中國“智”造的思考

□文/顏苑

中國“智”造的思考

□文/顏苑

信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)相融合是不可阻擋的趨勢，同樣，信息技術(shù)與制造業(yè)的融合正在深刻改變現(xiàn)有企業(yè)的經(jīng)營模式和生產(chǎn)制造過程。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人、3D打印等新興信息技術(shù)正在全球制造業(yè)領(lǐng)域引發(fā)一場新的產(chǎn)業(yè)革命。

以柔性制造、按需定制、數(shù)字化制造技術(shù)為核心的智能制造技術(shù)，以工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和基于信息物理系統(tǒng)（CPS）為基礎(chǔ)的“工業(yè)4.0”計(jì)劃正方興未艾，發(fā)達(dá)國家再工業(yè)化進(jìn)程迫在眉睫，以智能化、服務(wù)化、綠色化為代表的智能工業(yè)的發(fā)展趨勢已初現(xiàn)端倪。

世界制造業(yè)的發(fā)展趨勢

制造業(yè)的智能化發(fā)展趨勢

信息技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)制造過程中的應(yīng)用，極大地推動了工業(yè)制造的智能化水平。不僅是管理過程正日趨信息化、網(wǎng)絡(luò)化，傳統(tǒng)的分散于制造生產(chǎn)各個(gè)鏈條、各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備，也隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)、聯(lián)控，使制造裝備的排產(chǎn)調(diào)度、遠(yuǎn)程故障診斷、柔性組線等變得自動、智能。發(fā)達(dá)國家紛紛出臺以先進(jìn)制造業(yè)為核心的“再工業(yè)化”發(fā)展戰(zhàn)略。德國推出了“工業(yè)4.0”，美國出臺了“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”、“先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃”，日本出臺了“再興戰(zhàn)略”，法國提出了“新工業(yè)法國”……

基于大數(shù)據(jù)的服務(wù)化發(fā)展趨勢

隨著制造業(yè)與信息技術(shù)的融合，圍繞產(chǎn)品全生命周期的管理為制造業(yè)從單純的“制造+銷售”增添了“服務(wù)”這一環(huán)節(jié)，極大地豐富了原有的售后服務(wù)的內(nèi)涵，并將在這一環(huán)節(jié)，通過為用戶提供更加個(gè)性化的深度服務(wù)以獲取利潤，同時(shí)正向反饋到制造過程本身，為生產(chǎn)制造業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝、基于大數(shù)據(jù)的應(yīng)用挖掘等方面帶來革命性的變化。例如，電信運(yùn)營商推出了在網(wǎng)消費(fèi)服務(wù)，替代之前單純售賣手機(jī)的形式，行業(yè)利潤幾乎完全來自產(chǎn)品的后續(xù)服務(wù)，同時(shí)，通過收集用戶數(shù)據(jù)，挖掘用戶偏好，推出更有針對性的個(gè)性化服務(wù)，深耕行業(yè)應(yīng)用，提升利潤。

循環(huán)經(jīng)濟(jì)與制造的綠色化發(fā)展趨勢

循環(huán)經(jīng)濟(jì)的概念已提出很多年，但一直處于較為尷尬的境地。而智能制造的興起，為循環(huán)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)制造、綠色發(fā)展提供了契機(jī)。3D打印技術(shù)本身就是一種綠色經(jīng)濟(jì)制造技術(shù)，通過零部件的再修復(fù)、再制造、低碳技術(shù)的使用，使得產(chǎn)品消耗更少的材料和能源，實(shí)現(xiàn)資源、能源的綠色循環(huán)利用。例如：歐洲最大的空客飛機(jī)與德國亞琛工業(yè)大學(xué)合作，采用3D打印技術(shù)修復(fù)其渦輪扇葉的局部損壞區(qū)域，極大地節(jié)省了用戶的使用成本；JCB（杰西博）公司是全球三大工程機(jī)械制造商之一，通過模塊化設(shè)計(jì)和交換服務(wù)，JCB為工廠所有的機(jī)器提供全方位的再制造零部件，可以節(jié)省40%~50%的成本。

我國制造業(yè)整體大而不強(qiáng)

隨著三十多年的改革開放，我國已躋身制造業(yè)大國之列。世界銀行發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示：2013年，我國制造業(yè)增加值占世界比重達(dá)20.8%，排名世界第一，其中有220多種工業(yè)品產(chǎn)量居世界第一，制造業(yè)凈出口居世界第一位。中國已成為名副其實(shí)的工業(yè)大國，“中國制造”享譽(yù)全球。據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)分類，在22個(gè)大類中，我國有7大類名列榜首。

同時(shí)，我國在若干領(lǐng)域中形成了一批具有核心技術(shù)的裝備產(chǎn)品，如高速列車、航空航天發(fā)射載具、深海機(jī)器人、大型港口機(jī)械、橋梁建設(shè)裝備、大型風(fēng)電設(shè)備、核能裝備、LNG運(yùn)輸船、特高壓輸變電設(shè)備等一系列技術(shù)裝備，涌現(xiàn)出一批世界級的大企業(yè)。在2015年《財(cái)富》世界500強(qiáng)排行榜中，中國企業(yè)達(dá)106家，比上年增加6家，其中大部分為裝備制造業(yè)、建筑業(yè)等以工業(yè)為主的大型企業(yè)。

圖1 中國、美國、日本、德國工業(yè)增加值走勢圖

從創(chuàng)新體系構(gòu)建方面來看，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國已初步形成企業(yè)、高校、院所三位一體的科技創(chuàng)新體系，在高校、研究所以市場為導(dǎo)向，以應(yīng)用為目標(biāo)的科技政策的推動下，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，以加強(qiáng)科技創(chuàng)新，促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化為目標(biāo)，取得了重要突破和實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，初步形成了具有中國特色的產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新體系。

自《國家中長期科技發(fā)展綱要（2006-2020）》實(shí)施以來，企業(yè)已成為我國制造業(yè)科研投入的主體。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局、科學(xué)技術(shù)部、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布的《2013年全國科技經(jīng)費(fèi)投入公報(bào)》及相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2013年我國各類企業(yè)投入全社會的研究與實(shí)驗(yàn)發(fā)展經(jīng)費(fèi)9075.8億元，比上年增長15.7%，占全國投入研究與實(shí)驗(yàn)發(fā)展（R&D）經(jīng)費(fèi)總量的比重達(dá)76.6%，比上年提高0.4個(gè)百分點(diǎn)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，裝備制造業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的國家工程技術(shù)研究中心共51個(gè)，占全國總量的22%；裝備制造業(yè)相關(guān)的國家級企業(yè)技術(shù)中心241個(gè)，占全國總量的36.5%。2012年，裝備制造業(yè)領(lǐng)域發(fā)明專利申請數(shù)占全國申請總量的43.82%。

但是，我們也應(yīng)看到，我國制造業(yè)整體上還存在著大而不強(qiáng)的問題，與發(fā)達(dá)國家相比，在自主創(chuàng)新能力、資源利用效率、與現(xiàn)代信息技術(shù)的結(jié)合方面仍然存在較大差距，在國際產(chǎn)業(yè)分工中仍處于高能耗、勞動力密集的“加工-組裝”的低技術(shù)含量和低附加值的產(chǎn)業(yè)低端。

這種劣勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是核心關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)與制造技術(shù)缺乏。

大量高端裝備的核心關(guān)鍵零部件和材料依賴進(jìn)口。高精度電機(jī)、控制模塊、高速高精度伺服馬達(dá)、IGBT、大型發(fā)動機(jī)、大型內(nèi)燃機(jī)、核心傳感元器件等，仍依靠進(jìn)口。

二是粗放發(fā)展，環(huán)境代價(jià)高，資源利用效率偏低。

我國長期以來靠規(guī)模擴(kuò)張的粗放式生產(chǎn)經(jīng)營模式，獲得高速增長。而這種增長方式需高投入、高能耗，同時(shí)帶來的問題是環(huán)境的高污染、低效益，這無疑加劇了環(huán)境的承載力。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局公布的信息，2014年中國的經(jīng)濟(jì)總量約占世界GDP的12.9%，雖然單位GDP能耗下降4.8%，但仍占世界總能源消耗的21.5%。

三是制造業(yè)的信息化程度偏低。

中國政府多年來在不遺余力地推動兩化融合，今年，國務(wù)院又提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動指南。我國規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)由于體制、市場等多重因素，一直行動遲緩，而大量的中小企業(yè)則受限于自身財(cái)力偏弱、盈利能力偏低，因此在信息化改造的道路上步履艱難。隨著信息技術(shù)的發(fā)展及向制造業(yè)的滲透，以大數(shù)據(jù)、云制造為代表的面向未來的制造業(yè)生產(chǎn)模式勢必將給傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展帶來前所未有的巨大沖擊，使至今仍采用落后生產(chǎn)經(jīng)營管理模式的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)面臨淘汰的風(fēng)險(xiǎn)。

四是發(fā)達(dá)國家的再工業(yè)化趨勢明顯。

自2008年國際金融危機(jī)以來，美國、日本、歐州等工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛制定再工業(yè)化戰(zhàn)略，利用政策、資金和技術(shù)優(yōu)勢，大力發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，力爭重新奪回制造業(yè)優(yōu)勢，對我國制造業(yè)發(fā)展帶來了巨大挑戰(zhàn)。

五是新興的發(fā)展中國家攜勞動力優(yōu)勢，在中低端制造領(lǐng)域?qū)ξ覈圃鞓I(yè)構(gòu)成了直接競爭。

表1 2015年世界500強(qiáng)中國工業(yè)企業(yè)排名情況 （部分）

與新興發(fā)展中國家相比，我國在中低端制造領(lǐng)域正在逐漸喪失勞動力成本優(yōu)勢，人力成本上升，市場份額下降。在中低端制造領(lǐng)域，我國的市場空間正被孟加拉國、越南、印度、馬來西亞、墨西哥等新興的發(fā)展中國家擠占。

科技創(chuàng)新成必由之路

新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，催生了新的生產(chǎn)方式、新的商業(yè)模式和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。各國都在加大科技創(chuàng)新力度，積極推動機(jī)器人、3D打印、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、新能源等領(lǐng)域取得新突破?；谛畔⑽锢硐到y(tǒng)的智能裝備、智能工廠等智能制造新模式正在引領(lǐng)制造方式變革;網(wǎng)絡(luò)眾包、協(xié)同設(shè)計(jì)、大規(guī)模個(gè)性化定制、精準(zhǔn)供應(yīng)鏈管理、全生命周期管理等，正在重塑產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈體系。

提升企業(yè)的信息化能力，加強(qiáng)經(jīng)營管理模式創(chuàng)新

我國制造企業(yè)管理正處于由傳統(tǒng)管理模式向現(xiàn)代管理模式轉(zhuǎn)變的階段，多數(shù)無法適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)、云制造等模式下的多品種大批量定制化的要求，企業(yè)管理信息化、生產(chǎn)過程智能化和咨詢服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化的水平制約著中國制造業(yè)的快速發(fā)展。但有些企業(yè)已經(jīng)開始嘗試轉(zhuǎn)型，效果十分顯著，比如，中航國際就面對國內(nèi)制造業(yè)現(xiàn)狀，另辟蹊徑，通過建立 “航空制造聯(lián)盟”，與中科院微電子所聯(lián)合構(gòu)筑智能制造信息平臺，在聯(lián)盟企業(yè)中展開網(wǎng)絡(luò)眾包，通過機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化管控，提高了生產(chǎn)效率的同時(shí)提升了質(zhì)量控制品質(zhì)，促進(jìn)了我國航空制造行業(yè)快速健康發(fā)展。

加強(qiáng)制造業(yè)智能化水平

我國裝備制造業(yè)的某些領(lǐng)域具備了走出去的優(yōu)勢，亟需利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、傳感器等來增強(qiáng)裝備產(chǎn)品的智能化程度，構(gòu)建數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)線，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、客觀、自動的智能化數(shù)據(jù)采集，運(yùn)用計(jì)劃排產(chǎn)、生產(chǎn)協(xié)同、設(shè)備互聯(lián)、資源管控、質(zhì)量控制、決策支持等智能模式，建立高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，打造智能工廠，切實(shí)提高制造業(yè)智能化水平。

加強(qiáng)綠色技術(shù)的研發(fā)

我國優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材的先進(jìn)基礎(chǔ)制造工藝、自動化和智能化技術(shù)的普及程度不高，能源消耗、材料利用率及污染排放與國際先進(jìn)水平相比存在較大差距。我國制造業(yè)仍未擺脫大而不強(qiáng)的局面，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)也付出了巨大的資源和環(huán)境代價(jià)，制約著制造業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

因此，我國亟需通過綠色技術(shù)的應(yīng)用來改善當(dāng)前制造業(yè)現(xiàn)狀，通過末端治理技術(shù)在生產(chǎn)的環(huán)節(jié)消除生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染，通過清潔工藝在生產(chǎn)過程中合理利用資源、減少污染。另外，3D打印技術(shù)可以快捷地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意，相比傳統(tǒng)的產(chǎn)品加工技術(shù)，該技術(shù)無廢料產(chǎn)生，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減材。數(shù)字3D打印工廠也正在世界各地迅速發(fā)展，這意味著傳統(tǒng)的生產(chǎn)形式開始轉(zhuǎn)變。直接數(shù)字化制造能夠減少全球采購和制造的成本，同時(shí)提供更多的就業(yè)機(jī)會，也有利于壓縮生產(chǎn)成本。

面對多元化信息科技的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)制造企業(yè)需深入思考，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)方式和商業(yè)模式，為企業(yè)打造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，提高創(chuàng)新發(fā)展能力和國際競爭力。在制造業(yè)逐步轉(zhuǎn)變的過程中，我國應(yīng)通過走創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展的道路，減小我國與先進(jìn)國家的差距，從而盡快改變中國制造業(yè)的現(xiàn)狀。

顏苑 中國科學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展中心 主任助理智能傳感器中心 副主任、研究員