從“科創(chuàng)中國”技術(shù)應(yīng)用案例庫項(xiàng)目看我國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

楊娟YANG Juan；張真ZHANG Zhen；王黎明WANG Li-ming

（中國儀器儀表學(xué)會，北京100088）

0 引言

近年來，先進(jìn)信息技術(shù)與制造技術(shù)之間的融合愈發(fā)深入，與技術(shù)的不斷創(chuàng)新及發(fā)展相伴隨，智能制造系統(tǒng)處于持續(xù)迭代及不斷演進(jìn)更新的過程中。作為一個(gè)龐大的系統(tǒng)，制造系統(tǒng)在產(chǎn)品、生產(chǎn)以及服務(wù)全生命周期的所有環(huán)節(jié)均有貫穿，可將對制造業(yè)生產(chǎn)要素與生產(chǎn)模式的重塑作用有效發(fā)揮出來，在很大程度上對制造業(yè)發(fā)展理念、價(jià)值形態(tài)以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)等的深刻變革形成推動。以不同發(fā)展階段與技術(shù)特征為依據(jù)，智能制造可進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及智能化3 大范式的劃分，其中，數(shù)字化發(fā)揮著重要的基礎(chǔ)作用；網(wǎng)絡(luò)化則以數(shù)字化為基礎(chǔ)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)云等相關(guān)技術(shù)的支持達(dá)到裝備的聯(lián)通集成目的；智能化作為人工智能和先進(jìn)制造2 大技術(shù)的深層次融合，以新一輪工業(yè)革命核心驅(qū)動力的形式而存在。

實(shí)際上，智能制造是建設(shè)制造強(qiáng)國的重要攻堅(jiān)方向，其發(fā)展水平的高低會在很大程度上對我國今后制造業(yè)的全球地位產(chǎn)生影響，無論是在現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)進(jìn)程的加快上，還是在實(shí)體經(jīng)濟(jì)根基的鞏固壯大上，亦或是對新的發(fā)展格局和數(shù)字中國的建設(shè)上，智能制造發(fā)揮的作用均不容忽視。全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在蓬勃興起，對此，必須深層次制定與落實(shí)創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，將更大的力度投入于對智能制造的發(fā)展與應(yīng)用上，助力中國制造實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，從真正意義上實(shí)現(xiàn)“制造大國”向“制造強(qiáng)國”的跨越。對于智能制造技術(shù)而言，今后15 年是其發(fā)展尤為重要的時(shí)期，對此，中國儀器儀表學(xué)會對各種優(yōu)勢力量進(jìn)行聚集，在創(chuàng)新這一根本動力的驅(qū)使下，緊抓“科創(chuàng)中國”活動契機(jī)，力求實(shí)現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新式發(fā)展與智能化升級，共同為制造強(qiáng)國建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

1 我國智能制造發(fā)展歷程

德國將制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展定義為工業(yè)革命的四個(gè)階段，即工業(yè)4.0 的進(jìn)化史。德國以智能制造為主導(dǎo)的工業(yè)4.0 始于2013 年，基于對信息通訊技術(shù)與信息物理系統(tǒng)（CPS，CyberPhysicalSystem）的最大限度運(yùn)用，加快制造業(yè)向高度智能化的轉(zhuǎn)型進(jìn)程[1，2]。美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”也是同理，盡管與德國“工業(yè)4.0”稱呼不同，但兩者有著大體相同的核心理念，都是建立起虛擬網(wǎng)絡(luò)和實(shí)體兩者之間的連接關(guān)系，進(jìn)行效率更高的生產(chǎn)系統(tǒng)的構(gòu)建。我國對智能制造的研究始于20 世紀(jì)80 年代末，快速發(fā)展時(shí)期是進(jìn)入21世紀(jì)以來的十年，進(jìn)入21 世紀(jì)以后得到了快速的發(fā)展，近年來，越來越多的重點(diǎn)項(xiàng)目相繼實(shí)現(xiàn)重大突破，并取得不容忽視的成果，從整體層面上看，智能制造相關(guān)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模。

與信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的迅猛發(fā)展相伴隨，我國智能制造裝備無論是從橫向看還是從縱向看都已取得非常大的進(jìn)步。從現(xiàn)在起到2035年，當(dāng)屬我國制造業(yè)實(shí)現(xiàn)由大至強(qiáng)轉(zhuǎn)變的重要階段，不僅如此，亦是行業(yè)發(fā)展質(zhì)量、效率及動力等實(shí)現(xiàn)變革尤為關(guān)鍵的時(shí)期。對此，整個(gè)制造業(yè)需要緊抓科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略機(jī)遇，緊緊圍繞制造強(qiáng)國建設(shè)目標(biāo)，遵循供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革的重要主線，明確智能制造這一主攻方向，進(jìn)行智能制造發(fā)展戰(zhàn)略的科學(xué)與有效制定和落實(shí)。

但是分析目前形勢，依舊有顯著矛盾與問題對我國智能制造的快速發(fā)展形成制約，主要有以下五方面的體現(xiàn)：一是智能制造基礎(chǔ)理論及技術(shù)體系建設(shè)存在一定的滯后性；二是未完成對智能制造中長期發(fā)展戰(zhàn)略的制定任務(wù)；三是高端制造裝備對外依存度高；四是關(guān)鍵智能制造技術(shù)及核心基礎(chǔ)部件主要依賴進(jìn)口；五是重硬件輕軟件的現(xiàn)象突出。

“十九大”報(bào)告強(qiáng)調(diào)要加快制造強(qiáng)國的建設(shè)以及先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，今后，還要采取有效手段和措施對信息化與工業(yè)化進(jìn)行深度融合，對智能制造形成推動，加快制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化發(fā)展速度?！吨袊圃?025》對我國制造強(qiáng)國的總體建設(shè)目標(biāo)及戰(zhàn)略加以明確，強(qiáng)調(diào)要緊緊圍繞新一代信息技術(shù)和制造業(yè)深度融合這一主線，對智能制造進(jìn)行推進(jìn)，助推制造業(yè)由大變強(qiáng)歷史性跨越的順利與快速實(shí)現(xiàn)。

2 智能制造推進(jìn)措舉

2.1 工信部《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》（簡稱《規(guī)劃》）

為了從更深與更廣的層次上對智能制造技術(shù)推廣形成推動，工信部發(fā)布《規(guī)劃》，強(qiáng)調(diào)規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)要在2025 年實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的基本普及，同時(shí)，重點(diǎn)行業(yè)與骨干企業(yè)要初步達(dá)到智能化轉(zhuǎn)型的重要目的，爭取規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)中有超過50%的企業(yè)都可以達(dá)到2 級及以上的智能制造能力成熟度，同時(shí)，重點(diǎn)行業(yè)與區(qū)域內(nèi)3 級及以上的企業(yè)數(shù)量所占比例分別大于20%和15%，無論是在企業(yè)生產(chǎn)效率上，還是產(chǎn)品良率上，亦或是在能源資源的利用率上，均實(shí)現(xiàn)大幅度的提升；進(jìn)一步地，發(fā)展至2035年，規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的全面普及，骨干企業(yè)基本上全部達(dá)到智能化轉(zhuǎn)型目的。對《規(guī)劃》的任務(wù)進(jìn)行分析，重點(diǎn)體現(xiàn)在系統(tǒng)創(chuàng)新的加快以及融合發(fā)展新動能的強(qiáng)化之上，基于《規(guī)劃》中的要求，制造業(yè)需要不斷強(qiáng)化自主供給，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)體系新優(yōu)勢的培育，此外，亦要將基礎(chǔ)支撐夯實(shí)，實(shí)現(xiàn)對智能制造新保障的全面構(gòu)建。

2.2 中國科協(xié)推出“科創(chuàng)中國”品牌

“科創(chuàng)中國”是中國科協(xié)助力經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展的一項(xiàng)重要舉措，其技術(shù)應(yīng)用案例庫建設(shè)項(xiàng)目，是中國科協(xié)圍繞“科創(chuàng)中國”試點(diǎn)城市（園區(qū)）產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求相對集中的信息技術(shù)、智能制造、生物醫(yī)藥、新材料、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、新能源，以及關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水產(chǎn)等領(lǐng)域，開展的技術(shù)應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化服務(wù)案例建設(shè)工作。通過探索技術(shù)成果應(yīng)用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、征集機(jī)制、評審機(jī)制，對取得應(yīng)用實(shí)效的創(chuàng)新成果的技術(shù)特點(diǎn)、適用范圍、典型成效、技術(shù)評價(jià)、獲取方式等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范加工，通過“科創(chuàng)中國”平臺進(jìn)行推廣，促進(jìn)既有成果的實(shí)用價(jià)值拓展，打造“科創(chuàng)中國”服務(wù)創(chuàng)新人才成長的工作品牌，努力構(gòu)建以技術(shù)應(yīng)用案例引領(lǐng)需求增長、以需求增長拉動產(chǎn)業(yè)發(fā)展、以產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶動創(chuàng)新技術(shù)成果快速轉(zhuǎn)化的科技經(jīng)濟(jì)融合模式。中國科協(xié)將技術(shù)應(yīng)用案例庫項(xiàng)目作為“科創(chuàng)中國”三年行動計(jì)劃（2021-2023 年）重點(diǎn)任務(wù)之一。中國儀器儀表學(xué)會承接了2021 年“科創(chuàng)中國”智能制造領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用案例庫項(xiàng)目，經(jīng)過廣泛征集、評審，最終300 項(xiàng)案例錄入到“科創(chuàng)中國”案例庫。

3 “科創(chuàng)中國”案例庫情況分析

通過對征集入庫的300 項(xiàng)智能制造技術(shù)應(yīng)用案例進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)案例主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

3.1 智能制造轉(zhuǎn)型方式多種多樣

智能制造轉(zhuǎn)型升級的方式包括分為智能工廠、智能生產(chǎn)線、智能裝備、信息化系統(tǒng)以及智能制造標(biāo)準(zhǔn)化等。此次入庫的300 項(xiàng)案例涉及了上述五類，其中智能工廠/數(shù)字化車間占比最大，占比50%，其次為信息化系統(tǒng)，第三至第五為智能制造標(biāo)準(zhǔn)化、智能裝備及智能生產(chǎn)線（具體見圖1），反映了我國智能制造轉(zhuǎn)型方式上呈現(xiàn)多點(diǎn)開花。

圖1 300 項(xiàng)案例智能制造轉(zhuǎn)型方式分布圖

3.2 制造業(yè)數(shù)量多，覆蓋范圍廣

對入庫的300 項(xiàng)案例應(yīng)用行業(yè)進(jìn)行分析，結(jié)果顯示案例分屬于26 個(gè)制造業(yè)，其中通用設(shè)備制造業(yè)進(jìn)行智能制造轉(zhuǎn)型最多，占比16.00%（具體見圖2）。案例覆蓋了我國國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類中31 個(gè)制造業(yè)分類中的26 個(gè)制造業(yè)，覆蓋范圍廣，具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性。

圖2 300 項(xiàng)案例涉及行業(yè)分布圖

3.3 案例所涉地區(qū)具有代表性

對案例實(shí)施企業(yè)所在地域進(jìn)行分析，結(jié)果顯示300 項(xiàng)案例涉及了全國27 個(gè)省市和地區(qū)。其中河南省實(shí)施智能制造轉(zhuǎn)型的企業(yè)最多，占比達(dá)25.33%，排名第二至第十的分別是北京、江蘇、上海、陜西、浙江、四川、遼寧、廣東、山東，并且西部偏遠(yuǎn)地區(qū)新疆、西藏也有案例[3-5]，說明我國各省市都非常重視智能制造發(fā)展，力求搶占智能制造高地（具體見圖3）。

圖3 300 項(xiàng)案例實(shí)施企業(yè)地域分布圖

3.4 項(xiàng)目技術(shù)水平高，運(yùn)行效果明顯

對案例所獲得的項(xiàng)目支持情況分析，300 項(xiàng)案例中，有96 個(gè)項(xiàng)目獲得了工信部智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化和新模式應(yīng)用項(xiàng)目支持，占比達(dá)32%。并且這些獲得支持項(xiàng)目，技術(shù)水平高，運(yùn)行效果明顯（具體見圖4）。

圖4 300 項(xiàng)案例所獲得項(xiàng)目支持情況圖

4 基于案例的我國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

4.1 智能制造轉(zhuǎn)型“多點(diǎn)開花”，充分反映我國“十三五”數(shù)字化改造水平

智能制造轉(zhuǎn)型最重要的是要根據(jù)企業(yè)自身的需求，輔以考慮資金、時(shí)間和投資回報(bào)率，來選擇適合的方式。從本次項(xiàng)目入庫的300 項(xiàng)案例來看，無論選擇哪種方式，只要踏出了轉(zhuǎn)型的第一步，企業(yè)的技術(shù)水平及制造能力都得到了不同程度的提升，從而帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效應(yīng)。

以南京優(yōu)倍電氣有限公司為例，這是一家成立于2002 年的儀器儀表民企，主要生產(chǎn)與經(jīng)營業(yè)務(wù)為研發(fā)與制造安全柵、隔離器、溫度變送器以及電涌保護(hù)器等工業(yè)信號接口儀表。公司從2013 年考慮智能制造轉(zhuǎn)型升級，2014 年開始實(shí)施，2016 年公司實(shí)施的“儀器儀表智能工廠”列入工信部2016 年重大專項(xiàng)的示范、驗(yàn)證產(chǎn)線，并為江蘇省、南京市首批示范智能工廠。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)字化研發(fā)、企業(yè)資源、生產(chǎn)過程信息化管控、數(shù)字孿生系統(tǒng)，以及智能裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)外網(wǎng)等。項(xiàng)目完成后，企業(yè)銷售額五年實(shí)現(xiàn)增長率206%，單位能耗降低12%、制造成本降低28%。項(xiàng)目獲政府多項(xiàng)表彰，并多次接受工信部、省、市領(lǐng)導(dǎo)的考察指導(dǎo)、接待中國一汽等數(shù)百家企業(yè)的現(xiàn)場交流。

4.2 各地區(qū)均將智能制造發(fā)展作為重點(diǎn)工作，支持力度大

據(jù)公開資料顯示，“十三五”期間，全國31 個(gè)省市自治區(qū)均發(fā)布“智能制造發(fā)展”規(guī)劃及相關(guān)計(jì)劃，并實(shí)施以稅收優(yōu)惠及創(chuàng)新金融扶持、項(xiàng)目資金支持等方式鼓勵并推動制造企業(yè)進(jìn)行智能制造轉(zhuǎn)型升級。

以河南省為例，在本次入庫的300 項(xiàng)案例中，來自河南省的案例75 項(xiàng)，占比最高，而且涉及通用設(shè)備制造業(yè)，汽車制造業(yè)，鐵路、船舶、航天航空及其他運(yùn)輸設(shè)備制造業(yè)，計(jì)算機(jī)、通信和其他電子設(shè)備制造業(yè)，儀器儀表制造業(yè)，專用設(shè)備制造業(yè)，電力、熱力生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)，食品制造業(yè)，電氣機(jī)械和器材制造業(yè)，化學(xué)原料和化學(xué)制造制造業(yè)，黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)，紡織服裝、服飾業(yè)，煙草制品業(yè)，農(nóng)副食品加工業(yè)，石油、煤炭及其他燃料加工業(yè)，非金屬礦物制品業(yè)，印刷和記錄媒介復(fù)制業(yè)等17 個(gè)制造業(yè)領(lǐng)域，智能制造應(yīng)用推廣成效顯著。

“十三五“期間，河南省先后制定《中國制造2025 河南行綱領(lǐng)》（2016 年）、《河南省裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級行動計(jì)劃（2017-2020 年）》（2017 年）、《河南省智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展三年行動計(jì)劃（2018-2020 年）》（2018）等相關(guān)計(jì)劃，為河南省智能制造發(fā)展進(jìn)行布局。截至2019 年6 月底，河南省全省投資3000 萬元以上的智能制造示范項(xiàng)目達(dá)到1037 個(gè)[6]。由此，足以見得政府對于智能制造發(fā)展的支持力度之大，而河南省只是其中的一個(gè)縮影。

4.3 涌現(xiàn)出一批系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商，發(fā)揮創(chuàng)新引領(lǐng)作用

智能制造系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商聯(lián)盟于2016 年成立，自成立起，該聯(lián)盟便進(jìn)行了一體化公共服務(wù)平臺的建設(shè)，對技術(shù)研發(fā)、行業(yè)應(yīng)用以及市場推廣等進(jìn)行集成，基于該平臺的支持，5000 余家系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商隊(duì)伍得以形成。在本次入庫的300 項(xiàng)案例中，有82 項(xiàng)案例由系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商提供，占比達(dá)約1/3，系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商在推進(jìn)我國智能制造改造過程中發(fā)揮了創(chuàng)新引領(lǐng)作用，建設(shè)實(shí)施了諸多應(yīng)用案例。

盡管我國智能制造發(fā)展已經(jīng)取得顯著成果，但有一點(diǎn)需要承認(rèn)，即智能制造關(guān)鍵核心技術(shù)依舊存在自主供給不足的問題，市場供給率有待提升。對智能制造技術(shù)進(jìn)行分析，可主要將其劃分為4 個(gè)層次，分別為自動化、信息化、互聯(lián)網(wǎng)以及智能化，產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋范圍廣，包括智能裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)軟件、3D 打印以及對以上各項(xiàng)環(huán)節(jié)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合的自動化系統(tǒng)集成和生產(chǎn)線集成等。進(jìn)一步地，智能裝備有機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、服務(wù)機(jī)器人以及其他自動化裝備等的劃分，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)主要由機(jī)器視覺、傳感器、RFID 核工業(yè)以太網(wǎng)等構(gòu)成，工業(yè)軟件對EPR、MES 以及DCS 等予以涉及?，F(xiàn)階段，我國在智能裝備工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)軟件方面的核心技術(shù)仍然依賴進(jìn)口?！丁笆奈濉敝悄苤圃彀l(fā)展規(guī)劃》顯示，“十三五”期間，我國智能制造裝備市場滿足率在50%，工業(yè)軟件市場滿足率在30%。在本次入庫的300 項(xiàng)案例中，案例中提及擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的裝備或軟件等不足10%。我國智能制造關(guān)鍵核心技術(shù)市場供給率有待進(jìn)一步提升。

5 我國智能制造發(fā)展未來展望與學(xué)會智能制造服務(wù)平臺規(guī)劃

5.1 我國智能制造發(fā)展未來展望

2021 年1 月，《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》正式發(fā)布，規(guī)劃中提出，“十四五”及未來相當(dāng)長一段時(shí)期，推進(jìn)智能制造，需要以制造本質(zhì)為立足點(diǎn)，緊緊結(jié)合智能特征，發(fā)揮出工藝與裝備的核心作用，在數(shù)據(jù)這一重要基礎(chǔ)之上，以制造單元、車間和供應(yīng)鏈等重要載體為依托，進(jìn)行虛實(shí)融合、知識驅(qū)動、動態(tài)優(yōu)化、安全高效以及綠色低碳的智能化制造系統(tǒng)的構(gòu)建，加快制造業(yè)向數(shù)字化的轉(zhuǎn)型進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同以及智能化變革[7]。我國智能制造將要進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段，進(jìn)入到一個(gè)全面推進(jìn)階段。在這個(gè)階段，學(xué)會要關(guān)注智能制造發(fā)展以下幾方面：傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及中小企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型；核心技術(shù)的自主供給能力，保證安全可控；智能制造所需的復(fù)合型人才；智能制造標(biāo)準(zhǔn)化工作。

5.2 學(xué)會智能制造服務(wù)平臺規(guī)劃

從學(xué)會服務(wù)平臺建設(shè)上，建立智力服務(wù)體系，組建綜合性、產(chǎn)業(yè)性、地方性等不同類型“科技服務(wù)團(tuán)”、“科普基地”等，開展覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的專業(yè)化綜合性服務(wù)；提供“套餐式”服務(wù)，匹配不同內(nèi)容不同類型的服務(wù)組合，從科學(xué)普及、技術(shù)研發(fā)轉(zhuǎn)化與交易，到市場拓展與智庫咨詢等生態(tài)圈系統(tǒng)服務(wù)，彌補(bǔ)斷點(diǎn)，補(bǔ)齊環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)供需閉環(huán)對接；將供需要素標(biāo)準(zhǔn)化，匹配有效成果供給，改進(jìn)服務(wù)的普適性、規(guī)范性與長效服務(wù)機(jī)制；服務(wù)主體多元化，促進(jìn)政產(chǎn)學(xué)研用社會效益與經(jīng)濟(jì)效益共贏共享持續(xù)機(jī)制形成。

注釋：

①“科創(chuàng)中國”：是中國科協(xié)助力經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展，充分彰顯科技“化危為機(jī)”的價(jià)值、有效凝聚科技工作者創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)力量、主動發(fā)揮中國科協(xié)的組織人才優(yōu)勢、積極拓展國際合作的空間和渠道而打造的全新服務(wù)品牌。