，被理论与实践各界普遍认为代表了制造业的未来方向。

智能制造的本质、发展趋势和影响
国际金融危机爆发以来，各国纷纷加大科技创新投入，在全球范围内引发了以绿色、低碳、智能为特征的新一轮技术创新浪潮。

在新科技革命和产业变革背景下，智能制造必将对全球制造业的发展和转型升级产生深远影响。

智能制造的本质。

智能制造（Intelligent Manufacturing， IM）是以新一代信息技术为基础，配合新能源、新材料、新工艺，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。

虚拟网络和实体生产的相互渗透是智能制造的本质，一方面，信息网络将彻底改变制造业的生产组织方式，大大提高制造效率；另一方面，生产制造将作为互联网的延伸和重要结点，扩大网络经济的范围和效应。

以网络互连为支撑，以智能工厂为载体，构成了制造业的最新形
态，即智能制造。

这种模式可以有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗。

从软硬结合的角度看，智能制造即是一个“虚拟网络+实体物理”的制造系统。

美国的“工业互联网”、德国“工业4.0”以及我国的“互联网+”战略都体现出虚拟网络与实体物理深度融合——即智能制造的特征。

智能制造的发展趋势。

20世纪80年代末，信息技术尚未对人类生产生活造成巨大影响之时，智能制造的概念就已经在欧美日等发达国家被提出。

进入新世纪之后，实现智能制造的技术和成本条件成熟，并且，随着资源环境压力加大、劳动成本上升等制造业制约因素的增强，智能制造市场近年来在全球出现了爆发增长并呈现新的特征。

互联网技术是实现制造业智能化的动力引擎。

互联网技术、云计算、大数据、宽带网络等一系列技术构成广义的互联网，只有借助互联网这一动力引擎，才能实现传感器设备的信息感知，通过宽带网络对数据进行精确控制和远程协作，这些都是智能制造的关键基础。

基于互联网应用才能打破组织边界，实现制造业与服务业的融合。

美国的先进制造业战略以及对下一代机器人的开发便是基于移动互联网技术的发展与应用，谷歌公司进军智能制造业正是依托其背后强大的互联网基因。

智能制造系统将具备自适应能力和人机交互功能。

智能制造通过工况在线感知、智能决策和控制、装备自律执行的闭环过程，完成对周围环境的自适应能力。

随着人工智能、仿真等技术的发展，智能制造系统将生成自身的操作、故障解决方案，人和系统之间也将建立协同共事、相互“理解”的合作关系，最终实现广泛的人机交互以及系统交互，从而使人从简单重复的劳动中解脱出来，从事更加富有创造性、附加值更高的生产活动。

跨国公司持续加大智能制造投入。

一方面，互联网企业开始投资实体经济，充分发挥自身信息技术领域的优势。

例如，谷歌公司2013年收购了8家与机器人有关的公司，2014年又陆续收购人工智能公司DeepMind和智能家居公司Nest，智能制造成为谷歌新的业务领域。

另一方面，传统制造企业适应环境变化也大力投资智能制造实现改造升级。

例如，富士康启动实施了“百万机器人”计划，其2015年规划提出在未来3年内由自动化设备、机器人取代7成左右的人力劳动。

以工业机器人为代表的智能制造装备被广泛应用。

根据世界机械联合会的数据，2013年机器人销售量同比增长12%，达到17.8万台，在2008年到2013年之间，机器人年均销售增长为9.5%。

同时，随着人工智能技术、新材料技术以及信息存储、传输和处理技术的快速发展，工业机器人逐渐呈现出智能化发展态势。

装配传感器和具备人工智能的机器人能够自动识别环境的变化，从而减少对人的依赖。

未来的无人工厂能够根据订单要求自动规划生产流程和工艺，在无人参与的情况下完成生产。

高速网络和云存储使得机器人成为物联网的终端和结点。

随着信息技术的进步，工业机器人将更有效地接入网络，组成更大的生产系统，多台机器人协同实现一套生产解决方案成为可能。

中国成为全球最大的智能制造装备市场。

2008～2013年，我国工业机器人销量年均复合增长率达到37.2%，持续高于全球增速。

2013年我国机器人销售规模高达36560万台，同比增长41%，占全球销量的20.5%，超越日本成为全球最大机器人需求市场，2014年的需求增速更是达到54%。

但我国工业机器人的密度仍然非常低，为30台/万人，德国的机器人密度是我国的10倍，日本是我国的11倍，因此可预测，我国将成为全球主要机器人制造厂纷纷瞄准的智能装备需求市场。

智能制造的影响。

智能制造将推动制造业生产方式变革。

基于互联网、大数据、智能制造装备的智能制造具有更快和更准确的感知、反馈和分析决策能力，更加能够满足个性化的市场需求，进行柔性化的产品生产。

与当前全球制造业普遍采用的大规模订单生产方式不同，智能制造使个性化产品的大规模定制成为可能，且这种方式即将成为现实。

例如，大众汽车已经制定了一项全新的生产战略——模块化横向矩阵，通过标准化部件参数，最终达到通过一条生产线生产出市场所需的任何款型汽车的目的。

智能制造促进全球供应链管理创新。

智能制造将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个生产过程，使得企业能够在全球范围配置和优化资源。

新一代互联网技术将催生虚拟产业集群，促使全球供应链管理向网络化和虚拟化转变。

3D打印（堆积制造）的广泛应用可以使消费者通过互联网将其所需要的产品就地“打印”出来，由此可以预计，传统的大型生产厂商将面临数以万计的小型社区生产者的挑战。

智能制造引领制造业服务化转型。

智能制造贯穿产品制造的全过程，消费者不仅能够获得个性化的定制产品，还可以从产品设计阶段就参与其中，监督和指挥加工制造、销售物流环节，实现随时参与和决策自由配置各个功能组件。

相应地，制造企业也可以在线生产所需要的各种制造服务，实现生产要素的优化配置。

在这种情况下，智能制造生产商不仅提供产品或“产品+附加服务”，而且提供一揽子的“产品服务包”，角色由产品提供者转变为服务提供者。

智能制造加速制造企业成本再造。

智能制造使得生产工艺和供应链管理更具有效率，能源消耗程度明显降低，通过系统的自我纠正还能够降低产品的不合格率，产品从设计到投入市场的周期也将缩短，快捷化、服务化的产品为企业创造更多的市场价值，这些都使制造企业的成本投入结构发生明显变化。

主要发达国家智能制造发展概况
国际金融危机之后，为了刺激本国经济增长，重新塑造在实体经济领域的竞争力，许多发达国家都实施了一系列国家战略，例如美国的“先进制造业伙伴计划”、德国的“工业4.0”计划、日本的“再兴战略”、韩国的“新增长动力战略”、法国的“新工业法国”等。

尽管这些战略或计划各有侧重点，但都包括：对新兴产业的补贴和扶持；对前沿技术（未来技术）研发的扶持；对中小企业的扶持；对竞争环境的优化；对新产品市场的培育；对人才培育的改革，等等。

此外，通过发展智能制造适应新的要素和市场环境也是这些战略或计划的重要内容。

美国：以智能制造弥补劳动力成本劣势。

本轮金融危机以来，美国为重振本国制造业，密集出台了多项政策文件，对未来的制造业发展进行了重新规划，体现了美国抢占新一轮技术革命领导权，通过发展智能制造重塑国家竞争优势的战略意图。

智能制造能够在一定程度上弥补美国劳动力成本高的比较劣势，从而促进高端制造业的回归。

2009年以来，美国先后发布了《重振美国制造业框架》、《制造业促进法案》和《先进制造业伙伴计划》，明确要降低制造业成本，促进就业，实现美国能源独立，并把美国打造为企业总部基地。

而要实现这一目标，就必须以智能制造改造传统制造业，并大力发展智能电网、清洁能源、先进汽车、航空和太空技术、生物和纳米技术、新一代机器人、先进材料等新兴领域。

美国发展制造业的最大约束是高劳动力成本，通过发展智能制造，能够大幅减少制造业的用工需求，使制造业劳动力成本支出维持在一个合理的比例内，从而使得美国的科技优势能够在本国转化为产业优势。

下一代机器人是实现智能制造的关键。

美国在《重振美国制造业框架》中明确提出要发展先进机器人技术，在《先进制造业伙伴计划》中也提出要推出一项耗资7000万美元的下一代机器人研究计划。

2011年6月奥巴马总统宣布启动国家机器人技术计划，并于2013年制定了《从互联网到机器人——美国机器人路线图》，从战略意义、研究路线图、重点发展领域等方面分析了美国制造机器人、医疗保健机器人、服务机器人、空间机器人、国防机器人的发展路线图，推动机器人技术在各领域的广泛应用，加强美国在机器人技术方面的领先地位。

可见，下一代机器人是美国在智能制造产业布局的重点领域，工业机器人的普及和升级对缓解美国高劳动力成本的发展约束也起到积极作用。

德国：工业4.0构建智能生产系统。

国际金融危机之后，德国经济在2010年率先欧洲其他发达国家回升，其制造业出口贡献了国家经济增长的2/3，是德国经济恢复的重要力量。

德国始终重视制造业发展，并且专注于工业科技产品的创新和对复杂工业过程的管理。

2010年，德国发布《高技术战略2020》，着眼于未来科技和全球竞争，并将工业4.0战略作为十大未来项目之一。

2013年，德国联邦教研部与联邦经济技术部联手正式发布了《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》，并得到了德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的响应和推动，从而上升为国家级战略。

智能工厂成为发展方向。

在工业4.0阶段，新型的智能工厂基于信息物理系统并借助社交网络，可实现自然的人机互动，这将重塑传统制造工厂模式下人与生产设备之间操控与被动反应的机械关系。

为达此目的，需要在制造装备、原材料、零部件及生产设施上广泛植入智能终端，借助物联网不仅可实现终端之间的实时互动，自动信息交换，自动触发行动，而且可实施独立控制，对生产进行个性化管理。

人还可以通过远程控制系统，对生产系统加以调控，可使从业人员的工作与家庭生活之间的关系更为协调。

构建嵌入式制造“智能生产”系统。

在构建工业生产的各种要素中，除了传统的土地、劳动、资本、企业家等要素之外，数据将成为一种重要的甚至是影响全局的生产要素。

依托于信
息物理系统，智能工厂生产出可实时生成数据的“智能产品”，形成大数据系统。

大数据经过实时分析与归总后，形成“智能数据”，经过可视化和互动式加工，向智能工厂反馈产品和工艺流程的实时优化方案，从而形成“智能工厂—智能产品—智能数据”闭环，驱动生产系统走向智能化。

而这一切的实现，依赖于云技术等互联网基础设施的建设和应用。

智能工厂和智能产品构成嵌入式制造系统，该系统的特点是：企业间的业务流程构成横向价值链，企业内部的运营流程构成纵向价值网络，终端到终端技术实现横向和纵向的整合。

在智能工厂的基础上，通过物联网和服务联网，将智能交通、智能物流、智能建筑、智能产品和智能电网等相互连接，以新型工业化实现经济社会系统的全面智能化。

英国：重构制造业价值链。

2008年的国际金融危机中，曾一度推行去工业化战略的英国实体经济遭受沉重打击，迫使英国政府重新摸索重振制造业的方法。

为增强英国制造业对全球的吸引力，英国政府积极推进制造基地建设，面向境外企业进行招商。

2011年12月，英国政府提出“先进制造业产业链倡议”，支持范围不仅包括汽车、飞机等传统产业，还包括在全球领先的可再生能源和低碳技术等领域，政府计划投资1.25亿英镑，打造先进制造业产业链，从而带动制造业竞争力的恢复。

随着新科学技术、新产业形态的不断涌现，传统制造模式和全球产业格局都发生深刻的变化，英国政府于2012年1月启动了对未来制造业进行预测的战略研究项目。

该项目是定位于2050年英国制造业发展的一项长期战略研究，通过分析制造业面临的问题和挑战，提出英国制造业发展与复苏的政策。

2013年10月，英国政府科技办公室发布报告《未来制造业：一个新时代给英国带来的机遇与挑战》。

报告认为制造业并不是传统意义上“制造之后进行销售”，而是“服务+再制造（以生产为中心的价值链）”，并在通信、传感器、发光材料、生物技术、绿色技术、大数据、物联网、机器人、增材制造、移动网络等多个技术领域开展布局，从而形成智能制造的格局。

2014年，英国商业、创新和技能部发布了《工业战略：政府与工业之间的伙伴关系》，旨在增强英国制造业的竞争性，促使其可持续发展，并减少未来的不确定性。

报告分析了当前产业现状，明确了重点扶持领域以及前沿技术，提出通过创新平台，加强创新研发与工业的衔接，并且提出完善技能培训体系，支持高成长性的小企业进行技术创新，激励商业合作创新，建立公平、透明的政府采购体系等多项政策措施，重点支持大数据、高能效计算，卫星以及航天商业化，机器人与自动化，先进制造业等多个重大前沿产业领域。

日本：巩固“机器人”大国地位。

早在1990年6月，日本通产省就提出了智能制造研究的十年计划，并联合欧洲共同体委员会、美国商务部协商共同成立IMS（智能制造系统）国际委员会。

在随后的10年，日本共投资1500亿日元进行智能制造系统的研究和实验。

1992年，日、美、欧三方共同提出研发能使人和智能设备不受生产操作和国界限制的合作系统，并于1994年启动了先进制造国际合作研究项目，其中包括全球制造、制造知识体系、分布智能系统控制等。

日本机器人在制造业工厂迅速普及，八大汽车制造商都广泛采取智能制造技术，注
重自动化、信息化与传统制造业的融合发展，通过计算机软硬件技术将自动化制造系统有机集成起来。

日本是全球工业机器人装机数量最多的国家，其机器人产业也极具竞争力。

为适应产业变革的需求和维持其“机器人大国”的地位，2015年1月，日本政府发布了《机器人新战略》，并提出三大核心目标：一是成为“世界机器人创新基地”，通过增加产、学、官合作，增加用户与厂商的对接机会，诱发创新，同时推进人才培养、下一代技术研发、开展国际标准化等工作，彻底巩固机器人产业的培育能力；二是成为“世界第一的机器人应用国家”，在制造、服务、医疗护理、基础设施、自然灾害应对、工程建设、农业等领域广泛使用机器人，在战略性推进机器人开发与应用的同时，打造应用机器人所需的环境，使机器人随处可见；三是“迈向世界领先的机器人新时代”，随着物联网的发展和数据的高级应用，所有物体都将通过网络互联，日常生活中将产生无数的大数据，因此，未来机器人也将通过互联网交换和存储数据，平台安全以及标准化也会不可或缺。

实施严格技术保密是日本智能制造设计研发的重要特征。

为确保核心技术不被泄露和盗版，所有的大中型制造企业一般都设立了相应的智能制造“设计中心”，其主要职能是将研发中心产生的新工艺技术固化在所生产的智能制造装备之中。

如日本机器人制造商发那科（FANUC）利用“黑匣子”的形式将控制软件浓缩然后再交付客户，以保证核心机密不被泄露和盗版；日本阿斯莫微电机有限公司的智能制造设计中心统揽了70%左右研发中心的设计图纸进行自行制造；日本天龙工场（YAZAKI）燃气仪表制造公司的所有设备都是工厂遵循“以需定制”的原则，根据客户的实际需求进行自主研发和制造。

通过加大对智能装备硬件核心技术和智能软件核心技术的加密和保护，保障了智能制造产品的长期竞争力。

我国推动智能制造的进展、主要瓶颈及对策建议
我国推动智能制造的进展。

为适应工业化进入后期阶段的发展特征，应对新科技革命和产业变革的挑战，近年来，我国中央政府、地方政府和企业都制定、实施了一系列促进智能制造和智能制造产业发展的战略、政策和具体措施，以推动智能制造的发展和普及。

中央政府连续出台政策力推智能制造，国家层面智能制造战略框架逐渐清晰完善。

2010年10月，国务院发布《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，明确提出要加大培育和发展高端装备制造产业等七大战略性新兴产业，并将智能制造装备列为高端装备制造产业的重点方向之一。

2012年5月，工业和信息化部发布《高端装备制造业“十二五”发展规划》，指出在智能制造装备领域将重点发展智能仪器仪表与控制系统、关键基础零部件、高档数控机床与基础制造装备、重大智能制造成套装备等四大类产品。

2012年4月，科技部发布《智能制造科技发展“十二五”专项规划》，布局了基础理论与技术研究、智能化装备、制造过程智能化成套技术与装备、智能制造基础技术与部件、系统集成与重大示范应用等五项重点任务。

从2011年到2014年连续四年，国家发展和改革委员会同财政部、工业和信息化部共同实施《智能制造装备发展专项》，重点突破以自动控制系统、工业机器人、伺服和执行部件为代表的智
能装置，加大对智能制造的金融财税政策支持力度。

2015年3月，工业和信息化部启动智能制造试点示范专项行动，并且部署了智能制造综合标准化体系建设。

2015年，“中国制造2025”成为国家战略，提出以加快新一代信息技术与制造业融合为主线，以推动智能制造为主攻方向，重塑我国制造业的竞争优势。

随着这一系列国家层面的战略、规划、政策的颁布和实施，我国智能制造发展的重点和方向逐渐清晰，支持智能制造发展的政策框架也基本完成。

发达地区率先推动智能制造发展。

经过改革开放以来三十余年的高速发展，东部发达地区制造业要素供给发生巨大变化，劳动力、土地、资源、能源约束都相继出现，已经进入必须依靠技术进步和产业变革实现发展的新阶段，对发展具有要素集约效应的智能制造有迫切的要求。

在这种情况下，发达地区地方政府在全国率先制定相关发展计划，促进智能制造发展。

例如，浙江省2012年开始部署“全面推进机器换人”，提出五年实施5000亿元机器换人项目。

广东东莞自2014年起每年支出2亿元财政资金扶持企业“机器换人”，目前大量的机器人已运用到生产线中。

在国家和地方政策的扶持下，机器人制造商不断涌现，江苏、上海、广东、河南洛阳等省市纷纷成立了工业机器人产业技术创新联盟。

2013年3月，中国机器人产业创新联盟在北京成立，标志着我国机器人等智能制造产业跃升到一个新的发展阶段。

国内领军制造企业加快布局智能制造。

2012年，海尔开始谋划建设数字化互联网工厂，探索智能制造的模式创新。

目前，海尔已建成两大支撑平台——众创汇用户交互定制平台和海达源模块商资源平台，四大互联工厂——沈阳冰箱、郑州空调、佛山洗衣机和青岛热水器，开启定制化大规模生产模式，很好地契合了工业4.0的智能制造之路。

用户通过多种终端登陆交互平台，实时跟踪由定制内容、定制下单、订单下线到订单配送等10个关节性节点构成的生产全过程。

从此，用户不再是产品的被动接受者，而是产品的设计创造者。

在生产制造的另一端，零部件供应商纷纷升级为模块商，直接对接用户需求，与用户共同参与产品设计，提升产品增值空间。

海尔互联工厂颠覆了传统家电业的制造模式，在全球范围内实现行业引领。

在汽车生产领域，奇瑞专门成立了机器人公司，并于2012年宣布将自己研发的200台机器人投入应用，将在3年内打造初具规模的工业机器人产业化基地。

在通讯设备领域，中兴、华为都开启了智能制造，中兴位于西安的智能手机生产基地建设了25条全自动生产线，在多数环节实现全自动化生产。

我国智能制造发展面临的主要瓶颈。

我国工业化起步晚，技术积累相对落后，先进技术的产业化能力也与发达国家存在显著差距，致使国产智能制造产品和系统的发展同时面临技术和市场的瓶颈。

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。

以智能制造最核心的装备——工业机器人为例，目前我国精密减速机、控制器、伺服系统以及高性能驱动器等机器人核心零部件大部分依赖进口，而这些零部件占到整体生产成本70%以上。

其中，精密减速器75%的份额被日本垄断，国内高价购买占到生产成本的45%，而在日本仅为25%，我国采购核心零部件的成本就已经高于国外同款机器人的整体售价，在高端机器人市场上根本无法与。