智能制造理論辨析與中國發(fā)展實(shí)踐研究

楊夢潔

摘要：智能制造作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深入融合的產(chǎn)物，是新一代科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵部分，也是各個地區(qū)競相布局發(fā)展的重要領(lǐng)域，與其相關(guān)的CPS系統(tǒng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等概念成為熱議并引發(fā)學(xué)術(shù)界廣泛討論。中國經(jīng)過近些年的發(fā)展，智能制造已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的普遍共識，智能制造對制造業(yè)企業(yè)利潤貢獻(xiàn)率也得到了顯著提高，流程型制造業(yè)在智能制造改造的成熟度上要優(yōu)于離散型，未來集成化發(fā)展、協(xié)作機(jī)器人等成為新趨勢，地區(qū)差異性也愈加明顯。

關(guān)鍵詞：智能制造;發(fā)展;趨勢

中圖分類號：F2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2020.25.004

新一代科技革命和產(chǎn)業(yè)變革迅速席卷全球，智能制造是此輪變革的核心已成為共識。在新一代信息技術(shù)不斷突破的帶領(lǐng)下，新動能不斷形成，新產(chǎn)業(yè)不斷出現(xiàn)，新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，智能制造相關(guān)新概念層出不窮，圍繞智能制造各地區(qū)各企業(yè)也廣泛開展新嘗試，中國智能制造發(fā)展整體呈現(xiàn)新特征與新趨勢。

1智能制造相關(guān)概念辨析

工業(yè)4.0：該概念最初由德國提出。2013年，德國“工業(yè)4.0工作組”向德國政府提交《保障德國制造業(yè)的未來—關(guān)于實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》，這一概念正式落地。工業(yè)4.0可以分為“建設(shè)一個系統(tǒng)、研究兩大主題、實(shí)現(xiàn)三項集成、實(shí)施八項計劃”。首先，一個系統(tǒng)是指賽博物理系統(tǒng)CPS（Cyber Physical System），將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，設(shè)備、物料互聯(lián)互通，連接物理空間和虛擬信息空間，使得信息空間對物理空間深度感知，物理設(shè)備通過信息空間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計算、控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)等功能，實(shí)現(xiàn)人、物、數(shù)據(jù)深度融合。其次，兩大主題是指智能工廠和智能生產(chǎn)。智能生產(chǎn)對產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃等生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)語義結(jié)構(gòu)和表達(dá)方式進(jìn)行統(tǒng)一，使價值鏈全流程數(shù)據(jù)透明互通。智能工廠在系統(tǒng)級將不同層級軟硬件皆進(jìn)行模塊化，統(tǒng)一接口，使得生產(chǎn)系統(tǒng)從分層次的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)向管理、生產(chǎn)、控制一體化的平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。再次，三項集成可以看作在實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)和智能工廠之后，實(shí)現(xiàn)價值鏈端到端工程數(shù)字化集成、價值鏈上企業(yè)間橫向集成以及企業(yè)內(nèi)部靈活的縱向集成與網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。最后，八項計劃可以看作實(shí)施保障，為達(dá)到上述目標(biāo)，需要從標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)、系統(tǒng)模型、基礎(chǔ)設(shè)施等八個方面著手。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)概念最早在2011年由美國通用電器公司總裁伊梅爾特提出，隨后2012年美國通用電器公司、IBM、思科、英特爾等五家行業(yè)龍頭企業(yè)共同組建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC），這一概念得到了大力推廣。首先，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)本質(zhì)是基于云的開放式工業(yè)操作系統(tǒng)。它是為滿足制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，基于海量工業(yè)大數(shù)據(jù)構(gòu)建采集、匯總、分析、服務(wù)體系，支撐制造業(yè)資源廣泛連接、彈性供給、高效配置的開放式工業(yè)云平臺，也是轉(zhuǎn)化大數(shù)據(jù)價值，通過云計算等技術(shù)，最終滿足智能制造發(fā)展需求的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)方式。其次，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣層負(fù)責(zé)采集工業(yè)數(shù)據(jù)，通過數(shù)字化改造、協(xié)議轉(zhuǎn)換等手段，實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)在多源設(shè)備、異構(gòu)空間的傳輸、上傳和采集。然后通過Laas，即云基礎(chǔ)設(shè)施存儲數(shù)據(jù)。再由核心環(huán)節(jié)工業(yè)Paas完成數(shù)據(jù)建模與分析，實(shí)現(xiàn)微服務(wù)也就是單一功能模塊的集成。其內(nèi)部又分層為通用Paas平臺、工業(yè)大數(shù)據(jù)平臺、工業(yè)應(yīng)用開發(fā)工具和工業(yè)微服務(wù)組件。并最終進(jìn)行到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的終極環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)軟件云改造和新興工業(yè)APP。最后，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的價值。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將復(fù)雜的工業(yè)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、知識等抽象化的資源進(jìn)行沉淀，通過提供工業(yè)應(yīng)用開發(fā)工具和微服務(wù)組件，對傳統(tǒng)軟件云改造，產(chǎn)生新型工業(yè)APP，實(shí)現(xiàn)抽象資源的復(fù)用和重構(gòu)，提高研發(fā)效率，降低創(chuàng)新成本，并使得智能制造成為可能。

從以上分析可以看出，智能制造與工業(yè)4.0的概念高度交叉，工業(yè)4.0概念的命名側(cè)重于整個工業(yè)體系，但它的賽博物理系統(tǒng)、智能生產(chǎn)、智能工廠兩個主題，三大集成等，是工業(yè)4.0的基礎(chǔ)架構(gòu)，也是智能制造的重要內(nèi)容之一，工業(yè)4.0革命相當(dāng)于智能制造革命。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)則可以看作通向智能制造的重要通道，真正意義上的智能制造是建立在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的基礎(chǔ)之上。其他相關(guān)概念諸如云制造、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造等概念是對智能制造其中一個環(huán)節(jié)或者實(shí)現(xiàn)手段、實(shí)現(xiàn)方式的概括，歸根結(jié)底這些概念的本質(zhì)和最終目標(biāo)是智能制造。

2中國智能制造發(fā)展實(shí)踐

2.1智能制造已經(jīng)成為普遍共識

中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院發(fā)布的《智能制造發(fā)展指數(shù)（2019）》對全國8000多家企業(yè)開展的智能制造能力成熟度自診斷。85%的企業(yè)處于成熟度一級，著手實(shí)踐探索智能制造，對企業(yè)設(shè)計、生產(chǎn)、流通、服務(wù)等核心環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)開展了流程化管理。12%的企業(yè)呈現(xiàn)顯著的自動化特征，處在成熟度二級，自動化技術(shù)和信息化技術(shù)應(yīng)用更加深入廣泛，核心業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)與裝備能夠?qū)崿F(xiàn)單一的數(shù)據(jù)共享。3%的企業(yè)處在成熟度高的三級和四級，說明智能制造高成熟度發(fā)展尚處于起步階段。此階段企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，并在探索網(wǎng)絡(luò)化與智能化，企業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，數(shù)據(jù)可以跨業(yè)務(wù)共享流轉(zhuǎn)。各類管理資源、生產(chǎn)資源能夠基于模型進(jìn)行預(yù)測和不斷優(yōu)化。

2.2中國智能制造正在快速上升期

伴隨中國制造業(yè)數(shù)字化水平不斷提升，智能制造基礎(chǔ)不斷牢固，中國智能制造邁入快速成長期。一是智能制造對制造業(yè)企業(yè)利潤貢獻(xiàn)率提升顯著。德勤智能制造企業(yè)調(diào)研對中國智能制造利潤率進(jìn)行測算，2013年55%的制造業(yè)企業(yè)智能制造利潤率低于10%，智能制造利潤率超過50%的企業(yè)僅占到被調(diào)查企業(yè)的14%。五年之后，2017年智能制造利潤率低于10%的企業(yè)僅為11%，降低了44%，11-30%的利潤率空間企業(yè)最多，占到了41%，智能制造利潤率超過50%的企業(yè)比例提升到33%，增加了19%。二是典型應(yīng)用需求不斷增強(qiáng)。中國工業(yè)機(jī)器人市場規(guī)模在2017年已經(jīng)占比全球27%，主要用于高端裝備制造、電子信息、汽車等產(chǎn)業(yè)，連續(xù)六年成為全球工業(yè)機(jī)器人第一消費(fèi)大國。

2.3智能制造行業(yè)發(fā)展不均衡

根據(jù)德勤《智能制造發(fā)展指數(shù)報告（2019）》顯示，離散型智能制造成熟度要略高于流程型，特別對于成熟度在三級及以上的企業(yè)，離散型制造占比明顯更高。離散型制造的產(chǎn)品由多個零件加工之后裝配形成，這些加工程序往往互相離散并不連續(xù)，以裝備制造、船舶、汽車、電子電器等為代表的離散型制造多為大型企業(yè)，數(shù)字化基礎(chǔ)牢固，本身整體實(shí)力較高，近年來在數(shù)字化向網(wǎng)絡(luò)化智能化升級過程中做了大量嘗試，智能制造成熟度更高?；?、煉油、水泥等一類的流程型制造在初級的流程化、自動化方面做得較好，但智能改造程度有待加深。

3中國智能制造發(fā)展新趨勢

3.1物流成為重要切入口

智能制造涉及到研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等各個環(huán)節(jié)的諸多模塊，對軟件硬件均有較高要求，難以一蹴而就。企業(yè)往往會選擇生產(chǎn)全流程中一個或幾個環(huán)節(jié)嘗試智能化改造。從當(dāng)前發(fā)展情況來看，更多的企業(yè)將智能物流作為發(fā)展智能制造的切入點(diǎn)。企業(yè)內(nèi)部發(fā)展的物流涵蓋采購、倉儲、運(yùn)輸、售后等多個環(huán)節(jié)，與完整的生產(chǎn)線緊密相連，發(fā)展智能物流可以提升生產(chǎn)線數(shù)字化水平，改進(jìn)生產(chǎn)效率，針對物流智能化改造的投入，相對其他軟件研發(fā)、硬件改造成本更低，周期更短，使得企業(yè)能夠更快的從智能制造中獲益。而且智能物流也同時連接上下游企業(yè)，從供應(yīng)商到銷售商，便于企業(yè)以此為切入點(diǎn)重塑生產(chǎn)流程的信息化管理。

3.2集成化發(fā)展步伐加快

集成是企業(yè)從智能設(shè)備發(fā)展至智能生產(chǎn)線、智能車間、智能工廠，完成智能制造系統(tǒng)集成的重點(diǎn)。隨著中國智能制造逐步進(jìn)入快速發(fā)展階段，國內(nèi)系統(tǒng)集成商也在迅速崛起。目前國內(nèi)系統(tǒng)集成商主要從國外購買機(jī)器人整機(jī)，再根據(jù)不同客戶需求和行業(yè)特點(diǎn)，制定有針對性的解決方案。業(yè)務(wù)主要有為企業(yè)生產(chǎn)線或大型項目提供自動化、數(shù)字化改造，設(shè)備升級或聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、工業(yè)控制、傳動、生產(chǎn)資源和管理信息的系統(tǒng)設(shè)計等，主要業(yè)務(wù)范圍還集中在下游應(yīng)用端，為終端客戶提供系統(tǒng)集成解決方案。國內(nèi)發(fā)展起來一批較為領(lǐng)先的系統(tǒng)集成商，主要有新松機(jī)器人、成焊寶瑪?shù)?，?yīng)用領(lǐng)域主要集中在汽車工業(yè)。根據(jù)中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院的評價分析，目前68%的企業(yè)完成設(shè)備、系統(tǒng)間集成規(guī)劃，27%的企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備和系統(tǒng)間的集成，11%的企業(yè)具備完整的集成架構(gòu)和技術(shù)規(guī)范。8%的企業(yè)實(shí)現(xiàn)研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、物流、銷售、管理等環(huán)節(jié)的全系統(tǒng)集成，因而集成化發(fā)展還存在極大空間。

3.3協(xié)作機(jī)器人是主流方向

完整的新一代智能制造具有狀態(tài)感知、實(shí)時分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升的特征，但學(xué)習(xí)提升是人工智能+智能制造高度融合的新一代智能制造才具備的特點(diǎn)，從短期范圍內(nèi)看，人工智能還難以達(dá)到這一程度，工業(yè)機(jī)器人難以完全替代勞動力，人機(jī)協(xié)作將是很長一段時間內(nèi)發(fā)展智能制造的主要工業(yè)模式。2019年上海工博會上，日本發(fā)那科、川崎、丹麥UR等公司均在現(xiàn)場首發(fā)協(xié)作機(jī)器人，國內(nèi)企業(yè)新松、杰卡等也發(fā)布自己的協(xié)作機(jī)器人。2019年世界機(jī)器人大會、世界智能制造大會上，協(xié)作機(jī)器人均受到國內(nèi)外企業(yè)的追捧。

3.4智能制造呈現(xiàn)東強(qiáng)西弱

2015年開始，國家工信部為推進(jìn)智能制造技術(shù)應(yīng)用，樹立行業(yè)典范，開展了智能制造試點(diǎn)示范項目評選工作。2015年到2019年，國家級智能制造試點(diǎn)示范項目從46個增加到99個，從2018年這些示范項目分布區(qū)域來看，華東地區(qū)最多，幾乎占到全國數(shù)量的45%，華北地區(qū)第二，占到了13%，華東地區(qū)數(shù)量可以與華北、華中、華南其他六個地區(qū)加起來的數(shù)量相抗衡。我國的智能制造示范企業(yè)也主要集中在東部地區(qū)，特別是科研實(shí)力突出的環(huán)渤海地區(qū)，經(jīng)濟(jì)活躍、創(chuàng)新能力強(qiáng)的長三角地區(qū)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)充足的珠三角地區(qū)，以四川、安徽、河南等為核心的中西部地區(qū)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，先進(jìn)制造業(yè)亮點(diǎn)頻現(xiàn)，但與東部地區(qū)相比仍處在初級階段。

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