智能制造與企業(yè)轉(zhuǎn)型升級

鄭曉松

近些年來，我國企業(yè)的綜合競爭力大幅增強，形成了若干具有國際競爭力的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，我國已具備了建設工業(yè)強國的基礎和條件。但是，另一方面，也要清醒認識到我國企業(yè)在當今世界制造版圖中的真實位置。工信部部長苗圩指出，全球制造業(yè)已基本形成四級梯隊發(fā)展格局：第一梯隊是以美國為主導的全球科技創(chuàng)新中心；第二梯隊是高端制造領域，包括歐盟、日本；第三梯隊是中低端制造領域，主要是一些新興國家，包括中國；第四梯隊主要是資源輸出國，包括OPEC（石油輸出國組織）、非洲、拉美等國。面對困難和挑戰(zhàn)，貫徹落實“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，促進制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的融合發(fā)展，是我國企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的必由之路。

一、企業(yè)轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫

盡管中國有少數(shù)企業(yè)在某項具體的技術(shù)領域上已達到了國際領先水平，但整體上自主創(chuàng)新能力薄弱，缺乏核心技術(shù)，產(chǎn)品的競爭力一般，附加值不高，大多數(shù)裝備研發(fā)設計水平較低，試驗檢測手段不足，關鍵技術(shù)缺失。企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新仍處于跟隨模仿階段，底層技術(shù)的“黑匣子”尚未突破，一些關鍵產(chǎn)品也很難通過逆向工程實現(xiàn)自主設計、研發(fā)和創(chuàng)新。此外，基礎配套能力不足，很多技術(shù)仍需要引進和模仿，關鍵材料、核心零部件嚴重依賴進口，先進工藝、產(chǎn)業(yè)技術(shù)等基礎能力依然薄弱，嚴重制約了整機和系統(tǒng)的集成能力。2018年4月16日晚，美國商務部發(fā)布公告稱，美國政府在未來7年內(nèi)禁止中興通訊向美國企業(yè)購買敏感產(chǎn)品。2018年5月，中興通訊董事長在新聞發(fā)布會上坦誠，受拒絕令影響，公司主要經(jīng)營活動已無法進行。作為全球第五大電信設備制造商，美國商務部的一紙出口禁令竟然讓中興瀕臨停業(yè)甚至破產(chǎn)的邊緣。中興事件充分暴露出我國企業(yè)在核心技術(shù)和源頭技術(shù)方面的創(chuàng)新嚴重不夠。中國的半導體、集成電路市場規(guī)模雖然很大，也出現(xiàn)了一批像華為、中興等這樣的優(yōu)秀企業(yè)，但總體而言，和國際先進企業(yè)相比還存在很大差距，整個半導體產(chǎn)業(yè)鏈中國沒有話語權(quán)。據(jù)第一財經(jīng)報道，中國的芯片市場需求占全球50%以上，部分芯片占70%～80%，而90%依賴于進口，國產(chǎn)芯片只能自供8%左右。僅在2016年，中國進口芯片總金額接近1.5萬億元人民幣，比排在第二的原油進口金額高出近一倍。但是，我國在芯片設計、制造等方面存在短板，尤其是制造環(huán)節(jié)相對較弱，部分核心技術(shù)、關鍵設備沒有完全掌握。

近年來，我國企業(yè)的各種經(jīng)營成本快速上升，不斷擠壓著企業(yè)的利潤。根據(jù)國家信息中心的分析報告，影響我國制造業(yè)成本上升、利潤下降的原因還包括：①勞動力成本出現(xiàn)了快速上漲。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國單位就業(yè)人員平均工資從2004年的15920元上升至2014年的56360元，年均上漲13.5%。國際比較顯示，中國勞動力成本上升速度不僅顯著快于美日歐等發(fā)達經(jīng)濟體，而且快于南非、巴西等發(fā)展中國家。2008-2014年，中國單位就業(yè)人員平均工資年均名義增長率達到11.8%，扣除物價因素，實際增長9%左右。而同期美國工資實際增長率僅為1.9%，歐元區(qū)為0.5%，日本為-0.8%；南非和巴西的實際工資增長率分別為3.2%和5.7%。②企業(yè)用地成本快速提高隨著我國城鎮(zhèn)化快速推進以及商品房市場井噴式增長，房價與地價相互拉抬，土地價格不斷上漲，企業(yè)用地成本明顯提高。從全國主要城市土地出讓監(jiān)測價格來看，2008年以來出現(xiàn)加速上升態(tài)勢，盡管2012年以來有所放緩，但是土地出讓價格仍然呈現(xiàn)出上升趨勢。綜合地價由2012年第三季度的3093元/平方米增加到2015年第三季度的3606元/平方米。工業(yè)用地價格由2012年第三季度的662元/平方米增加到2015年第三季度的753元/平方米。③能源原材料成本相對較高。盡管金融危機以來，全球大宗初級產(chǎn)品價格普遍出現(xiàn)大幅下跌，但是，受交易稅費、定價機制、流通費用、原料來源等因素影響，總體上中國能源原材料成本高于美國、俄羅斯、巴西等主要能源市場。能源價格相對較高對中國制造業(yè)競爭力帶來抑制作用。④中國企業(yè)的稅費和社保負擔較重。按照國際標準的宏觀稅負計算方法，2014年中國宏觀稅負高達37.2%，已經(jīng)超過了發(fā)達國家的平均水平（在30%-35%之間），這與中國所處的發(fā)展階段極不相稱。

二、智能制造是企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要推手

2008年國際金融危機之后，為美國為首的西方發(fā)達國家對制造業(yè)在推動貿(mào)易增長、提高研發(fā)和創(chuàng)新水平和促進就業(yè)等方面的重要作用有了新的認識，紛紛提出制造業(yè)國家戰(zhàn)略，如美國的《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》、德國的“工業(yè)4.0計劃”和日本的《制造業(yè)白皮書》等。在這些重大戰(zhàn)略規(guī)劃中，有一個共同的方向就是不斷推動傳統(tǒng)制造業(yè)的自動化和智能化。面對各國的戰(zhàn)略舉措和全球制造業(yè)競爭格局的重大調(diào)整，2015年，中國也出臺了《中國制造2025》，明確提出必須依靠創(chuàng)新驅(qū)動，推廣“智能制造”，做大“互聯(lián)網(wǎng)+”模式，實現(xiàn)從“制造”向“智造”的新突破。同年，工信部啟動實施“智能制造試點示范專項行動”，公布了2015年智能制造試點示范項目名單，46個項目入圍。通過示范專項行動，直接切入制造活動的關鍵環(huán)節(jié)，充分調(diào)動企業(yè)的積極性，注重試點示范項目的成長性，通過點上突破，形成有效的經(jīng)驗與模式，在制造業(yè)各個領域加以推廣與應用。可以說，智能制造已經(jīng)成為優(yōu)化生產(chǎn)工藝、促進企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關鍵。

（1）智能制造能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的柔性生產(chǎn)、自主生產(chǎn)，從而大幅提高傳統(tǒng)企業(yè)的生產(chǎn)效率。眾所周知，智能制造的實質(zhì)就是“人工智能+制造”。具體來講，智能制造包括智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)。智能制造技術(shù)是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、自動化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進技術(shù)的基礎上，通過智能化的感知、人機交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實現(xiàn)設計過程、制造過程和制造裝備智能化，是信息技術(shù)和智能技術(shù)與裝備制造過程技術(shù)的深度融合與集成。當前，核心的智能制技術(shù)包括工業(yè)機器人、數(shù)控機床和3D打印等智能制造裝備。所謂智能制造系統(tǒng)是指一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等，也即智能化人機交互系統(tǒng)分布式集成制造。從哲學層面講，智能制造的本質(zhì)是人的自身解放在制造領域和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實現(xiàn)，是18世紀工業(yè)革命以來機器替代人的勞動的延續(xù)和深化，表現(xiàn)為人機一體系統(tǒng)的個體制造單元的“自治性”與系統(tǒng)整體“自組織能力”的自主與自由，同時也是人的個體性和社會性在新的物質(zhì)和技術(shù)條件約束下形成新的均衡關系。中國社會科學院工業(yè)經(jīng)濟研究所編制的《“人工智能+制造”產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告》認為，人工智能與制造業(yè)的融合，主要的作用就是使機器能夠“達到甚至超過人類技工水平”，以實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)運營效率的提升。這與過去制造業(yè)追求“自動化”的過程實際上有本質(zhì)的差異?！白詣踊弊非蟮氖菣C器自動生產(chǎn)，本質(zhì)是“機器替人”，強調(diào)大規(guī)模的機器生產(chǎn)；而“智能化”追求的是機器的柔性生產(chǎn)，本質(zhì)是“人機協(xié)同”，強調(diào)機器能夠自主配合要素變化和人的工作。因此，“人工智能+制造”未來所追求的，不應是簡單粗暴的“機器替人”，而應是將工業(yè)革命以來極度細化、甚至異化的工人流水線工作，重新拉回“以人為本”的組織模式，即讓機器承擔更多簡單重復甚至危險的工作，而人承擔更多管理和創(chuàng)造工作。

（2）智能制造的目標是充分利用以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能為核心的新一代信息技術(shù)，優(yōu)化企業(yè)傳統(tǒng)的相對固化、效率不高的生產(chǎn)工藝和流程，建構(gòu)高效、快捷的數(shù)字化工廠。德國工程師協(xié)會對于數(shù)字化工廠的定義是：數(shù)字化工廠（DF）是由數(shù)字化模型、方法和工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡，包含仿真和3D/虛擬現(xiàn)實可視化，通過連續(xù)的、不中斷的數(shù)據(jù)管理集成在一起。數(shù)字化工廠集成了產(chǎn)品、過程和工廠模型數(shù)據(jù)庫，通過先進的可視化、仿真和文檔管理，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)過程所涉及的質(zhì)量和動態(tài)性能。廣義的數(shù)字化工廠則將制造企業(yè)的上游供應商、中游合作伙伴、下游渠道商、客戶等所有相關方全部包含在內(nèi)，形成虛實映射的統(tǒng)一協(xié)作系統(tǒng)，其本質(zhì)是通過數(shù)據(jù)流、信息流與工作流的數(shù)字化，更有效實現(xiàn)運營與管控。在產(chǎn)品研發(fā)設計環(huán)節(jié)利用數(shù)字化建模技術(shù)為產(chǎn)品構(gòu)建三維模型，能夠有效減少物理實體樣機制造和人員重復勞動所產(chǎn)生的成本。例如，美國波音公司在其737-NX和787的設計制造中，利用數(shù)字化建模技術(shù)，不但有效縮短了研制周期，大幅降低了研制成本，有效實現(xiàn)了產(chǎn)品設計與制造環(huán)節(jié)的信息協(xié)同，從而大幅提高了生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)規(guī)劃環(huán)節(jié)，基于產(chǎn)品設計環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，利用虛擬仿真技術(shù)，可以對于工廠的生產(chǎn)線布局、設備配置、生產(chǎn)制造工藝路徑、物流等進行預規(guī)劃，并在仿真模型“預演”的基礎之上，進行分析、評估、驗證，迅速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中存在的問題和有待改進之處，并及時進行調(diào)整與優(yōu)化，減少后續(xù)生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)對于實體系統(tǒng)的更改與返工次數(shù)，從而有效減低成本、縮短工期、提高效率。例如，大眾汽車公司旗下斯柯達捷克工廠，即采用西門子的Tecno-matix，利用虛擬仿真工藝路徑規(guī)劃，來減少實際生產(chǎn)線調(diào)整改進所需要花費的成本。

（3）智能制造能大幅降低傳統(tǒng)企業(yè)的生產(chǎn)成本，從而不斷提升生產(chǎn)利潤，推動企業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。人工智能是智能制造的核心要件，人工智能可以通過自適應制造，自動質(zhì)量控制，預測性維護等解決方案有效地應對當今制造業(yè)面臨的問題，比如不穩(wěn)定的產(chǎn)品優(yōu)良率、生產(chǎn)線設計缺乏靈活性等等，從而達到改善工藝流程、縮短設計周期、減少材料和能源浪費，提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。工信部新近發(fā)布的《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（2018-2020年）》中明確指出：“大數(shù)據(jù)的形成、理論算法的革新、計算能力的提升及網(wǎng)絡設施的演進驅(qū)動人工智能發(fā)展進入新階段，智能化成為技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。人工智能具有顯著的溢出效應，將進一步帶動其他技術(shù)的進步，推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)總體突破，正在成為推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的新動能、振興實體經(jīng)濟的新機遇、建設制造強國和網(wǎng)絡強國的新引擎”。具體到生產(chǎn)端，工業(yè)機器人是實施智能制造的主體。機器人的核心技術(shù)是運動控制技術(shù)。工業(yè)機器人基本沿著兩個路徑在發(fā)展：一是模仿人的手臂，實現(xiàn)多維運動，在應用上比較典型的是點焊、弧焊機器人；二是模仿人的下肢運動，實現(xiàn)物料輸送、傳遞等搬運功能，例如AGV搬運機器人。隨著微電子、新材料、控制、傳感交互等新技術(shù)的發(fā)展，通過軟件優(yōu)化，機器人的功能將更加強大。大力發(fā)展以工業(yè)機器人為核心的智能制造也是我國經(jīng)濟發(fā)展的必然選擇。從人口的角度來看，回顧中國近二十年的經(jīng)濟發(fā)展，農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移和人口紅利相互疊加，為制造業(yè)提供了大量的廉價勞動力。而今天，劉易斯拐點隱現(xiàn)和人口紅利逐漸減弱，導致傳統(tǒng)依賴廉價勞動力成本的發(fā)展模式受到挑戰(zhàn)，從而促進了制造業(yè)轉(zhuǎn)型期對機器人的需求。其次，國內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)工藝與技術(shù)已經(jīng)允許機器人及自動化裝備的廣泛應用，這是生產(chǎn)水平不斷發(fā)展所必然到達的一個階段。最后，我國制造業(yè)中工業(yè)機器人的密度及保有量遠低于發(fā)達國家，我國制造業(yè)自動化程度尚處于較低水平，距制造業(yè)發(fā)達國家尚有較大的差距，市場潛力巨大，具有顯著提升空間。

（4）智能制造實現(xiàn)了新一代信息技術(shù)與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的充分融合，在大幅提高生產(chǎn)效率的同時，還能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和針對性、產(chǎn)品的可靠性和市場的認可度。具體來講，在產(chǎn)品的策劃、設計、研發(fā)階段，企業(yè)可以憑借信息通訊技術(shù)提升效率，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺，充分利用各方面的創(chuàng)新資源，讓更多具有相關專業(yè)知識技能的人員參與到新產(chǎn)品的開發(fā)中，甚至可以將新產(chǎn)品的設計通過互聯(lián)網(wǎng)進行眾創(chuàng)、眾包；至于企業(yè)內(nèi)部，各個部門之間通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)協(xié)同設計、協(xié)同管理，從而優(yōu)化產(chǎn)品設計過程。在生產(chǎn)設備和生活流水線中融入新一代信息技術(shù)，使其成為可以進行智能化制造的生產(chǎn)工具，成為物聯(lián)網(wǎng)的智能終端，這樣，整個制造過程完全可以做到信息化、互聯(lián)網(wǎng)化，使制造過程的效率更高、制造資源的配置更加合理、優(yōu)化，產(chǎn)品更加個性化，生產(chǎn)更加智能化。利用云計算，實現(xiàn)制造過程的自組織、自控制將成為現(xiàn)實。云制造、網(wǎng)絡制造的模式并不遙遠，未來制造工廠的形態(tài)不會是現(xiàn)在工廠的修補型。再次、利用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的優(yōu)化管理，包括產(chǎn)品的營銷、服務、維護、回收、再制造等，利用互聯(lián)網(wǎng)一方面，制造業(yè)企業(yè)能夠不斷地基于網(wǎng)絡獲取信息，及時對市場需求做出快速反應，另一方面，企業(yè)能夠?qū)⒏鞣N資源集成與共享，合理地利用資源，從而大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，加快創(chuàng)新速度，加速品牌傳播。依托互聯(lián)網(wǎng)平臺和大數(shù)據(jù)分析，制造業(yè)可以實施從生產(chǎn)型制造向服務型制造轉(zhuǎn)變，服務與產(chǎn)品融合、虛擬與現(xiàn)實結(jié)合，產(chǎn)品在某種意義上僅僅成為服務的載體，服務所創(chuàng)造的價值在制造業(yè)中所占的比重逐漸加大，使制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)形態(tài)發(fā)生根本變化。因為互聯(lián)網(wǎng)的普及，制造企業(yè)在生產(chǎn)可靠的產(chǎn)品的同時，還可以向客戶提供優(yōu)質(zhì)豐富的服務以及一整套解決方案，例如，從2012年開始，小米科技在智能手機和互聯(lián)網(wǎng)的主戰(zhàn)場外，先后推出了“小米電視”、“小米盒子”等網(wǎng)絡終端產(chǎn)品，構(gòu)建起“平臺+內(nèi)容+終端+應用”的全產(chǎn)業(yè)鏈業(yè)務體系，對傳統(tǒng)電視行業(yè)造成了不小的沖擊。

三、前景和問題

依托智能制造，既是我國企業(yè)擺脫目前的經(jīng)營困難、實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級的主要途徑，也是未來發(fā)展的大趨勢。概括來講，完全實現(xiàn)智能化生產(chǎn)的企業(yè)具有美好的前景：①工藝的低碳化。融合了新型信息技術(shù)的制造業(yè)，無論產(chǎn)品設計、制造工藝、生產(chǎn)排放，都實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保，從而達到生產(chǎn)的低消耗、低排放、高效率的目標；通過互聯(lián)網(wǎng)上的大規(guī)模信息交換和大數(shù)據(jù)的深度分析，高效率地進行資源回收和循環(huán)再利用，真正做到發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)綠色發(fā)展。②生產(chǎn)的智能化。未來，傳統(tǒng)意義的以人為主體的工廠可能不復存在，取而代之的是高度發(fā)達的信息處理系統(tǒng)，復雜而高效的指揮系統(tǒng)，以高端機器人為主導的生產(chǎn)系統(tǒng)，高度智能的售后服務系統(tǒng)。簡言之，未來的制造企業(yè)可能主要以“云工廠”的方式存在，任何創(chuàng)新的設計都可以提交“云工廠”，制造出相應的創(chuàng)新產(chǎn)品。③服務的精細化。從微笑曲線來看，服務處于價值的高端，而生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)卻處于低端。融合了新型信息技術(shù)的制造企業(yè)已經(jīng)轉(zhuǎn)型為服務型制造業(yè)，不單單制造產(chǎn)品，還能圍繞產(chǎn)品提供各種服務，研發(fā)開發(fā)服務、產(chǎn)品維護服務以及關聯(lián)的產(chǎn)品服務，這樣不僅能夠提升用戶的滿意度，還能大大拓寬企業(yè)的價值鏈。

當然，也會帶來一些問題，最顯著的可能是失業(yè)率增加、低端勞動力就業(yè)困難。根據(jù)世界經(jīng)濟論壇2016年的調(diào)研數(shù)據(jù)預測，到2020年，在全球15個主要的工業(yè)化國家中，機器人與人工智能的崛起，將導致510萬個就業(yè)崗位的流失，多以低成本、勞動密集型的崗位為主。所以，針對這一問題，就國家層面來講，順應智能化發(fā)展潮流，有必要大力推進教育特別是職業(yè)教育的改革；就企業(yè)層面講，要加大職工有關智能化轉(zhuǎn)型所必需的專業(yè)技術(shù)和職業(yè)技能方面的培訓；就個人而言，根據(jù)時代和社會的發(fā)展，不斷更新自己的知識結(jié)構(gòu)已經(jīng)刻不容緩。