走向綠色和智能制造：中國制造發展之路

路甬祥

1 中國機械制造業30年成就回顧

改革開放30年來,我國機械制造業取得了巨大的成就,從引進消化吸收向自主創新邁出了堅實的步伐。我國的科技創新體系建設穩步推進,在全國范圍內形成了以廣東、沈陽、徐州、湖南、浙江為代表的、頗有影響力的產業集聚地。我國無論是大型裝備、交通運輸裝備、制造裝備,還是航天、海洋工程,其自主化水平都得到了全面提高。2008年,我國作為世界機械制造大國,機械、電氣與交通運輸設備出口第二大國,已經屹立于世界機械制造大國之林。

1.1 從引進消化吸收走向自主創新

1.1.1 科技創新體系建設穩步推進

我國科技創新相關法律法規和政策體系已逐步完善,科技投入亦實現較快增長。2008年,全國研發經費支出達4570億元,是2005年的1.87倍。世界知識產權組織(WIPO)數據顯示,中國《專利合作條約》(PCT)申請量在2005年首次躋身十強的基礎上,2008年以全年6089件的申請量超越英國,躍居世界第六位,同比增幅為11.9%。我國企業已成為投入和研發的主體,在全國范圍內,大中型工業企業研發經費投入占總投入的比例達50%以上。截至2008年上半年,我國已建成國家重點實驗室220個,覆蓋了大部分學科領域,這些實驗室已成為我國制造業創新和發展的堅強后盾。

1.1.2 機械制造工業自主化水平顯著提高

機械主導產品的技術來源于國內的比例已從20世紀 80年代的24.5%上升到目前的60%。在此基礎上,我國機械產品國內市場自給率由改革開放之初不足60%升至2008年的80%以上。

1.1.2.1 大型裝備

(1)能源設備。截至2008年底,我國已制造超臨界機組158臺,其中600MW超臨界機組107臺,1000MW超超臨界機組51臺,火電裝備水平有了很大提高。隨著電力科技水平的迅速提升,我國超超臨界機組技術的應用達到國際先進水平,大型空冷發電機組的開發應用居國際領先地位,同時我國也是世界上大型循環流化床鍋爐應用最多的國家,整體煤氣化聯合循環發電技術(IGCC)的關鍵設備——氣化爐的自主化研制也已進入工程試用階段,F級大型燃氣輪機聯合循環發電機組的整套設備已經實現國產化。我國已能獨立設計制造三峽右岸單機容量700MW的水電機組,其容量和性能都代表了當今世界先進水平;在軸流式機組方面,國內制造的水口電站機組單機容量達到200MW,這也是世界上同類機組中容量最大的;國內制造的貫流式機組最大單機容量為45MW,最大轉輪直徑6.9m,已具備自主設計制造大型貫流式機組的能力;在抽水蓄能機組方面,國內機組的制造水平與國外差距較大,但已引進了國外先進技術。秦山二期擴建工程3號機組堆內構件首次實現全部國產化,標志著我國核電反應堆關鍵設備的設計制造技術已達到國際先進水平。此外,體現國際最高鍛造水平的核電關鍵部件——整體頂蓋在中國第一重型機械集團公司147MN水壓機上完成鍛造,各項技術參數均達到了國際先進水平。2008年中國新增風電裝機容量6300MW,新增量位列全球第二,截至2008年底風電總裝機容量達到12210MW,同比增長106%,總裝機容量位列全球第四。最近,具有自主知識產權的國內首批3臺國產化3MW海上風電機組在首個國家海上風電示范工程——上海東海大橋100MW海上風電場正式投入運行。中國有近70家企業涉足風電整機制造,中國風機已開始出口國際市場。

(2)石化設備。2009年1月,我國首臺百萬噸級乙烯裂解氣壓縮機組由沈陽鼓風機集團制造并試車成功,標志著我國已具備百萬噸級乙烯“三機”制造能力。2009年3月,由中國石油寶石機械公司研制的我國首臺12000m特深井鉆機投入使用,標志著我國陸地和海洋深水油氣田、大位移井及其他復雜油氣田超深油氣藏的勘探開發鉆井水平已經提高到一個新層次。目前,我國1000萬噸煉油設備國產化率已經達到90%,30萬噸合成氨和52萬噸尿素成套設備實現了國產化。

(3)冶金設備。我國冶金設備從引進消化吸收到自主創新,其技術水平現已躋身世界先進行列。寶鋼的建設與發展,大力推動了國內冶金及裝備工業的發展,參與寶鋼工程設計、安裝、設備制造和物資配套的企業通過消化寶鋼的引進技術,大大縮短了與國際先進水平的差距。寶鋼一期工程建設時,我國還不具備制造大型現代化冶金設備的能力,主體裝備成套引進,少部分設備國內制造,設備國產化率只有12%;寶鋼三期工程以國內設計和制造的裝備為主,部分設備采用“點菜式”引進并在國內總成,將設備國產化率提升到80%以上,而且國產設備還進入了高難度、高技術的“心臟”部位;寶鋼“十五”項目建設的國產化率則進一步上升到88%。

1.1.2.2 交通運輸設備

我國汽車制造業實現了多領域、全方位的快速發展。2009年10月,中國首次邁進千萬輛級汽車生產大國的行列,中國汽車工業用最近7年的時間創造了過去53年的總產量。我國在新能源汽車的研制方面也取得了初步成就,北京奧運會上有350輛各類車型是節能與新能源國產汽車,我國正在開展“十城千輛”(已增至13個城市)城市電動公共汽車運營試點。中國已成為世界上少數幾個能制造時速350km/h高速列車的國家之一,已完全掌握了動車組列車的總成、車體、轉向架、列車網絡控制和制動系統等九大關鍵技術及10項主要配套技術。預計在2011年交付的京滬高鐵采用的動車組的國產化程度將達85%以上。我國船舶制造業已形成了一批標準化、系列化船型,而且在一些高度復雜的船舶和海洋工程裝備方面也取得了重大突破,具備了自主設計大型自升式鉆井平臺和半潛式海洋平臺的能力。我國率先開發的17.5萬噸綠色環保好望角型散貨船已成為國際品牌;自主開發的30萬噸超大型油船(VLCC)的性能受到國內外船東的好評;具有自主知識產權的集裝箱船已成系列。飛機制造業已逐步形成渦扇支線客機、渦槳支線飛機、中型貨運飛機、小型直升機、中型直升機、大型直升機、客貨混裝多用途飛機、農林專用飛機、小型通用飛機、教練機十大自主產品系列,成為少數幾個能夠生產系列航空產品的國家之一。

1.1.2.3 制造裝備

高檔數控機床和大型基礎制造裝備是工業現代化的基石,是高技術產業發展的支撐。我國數控機床產量從2001年的1.7萬臺增至2008年的12.2萬臺,數控機床產量躍居世界第一,95%的經濟型數控系統和一些中高檔數控系統由國內制造。精密加工技術有了新進展,數控金屬切削機床的加工精度已提升到微米級,有些品種已達到0.05μm左右。2009年,中國兵器工業集團自主研制的352.8MN黑色金屬垂直擠壓機在北方重工公司成功完成熱調試,標志著我國大口徑厚壁無縫鋼管制造技術打破國外壟斷并達到世界領先水平。

1.1.2.4 工程機械

目前,我國工程機械行業形成了獨立自主的新產品研發體系和現代化研發手段,新產品開發周期縮短到1年左右,大大提高了應對市場的能力,每年有70～80個新產品投放市場,新產品產值平均每年達到25%左右。重點骨干企業科研開發經費已經占到銷售額的2%以上,少數企業達到5%的國際先進水平。2009年公布的全球工程機械50強中,中國企業占有8席。

1.1.2.5 航天工程

我國運載火箭和衛星技術已達到國際先進水平,先后研制了14個型號的長征系列運載火箭,具備發射各種軌道空間飛行器的能力,在可靠性、安全性、成功率和入軌精度等方面都達到了國際一流水平。我國在載人航天和深空探測領域也取得了重大突破,20余項技術達到國際先進水平。我國航天技術應用達到新水平,在1000多種新材料中,近80%是在航天需求的牽引下研制的,有近2000項航天科技成果已移植到國民經濟各部門。航天科技工業的發展帶動了微電子技術、計算機技術、光電技術、新材料技術、新能源技術、生物技術、納米技術等高新技術產業群的崛起,有力地提升了我國科學技術的整體水平。

1.2 我國已成為世界制造大國和出口大國

1.2.1 制造大國

(1)我國制造業增加值在世界的份額不斷提高。按照2000年不變價計算,我國制造業增加值占世界的份額由1995年的5.1%上升到2007年的11.4%。在22個工業大類中,我國制造業占世界比重在7個大類中名列第一,在15個大類中名列前三。而在發展中國家中,除了一個大類名列第11位外,其他21個大類所占份額都名列首位。

(2)改革開放30年來,我國機械制造業取得了突飛猛進的發展。自2003年以來,我國機械工業產值增幅均在20%以上。2008年機械工業總產值9.07萬億元,為1978年的80多倍。

(3)我國機械制造業已形成門類齊全、具有相當規模和一定水平的產業體系。截至2008年,我國機械工業擁有規模以上企業7.88萬家,資產總額6.68萬億元,從業人員1466萬人,2008年全年完成工業總產值突破9萬億元,完成工業增加值2.28萬億元,實現利潤4605億元,稅金2491億元,2008年機械工業多項指標增速居全國工業各行業首位。

(4)我國已成為世界機械制造大國。德國機械設備制造業聯合會公布的一項評估稱,2008年中國已超過德國成為世界機械制造大國。我國有210余種工業產品產量居世界第一。其中,發電設備產量、數控金屬切削機床產量均位居世界第一。在常規發電設備、輸變電設備、港口裝卸機械、水泥成套設備等制造領域,不僅早已替代進口,并已占領了重要的海外市場。

1.2.2 出口大國

根據聯合國的統計,2008年,我國出口總額達14306.9億美元,位居全球第二,僅比第一位的德國低354.5億美元,比第三位的美國高出1307.9億美元。世界貿易組織(WTO)首席經濟學家PatrickLow預測,中國可能會在2009年超過德國,成為世界第一出口大國。

中國機械工業對全球機械產品出口貿易增長的貢獻不斷加大。據聯合國統計,2008年,我國機械、電氣與運輸設備出口額(按照聯合國貿易標準分類的第三版格式,即SITC-3,選擇其中的一位數分類——7大類之機械、電氣與運輸設備統計)達到6740.65億美元,居全球第二位(德國第一,美國第三,日本第四)。

1.3 我國已形成了一批著名企業、制造產業集聚地

截至目前,我國裝備工業領域已形成了一批具有綜合實力的大型企業集團和專業化企業,如一汽等四大汽車企業集團、上海電氣集團、南車集團、北車集團、中航工業集團、國機集團、通用集團等;一批具有較強綜合實力的股份制企業和民營企業正在成長,如中聯重科、三一重工、沈陽機床、大連機床、特變電工、天馬軸承、萬向集團等;一批由科研院所和大學創辦的高科技企業正在崛起,如振華港機、南瑞繼保、山河智能等。在國家大力倡導和推動下,我國各地及相關企業都在加快區域布局調整,推進產業集聚。例如:廣東省已成為全國最大的光電產業基地;沈陽市先進裝備制造業基地建設取得新突破;以徐工集團為核心的徐州工程機械產業經濟總量已經占到了全國同行業的25%,工程機械企業已經發展到1000多家,形成龐大的產業集群,在技術、規模、品牌、配套能力4個主要方面,在國內均處于行業領先地位;長沙有29家規模以上工程機械企業,其中大中型企業6家,生產的產品涉及12個大類100多個小類400多個品種規格;浙江作為我國模具制造大省,2008年,模具出口總額為3.22億美元,占全國模具出口總額的16.73%。

2 我國機械制造業面臨的挑戰

改革開放30年來,我國機械制造業取得了令人矚目的成績,但還面臨著一些必須充分重視的挑戰和問題。總體來看面臨著以下幾個關鍵性問題:首先,雖然自主創新能力得到穩步提升,但創新能力不強,導致核心競爭力不足;其次,長期的“世界工廠”的發展模式,導致了機械產品附加值低,忽視品牌價值;另外,能耗高、利用率水平較低,信息化程度不足,在未來的競爭中對我國機械制造業的制約也將進一步凸顯。

2.1 創新能力不強,核心競爭力不足

截至 2008年底,我國有效專利共計119.5196萬件,其中,國內權利人的有效專利(簡稱國內有效專利)92.3797萬件,國外權利人的有效專利(簡稱國外有效專利)27.1399萬件,分別占總數的77.3%和22.7%。

在國內有效專利中,有效發明專利12.7596萬件,有效實用新型專利46.3342萬件,有效外觀設計專利33.2859萬件。由此可以看出,國內有效專利以實用新型和外觀設計專利為主,發明專利所占比重相對較低。而在國外有效專利中,發明專利20.9619萬件,遠高于國內有效發明專利數量;實用新型專利有6387件,外觀設計專利共5.5393萬件,分別低于國內有效實用新型和外觀設計專利。

截至2008年,我國機械工程領域國內有效專利數量遠低于國外在我國的有效專利數量。

按WIPO最新修訂的技術領域分類標準,在35個技術領域中,國內有效發明專利數量在食品化學、藥品、材料冶金等9個領域占據優勢,但在如光學、半導體、計算機技術等高新技術領域,國外有效發明專利數量仍高于國內有效發明專利數量。

2.2 產品附加值較低,品牌競爭力弱

由于我國制造業產品處于國際產業鏈的低端,所以往往依據客戶提供的產品規格與制造規范進行生產與組裝,在產品設計、品牌經營、銷售及售后服務等環節投入較少,致使我國制造業在品牌方面競爭力不足,目前,我國多數出口產品是貼牌生產,出口企業中擁有自主品牌的不足20%。

由于我國產品附加值低,因而往往采用低價競爭和模仿國外新產品的方式來贏得訂單,在國際市場上頻繁遭遇貿易摩擦。2008年,我國已連續14年成為反傾銷調查的最大受害國;我國產品居美國337調查的被調查首位,居美國CPSC(美國消費品安全委員會)召回首位,居歐盟RAPEX(歐盟非食品類快速預警系統)通報首位。

2.3 能耗高、效率低

目前,我國的制造業整體一直未能擺脫高損耗和低效率的困局,這制約著我國制造業競爭力的提高。我國的傳統制造業在創造巨大財富的同時,也已成為能源消耗的大戶。我國的能源利用率是33%,比發達國家低約10個百分點。

2.4 信息化水平較低

我國制造業企業的信息化水平在國內相對于其他行業較高。在 2008年度中國企業信息化500強調查中,參評企業銷售收入總額11.6萬億元,相當于當年GDP的38.6%。2008年入選企業中制造業企業的比例為58.7%。而我國制造業的信息化整體水平與世界發達國家相比尚存一定差距。入選信息化500強的企業中,有34.5%達到中等發達國家水平,6.4%居于國際領先水平。同時,大型企業信息化水平較高,民營企業水平較低。入選信息化500強的企業中,有12家是世界500強企業,174家企業是中國500強企業,信息化500強覆蓋了國民經濟的骨干成分。信息化500強中民營企業的數量雖然比以往有所提高,但所占比例僅為16.8%。

3 全球機械制造業的發展趨勢

當今社會,環境和能源問題已成為大家所關注的焦點。全球范圍內環境、能源約束與經濟社會發展之間的矛盾進一步凸顯,由此決定了制造業必須改變以往粗放式發展方式;環境和能源問題所帶來的不僅是挑戰,也是機遇,戰略性新興產業在金融危機助推下將應運而生,誰抓住了機遇,誰將在未來競爭中取得主動地位,而任何戰略性新興產業的發展都離不開機械制造業的進步,這也向機械制造業提出了更高的要求。

3.1 環境對機械制造業提出更高要求

3.1.1 世界范圍內環境與經濟社會發展間的矛盾突出

世界200多年的工業化歷程,僅使不到10億人口的發達國家實現了現代化,但資源和生態卻付出了沉重的代價。世界上3/4以上的人口生活在生態環境退化速度超過自我更新速度的國家。全球環境資源消耗速度超過地球生態自我更新速度達30%。美國和中國排在全球資源消耗最大的國家之列。

2008年,我國 CO2排量占世界總量的21.8%,美國占20.2%,我國已成為世界上排放CO2最多的國家。

可持續發展是現代化的永恒主題,這要求制造業再也不能延續傳統的經濟增長方式和發展模式,而要體現循環經濟的可持續發展理念,走一條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境污染少、人力資源得到充分發揮的新型工業化道路。中國的有限資源難以支撐傳統工業粗放型增長方式。綜合世界銀行、中國科學院和國家環保總局的測算,我國每年因環境污染造成的損失約占GDP的10%左右。目前,我國所有造成環境污染的排放物中,70%來源于制造業。

3.1.2 各國紛紛制定綠色計劃和減排目標

美國奧巴馬政府已把新能源的創新和發展作為國家優先戰略,制定了一攬子政策,重點資助清潔能源和可再生能源技術開發與產業發展。

2008年1月,歐盟委員會提出了歐盟能源氣候一攬子計劃,這將有助于實現到2020年的減排目標;歐盟將在今后6年內投資約10億歐元用于燃料電池和氫能源的研究和發展。

日本早在1991年就推出了“綠色行業計劃”,致力于資源保護、減少能源和材料消耗、減少固體廢物和溫室氣體,通過公共教育、環境先導、節能建筑、全生命周期評價以及DFE和ISO14000認證系統實現綠色制造以提升企業競爭力。2008年7月,日本政府公布了為實現低碳社會而制訂的行動計劃草案。

3.1.3 環境法規、標準和綠色壁壘日益增多

歐盟關于環境方面的立法較早、較多,影響較大的有 WEEE指令(自 2005年8月 13日起,歐盟市場上流通的電子電氣設備的生產商必須在法律意義上承擔起支付自己報廢產品回收費用的責任),RoHS指令(自2006年 7月 1日起,所有在歐盟市場上出售的電子電氣設備必須禁止使用鉛、水銀、鎘、六價鉻等重金屬,以及聚溴二苯醚(PBDE)和聚溴聯苯(PBB)等阻燃劑),以及EuP指令(關于制定用能產品生態設計要求框架的指令)。

日本較早就制定了一系列相關的法律法規,形成了較為完善的循環型社會的法律保障體系。主要法規包括:①2000年制定的《循環型社會基本法》,提出了建立循環型經濟社會的基本原則;②固體廢棄物管理法,在一定程度上執行了“污染者付費原則(PPP)”;③促進資源有效利用法,要求行業主體將3R原則(減量化、再利用和再循環)從產品的生產貫穿至回收處理;④家用電器回收法;⑤綠色采購法;⑥J-MOSS法規。

美國已經建立了一個龐大的聯邦環境法規體系。截至2009年6月,美國有20個州頒布了電子廢棄物回收的法案/法律,主要針對電視機、筆記本電腦、臺式電腦、計算機顯示器等視頻顯示設備,有些也包括其他音視頻產品以及計算機外圍設備。

可以看出,為應對環境和能源問題,各國環境法規和標準日益嚴格,國際綠色貿易壁壘不斷增多。綠色貿易壁壘對我國對外貿易的影響巨大。因不符合環保要求,中國每年有74億美元的商品出口受阻。我國出口貿易相當部分是初級低附加值產品,而產品的出口市場又主要集中在發達國家和部分新興工業國家。由于這些國家在綠色貿易壁壘方面制定了苛刻的標準和嚴格的合格評定程序,因而嚴重影響了我國產品市場的范圍和產品出口增長速度,尤其在農產品、食品、機電產品、紡織、服裝、紙張、服務貿易、產品包裝等方面的影響更大,涉及到的主要標準有食品中的農藥殘留量、陶瓷產品中的含鉛量、皮革的 PCP殘留量、機電及玩具產品的安全性指標、包裝物的可回收性指標、紡織品染料指標、保護臭氧層受控物質等。

3.1.4 “綠色標志”逐漸被消費者所認識

盡管遭遇了金融危機,歐洲消費者對綠色產品的需求仍在增長。波士頓咨詢公司于2009年1月發布的報告顯示,在對歐洲2000名年收入在35000美元以上的消費者的調查中,經常購買綠色產品的消費者比例由2007年的32%增加到2008年的34%,可以接受綠色產品價格較普通產品高的消費者比例由2007年的20%增加到2008年的24%。

在歐盟和美國最近購買過綠色產品的消費者中,認為綠色產品比普通產品質量要好的消費者分別占41%和43%,而認為質量要差的消費者分別只各占5%;可以接受綠色產品價格較普通產品高10%以內的消費者分別占58%和59%,另外還各有23%的消費者可以接受綠色產品價格較普通產品高10%以上。

3.2 機械制造業向能源節約型轉變成為當務之急

隨著全球經濟的飛速發展,人類對于能源的需求正以驚人的速度上升。可用的能源(包括自然資源和能源物質)的自然增長已經遠遠落后于需求。能源問題越來越受到各國政府的重視,全球范圍內能源安全觀隨著時代發展也在發生著深刻變化,正由過去主要應對市場短期供應中斷,向能源供應的長期可持續性轉變。

我國能源利用率不高,導致了能源消費量大。2008年我國能源消費總量相當于2002.5Mt油當量,位居世界第二。國際能源署(IEA)在2009年11月公布的全球能源展望年度報告中稱,到2025年,中國將超越美國成為全球最大的能源和天然氣消費國,屆時能源消費的前三大國將依次為中國、美國和印度。

(1)我國能源結構短期內難有較大改變。我國能耗結構以煤炭為主,而煤炭在多種能源中利用率最低。煤炭在我國能源結構中所占比例最大,達70.2%,接下來依次是石油(18.8%)、水電(6.6%)、天然氣(3.6%)、核電(0.8%)。至少到本世紀中葉,我國仍要以煤炭、石油等傳統能源為主,這使得提高能源利用率、實現向能源節約型增長方式的轉變已成為當務之急。我國《可再生能源中長期發展規劃》指出,力爭到2010年使可再生能源消費量占能源消費總量的10%左右,到2020年達到15%左右。按照規劃和目前可再生能源發展速度推算,到2020年可再生能源消費量將達到能源消費總量的15%～20%,屆時,傳統能源發電所占比例將為80%～85%左右,仍以傳統能源為主。目前,我國正處在工業化和城鎮化的加速發展時期,以資金密集型和資源消耗型的重工業為主的產業結構短期內難有較大幅度改變。因此,降低重工業的能源消耗、提升能源利用率已成首要任務。

(2)我國油氣進口依存度大,易受國際市場價格沖擊。我國油氣資源的進口依存度較高,這在一定程度上制約了我國制造業的發展。2008年,我國石油對外依存度已達51.3%。2009年,據中國能源藍皮書預測,在石油消費需求快速增加和國內資源限制的共同影響下,2020年中國石油對外依存度將上升至64.5%。由于石油進口依存度大,石油價格波動對中國經濟安全性影響較大,因此需要對制造業的結構進行調整,在大力推進科技創新的基礎上,降低單位GDP能源消耗,從根本上減小國際能源價格波動對我國經濟的影響,從而加強和提高我國經濟的安全性。

3.3 戰略性新興產業對機械制造業提出新要求

全球科技將進入一個新的創新時代,各國都把爭奪經濟科技制高點作為戰略重點,把科技創新投資作為最重要的戰略投資,把發展高技術及產業作為帶動經濟社會發展的戰略突破口,這將加速相關新興產業的發展。

新能源及新能源所催生的新產品(如新能源汽車產業)、生物醫學等領域成為各國競相發展的重點領域。美國總統奧巴馬2009年2月簽署的總額為7870億美元的經濟刺激方案中約有1200億美元投向科技領域用以支持高新產業發展,其中,新能源和提升能源利用率占了468億美元,生物醫學領域的基礎性投入也占到了100億美元。歐盟下屬的融資機構歐洲投資銀行(EIB)連續5年對新能源汽車產業給予優惠貸款。2009年上半年,該銀行又向歐盟汽車業發放了70億歐元的貸款,用于環保汽車的研發和推廣。日本對新能源開發、試驗、推廣普及的預算投入逐年增加,在本輪的新車銷售刺激計劃中投入了40億美元扶持節能型汽車,提出到2020年實現半數新車轉換成電動車的目標。

我國也在5個領域提出了大力發展戰略性新興產業的要求:①新能源產業發展,創新發展可再生能源技術、節能減排技術、清潔煤技術及核能技術,大力推進節能環保和資源循環利用,加快構建以低碳排放為特征的工業、建筑、交通體系;②著力發展傳感網、物聯網關鍵技術;③加快微電子和光電子材料和器件、新型功能材料、高性能結構材料、納米技術和材料等領域的科技攻關;④運用生命科學推動農業和醫藥產業發展;⑤大膽探索空間、海洋和地球深部,促進海洋資源合理開發和海洋產業發展,努力提高地球深部資源探測水平,充分挖掘和利用好各種資源。

戰略性新興產業對制造業提出了新的要求,要求機械制造業能夠為其提供高效率、高精度、環境友好型和能源節約型的裝備和產品。

4 走向綠色制造和智能制造

當前,環境對制造業提出了更高的要求,能源緊缺對制造業的制約日益加劇,中國制造業必須要增強自主創新能力,以人為本,實現人與自然協調發展,提升附加值和國際品牌競爭力,實現由制造大國向制造強國的歷史跨越。而發展綠色制造和智能制造則是實現該歷史跨越的關鍵所在。

4.1 綠色制造

綠色制造(greenmanufacturing,GM),是在保證產品的功能、質量和成本的前提下,綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式。綠色制造使產品在從設計、制造、使用到報廢的整個產品生命周期中不產生環境污染或使環境污染最小化,符合環保要求;綠色制造節約資源和能源,使資源利用率最高,能源消耗最低,并使企業經濟效益和社會生態效益協調最優化。綠色制造已成為21世紀機械制造業的發展趨勢,是實現資源和能源高效清潔循環利用與環境影響的最小化,有效保障我國現代化進程與裝備制造的有效供給與有效利用,建立資源節約型、環境友好型社會的重要途徑,且具有相當的緊迫性。

4.1.1 改進制造工藝,減少資源消耗

改進制造工藝,開發新的工藝技術,采用能夠使資源和能源利用率高、原材料轉化率高、污染物產生量少的新工藝,以減少制造過程中資源浪費和污染物的產生,使中間廢棄物能夠回收再利用、最終廢棄物可以分解處理,最大限度實現少廢或無廢生產。在機械加工中,鑄造、鍛造沖壓、焊接、熱處理、表面保護等過程都可以實行綠色制造工藝。具體可以從以下幾方面入手:改進工藝,提高產品合格率,采用合理工藝,簡化產品加工流程,減少加工工序,謀求生產過程的廢料最少化,避免不安全因素,減少產品生產過程中的污染物排放,如減少切削液的使用或使用綠色切削液等。目前干式切削技術得到了較大發展。

4.1.2 采用節能設備或改造老設備

要在生產加工過程中實施清潔生產,也需要從綠色制造設備與裝備等入手。采用節能設備,研發新設備或改造老設備,實現節能降耗。在機械設備中,電氣傳動系統所耗費的電能占到了60%～70%,采用節能的傳動系統可以為機械設備降低更多的能源消耗。通過采用變頻調速技術改變電機、風機及水泵的控制方式,能夠產生十分可觀的節能效果,這已成為當前廣泛使用的節能方式。例如在一條紡織機械生產線上,變頻器除調節生產線的電機運行速度外,還可以對生產環境進行恒溫及恒濕控制,這種對工藝流程的改變不僅提高生產質量,還減少了故障率,降低了能耗。

在改造設備方面效果最為突出的是寶山鋼鐵公司,寶鋼是我國的超大型企業,是耗能耗材大戶。為降低資源和能源消耗,寶鋼制定了19項節能降耗的環境目標和7項節約材料的目標,使本來管理和技術水平已經屬世界先進水平的寶鋼又上了一個臺階。寶鋼實施上述管理和技術體系的11個月中,降低原材料消耗的效益達3700萬元,節能的效益為1.25億元,使噸鋼綜合煤耗水平在原來已達世界先進水平的基礎上再降29kg。

4.1.3 采用綠色設計與全生命周期評價方法

綠色設計從可持續發展的高度審視產品的整個生命周期,強調在產品開發階段按照全生命周期的觀點進行系統性的分析與評價,消除潛在的對環境的負面影響,力求形成“從搖籃到再生”的過程。

產品全生命周期評價(lifecycleassessment,LCA)技術正在成為實施綠色設計和綠色制造的重要工具,是綠色制造前沿技術之一,同時也是實施綠色設計和制造的關鍵和共性基礎技術。根據ISO的定義,產品全生命周期評價是對某一產品系統全生命周期的輸入、輸出及其潛在環境影響進行評價的過程。

生命周期評價提供了產品整個生命周期的能源、資源消耗和環境排放物的廣泛信息,并可提出環境負荷改善的措施和建議,是一種具有巨大潛力的環境影響評價理論工具。

4.1.4 采用回收再生和復用技術,實現可再生循環

可再生循環的制造過程主要應用拆卸技術和循環再利用技術。拆卸技術指依據最小附加成本及產品被拆卸后所能獲取最大綜合利用價值的原則,開發最佳的拆卸程序和方法。通過二次制造將已用過的產品的性能特征恢復到接近于新產品的狀態,不僅延長產品壽命而且促進了部件和材料的循環再利用。循環再利用技術是對拆卸下來的零部件或者分解、還原的材料進行二次利用的技術,在產品的設計制造中考慮兩個因素:回收和分解。回收設計致力于開發材料回收技術,如廢棄金屬粉碎重熔。分解設計是指通過將產品分解為最基本的組分而盡可能地使產品中幾乎所有的材料能夠循環利用,金屬和非金屬材料可通過分解而回收,避免廢物產生污染環境。

4.1.5 構建一體化循環經濟產業鏈,促進資源節約和再利用

我國高度重視循環經濟的發展,目前已被批準建立的國家生態工業示范園有24個。長沙黃興生態工業園是我國第一個全新規劃的綜合類生態工業園,主要發展電子信息產業、新材料產業、生物醫藥產業和環保產業。目前園內共有企業34家,分為物質生產者、技術生產者、消費者、分解者及虛擬企業。構建的多條產業鏈使園區內四大行業通過物質流、能量流和信息流相互連接在一起,形成了多種物質能量鏈接的生態鏈網絡。在這個生態鏈網上,核心行業、附屬企業和虛擬企業之間通過物質流形成了一個虛實結合的生態工業園區,每個核心行業的產業鏈以企業群落為主體,通過中間產品的交換,加強了工業小區中各個企業間的相互聯系,有效延長產品鏈。同時四大行業間的物質流構成了橫向連接,形成了產業鏈網,通過信息流加強同工業區外虛擬企業產業鏈條的對接,使物質集成的空間尺度擴大。

4.1.6 加快節能減排核心技術的突破

采用綠色制造技術,在提高產品質量和附加值的同時,努力降低資源的能耗,這是未來制造業的發展方向。為此,我們需要加緊研制具有先進技術性能的能源技術裝備,包括:煤的清潔高效開發利用、液化及多聯產;復雜地質油氣資源勘探開發利用;第三代200MW級高溫氣冷堆核電廠;提高可再生能源技術研發能力和產業化水平 ,包括風電機組、太陽能發電、生物質發電、地熱利用等關鍵技術;節能工業設備和終端用能設備的開發。

4.2 智能制造

智能制造(intelligentmanufacturing,IM)系統是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,它在制造過程中能進行智能活動,諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事,去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它對制造自動化的概念進行了更新,擴展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系統最終要從以人為主要決策核心的人機和諧系統向以機器為主體的自主運行轉變。

(1)智能化能夠提升傳統制造水平。智能化將進一步提高制造系統的柔性化和自動化水平,使生產系統具有更完善的判斷與適應能力,也將會顯著減少制造過程物耗、能耗,提升傳統制造業的水平。

(2)智能化能夠滿足高技術發展要求。伴隨著機械制造業用戶行業的技術不斷發展,對產品的質量要求也越來越高,對機械制造業提出了更高的要求。計算機技術、網絡通信技術在裝備上的迅速應用,使用戶行業的工藝技術不斷集成在裝備中,與裝備制造業的產品技術相結合,形成了新的裝備,滿足了用戶不斷增長的需求。裝備制造業的產品技術正向信息集成、接口集成、系統集成的方向發展,同時生產過程自動化、智能化水平不斷提高。

(3)智能化有助于緩解環境和能源對機械制造業的瓶頸制約。智能化在提高專業化分工與協作配套,促進生產要素的有效集聚和優化配置,降低成本以及節約社會資源、能源等方面具有重要作用。例如,日本的ICT創新戰略實際上是由信息化、智能化促進節能,推進綠色高附加值制造。

(4)信息化、智能化技術將推動機械制造業生產方式發生全新的改變。未來的機械制造將是由信息主導的,并采用先進生產模式、先進制造系統、先進制造技術和先進組織管理方式的全新的機械制造業。我國的離散型制造主要集中在機械加工、電子元器件制造、汽車等行業,信息化為具有離散特點的機械制造業進行協同制造創造了條件。信息技術將促進設計技術的現代化,加工制造的精密化、快速化,自動化技術的柔性化、智能化,整個制造過程的網絡化、智能化、全球化。各種先進生產模式也無不以智能信息技術的發展為支撐。智能信息技術將改變機械制造業的設計方式、生產方式、管理方式和服務方式。

(5)信息化、智能化技術為現代制造服務業提供了技術保障。現代制造服務業是面向制造業的生產性社會化的服務業,已成為制造業增加值的主要來源。開展增值服務是機械制造業轉型升級的重要途徑。在德國機械設備制造企業中,服務收入在營業額中的比重從1999年的 13%升至2005年的20%,如蒂森克虜伯集團2007年的服務收入為167億歐元,占集團銷售收入的比例達32.3%,而我國的制造服務業尚處于起步階段。借助信息化技術手段,制造業服務的模式得以不斷改進和優化,服務得以向業務鏈的前后端延伸,能夠不斷優化服務內容,持續改進服務質量。進入21世紀以來,發達國家紛紛調整其產業政策與技術政策,將高新技術的重點和科技發展的熱點轉向產業技術主要是智能化制造技術領域,使智能化制造技術由傳統意義上的單純機械加工技術轉變為集機械、電子、材料、信息和管理等諸多技術于一體的先進制造技術,并加速用現代智能化制造技術改造和提升傳統制造業,實現制造業的高技術化。當前,國際智能化制造業采用或準備采用的先進制造技術主要體現在:①新型(非常規)加工方法的發展,包括激光加工技術、電磁加工技術、超塑加工技術及兩種以上加工方法復合應用等;②專業、學科間交叉融合,冷熱加工、加工過程、檢測過程、物流過程、設計、材料應用、制造等方面,界限逐漸淡化;③工藝研究由“經驗”走向“定量分析”;④高新技術與傳統工藝緊密結合,使傳統工藝產生顯著的、本質的變化,極大地提高生產效率和產品質量;⑤常規制造工藝的優化,以形成優質高效、低耗、少污染的制造技術為主要目標;⑥以計算機與網絡技術為核心。

(6)智能化與智理化。智能制造系統最終要從以人為主要決策核心的人機和諧系統向以機器為主體的自主運行轉變,這就要求智能系統最終必須能夠像人一樣具備作出符合人文倫理和生態環境倫理的行為。因此,當前,在我國智能化發展初期就應當明確智理化(既智能又符合倫理標準)發展的大方向。

4.3 綠色和智能制造也要面向大多數人

收入結構決定了我國在發展綠色和智能制造的過程中,既要注重高端、高附加值產品的開發,同時也要大力發展面向大多數中低收入人群的高質量、低成本的產品開發。2007年,我國的基尼系數為0.48,已經超過了國際上0.4的警戒線。同時,研究發現,目前我國的收入結構是呈倒丁字形,上部是高收入和中高收入的人群,底部是大量的低收入和中低收入者。按照世界銀行的劃分標準,2008年,我國人均國民總收入為2770美元,我國仍處于世界中等偏下收入國家行列。因此,制造業發展要有市場需求并且能為消費能力所接受,就不能只注重高端產品的開發,而忽視了大多數人的需求。

4.4 完善綠色和智能制造方面的相關政策措施

從各國的做法來看,綠色和智能制造成為機械制造業產業結構升級和優化的必由之路。要推動綠色和智能制造的發展,為其營造良好的政策環境是關鍵。首先是采取措施大力發展綠色和智能工程教育。創新是工程教育的本質屬性,當前中國的工程教育多注重知識的傳授,而忽視工程訓練、解決問題和創新能力的培養,導致工程教育與市場需求脫節。可以在重點大學及其他工程技術教育單位建立培養創新能力的工程實驗室和創新設計機構,作為學生工程創新基地。要鼓勵企業建立工程教育基地,為學生提供優良的工程實踐場所。其次,通過金融、稅收和信貸政策方面的支持來鼓勵綠色和智能方面的技術研發和創新。同時,應在綠色和智能制造方面,逐步建立和完善產學研相結合、以企業為主的自主創新體系,并建立產學研合作的工程創新中心,加快行業的技術與產品的升級換代。

4.5 綠色制造、智能制造是未來戰略性新興產業的“關鍵詞”

綠色制造和戰略性新興產業密不可分。首先,戰略性新興產業離不開綠色制造技術,戰略性新興產業必須綠色化。在當前環境和能源約束趨緊的大趨勢下,只有具備了資源和能源消耗低的特征,才有可能成為戰略性新興產業,才具有生命力。反過來,綠色制造技術從一定程度上催生和拉動了戰略性新興產業的發展。智能制造是發展戰略性新興產業的重要支撐。戰略性新興產業要發展,具備國際競爭力,智能制造技術是支撐其發展和提升其競爭力的核心。

目前,一些工業發達國家都把爭奪經濟制高點作為本國的戰略重點,把科技創新投資作為重要的戰略投資,把發展以高科技為主要特征的戰略性新興產業作為帶動經濟社會發展的戰略突破口。戰略性新興產業將成為推動世界經濟發展的主導力量。

發展戰略性新興產業是我國轉變發展方式、調整產業結構,搶占新一輪發展制高點的根本途徑,也是立足當前、渡過難關,著眼長遠、上水平的重大戰略選擇。發展戰略性新興產業,必須選擇正確的方向,要選擇具有市場前景、資源消耗低、帶動系數大、就業機會多、綜合效益好的產業。發展戰略性新興產業必須掌握核心關鍵技術,而綠色、智能制造與戰略性新興產業密不可分,智能制造又是發展戰略性新興產業的重要支撐!為此,走向綠色制造和智能制造,是中國制造業發展的必由之路!