智能制造新模式、新業態發展研究

機械工業信息研究院 馬為清 杜慧嬋 牛江蓉

智能制造新模式、新業態發展研究

機械工業信息研究院 馬為清 杜慧嬋 牛江蓉

一、引言

隨著智能制造的普及推廣，制造業數字化、網絡化和智能化發展趨勢明顯，新業態和新模式層出不窮，從價值鏈角度來看，制造業價值鏈各環節加快與智能制造技術融合，從研發、設計和生產到銷售服務的各個環節都發生改變或被重新定義，除了核心技術上的創新，越來越多的企業正在加快業態創新和模式創新，實現從“結果”到“開花”的有機發展。

圖1 智能制造帶動業態和模式創新的主要機制

二、演進

新業態是在特定產業發展層次和階段，在新技術的創新及推廣應用、新的消費需求顯現或者被挖掘出來、新的規制變革等多種因素綜合作用下形成的新產品、新商業流程和新服務模式等全新業態。與舊業態相比，新業態是企業及其相關產業部門依據消費者的多元化需求或新需求，在組織管理方式、產品形態、經營形態等方面新的發展和突破。信息技術和傳統服務業的升級需求導致了高技術產業與傳統業務的融合。新模式是新業態中的創新單元，是企業賴以創新發展的基礎。

圖2 新舊業態發展生命周期示意圖

同任何一個生命體一樣，業態的發展也有其內在的生命周期，分為初創、成長、成熟和衰退四個階段。業態發展的四個階段在時間上此起彼伏，前后相繼，共同構成了產業的發展歷程，即產業的生命周期。

從時間先后順序來看，新業態和傳統業態存在著長期共存、相互交融的共生狀態。從大量產業發展的歷程可以看出，任何一種新業態的出現，都不會導致舊業態的立即消亡。例如,電視的出現并沒有完全替代報紙和廣播。新媒體的出現也沒有使傳統媒體銷聲匿跡。一方面新業態憑借業態創新帶來的競爭力不斷向傳統業態領域滲透、擴張；另一方面，傳統業態也在不斷引進、融合新技術，實現傳統業態的轉型升級。

新業態和舊業態之間存在著既相互競爭又相互合作的共生關系。新業態一般是在繼承傳統業態發展的關鍵要素基礎上創新的，與傳統業態有著千絲萬縷的聯系。例如，蘋果APP商店、亞馬遜Kindle和漢王等新業態，雖然在產品形態和閱讀體驗上有突出的創新，但在內容上仍然需要借助于傳統出版社品牌的公信力和權威性，多數產品仍是從傳統圖書產品轉化而來。

不同的生產階段，新業態、新模式的發展具有不同的特點。一是，在手工生產階段，是工匠用簡單工具憑借個人手藝生產獨一無二的產品，滿足不穩定的市場需求。二是，在大量生產階段，各產業基本按照傳統的流水線生產工藝，在專用設備和單元技術的輔助下完成生產過程，滿足市場對低成本產品的需要，缺乏模式和業態創新的技術基礎和市場動力。三是，在大規模定制生產階段，基于信息技術革命帶來的信息技術與制造業的融合，主要是信息技術與產業鏈兩端，也就是研發設計和營銷服務環節的融合，而新產業革命背景下的數字化制造將形成新一代信息技術在加工制造環節的應用，這種深度融合將導致產業分工方式的重大變化，使產業形態和模式創新形成新的發展趨勢。四是，在個性化生產階段，由于新一代信息技術與智能制造裝備的融合將從根本上改變制造業的發展模式，在研發、設計、制造、銷售和服務各環節間，以及各環節間的融合與其他產業的跨界整合，形成新的制造模式、市場組織模式和資源配置模式，推動大規模的業態創新和模式創新。

三、發展趨勢

智能制造是基于新一代信息技術，貫穿設計、生產、管理和服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造過程、系統與模式的總稱。智能制造并非終極目標或某種極限狀態，而是一種面向未來、不斷調整和優化、循序漸進的過程。智能制造的實質是虛擬數字空間、網絡技術和實體產品、現實生產過程相互融合、滲透的過程。

1.產品和服務：需求、價值和形態的變化

用戶需要的不再是傳統意義上的某個產品，而是能夠滿足其需求、能創造新價值的“成果”。同時，伴隨設計和制造技術的升級，用戶需求反饋到設計和制造的早期，產品的個性化和定制化趨勢日益明顯。此外，基于傳感器和網絡技術的發展，產品變得越來越智能。

（1）個性化。在互聯網時代，個性化、定制化產品更接近用戶需求，比標準化產品有更大的價值空間。因此，“滿足個性化需求，提高設計和生產的‘柔性’”是制造業追求的目標。

（2）智能化。計算機技術、網絡技術、精密傳感器技術和GPS定位等技術的綜合應用，使得各類產品的智能化成為可能。智能化的產品極大地增加了產品的價值。

（3）服務化。越來越多的制造企業不僅關注產品的制造，還將焦點聚焦產品的整個生命周期，包括市場調查、產品開發、銷售及售后服務、產品報廢和回收等環節，而“服務”在制造價值鏈中的比重越來越大。部分制造企業正在轉變為某種意義上的服務企業，產出的服務化成為當今智能制造的新模式和新業態。

2.制造流程和供應鏈：網絡化協同、智能化和標準化

網絡化協同制造。網絡化協同制造是指基于先進的網絡技術、制造技術及其他相關技術，構建面向特定需求的基于網絡的制造系統，并在系統支持下，突破空間對企業生產經營范圍和方式的約束，開展覆蓋產品全生命周期的業務活動，實現企業內各環節和供應鏈上下游的協同、集成并能夠共享各種社會資源，高速度、高質量且低成本地為市場提供產品和服務。

工業大數據、傳感器和物聯網驅動制造的智能化。在智能制造時代，工業機器人、制造設備乃至產出件都可以安裝智能傳感器，實現自我感知，并利用RFID等技術實時采集數據。這些設備利用現代網絡通信技術相互連接，隨時隨地進行信息分享。同時，為了對制造系統進行智能化的“自我管理”，現有的工業制造系統需要對制造設備本身和產品制造過程中產生的數據進行深入分析，需要依靠工業大數據的管理和挖掘技術。可以說，傳感器、物聯網和工業大數據是制造過程智能化的必要條件與基礎。

許多初中英語閱讀教學模式以純理論式和灌輸式教學為主，過于重視學生英語考試成績的提升，忽略了學生英語素養以及英語運用能力的培養，此外，大多數初中英語老師采用統一化的課堂教學模式，對班級內所有學生進行無差別教學，忽略了學生的個體差異性，不僅造成了部分英語水平較高學生課堂學習時間的浪費，也增加了一些英語基礎薄弱學生學習英語知識和緊跟老師授課節奏的難度，不利于班級整體英語水平的提升。

標準化和合規化：全球智能制造融合發展的基礎。德國把標準化排在推進工業4.0需要在關鍵領域采取的8項行動的首位，德國電氣電子和信息技術協會已經發表了“工業標準化路線圖”。在我國，信息化和工業化的深度融合使得標準規范不一致的問題日益突出。智能制造領域的技術標準制訂，成為各國、各行業和各領頭企業的必爭之地，擁有國際化的技術標準、技術框架制訂權，對未來智能制造的發展將有實質影響。

3.行業價值鏈：環保和網絡制造

綠色、可持續發展的制造模式。制造業是創造人類財富的支柱產業，又是環境污染的主要源頭。在智能制造時代，實現環境友好，向綠色制造轉型是制造業可持續發展的重要課題之一。綠色制造和智能制造是同一價值鏈中相互影響、相互促進的雙重目標，在實現智能制造的過程中，制造業的自我改造、自我升級和自我轉型同時也推動了綠色制造的進程。

網絡制造：全球范圍的自由制造資源配置。與企業內部和供應鏈上下游的網絡化協同制造不同，網絡制造模式是制造業企業基于互聯網技術，不再從事固定的設計與研發環節、固定的生產與制造環節或固定的營銷與服務，而是從市場和用戶需求開始，在全球范圍內，自由地接受產品訂單、尋求合作生產、采購原材料或零部件，協同進行產品設計、生產制造，整個環節都通過互聯網動態地連接起來，實時通信。并依靠行業、區域核心企業或企業群體的綜合優勢，靈活、快速響應市場需求，提高全球制造資源的利用率。互聯網改變了溝通方式和產品交易模式，也改變了生產資源的配置方式。未來，全球制造資源的配置完全可能通過互聯網進行招標組織，自由整合最好的資源完成設計和生產，打破不均衡的資源現狀。

四、發展特點

1.在不同行業呈現出不同的側重

對于科學技術驅動型行業，新業態新模式主要體現在供應鏈上的協同創新和效率提升。新業態新模式主要形式有：協同設計、協同制造及供應鏈協同管理等。因具有單件產品價值量大的特點，虛擬制造、網絡化制造快速推進。代表行業包括：航空航天和軌道交通等。

對于客戶需求驅動型行業，新業態新模式主要體現在用戶參與度和用戶體驗。新業態新模式發展主要形式有：模塊設計、虛擬現實、規模定制化、眾創眾包、預測性供應、云制造和全流程追溯制造等。代表行業包括：服裝、食品、飲料以及家具等。

對于效率提升驅動型行業，新業態新模式主要體現在生產過程的效率提升和流程再造、制造后的深度服務和智能化產品開發等。新業態新模式主要形式有：離散制造、數字化車間、智能裝備生產、在線檢測、遠程運維、預測性維護和按開工量付費等。代表行業包括：基礎零部件、機床、工程機械、電力裝備以及石化等。

2.在不同產業鏈環節呈現出不同的側重

一些領先的工業企業、互聯網企業和生產性服務企業已成為融合生態體系中各種創新活動的主要載體和踐行者，由于各自基礎和優勢不同，不同行業企業融合創新模式的路徑、方向和重點有所差異。新業態、新模式在行業中不同的產業鏈環節也呈現出不同的側重。

通過對研究中新業態新模式的歸類合并，表1顯示出在“研發——制造——供應鏈——銷售——產品——服務”全產品生命周期中產業鏈不同環節新業態、新模式體現出的類型。

表1 全產品生命周期中產業鏈各環節新業態、新模式類型

3.在不同企業規模下呈現出不同的側重

云制造和云服務等平臺的建立，為中小企業低成本獲得外部資源、創新制造模式提供支撐。通過互聯網平臺，采用融資性租賃、經營性租賃和生產力租賃等金融和經營手段，以及再制造循環，在大數據基礎上，以即時付費、按開工量付費模式，用價值驅動產品的全生命周期，實現按用戶需求、按開工量付費的銷售模式成為現實。工業云創新服務平臺能夠提高中小工業企業信息化水平，彌補產業集群內中小企業與大企業信息化水平的差距，實現產業集群內大企業、中小企業的信息系統的數據共享與業務協同。提高工業企業研發水平和制造能力，拓展產品銷售渠道，提高售后服務水平，促進其向服務型制造轉型。通過網絡化的制造模式，打破了競爭壁壘，給中小企業提供了與大型企業一樣的發展機會。

大企業集團的智能制造模式，通常大數據、云平臺、軟件和系統維護等技術支撐手段由集團公司提供，集團子企業通過集團內網共享數據平臺和相關軟件。既可實現與集團所有子企業之間數據互動共享，利用集團平臺開展遠程運維等服務型制造業務，形成集團內企業資源共享、大數據分析等創新優勢，又可節約成本，信息相對安全，更容易加速智能制造新業態、新模式的發展。

4.智能制造新業態、新模式的典型類型

根據《智能制造工程實施指南》，智能制造呈現出五種新模式：離散型制造、流程型制造、大規模個性化定制、網絡協同制造和遠程運維。

根據對國內外眾多案例的綜合分析，對各種驅動力、行業、產業鏈以及企業規模的研究框架下的新業態、新模式提煉出的內容進行合并，在五種新模式以外，又總結提出了六類新業態、新模式，一是全生命周期虛擬化（虛擬仿真設計+虛擬制造），二是全生命周期協同化（協同設計+協同制造+資源綜合利用與回收），三是工業云平臺（云制造+云服務），四是眾創眾包，五是按時付費服務，六是智能決策服務。

五、主要國家和地區發展情況

國際金融危機后，為刺激本國經濟增長，重塑在實體經濟領域的競爭力，許多發達國家都實施了一系列國家戰略，例如，美國的“先進制造業伙伴計劃”、德國“工業4.0”計劃、日本的“再興戰略”、韓國的“新增長動力戰略”、法國的“新工業法國”等。這些戰略或計劃都包括：扶持和補貼新興產業、扶持前沿技術研發、扶持中小企業、優化競爭環境、培育新產品市場以及改革人才培育等。此外，通過智能制造系列技術的應用，適應新的要素和市場環境，也是這些戰略或計劃的重要內容。

1.德國：邁進工業4.0，構建智能生產系統

德國經濟在2010年領先于歐洲其他發達國家實現回升，其制造業出口貢獻了國家經濟增長的2/3，是德國經濟恢復的重要力量。德國始終重視制造業發展，并且專注于工業科技產品的創新和對復雜工業過程的管理。2010年，德國發布《高技術戰略2020》，著眼于未來科技和全球競爭，并將工業4.0戰略作為十大未來項目之一。2013年，德國聯邦教研部與聯邦經濟技術部聯手正式發布了《保障德國制造業的未來：關于實施“工業4.0”戰略的建議》，并得到了德國工程院、弗勞恩霍夫協會、西門子公司等德國學術界和產業界的響應和推動，從而上升為國家級戰略。

德國工業4.0的核心內容可以總結為：建設一個網絡（信息物理系統）、研究兩大主題（智能工廠、智能生產）、實現三大集成（縱向集成、橫向集成與端到端集成）以及推進三大轉變（生產由集中向分散轉變、產品由趨同向個性轉變和用戶由部分參與向全程參與轉變）。

2.美國：先進制造業回流，工業互聯網占領潮頭

美國為重振本國制造業，密集出臺了多項政策文件，規劃未來制造業發展。智能制造在一定程度上彌補了美國勞動力成本高的劣勢，從而促進高端制造業的回歸。2009年以來，美國先后發布了《重振美國制造業框架》、《制造業促進法案》和《先進制造業伙伴計劃》，明確要降低制造業成本、促進就業和實現美國能源獨立，并把美國打造為企業總部基地。而要實現這一目標，就必須以智能制造改造傳統制造業，并大力發展智能電網、清潔能源、先進汽車、航空和太空技術、生物和納米技術、新一代機器人以及先進材料等新興領域。

美國在《重振美國制造業框架》中明確提出要發展先進機器人技術，在《先進制造業伙伴計劃》中也提出要推出一項耗資7000萬美元的下一代機器人研究計劃。2011年6月奧巴馬總統宣布啟動國家機器人技術計劃，并于2013年制定了《從互聯網到機器人——美國機器人路線圖》，從戰略意義、研究路線圖和重點發展領域等方面分析了美國制造機器人、醫療保健機器人、服務機器人、空間機器人和國防機器人的發展路線圖，推動機器人技術在各領域的廣泛應用，加強美國在機器人技術方面的領先地位。同時，基于IT和網絡技術方面的優勢，美國提出了“工業互聯網”的愿景，即在產品生命周期的整個價值鏈中將人、數據和機器連接起來，形成開放的全球化工業網絡。

3.日本：打造“機器人”強國

1990年6月，日本通產省就提出了智能制造研究的十年計劃，并聯合歐洲共同體委員會、美國商務部協商共同成立IMS（智能制造系統）國際委員會。在隨后的10年，日本共投資1500億日元進行智能制造系統的研究和實驗。1992年，日、美、歐三方共同提出研發能使人和智能設備不受生產操作和國界限制的合作系統，并于1994年啟動了先進制造國際合作研究項目，其中包括全球制造、制造知識體系和分布智能系統控制等。

日本是全球工業機器人裝機數量最多的國家，其機器人產業也極具競爭力。為適應產業變革的需求和維持其“機器人大國”的地位，2015年1月，日本政府發布了《機器人新戰略》，并提出三大核心目標：一是成為“世界機器人創新基地”，通過增加產、學、官合作，增加用戶與廠商的對接機會，同時推進人才培養、下一代技術研發、開展國際標準化等工作，徹底鞏固機器人產業的培育能力；二是成為“世界第一的機器人應用國家”，在制造、服務、醫療護理、基礎設施、自然災害應對、工程建設和農業等領域廣泛使用機器人，在戰略性推進機器人開發與應用的同時，打造應用機器人所需的環境，使機器人隨處可見；三是“邁向世界領先的機器人新時代”，隨著物聯網的發展和數據的高級應用，所有物體都將通過網絡互聯，日常生活中將產生無數的大數據。因此，未來機器人也將通過互聯網交換和存儲數據，平臺安全以及標準化必然不可或缺。

六、結語

新業態和新模式作為技術變革產業化和市場化的重要途徑，成為引領新產業變革的重要方向，同時也會成為政府推進產業發展的重要抓手，需要塑造和完善與此相適應的產業管理體制，也需要實現一體化的管理。從管理層面推動產業融合，催生新業態新模式，破除創新障礙，加速新業態新模式發展。

新業態和新模式在推進技術變革向產業變革的過程中，也成為產業升級的重要方向。需要把握信息技術革命背景下新業態和新模式的特征與規律，也需要根據新產業革命發展方向，把握新業態和新模式的發展趨勢變化，根據我國制造業創新驅動轉型發展的目標導向，超前謀劃下一步新業態和新模式發展的重點方向，有效利用新產業革命的發展機遇，使我國制造業在新的發展階段實現新的發展目標。