(云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 云南 昆明 650032)
智能制造是基于新一代信息技術(shù),面向產(chǎn)品全生命周期,貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié),具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。核心是制造,本質(zhì)是先進(jìn)制造,基礎(chǔ)是數(shù)字化,趨勢(shì)是人工智能(Artificial Intelligence),載體是智能裝備與軟件,特點(diǎn)是將智能化貫穿整個(gè)生產(chǎn)過程,且具有高度的柔性以及集成性。智能制造是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)成功轉(zhuǎn)型的必然要求,也是制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì),將會(huì)推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展出全新的制造模式,并成為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
隨著以人工智能技術(shù)為主的新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展,智能制造(Intelligent Manufacturing)成為制造業(yè)重要發(fā)展趨勢(shì),將對(duì)全球工業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局帶來(lái)重大的影響,進(jìn)而引發(fā)第四次工業(yè)革命。金融危機(jī)以來(lái),發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛提出“再工業(yè)化”戰(zhàn)略,把智能制造作為未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展方向,并制定政策給予支持,以提升國(guó)家制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,搶占制造業(yè)的制高點(diǎn)。2011年美國(guó)實(shí)施“國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”戰(zhàn)略,2013德國(guó)提出“工業(yè)4.0”計(jì)劃,2014年英國(guó)開展“高價(jià)值制造”戰(zhàn)略,2015年日本頒布“工業(yè)價(jià)值鏈”戰(zhàn)略,2016年歐盟頒布“數(shù)字化歐洲工業(yè)計(jì)劃”。智能制造在世界范圍內(nèi)逐漸擴(kuò)大興起,我國(guó)也不甘落后,2015年5月我國(guó)發(fā)布《中國(guó)制造2025》文件,將智能制造定為制造業(yè)發(fā)展主攻方向,提出用信息化和工業(yè)化的深度融合來(lái)引領(lǐng)制造業(yè)的發(fā)展[1-2]。
為此,分析發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)“智能制造”發(fā)展所制定的發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃,從中總結(jié)有效的方法,并結(jié)合我國(guó)制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,為我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型與“智能制造”的實(shí)施提供建議。
隨著3D打印設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等先進(jìn)制造設(shè)備不斷發(fā)展與更新,以及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G通信網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)生與普及,智能制造的全面實(shí)施有了更多的保障。在這一形勢(shì)下,全球各大經(jīng)濟(jì)主體紛紛把握住這一機(jī)會(huì),結(jié)合本國(guó)產(chǎn)業(yè)特色,爭(zhēng)先制造先進(jìn)設(shè)備,并紛紛借助數(shù)字化、智能化手段改造傳統(tǒng)制造業(yè),打造先進(jìn)制造業(yè)王牌。
據(jù)中國(guó)經(jīng)濟(jì)信息社發(fā)布的《全球智能制造發(fā)展指數(shù)報(bào)告(2017)》文件顯示,全球智能制造排名前三的分別是美國(guó)、日本與德國(guó),為此本文將分析美國(guó)、日本與德國(guó)三個(gè)國(guó)家在先進(jìn)制造領(lǐng)域方面所制定的戰(zhàn)略規(guī)劃與發(fā)展現(xiàn)狀。
2012年,美國(guó)啟動(dòng)“國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”(NNMI)計(jì)劃,為了保證該計(jì)劃的實(shí)施,2016年又發(fā)布了《國(guó)家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃戰(zhàn)略規(guī)劃》。NNMI計(jì)劃建立一個(gè)創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng),并制定了協(xié)調(diào)和評(píng)價(jià)機(jī)制。其中每個(gè)機(jī)構(gòu)只需關(guān)注一個(gè)具有發(fā)展前景的先進(jìn)制造領(lǐng)域,再通過協(xié)調(diào)與資源共享協(xié)作的方式解決與工業(yè)制造相關(guān)的問題,目的是提升其制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、促進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)成為高效的規(guī)模制造、加速培養(yǎng)先進(jìn)制造所需勞動(dòng)力、支持創(chuàng)新機(jī)構(gòu)商業(yè)化實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,從而推進(jìn)美國(guó)制造業(yè)的創(chuàng)新。
2016年,美國(guó)CESMII機(jī)構(gòu)(清潔能源智能制造創(chuàng)新研究院)發(fā)布了其2017年到2018年的短期建設(shè)路線圖。在文件中,CESMII將智能制造(SM)定義為一系列涉及業(yè)務(wù)、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施及勞動(dòng)力的實(shí)踐活動(dòng),通過整合運(yùn)營(yíng)技術(shù)和信息技術(shù)(OT/IT)的工程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制造的持續(xù)優(yōu)化。該定義給出業(yè)務(wù)、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施及勞動(dòng)力四個(gè)維度,將“業(yè)務(wù)”放在第一位,落足于持續(xù)優(yōu)化,是一種多方協(xié)作、資源及優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的模式。
美國(guó)政府還推出先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃(AMP)[3],吸引波音公司、通用電氣、思科公司和福特汽車等一批制造業(yè)巨頭加入,提出優(yōu)先發(fā)展先進(jìn)傳感、控制與制造平臺(tái)技術(shù),以及可視化、信息與數(shù)字制造技術(shù)兩大智能制造關(guān)鍵技術(shù),將3D打印、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造、先進(jìn)制造材料、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)與服務(wù)行業(yè)機(jī)器人開發(fā)等為未來(lái)5年內(nèi)美國(guó)制造業(yè)的發(fā)展領(lǐng)域。同時(shí),出資近3億美元組建研究院,支持制造共性技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用,例如先進(jìn)復(fù)合材料制造創(chuàng)新研究院關(guān)注先進(jìn)纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料,國(guó)家增材制造創(chuàng)新研究院關(guān)注增材制造與3D打印技術(shù)。
2018年6月,日本經(jīng)產(chǎn)省發(fā)布《日本制造業(yè)白皮書(2018)》,明確將互聯(lián)工業(yè)作為制造業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。除此之外,日本工業(yè)價(jià)值鏈促進(jìn)會(huì)(IVI)提出了新一代工業(yè)價(jià)值鏈參考模型(IVRI-NEXT),該框架從資產(chǎn)維度、管理維度與活動(dòng)維度將制造業(yè)中各單元整合為智能制造單元(SMU)。這一價(jià)值鏈的特點(diǎn)分為以下四點(diǎn):一是通過循環(huán)省級(jí)實(shí)現(xiàn)智能制造。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中出現(xiàn)的小問題采取PDCA(計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、行動(dòng))循環(huán),對(duì)于流程調(diào)整、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等大問題則采取EROR(發(fā)現(xiàn)問題、共享問題、確立課題、解決問題)循環(huán),通過兩種動(dòng)態(tài)循環(huán)方式的結(jié)合,使得價(jià)值鏈中的SMU進(jìn)行自我進(jìn)化。二是給出了“寬松定義標(biāo)準(zhǔn)”[4]去構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)體系。使用“寬松定義標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)通信平臺(tái)、知識(shí)共享標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)模型進(jìn)行設(shè)計(jì),保證在達(dá)到互聯(lián)企業(yè)協(xié)同目的的同時(shí)保障企業(yè)的獨(dú)特技術(shù)。三是突出平臺(tái)在數(shù)字世界的核心作用。通過平臺(tái)去定義生產(chǎn)規(guī)則與條件,集成相關(guān)軟件于硬件設(shè)施,對(duì)數(shù)字進(jìn)行加工與處理形成知識(shí)與技術(shù),為制造業(yè)企業(yè)提供服務(wù),從而形成一個(gè)平臺(tái)生態(tài)系統(tǒng)。四是高度重視人與知識(shí)在智能制造中的作用。
同時(shí)早在2011年,日本就已通過發(fā)布第四期《科技發(fā)展基本計(jì)劃》(2011-2015),部署多項(xiàng)智能制造領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目,如多功能電子設(shè)備、信息通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、智能網(wǎng)絡(luò)、高速數(shù)據(jù)傳輸、云計(jì)算等技術(shù)。并通過優(yōu)惠稅制、優(yōu)惠貸款、減稅等多項(xiàng)政策支持重視發(fā)展人工智能技術(shù)的企業(yè)。日本將3D打印、人工智能、自動(dòng)化與智能制造、物聯(lián)網(wǎng)作為主要資金和政策扶持領(lǐng)域?!?014制造業(yè)白皮書》中提出要重點(diǎn)發(fā)展機(jī)器人產(chǎn)業(yè),大規(guī)模建設(shè)機(jī)器人應(yīng)用的試驗(yàn)場(chǎng)地,在制造、服務(wù)、災(zāi)害應(yīng)對(duì)等多方面廣泛使用機(jī)器人,打造應(yīng)用機(jī)器人所需的環(huán)境。
德國(guó)的“工業(yè)4.0”是發(fā)布于2011年11月的《德國(guó)2020高技術(shù)戰(zhàn)略》中所提出的項(xiàng)目之一,旨在通過利用信息通訊技術(shù)和信息物理系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的方法,將人、物和系統(tǒng)連接,根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生產(chǎn)制造流程進(jìn)行優(yōu)化,推進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。
為更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),德國(guó)政府又在在2013年4月舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上發(fā)布了《德國(guó)工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施建議》[5],該建議所制定的戰(zhàn)略框架可歸納為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),四大主題,三項(xiàng)集成與八項(xiàng)計(jì)劃。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是指信息物理系統(tǒng)(CPS)網(wǎng)絡(luò),四大主題是指智能生產(chǎn)、智能工廠、智能物流與智能服務(wù),三項(xiàng)集成是指通過價(jià)值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)橫向集成,貫穿整個(gè)價(jià)值鏈的端到端工程數(shù)字化集成,縱向集成和網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。八項(xiàng)計(jì)劃包括標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)、管理復(fù)雜系統(tǒng)、建立全面寬頻的基礎(chǔ)設(shè)施、安全和保障、工作的組織和設(shè)計(jì)、培訓(xùn)和持續(xù)的專業(yè)發(fā)展、監(jiān)管框架與資源利用效率“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略也代表著德國(guó)政府、學(xué)術(shù)界與企業(yè)界所組成的創(chuàng)新戰(zhàn)略伙伴關(guān)系,它通過不同組織的跨界協(xié)作,促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)工業(yè)化和信息化兩化的深度融合[6]。行業(yè)協(xié)會(huì)為企業(yè)對(duì)接工業(yè)4.0提供標(biāo)準(zhǔn)路線圖,為研究機(jī)構(gòu)搭建與企業(yè)對(duì)接學(xué)術(shù)成果的平臺(tái);企業(yè)則自主制定戰(zhàn)略規(guī)劃,以適應(yīng)發(fā)展以數(shù)字化制造、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)架構(gòu)。
改革開放以來(lái),我國(guó)制造業(yè)快速發(fā)展,現(xiàn)已成為世界第一制造大國(guó),在全球500多種主要的工業(yè)產(chǎn)品中,我國(guó)有200多種產(chǎn)量位居世界第一,但在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下,世界制造業(yè)不斷發(fā)展,我國(guó)制造業(yè)的許多問題業(yè)逐漸表現(xiàn)出來(lái)。為此,將從優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)兩個(gè)方面分析中國(guó)制造業(yè)面臨的現(xiàn)狀。
在改革開放四十年的發(fā)展中,我國(guó)利用自身優(yōu)勢(shì),建立了較為完整的工業(yè)體系,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也日漸完善,為制造業(yè)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我國(guó)制造業(yè)的優(yōu)勢(shì)可歸納為以下方面:一是我國(guó)政府為制造業(yè)的發(fā)展制定了各種政策與規(guī)范了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。政府在各個(gè)時(shí)期會(huì)根據(jù)市場(chǎng)情況、全球發(fā)展趨勢(shì)制定不同的方針、政策,積極引導(dǎo)制造業(yè)發(fā)展方向,例如2015年發(fā)布的《中國(guó)制造2025》[8]引導(dǎo)制造業(yè)使用信息化和工業(yè)化的高層次的深度結(jié)合的方式去推進(jìn)轉(zhuǎn)型。二是我國(guó)由于人口基數(shù)大,消費(fèi)者數(shù)量多,市場(chǎng)消費(fèi)方式多樣,消費(fèi)潛力巨大。且隨著人們生活水平的提高,需求層次也順勢(shì)提高,由此也吸引了眾多國(guó)內(nèi)外的制造企業(yè)參與到我國(guó)制造業(yè)的投資建設(shè)當(dāng)中。因此,我國(guó)在制造業(yè)規(guī)模與發(fā)展方面相比于大多數(shù)國(guó)家來(lái)說,優(yōu)勢(shì)較為明顯,應(yīng)積極把握住第四次工業(yè)革命的發(fā)展機(jī)遇[7]。
我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展一直依靠著原材料、勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素優(yōu)勢(shì),是典型的“要素驅(qū)動(dòng)”型的發(fā)展。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,“要素驅(qū)動(dòng)”發(fā)展模式不再滿足市場(chǎng)需求,甚至制約著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。與美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)依然不是制造強(qiáng)國(guó),存在的問題主要集中以下幾點(diǎn):一是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理。例如鋼鐵產(chǎn)業(yè),世界絕大部分粗鋼由我國(guó)生產(chǎn),特種鋼的生產(chǎn)量卻無(wú)法滿足自身發(fā)展需要,需要大量進(jìn)口。二是產(chǎn)品附加值不高。政府通過優(yōu)惠政策與廉價(jià)生產(chǎn)要素吸引外資企業(yè)進(jìn)入我國(guó),但吸引來(lái)的只是基礎(chǔ)性的加工產(chǎn)業(yè),獲得的也僅是微薄的加工費(fèi),并不能延伸至高附加值的上下游產(chǎn)業(yè)。三是缺少創(chuàng)新能力。我國(guó)有效專利主要以實(shí)用新型和外觀設(shè)計(jì)專利為主,創(chuàng)新設(shè)計(jì)專利數(shù)量較少,且總的專利數(shù)量遠(yuǎn)低于國(guó)外的數(shù)量。四是信息化水平差距大。首先是不同行業(yè)間的信息化水平的差距較大。石化、機(jī)械等重工業(yè)的信息化程度較高,而紡織等輕工業(yè)的信息化水平相對(duì)較低。其次是地區(qū)之間制造業(yè)的信息化水平也存在差異,并且不同規(guī)模的企業(yè)信息化水平也不均衡。
總而言之,經(jīng)過改革開發(fā)四十年的發(fā)展,我國(guó)制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展,建成了門類齊全、獨(dú)立完整的產(chǎn)業(yè)體系,有力推動(dòng)了工業(yè)化的發(fā)展,顯著增強(qiáng)了我國(guó)的綜合國(guó)力。但與世界先進(jìn)水平相比,我國(guó)的制造業(yè)仍然大而不強(qiáng),在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新能力、產(chǎn)品附加值與信息化水平等方面存在明顯的差距,制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)的任務(wù)較為艱巨。
當(dāng)今世界,各個(gè)國(guó)家都在思考如何使制造業(yè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí),如何在全球競(jìng)爭(zhēng)中獲取核心競(jìng)爭(zhēng)力,我國(guó)同樣需要思考這個(gè)問題。鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)后的中國(guó)就是在不斷的學(xué)習(xí),才擁有今天的成就。歷史證明,學(xué)習(xí)、借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的方法幫助自己實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展是明智的選擇。為此,分析研究、學(xué)習(xí)借鑒先進(jìn)國(guó)家智能制造的戰(zhàn)略與規(guī)劃,為實(shí)現(xiàn)我國(guó)制造業(yè)跨越式發(fā)展。
建議政府、學(xué)術(shù)界與企業(yè)界組合成一個(gè)聯(lián)盟,聯(lián)盟的共同目標(biāo)是通過信息化與工業(yè)化兩化的深度融合手段促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)政府制定發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃和系統(tǒng)部署,正確引導(dǎo)企業(yè)的發(fā)展方向與研究機(jī)構(gòu)的工作方向。企業(yè)界與學(xué)術(shù)界在政府牽頭下共同合作,共同申報(bào)科技創(chuàng)新類項(xiàng)目,攻克智能制造中出現(xiàn)的技術(shù)、管理等問題;建立知識(shí)型人才與技能型人才的交流培訓(xùn)平臺(tái),共同培養(yǎng)智能制造發(fā)展所需復(fù)合型人才。政府的科研結(jié)構(gòu)相互加強(qiáng)協(xié)同合作,進(jìn)行知識(shí)、信息的交流共享,共同研發(fā)創(chuàng)新技術(shù)與高科技材料等元素,為智能制造所需提供技術(shù)與元素支持。聯(lián)盟中各部門角色分明、分工明確且相互協(xié)作,資源共享,共同進(jìn)步,形成協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)
從人工智能的視角下研究制造業(yè)的前生今世與未來(lái),可以發(fā)現(xiàn)人工智能與智能制造相互交融[9]。并且,提高企業(yè)創(chuàng)新技術(shù)的研發(fā)能力是智能制造發(fā)展的動(dòng)力,也是傳統(tǒng)制造向智能制造發(fā)展所需關(guān)注的重點(diǎn)。為此,傳統(tǒng)制造的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理等環(huán)節(jié),應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)新型傳感技術(shù)、精準(zhǔn)控制與優(yōu)化技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)研發(fā)先進(jìn)的高科技新型生產(chǎn)材料,在核心領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新,建立并完善智能制造技術(shù)創(chuàng)新體系。同時(shí)改進(jìn)升級(jí)數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、3D打印等智能設(shè)備,加強(qiáng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信等信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的配設(shè),為信息化與工業(yè)化兩化的深度融合提供基礎(chǔ)支持。并將以人工智能為代表的信息化技術(shù)的互聯(lián)協(xié)作方式融入到產(chǎn)品生產(chǎn)、工廠建設(shè)、物流配送、產(chǎn)品服務(wù)中,促進(jìn)兩化的深度融合。
高技術(shù)人才和研發(fā)人才是實(shí)現(xiàn)智能制造的主要力量,且也將思考如何將我國(guó)所擁有的人力資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)換到制造業(yè)中。為此,政府、企業(yè),研究機(jī)構(gòu)等部門均應(yīng)堅(jiān)持將人才作為建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的根本,重視人在數(shù)字世界中的核心價(jià)值,建立健全科學(xué)的選人、用人、育人機(jī)制,制定與制造業(yè)相關(guān)的人才培養(yǎng)體系和人才引進(jìn)方案,著力培養(yǎng)智能制造所需的復(fù)合型創(chuàng)新人才,從而解決我國(guó)制造業(yè)中存在的創(chuàng)新力不足問題,以及解決因創(chuàng)新能力不足引起的系列問題,為我國(guó)的智能制造發(fā)展提供“源頭活水”。
當(dāng)前,第四次工業(yè)革命正在行進(jìn)中,誰(shuí)抓住了智能制造這一核心產(chǎn)業(yè),誰(shuí)就有機(jī)會(huì)成為新工業(yè)革命的引領(lǐng)者。通過對(duì)先進(jìn)國(guó)家智能制造戰(zhàn)略規(guī)劃的分析,其關(guān)注的重點(diǎn)都是協(xié)同合作、創(chuàng)新發(fā)展以及對(duì)人才的需求。對(duì)于中國(guó)這樣工業(yè)化“大而不強(qiáng)”的國(guó)家來(lái)說,更應(yīng)抓住機(jī)會(huì)窗口實(shí)現(xiàn)趕超。這就要求我們牢牢把握創(chuàng)新這一關(guān)鍵動(dòng)力,把創(chuàng)新擺在國(guó)家發(fā)展的核心位置,搭建以協(xié)同創(chuàng)新為主的生態(tài)系統(tǒng),并加強(qiáng)對(duì)智能制造發(fā)展所需的復(fù)合型創(chuàng)新人才的培養(yǎng),從而為實(shí)現(xiàn)智能制造的可持續(xù)發(fā)展提供全方面的支撐。