國外智能制造相關政策體系研究及對我國啟示

劉賀賀 張田 董明芳

1 國外智能制造政策概述

制造業是經濟持續增長的動力。近年來，美國、德國、英國、法國、日本、韓國等主要發達國家均發力制造業，紛紛發布新型制造業戰略。

2012年，美國發布《先進制造戰略》旨在強化本土制造業競爭能力，確保其在世界制造強國中的領先地位。美國先進制造戰略主要在3個方向著力，數字化與智能制造、先進材料和先進制造技術。為推動戰略落地，美國組建國家制造業創新網絡（NNMI），預計建設 45個下屬創新研究中心（IMIs），目前已建設14個。

2013年德國發布《工業 4.0戰略》，旨在發展以CPS為核心的智能工廠，使得德國處于供應商領先和市場領先的“雙領先”地位，確保德國工業處于世界前列。德國工業 4.0戰略核心是通過信息物理系統實現人、設備與產品的實時連通、相互識別和有效交流，構建一個高度靈活的數字化、網絡化的智能制造模式，保持德國制造業的國際競爭力。該戰略兩大研究主體是智能工廠和智能生產，智能工廠重點研究智能化生產系統和網絡化分布生產設施的實現；智能生產側重于將人機互動、3D打印、智能物流管理等先進技術應用于整個工業生產過程，從而形成高度靈活、個性化、網絡化的產業鏈。

早在2008年，在制造業衰退及全球金融危機的背景下，英國就提出《高價值戰略（2008—2011）》，以鼓勵先進制造業發展、提高制造業價值含量，加大制造業在促進英國經濟增長中的作用。2013年，法國發布《新工業法國戰略》，提出通過創新重塑法國工業實力，使法國處于全球工業競爭力第一梯隊。2014年韓國推出了被譽為韓國版“工業 4.0”的《制造業創新3.0戰略》。我國也于2015年5月發布《中國制造 2025》戰略，明確制造強國路線，計劃到2025年邁入制造強國行列。此外，日本發布機器人新戰略，確保機器人世界領先地位。

目前在發達國家中，美國和德國制造業戰略發布時間較長，各種措施延續性及關聯性較強，且具有代表性，本文將以美國和德國的智能制造政策為例，全面梳理其戰略背景、戰略推進和落實情況，并對各自路徑進行總結，為我國制造業政策發展提供借鑒。

2 美德智能制造政策體系研究

2.1 美國智能制造戰略及策略梳理

2.1.1 戰略背景

金融危機后，美國進行再工業化，實施制造業回歸。自 20世紀80年代開始，美國經濟呈現出明顯的去工業化特征。制造業占GDP的比例由 1980年的 20%下降至 2008年的 11.4%。而制造業是拉動經濟增長、創造就業的有力手段。美國經濟分析局的研究顯示，每 1美元制造業最終產品將支撐其他經濟部門 1.4美元的產值，而零售業只創造0.57美元、金融業創造0.53美元。

美國先進制造業發展面臨內憂外患，需大力發展先進制造。從國內來看，美國先進制造業面臨研發能力不斷下滑、制造能力持續下降，導致高端制造業領先優勢逐步喪失。從國外來看，制造業增長相對落后，面臨發達國家和新興國家趕超的威脅。

2.1.2 戰略推進

自2011年起，美國逐步推動先進制造戰略，主要分為戰略發布、框架搭建和部署實施3個階段。

2011—2012年是戰略發布階段。2011年美國總統科學技術顧問委員會（PCAST）發布《確保美國先進制造領導地位》，強調推進先進制造戰略的重要性。PCAST認為政府應在新技術、共享基礎設施及設計工具等市場失靈領域進行必要投入，發揮支持和引導作用。2012年奧巴馬政府發布《先進制造業國家戰略計劃》，從投資、勞動力和創新等方面提出了 5大目標以及實現這些目標的具體措施。

2012—2014年為框架搭建階段。2012年發布 AMP1.0戰略——《獲得先進制造本土競爭優勢》，側重梳理關鍵技術，提出搭建創新網絡，此外還提出 3個領域關鍵舉措：促進創新、確保人才梯隊和改善商業環境。2013年，發布《國家制造創新網絡初步設計》，提出制造創新網絡（NNMI）構建框架，明確資金投入、管理、運營、評估等方法，意在集中產學研力量推動創新技術研發。2014年 PCAST發布AMP2.0戰略——《加速美國先進制造》，側重重點領域技術分析和提出實際政策建議，在此文件中，PCAST在2012年報告基礎上，在促進創新、確保人才和改善商業環境領域，進一步提出措施建議。

2014年至今是部署實施階段。2015年發布《制造業創新網絡評估指南》，評估制造業創新網絡（NNMI）發展，以不斷改進新的創新研究中心建設；2016年發布《先進制造：聯邦政府優先技術領域速覽》，列舉了先進制造技術研發的優先領域以及加強制造業教育及勞動力培養方面的計劃。

2.1.3 戰略落實

美國成立由國防部（DoD）、能源部（DoE）、國家技術與標準研究院（NIST）和國家科學基金會（NSF）等成員共同組成的美國先進制造辦公室（AMNPO），推動先進制造戰略落地。共有三大推動策略，即技術創新、技術轉移和環境建設。

（1）技術創新

一是確定優先發展技術。自2011年提出發展先進制造開始，美國不斷明確先進制造技術及優先發展領域，為制造業創新研究網絡（Manufacturing USA）指明方向。具體來看，2012年《國家先進制造戰略》確定 4大技術領域，即關鍵產業本土制造、先進材料、下一代機器人和制造工藝改進。此后AMP1.0戰略將4大領域技術細化成納米制造、先進材料設計合成、可視化數字制造、柔性電子等12個細分技術。2014年AMP2.0戰略又將其中 3項技術——先進傳感器、控制和制造平臺技術（ASCPM），可視化、信息化和數字化的制造技術（VIDM），先進材料制造（AMM）確定為3大優先發展技術。2016年，擴大了優先技術領域范圍至再生醫學的生物制造 5大新興技術。二是加大對先進制造研發的政府投資。2012年開始在預算中明確提出加大對先進制造技術的研發，兩年時間內預算增長87%。2012年先進制造投資為 15.5億美元，2013年為 22億美元，2014年達到29億美元，此后一直保持在20億美元之上。三是構建制造業創新網絡。2012年起建立制造業創新網絡（Manufacturing USA），目前已建設14個創新研究所。其中 2個研究所與智能制造相關，分別是數字制造和技術創新研究所（DMDII）、清潔能源智能制造研究所。其中數字制造和技術創新研究所從制造全過程角度出發，關注制造過程全數字化，旨在加強產品全壽命周期的建模與先進分析工具，提升產品性能、工藝效率和企業績效；清潔能源智能制造研究所從能源利用角度出發，旨在推動傳感器和數字過程控制技術進步，提升能源和材料利用率。

（2）技術轉移

一方面加強技術研發機構與中小企業銜接，推動技術向中小企業轉移。一是創新研究中心項目申報中至少有一家中小企業參與，如DMDII工廠基礎設施網絡安全評估項目要求必須有至少一家中小型制造企業參與合作；二是為中小企業提供基礎設施，如創新研究中心為中小企業提供充足的資金用于開展科技創新活動，提供大型試驗設備用于攻克關鍵技術；三是促進創新研究所與中小企業中介服務機構（MEP）、網絡（MEC）合作，將MEP納入Manufacturing USA，成為創新研究中心會員，如2016年將投資400萬美元資助MEP中心人員進入年底前新建立的 4家制造業創新研究所。

另一方面，完善供應鏈服務促進中小企業與大企業對接。一是實施供應鏈創新計劃，推動大企業帶動中小企業，助力中小企業獲得前沿技術和實踐指導。如2015年3月發布《供應鏈創新計劃》，著力加強小型制造企業實力，并確保其有機會獲得最新的前沿技術；同年召開白宮供應鏈創新圓桌會議，召集有領先地位的制造商和供應商（波音、美敦力等），確保承諾供應商培訓、借調工程技術人才、協同采購政策，以及新技術和實踐的指導，幫助實現新技術從他們的實驗室向美國供應鏈的轉移。二是幫助中小企業改造制造工藝、技術認證，如美國國防部的供應鏈撥款用于改進制造工藝、進行新技術認證，以及開發高級質量管理系統等。

（3）環境建設

一是加強人才教育培訓。發布貿易調整援助社區學院和職業培訓（TAACCCT）計劃、先進制造學徒計劃和先進技術教育計劃，為美國勞動力提供培訓。二是加大基礎設施投入，2015年12月，簽署《修復美國地面運輸法案》（簡稱 FAST法案）的基建法案，為美國2016至2020財年的交通基礎設施建設提供3050億美元融資。三是繼續給制造業減稅，2016年發布《美國總統的企業稅制改革計劃（更新版）》，將制造業最高稅率從 28%減至25%，同時擴大國內制造業產品活動扣除額。四是連續5年開展制造活動日，激發人們對先進制造的熱情。2012—2016年，10月7日為“國家制造日”，發布各種活動，動員全民積極參與。

2.2 德國工業4.0戰略及策略

2.2.1 戰略背景

隨著新一代信息技術發展，當前已進入工業4.0階段。以物聯網、大數據為代表的新一代信息技術在引發第四次工業革命（工業4.0）。企業將建立全球網絡，將機器、存儲系統和生產設施融入到虛擬網絡—實體物理系統（CPS）中，使其能夠相互獨立地自動交換信息、觸發動作和控制。

德國工業面臨內憂外患，需緊抓工業4.0機遇。德國是傳統的科技工業強國，但是在新一輪產業技術革命中，德國面臨一系列內憂外患。內憂主要表現在新興產業落后、勞動力成本高、中小企業缺乏創新活力等，“德國制造”的光環正在衰退。“外患”主要源于傳統產業競爭優勢面臨新興技術挑戰，其他國家制造業威脅。

德國具有發展工業 4.0的產業和技術基礎。硬件方面，具有雄厚的工業基礎，具有健全的工業體系和產品鏈條，擁有具有綜合優勢的龍頭企業和眾多“隱形冠軍”。軟件方面，復雜工業過程管理方面高度專業化，德國企業資源管理（ERP）、制造執行系統（MES）等核心工業軟件在全球都處于領導地位。基礎技術方面，材料、基礎工藝等方面制造技術深厚。

2.2.2 戰略推進

工業4.0小組于2011年的漢諾威展上提出“工業4.0概念”，成立“工業4.0”工作組。同年，《高技術戰略2020行動計劃》，把工業4.0列為面向未來的10大項目之一。

2012年，工業 4.0小組向德國政府提交《未來項目“工業4.0”的落實建議》。2013年德國政府發布《保障德國制造業的未來——關于實施工業4.0戰略的建議》，提出工業4.0戰略的核心內容及實施建議。同年，發布《工業4.0技術路線圖》（第一版），為所有參與方就“工業4.0”涉及的現有相關標準和規格提供概覽和規劃基礎。

2014年，工業 4.0平臺發布《工業4.0研發白皮書》，明確5大研發課題領域、內容及目標，粗略制定完成這些課題的時間計劃。2015年發布《德國工業 4.0實施戰略報告》，進一步深化 5個課題，形成系列研究課題，方法論、解決方案和前提條件的研究框架；明確參考架構 RAMI4.0，使得工業 4.0范式更加清晰。

2016年發布一系列指南性文件、應用案例和測試床，指導企業實施。如發布《中小企業工業 4.0實施指南》《工業4.0 IT安全指南》等，發布295個應用案例和50個測試床。

2.2.3 戰略落實

德國工業4.0戰略由工業4.0平臺、標準化理事會和工業 4.0網絡化實驗室 3大平臺共同推動。有 3大推進策略，即技術創新、技術轉移和基礎環境建設。

（1）技術創新

一是標準制定。2013年4月，發布標準技術路線圖（第1版），為所有參與方就“工業4.0”涉及的現有相關標準和規格提供概覽和規劃基礎。2015年4月發布參考架構，并明確工業 4.0組件標準。2016年發布標準技術路線圖（第2版），基于工業4.0參考架構和管理殼，對標準進一步細化，如產品標準等。目前已成立標準化理事會，推動工業 4.0數字化產品的相關標準制定，并協調其在德國和全球范圍內落地。此外，還與美國工業互聯網（IIC）進行一致性認定和互補性認定。二是技術研發。中期以開發特定領域的方法、工具和技術為主要目標，經濟能源部投入1.2億歐元，支持智能技術系統、安全等技術創新；教育研究部投入5000萬歐元，支持立法、信息技術安全、未來的勞動條件和技能、標準化四個技術領域技術研發。長期主要目標是優先研發包括跨領域、模塊化的工具包，以及其中的信息系統物理功能組件；加強虛擬規劃流程與真實制造流程的集成。

（2）技術轉移

一是成立工業4.0網絡實驗室，為中小企業提供健全的測試環境和服務，促進中小企業的實施。目前提供50個測試床對接和8個測試場景服務。此外，政府專項資金支持中小企業使用測試床，每個公司在項目開展3～12個月內，可申請10萬歐元補助。二是發布應用案例，總結信息化技術在工業應用中產生的新的生產方式、商業模式和產品，展示工業4.0如何使企業收益，如何實施，總結工具、方法和技術，為其他企業提供應用示范，激發更多企業參與到智能制造/工業4.0中。目前已發布 295個應用案例，三是發布工業4.0就緒度評估，幫助中小企業摸清現狀、提供實施建議。該指南共包括戰略和組織、智能工廠、高效運營、智能產品、數據驅動服務和員工 6個維度和 18個細分指標，根據評分將企業分為未規劃級、初始級、中間級、熟練級、專家級和頂級示范級等 6個級別。四是指導中小企業實施，發布實施指南，為中小型工廠和企業提供發展自己的工業4.0商業模式的工具，從而支持他們實現自己的工業4.0；舉辦論壇，促進中小企業之間溝通交流，2016年已在全國舉辦12場中小企業工業4.0發展論壇，邀請著名專家演講并現場交流。

（3）基礎環境建設

一是夯實中小企業基礎。成立4個中小企業4.0研究中心，以深化對數字化通信、云計算、流程管理和貿易的研究，并提供支持服務；建設中小企業能力中心，為企業提供資訊和資質鑒定，并且在區域內提供切實可行的、具體的教學、學習、演示及測試機會。二是加強人才培訓。工業4.0平臺內的教育培訓工作組已對工業 4.0商業模型、要點、方法和最佳實踐進行了初步研究，發布《工作，教育和培訓中的應用場景》，對工業4.0教育培訓提供方向，下一步分析工作 4.0對于工作和技能的影響，在“角色、作用、工作介紹”、工作中的組織和塑造、技術、學徒和繼續教育等 3個領域提出具體實施建議；此外，還自2013年3月起，建立學院立方體項目，提供了自動化、大數據分析、制造和物流流程以及安全和數據保護等領域的6個完整課程及12個專項課程。

3 我國智能制造發展策略建議

與國外智能制造發展相比，我國現實基礎薄弱。首先，我國制造企業需求強烈，但供給側能力不足。制造企業在自身信息化的基礎上，正在加快探索數字化設計、生產工藝智能化改進、生產數據采集和分析等，但由于我國企業在 CAD軟件、工業軟件等方面起步較晚，發展尚不成熟，能夠滿足需求的技術供應商較少。其次，缺乏巨頭企業主導，我國初步孕育出一批智能制造系統集成企業，但在整體實力和規模上與國外領先企業存在巨大差距，缺乏像西門子、GE這樣能夠提供比較完整的系統方案設計規劃、集成實施、及具體方法論模型借鑒的廠商。三是設備和解決方案企業大多處于解決溫飽狀態，沒有能力投入新技術的研發和產業化應用，市場活力不足。

因此，必須充分發揮我國的市場優勢和綜合性優勢，多措并舉，全力推動智能制造產業發展，實現智能制造突破。

3.1 補短板，圍繞重點產業支撐環節實現突破

根據增長率與利潤率、在發展智能制造中的重要性 2個維度，將智能制造細分產業進行分類，劃分為 4個區域，分類施策，重點提升關鍵領域的國內產業支撐能力。

區域I表示重要且市場前景好，該區域分細分產業有共性裝備（機器人、機床）、核心 軟件（MES、CAE、PLM）、數據相關（傳感、網絡、平臺、大數據分析應用）是智能制造產業的高價值核心環節。區域II表示重要但市場前景有限，該區域細分產業包括數字化設計制造（CAD、CAM）是智能制造產業的低增速核心環節。區域III表示市場前景好但重要性一般，該區域細分產業包括管理軟件（CRM）、共性硬件（IPC）是智能制造產業的高價值非核心環節。區域IV表示不重要且市場前景一般，該區域細分產業包括傳統控制（PLC），是智能制造產業的低增速成熟領域。

區域 I和區域 II是政府重點支持領域。支持方式主要有兩種，一是產業化前期支持，利用國家科技重大專項、國家重點研發計劃等現有專項，加大對相關領域產業化的支持力度；二是大規模集成應用支持，利用工業轉型升級資金、智能制造專項等資金渠道，重點支持上述領域國產化系統在制造企業的集成應用。

3.2 促創新，加快布局智能制造重大新興技術

平臺是推廣智能制造的基礎，只有建立基于平臺的知識沉淀方式，才能有效保障各種制造業的軟件設計、工藝、知識傳遞。因此，建議依托制造業創新中心工程項目，建設兩個國家級制造業創新中心——工業數據創新中心和智能制造平臺創新中心，彌技術研發、應用研究和產業化之間的空白環節，解決智能制造行業關鍵共性技術供給不足問題。工業數據中心主要研究數據在產品全壽命周期中的交換以及在供應鏈網絡間的流動，推進數字化、智能化制造。智能制造平臺創新中心主要研究通過開源的數字平臺和技術集市的方式，將先進的傳感器、控制器、平臺和建模技術集成到商業化的智能制造系統，并提供實時分析工具和各種工業應用，降低企業制造成本。

3.3 面向企業智能化需求，重點發展基于兩類集成的 3項智能化應用

兩類數據集成包括現場數據集成和管理數據集成。現場數據集成通過標準化實現，一是推動國內企業普遍支持 OPC-UA，二是在重點行業/領域推動應用協議的標準化。管理數據集成通過產業協作推動，龍頭企業帶動，驅動供應鏈、產業鏈上下游企業間數據互通。

3類數據應用包括設備運行優化應用、數字化/智能車間/工廠解決方案和產業鏈/供應鏈協作。設備運行優化應用方面，推動裝備企業與數據分析企業基于設備數據開放進行合作，開展控制算法、設備運行參數的優化，并提供增值服務。數字化/智能車間/工廠解決方案方面，基于 OT數據開放提供基于分析優化的解決方案。產業鏈/供應鏈協作方面，由龍頭用戶企業驅動，實現供應鏈上下游的橫向集成。

3.4 以用戶企業為牽引，構建我國智能制造生態體系

智能制造生態體系的構建有 3個階段。一是構建面向單個企業的平臺生態，即立足用戶企業智能化需求，由用戶企業驅動系統集成商構建基于平臺的產業服務生態。二是構建面向供應鏈上下游的生態，即以用戶企業為主導，聯合系統集成商，將平臺解決方案向上下游延伸，形成以用戶企業為核心的產業生態。三是向更多領域延伸的生態。以系統集成商為主導，聯合其他行業龍頭用戶企業，將平臺化生態復制推廣。經過以上 3個階段，最終形成以用戶企業需求牽引、以平臺為載體、可持續運營、基于業務關系互聯互通的多平臺生態體系。

智能制造生態體系的構建需要政策驅動，具體包括智能制造相關專項將平臺化作為支持方向、智能制造相關專項鼓勵聯合體合作、在智能制造綜合標準化中開展平臺標準制定。

3.5 構建智能制造產業服務體系，促進跨領域融合創新

由政府牽頭，聚集研究機構、裝備企業、自動化企業、軟件企業、系統集成商和IT企業，建立由中央級智能制造產業服務平臺和各地智能制造產業服務中心組成的“中央—地方”兩級智能制造服務體系。具體措施如下：一是在中央層面，整合現有服務或研究機構人員設立智能制造產業服務平臺，初期由政府全資支持，后期部分政府資助部分依靠市場化服務。二是在地方層面，依托現有服務機構或園區建設地方智能制造產業服務中心，并向本地區企業提供服務，其經費來源由政府資助與市場化服務共同構成。中央對地方進行方向引導和能力支持，地方通過信息和資源共享對中央進行支撐。三是整合中央和地方資源，構建三大產業資源庫，即技術資源庫，產品、服務和解決方案庫和企業及行業專家庫。

3.6 大力推動中小企業智能制造實施

首先，推動面向中小企業的智能制造技術方案供給。在“中小企業信息化推進工程”等相關專項中，將基礎設施、平臺、模塊、軟件和服務等列為重點推進方向，鼓勵相關企業面向中小企業開展產品創新。其中，基礎設施包括云基礎設施、網絡基礎設施、能源基礎設施；平臺包括生產設備平臺、工業軟件平臺、工業應用平臺；模塊包括有物聯網模塊、邊緣計算模塊、軟件模塊；軟件分為設計類軟件如CADCAE、生產管理類軟件如MES、管理類軟件如ERPSCM等；服務主要包括物流服務、加工裝配服務。

其次，推動中小企業開展智能制造探索。一是對于基礎設施和平臺層產品，探索建立由地方政府采購/建設并免費或以成本價租用的方式向中小企業提供的模式；二是通過政府專項補貼、低息貸款、針對性的減免稅費等方式，支持企業智能化升級改造，如針對中小企業企業智能化設備更換減免稅費、針對中小企業設備升級提供低息貸款、針對中小企業信息化工程師培訓提供政府補貼等。

3.7 加強對智能制造探索路徑的示范與宣傳

主要措施有3個，即試點示范、經驗總結和宣傳推廣。

試點示范方面，有兩種路徑，一是“面向全局，自上向下”模式，即建立標桿，形成應用模式，實現全面推廣。二是“以解決問題為導向、自下向上”，即針對生產過程中的關鍵瓶頸問題進行分析，然后通過升級改造集中解決某類問題，從局部智能逐漸實現全面智能化。

經驗總結方面，針對各試點示范企業，總結不同路徑特點及適用企業，企業采用該種路徑需要具備的基本條件，為推廣做準備。

宣傳推廣方面，一是經驗交流，定期組織現場經驗交流會，選擇適合典型試點示范企業，就智能制造實施路徑展開詳細匯報，促進企業交流。二是集中展示，積極利用中國國際工業博覽會等大型展會，集中展示試點示范項目取得的成效，在宣傳企業自身成績的同時也為更多的企業樹立榜樣。三是案例匯編，加強對試點示范效果的跟蹤和經驗總結，匯編典型案例，公開發布，進行宣傳推廣。●