我国智能制造发展战略与对策研究

www. cmtba. org. cn
37 2014 第 3 期·WMEM
Topical Ｒeview
将智能制造技术贯穿于产品的设计、生产、管理 和服务的制造活动全过程，不仅包括智能制造装 备还包括智能制造服务。因此，要促进智能制造 的发展，应从智能制造技术、智能制造装备、智能 制造服务等诸多领域加以规划和政策扶持。
（3） 拓宽产业施政空间的重要抓手 我国已编制完成 《智能制造装备产业 “十二 五” 发展规划》，并于 2011 年设立 “智能制造 装 备创新 发 展 专 项”。2012 年 3 月，我 国 又 出 台 了 《智能制造科技发展 “十二五” 专项规划》。分析 我 国 已 出 台 的 促 进 智 能 制 造 发 展 的 规 划 和 政 策， 可以发现，目 前 还 主 要 将 重 点 放 在 智 能 制 造 技 术 及智能制 造 装 备 产 业 发 展 方 面，而 智 能 制 造 是 应
3D 打印技术呈现三个方面的发展趋势： ①打 印速度和效率将不断提升，随着开拓并行、多材 料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获 得更大提升； ②将开发出多样化的 3D 打印材料， 如智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物 材料等； ③3D 打印机价格大幅下降。一些较小规 模的 3D 打印机制造商已经开始推出 1000 美元左右 的 3D 打印机。随着技术进步及推广应用，3D 打印 机的价格有望大幅下降。
二是以工 业 机 器 人 为 代 表 的 智 能 制 造 装 备 在 生产过程中应用日趋广泛。近年来，工业机器人 应用领域不断拓宽，种类更加繁多，功能越来越
强，自动化和智能化水平显著提高。汽车、电子电 器、工程机 械 等 行 业 已 大 量 使 用 工 业 机 器 人 自 动 化生产线，工 业 机 器 人 自 动 化 生 产 线 成 套 装 备 己 成为自动化装备的主流及未来的发展方向。
3. 世界范围内智能制造国家战略空前高涨 （1） 世界主要工业化发达国家提早布局。自 20 世纪 80 年代末智能制造提出以来，世界各国都 对智能制 造 系 统 进 行 了 各 种 研 究， 首 先 是 对 智 能 制造技术 的 研 究，然 后 为 了 满 足 经 济 全 球 化 和 社 会产品需 求 的 变 化，智 能 制 造 技 术 集 成 应 用 的 环 境———智能制造系统被提出。日本于 1989 年提出 智能制造系统，且于 1994 年启动了先进制造国际 合作研 究 项 目， 其 中 包 括 公 司 集 成 和 全 球 制 造、 制造知 识 体 系、分 布 智 能 系 统 控 制、 快 速 产 品 实 现的分布智能系统技术等。美国于 1992 年执行新 技术政策，大 力 支 持 包 括 信 息 技 术 和 新 的 制 造 工 艺，智能制 造 技 术 在 内 的 关 键 重 大 技 术。 欧 盟 于 1994 年启 动 新 的 研 发 项 目，选 择 了 39 项 核 心 技 术，其中信 息 技 术、 分 子 生 物 学 和 先 进 制 造 技 术 中均突 出 了 智 能 制 造 技 术 的 地 位。 近 年 来， 各 国 除了对智 能 制 造 基 础 技 术 进 行 研 究 外， 更 多 的 是 进行国际间的合作研究。 （2） 世界主要工业化发达国家将智能制造作 为重振制造业战略的重 要抓手。金融 危 机以 来， 在寻求危机解决方案的过程中，美、德、日等国政 府和相关专业人士纷纷提出通过发展智能制造来 重振制造业 （ 见附表） 。2011 年 6 月，美国正式启 动包括工业机器人在内的 “先进制造伙伴计划”；
二、全球智能制造发展趋势
1. 以 3D 打印为代表的 “数字化” 制造技 术崭露头角
“数字化” 制造以计算机设计方案为蓝本，以 特制粉末或液态金属等先进材料为原料，以 “3D 打印机” 为工具，通 过 在 产 品 层 级 中 添 加 材 料 直 接把所需产品精确打印出来。这一技术有可能改 变未来的产品的设计、销 售 和交付 用 户的方式， 使大规模定制和简单的设计成为可能，使制造业 实现随时、随地、按不同需要进行生产，并彻底改 变自 “福特时代” 以来的传统制造业形态。
图 1 制造过程的智能化关键环节示意图
一是智能设 计。 指 应 用 智 能 化 的 设 计 手 段 及 先进的设计信息化系统 （ CAX、网络化协同设计、 设计知识库等） ，支持企业产品研发设计过程各个 环节的智能化提升和优化运行。
二是智 能 生 产。将 智 能 化 的 软 硬 件 技 术、 控 制系统及信息化系统 （ 分布式控制系统 DCS、分 布式数控系统 DNC、柔性制造系统 FMS、制造执 行系统 MES 等） 应用到生产过程中，支持生产过 程优化运行，它是智能制造的核心。
36 WMEM·2014 第 3 期
www. cmtba. org. cn
Topical Ｒeview
务，它采用智能技术提高服务状态 /环境感知、服 务规划 /决策 /控制水平，提升服务质量，扩展服务 内容，促进 现 代 制 造 服 务 业 这 一 新 业 态 的 不 断 发 展和壮大。
2. 战略意义 智能制造 技 术 已 成 为 世 界 制 造 业 发 展 的 客 观 趋势，世界 上 主 要 工 业 发 达 国 家 正 在 大 力 推 广 和 应用。发展 智 能 制 造 即 符 合 我 国 制 造 业 发 展 的 内 在要求，也 是 重 塑 我 国 制 造 业 新 优 势， 实 现 转 型 升级的必然选择，应该提升到国家战略的高度。 （1） 实现制造业升级的内在要求 一是实现我 国 制 造 业 高 端 化 的 重 要 路 径。 长 期以来，我 国 制 造 业 主 要 集 中 在 中 低 端 环 节， 产 业附加 值 低。为 改 变 这 一 境 况， 实 现 我 国 制 造 业 从低端制造向高端制造转变，发展智能制造是重 要途径。发 展 智 能 制 造 不 仅 为 推 动 战 略 性 新 兴 产 业发展提供必要保障，而且为制造业的高端化提 供了现实路径。 二是加速智 能 制 造 技 术 进 步 的 内 在 要 求。 工 业制成品从发明研制到进入市场销售，都要经历 成长、成熟、饱和与衰退等不同阶段。智能制造技 术作为一项新兴技术，也存在技术生命周期。为 了形成技术生命周期的 良 性 循 环，与产品 类 似， 技术也同样需要尽快弥 补 研 究 开 发成本。因此， 将这一新兴技术快速应用并推广，通过规模化生 产，尽快收 回 技 术 研 究 开 发 投 入， 从 而 持 续 推 进 新一轮的技术创新，推动智 能制造技术的 进 步， 实现制造业升级。 （2） 重塑制造业新优势的现实需要 一是应对 “双重挤压” 挑战的必须之选。当 前，我 国 已 成 为 全 球 制 造 业 第 一 大 国，但 依 然 “大而不 强 ”， 面 临 来 自 发 达 国 家 加 速 重 振 制 造 业 与发展中国家以更低生产成本承接国际产业转移 的 “双重挤压”。以美国为代表的工业化发达国家 一方面凭借其领先的基础研究能力，强大的高新 技术和创新优势，加紧从技术、标准、规则和市场 等方面设置门槛，使我国制造业向价值链高端升 级的难度增大。另一方面通过加大包括智能制造 技术在内的研发投入，采取先进的制造模式降低 生产成本，并加强投资及采取税收优惠政策吸引
在华高端 制 造 企 业 回 归 本 国，使 得 对 外 直 接 投 资 实现 “逆转移”。越南、印度、墨西哥等广大发展 中国家凭 借 更 低 生 产 成 本 优 势，正 积 极 主 动 承 接 国际产业 转 移，压 缩 了 我 国 承 接 国 际 产 业 转 移 的 空间。在此 背 景 下， 我 国 必 须 加 快 推 进 信 息 技 术 与制造技 术 的 深 度 融 合，大 力 推 进 智 能 制 造 技 术 研发及其产业化水平以应对传统低成本优势削弱 所面临的挑战。
Topical Ｒeview
我国智能制造发展战略与对策研究
Байду номын сангаас
工业和信息化部赛迪研究院装备工业研究所所长 左世全
一、智能制造内涵及其战略意义
1. 概念内涵 智能制造是 将 制 造 技 术 与 数 字 技 术、 智 能 技 术、网络技术的集成应用于设计、生产、管理和服
务的全生命周期，在制造过程中进行感知、分析、 推理、决策与控制，实现产品需求的动态响应，新 产品的迅速开发以及对生产和供应链网络实时优化 的制造 活 动 的 总 称，可 分 为 智 能 设 计、 智 能 生 产、 智能管理、智能制造服务四个关键环节 （见图 1）。
二是加快 我 国 智 能 制 造 技 术 产 业 化 的 客 观 需 要。我国 20 世纪 80 年代末将 “智能模拟” 列入国 家科技发 展 规 划 的 主 要 课 题，至 今 已 经 取 得 了 一 大批智能制造技术的基础研究成果和先进制造技 术。以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、 自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体 系初步形 成，一 批 具 有 自 主 知 识 产 权 的 重 大 智 能 制造装备 实 现 突 破。虽 然 我 国 智 能 制 造 技 术 已 经 取得长 足 进 步，但 其 产 业 化 水 平 依 然 较 低， 智 能 制造装备 及 核 心 零 部 件 仍 然 严 重 依 赖 进 口， 产 业 化还主要 局 限 于 智 能 制 造 装 备 领 域， 这 客 观 上 要 求进一步 加 大 智 能 制 造 技 术 的 产 业 化， 并 扩 展 到 智能制造服务业。
三是全球供 应 链 管 理 创 新 加 速。 通 过 使 用 企 业资源规划软件和无线电频率识别技术 （ ＲFID） 等信息技 术，使 得 全 球 范 围 的 供 应 链 管 理 更 具 效 率，缩 短 了 满 足 客 户 订 单 的 时 间，提 升 了 生 产 效率。
四是智能服 务 业 模 式 加 速 形 成。 先 进 制 造 企 业通过嵌 入 式 软 件、无 线 连 接 和 在 线 服 务 的 启 用 整合成新的 “智能” 服务业模式，制造业与服务 业两个部 门 之 间 的 界 限 日 益 模 糊， 融 合 越 来 越 深 入。消费者正在要求获得产品 “体验”，而非仅仅 是一个产 品，服 务 供 应 商 如 亚 马 逊 公 司 已 进 入 了 制造业领域。
三是破 解 能 源、 资 源 和 环 境 约 束， 实 现 节 能 减排目标 的 有 力 手 段。为 破 解 制 造 业 发 展 面 临 的 能源资源 紧 张 及 环 境 失 衡 这 一 严 峻 形 势， 我 国 迫 切需要发展智能制造，以节约社会资源、能 源。 2009 年，国务院确定 2020 年我国控制温室气体排 放的行动目标为： 2020 年我国单位国内生产总值 二氧化碳排放比 2005 年下降 40% ～ 45% 。实现该 目标并解 决 我 国 制 造 业 当 前 存 在 的 问 题， 迫 切 需 要智能制 造 技 术 和 装 备。发 展 智 能 制 造 可 以 应 用 更节能环 保 的 先 进 装 备 和 智 能 优 化 技 术， 有 助 于 从根本上解决我国生产制造过程的节能减排问题。
2. 智能制造技术创新及应用贯穿制造业全 过程
先进制造技术的加速融合使得制造业的设计、 生产、管理、服务各个环节日趋智能化，智能制造 正引领新一轮的制造业革命，主要体现在以下四 个方面：
一是建模与 仿 真 使 产 品 设 计 日 趋 智 能 化。 建 模与仿真广泛应用于产品设计、生产及供应链管 理的整个产品生命周期。建模与仿真通过减少测 试和建模支出降低风险，通过简化设计部门和制 造部门之间的切换，压缩新产品进入市场的时间。
三是智能管 理。 企 业 管 理 的 内 涵 主 要 包 括 产 品研发和设计管理、生产管理、库存 /采购 /销售管
理、服务管理、财务 /人力资源管理、知识管理、 产品全生命周期管理等。
四是智能服 务。 制 造 服 务 包 含 产 品 服 务 和 生 产性服 务。前 者 指 对 产 品 售 前、 售 中 及 售 后 的 安 装调试、维护、维修、回收、再制造、客户关系的 服务，强调产品与服务相融合； 后者指与企业生 产相关的技术服务、信息服务、物流服务、管理咨 询、商务服务、金融保险服务、人力资源与人才培 训服务 等，为 企 业 非 核 心 业 务 提 供 外 包 服 务。 智 能服务 强 调 知 识 性、 系 统 性 和 集 成 性， 强 调 以 人 为本 的 精 神，为 客 户 提 供 主 动、在 线、全 球 化 服