全球智能制造發(fā)展模式及我國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

侯瑞

近幾年，隨著全球互聯(lián)互通技術(shù)發(fā)展腳步的加快，智能制造在全球得以快速發(fā)展。但由于各國的技術(shù)水平和工業(yè)制造業(yè)基礎(chǔ)不同，其發(fā)展水平也各不相同。在中國信息化百人會(huì)舉行“智能制造模式創(chuàng)新與發(fā)展方向”公共政策圓桌會(huì)上，中國信通院兩化融合所副所長朱敏為大家?guī)砹巳蛑悄苤圃斓陌l(fā)展模式以及我國智能制造發(fā)展的現(xiàn)狀。

智能制造的四大應(yīng)用模式

要了解全球智能制造的發(fā)展模式，首先要了解智能制造的本質(zhì)。朱敏指出，智能制造的本質(zhì)是借助全面互聯(lián)和數(shù)據(jù)智能實(shí)現(xiàn)價(jià)值提升。其核心是IT與OT融合，通過對(duì)海量工業(yè)數(shù)據(jù)的深度感知、泛在傳輸與高級(jí)分析，打通端到端的數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)從單臺(tái)機(jī)器、單個(gè)企業(yè)到整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)制造活動(dòng)的智能決策、動(dòng)態(tài)控制與有機(jī)協(xié)同。

智能制造在工廠內(nèi)聚焦設(shè)計(jì)、制造、管理等生產(chǎn)活動(dòng)的改進(jìn)優(yōu)化，在工廠外強(qiáng)調(diào)在連接用戶、企業(yè)和產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行智能協(xié)同與服務(wù)，并最終通過工廠內(nèi)外的交互反饋推動(dòng)整個(gè)價(jià)值鏈條的提升。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)智能制造發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)，是通過相應(yīng)的低實(shí)驗(yàn)、高可靠的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供全面互聯(lián)的制造體系，同時(shí)通過端到端打造全面信息數(shù)據(jù)鏈，催生融合發(fā)展新模式新業(yè)態(tài)。

基于此，朱敏總結(jié)出智能制造的四大應(yīng)用模式：

第一種模式是基于現(xiàn)場(chǎng)連接的智能化生產(chǎn)。這種模式主要應(yīng)用于石化、鋼鐵、電子信息、家電、航空航天、汽車等行業(yè)中，例如尼桑在汽車生產(chǎn)中采集控制器參數(shù)，分析比較機(jī)械臂運(yùn)行異常狀態(tài)，可以提前三周預(yù)測(cè)潛在故障問題。

第二種模式是基于產(chǎn)品聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)化延伸。這種模式主要應(yīng)用于工程機(jī)械、電力設(shè)備、供水設(shè)備、家電等行業(yè)中，例如通用可以基于Predix平臺(tái)監(jiān)控飛機(jī)燃油消耗狀態(tài)，并進(jìn)行分析以優(yōu)化飛行管理，幫助亞航1年節(jié)省2000萬美元燃油費(fèi)用。

第三種模式是基于企業(yè)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同。這種模式主要應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶、家電等行業(yè)中，例如寶鋼與一汽就新車型開發(fā)進(jìn)行縱向協(xié)同設(shè)計(jì)，預(yù)先對(duì)44個(gè)零件進(jìn)行選材和優(yōu)化，使新零件屈服強(qiáng)度提升50%。

第四種模式是基于需求精準(zhǔn)對(duì)接的個(gè)性化定制。這種模式主要應(yīng)用于家電、服裝、家具等行業(yè)中，例如紅領(lǐng)根據(jù)消費(fèi)者個(gè)性化需求進(jìn)行服裝設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析和信息交換，實(shí)現(xiàn)以多品種、小批量、快翻新為特征的C2B定制生產(chǎn)。

各國積極推動(dòng)智能制造發(fā)展

全球各國政府高度重視智能制造的戰(zhàn)略規(guī)劃，積極推動(dòng)智能制造的發(fā)展。從2011年以來，全球各國尤其是先進(jìn)國家都面臨這制造業(yè)實(shí)力下滑的問題，大家不約而同紛紛選擇先進(jìn)制造戰(zhàn)略，希望通過信息技術(shù)的深度融合和應(yīng)用，重新提振制造業(yè)，提出一系列戰(zhàn)略。例如英國制造2050、美國先進(jìn)制造、新工業(yè)法國、巴西工業(yè)強(qiáng)國計(jì)劃、印度國家制造業(yè)政策、日本機(jī)器人新戰(zhàn)略和韓國制造業(yè)創(chuàng)新3.0等等。

2013年，德國聯(lián)邦政府立足于自身裝備加工、自動(dòng)化等制造優(yōu)勢(shì)，正式發(fā)布《實(shí)施工業(yè)4.0戰(zhàn)略規(guī)劃建議》，將工業(yè)4.0上升為國家戰(zhàn)略。德國的制造業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)，提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略旨在加強(qiáng)促進(jìn)信息技術(shù)的融合應(yīng)用，著力提升信息化的價(jià)值。德國提出了數(shù)據(jù)的縱向集成，橫向集成端到端的打通，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)體系的協(xié)同優(yōu)化，其中最重要的抓手就是政府強(qiáng)引導(dǎo)的工業(yè)4.0平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)扮演著推進(jìn)指導(dǎo)的作用。工業(yè)4.0平臺(tái)的頂層設(shè)計(jì)包括工業(yè)4.0實(shí)施戰(zhàn)略和參考體系架構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)包含信息物理系統(tǒng)和工業(yè)4.0組件。工業(yè)4.0平臺(tái)被列入德國2020年十大項(xiàng)目之一，給予了2億歐元的資金支持，并組建了相應(yīng)的協(xié)同創(chuàng)新體系。在這個(gè)基礎(chǔ)上，德國的政學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界共14家企業(yè)組成了協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟，同時(shí)他們推動(dòng)著相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，已經(jīng)在12個(gè)領(lǐng)域明確了研究重點(diǎn)，其中7個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)推出了標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也得以強(qiáng)化，并發(fā)布了相應(yīng)的建設(shè)議程。德國政府在工業(yè)4.0戰(zhàn)略的推進(jìn)落實(shí)上，很大程度依托于區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展計(jì)劃，推動(dòng)整個(gè)戰(zhàn)略的落地和實(shí)施，圍繞尖端集群計(jì)劃，加入相應(yīng)的集群，同時(shí)明確要求每個(gè)產(chǎn)業(yè)集群必須有中小企業(yè)加入，讓中小企業(yè)在這個(gè)集群中獲取培訓(xùn)和相應(yīng)研究合作的機(jī)會(huì)，分享這個(gè)集群在進(jìn)行項(xiàng)目研究中取得的一系列創(chuàng)新突破成果，進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)移和相應(yīng)的應(yīng)用拓展。

美國基于技術(shù)優(yōu)勢(shì)提出先進(jìn)制造戰(zhàn)略，在政府支持和產(chǎn)業(yè)支撐兩端發(fā)力。美國利用基礎(chǔ)學(xué)科、信息技術(shù)等領(lǐng)域綜合優(yōu)勢(shì)，一方面聚焦創(chuàng)新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，突破制造業(yè)尖端領(lǐng)域，另一方面利用互聯(lián)網(wǎng)能力帶動(dòng)工業(yè)提升，重塑制造業(yè)領(lǐng)先地位。美國可以說是全球互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家，在此基礎(chǔ)上，2011年提出了先進(jìn)制造業(yè)戰(zhàn)略，2013年又明確提出把這個(gè)戰(zhàn)略聚焦為先進(jìn)傳感、控制和平臺(tái)制造技術(shù)（ASCPM），可視化、信息化和數(shù)字化制造和先進(jìn)材料制造等三大技術(shù)的優(yōu)先突破。朱敏指出，這其中前面兩個(gè)技術(shù)都是典型的智能制造的技術(shù)，也就是說美國聚焦的核心技術(shù)逐步與智能制造技術(shù)趨同。這個(gè)戰(zhàn)略發(fā)布以后，美國經(jīng)過研究認(rèn)為，他們的核心問題是在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化之間存在鴻溝，因此提出國家創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，到2016年底已經(jīng)建立了14個(gè)創(chuàng)新中心。這些創(chuàng)新中心實(shí)際上是把政產(chǎn)學(xué)研用圍繞著建立的創(chuàng)新中心，按照企業(yè)化運(yùn)作，項(xiàng)目制管理進(jìn)行共同創(chuàng)新、共同分享，以及應(yīng)用化實(shí)施。政府給予每個(gè)創(chuàng)新中心1.5-3億美元的支持，但只支持5-7年，之后中心要能獨(dú)立存活，政府成立管理辦公室，每年對(duì)中心進(jìn)行相應(yīng)檢查。通過這樣的機(jī)構(gòu)，美國政府促進(jìn)了研究機(jī)構(gòu)、大型企業(yè)、中小企業(yè)都能加入到同一個(gè)機(jī)構(gòu)或者組織中去，共同進(jìn)行研發(fā)、突破、培訓(xùn)、共享，以及信息和創(chuàng)新紅利的分享。

日本提出以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)為核心的協(xié)同制造發(fā)展策略。事實(shí)上，日本的智能生產(chǎn)起步很早，在上世紀(jì)70、80年代，日本就提出柔性制造FMS（Flexible Manufacturing System）。1989年，日本率先提出了智能制造系統(tǒng)IMS（Intelligent Manufacturing System）的概念，主要關(guān)注工廠內(nèi)部系統(tǒng)智能化，并沒有加入互聯(lián)網(wǎng)因素。2015年起，日本開始發(fā)力智能制造。2015年1月發(fā)布“新機(jī)器人戰(zhàn)略”，其三大核心目標(biāo)分別是世界機(jī)器人創(chuàng)新基地、世界第一的機(jī)器人應(yīng)用國家及邁向世界領(lǐng)先的機(jī)器人新時(shí)代。2015年10月，日本設(shè)立IoT推進(jìn)組織，推動(dòng)全國的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)開發(fā)和商業(yè)創(chuàng)新。之后，由METI（日本經(jīng)濟(jì)貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省）和JSME-MSD（日本機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）發(fā)起產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈計(jì)劃，基于寬松的標(biāo)準(zhǔn)，支持不同企業(yè)間制造協(xié)作。2016年，日本提出IVR，開始推動(dòng)信息技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并發(fā)布相應(yīng)的體系架構(gòu)。

通過觀察，朱敏發(fā)現(xiàn)一個(gè)趨勢(shì)和動(dòng)向：即各國在推動(dòng)本國制定的戰(zhàn)略的同時(shí)，也在積極開展合作。比如美國和德國在積極對(duì)接后，提出工業(yè)4.0平臺(tái)和IVC進(jìn)行合作，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為彼此的架構(gòu)是相互呼應(yīng)的，可以融合發(fā)展，在一系列產(chǎn)品解決方案、參考架構(gòu)對(duì)接和標(biāo)準(zhǔn)化工作方面進(jìn)行全方位的合作。此外，德國在對(duì)各國智能制造戰(zhàn)略進(jìn)行系統(tǒng)性研究后，明確了自己的國際化戰(zhàn)略。即不管是對(duì)美國還是對(duì)中國，一方面強(qiáng)調(diào)通過貿(mào)易和設(shè)備供應(yīng)的方式，與不同國家進(jìn)行合作；另一方面又非常強(qiáng)調(diào)在技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)上以“我”為主，強(qiáng)化合作。

除了國家以外，企業(yè)也在進(jìn)行積極的探索。例如相當(dāng)一部分的傳統(tǒng)制造業(yè)基于傳統(tǒng)制造能力的優(yōu)勢(shì)，著重提升數(shù)字化的能力，推動(dòng)智能制造。西門子早早著手智能制造的推進(jìn)，依托自己在裝備和自動(dòng)化技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，通過合作、并購不斷補(bǔ)齊數(shù)據(jù)、軟件等信息技術(shù)的短版，打造了一個(gè)全面化智能制造解決方案體系。這是非常傳統(tǒng)經(jīng)典的提升路徑。還有一些老牌裝備企業(yè)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)重構(gòu)生產(chǎn)體系，推動(dòng)智能制造。以GE為例，通過構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)Predix ，將傳統(tǒng)層級(jí)制造體系轉(zhuǎn)化為以平臺(tái)為核心的網(wǎng)絡(luò)制造體系，通過開放平臺(tái)，引入產(chǎn)業(yè)合作力量，塑造產(chǎn)業(yè)競爭新優(yōu)勢(shì)。這是非典型的工業(yè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑。還有一些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)通過引發(fā)產(chǎn)品變革乃至顛覆原有產(chǎn)業(yè)形態(tài)，來推動(dòng)智能制造。以谷歌為例，其不斷將其互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和思維傳遞至工業(yè)領(lǐng)域，促進(jìn)工業(yè)企業(yè)推出智能化產(chǎn)品，并使得原來以產(chǎn)品銷售為核心的產(chǎn)業(yè)形態(tài)轉(zhuǎn)化為以智能服務(wù)為核心的新形態(tài)。

總而言之，無論是國家也好，還是企業(yè)也好，整個(gè)智能制造發(fā)展呈現(xiàn)兩大路徑。一種是從下到上的路徑，是對(duì)實(shí)體的信息化。由內(nèi)及外，漸進(jìn)、改良、升級(jí)，生產(chǎn)系統(tǒng)的智能化，推進(jìn)的主體是工業(yè)企業(yè)。另一種是從上到下的路徑，強(qiáng)調(diào)信息的實(shí)體化。由外及內(nèi)，變革、顛覆、重構(gòu)，商業(yè)系統(tǒng)的智能化，推薦主體是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。目前，兩種路徑都存在，但較為活躍的是第二條路徑。

我國智能制造發(fā)展情況

朱敏認(rèn)為，中國在整個(gè)智能制造發(fā)展過程中，無論是政策、標(biāo)準(zhǔn)，還是產(chǎn)業(yè)生態(tài)都是在有體系地推進(jìn)，并且已經(jīng)取得一些成果。比如在模式創(chuàng)新方面，已經(jīng)有206個(gè)智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目；在標(biāo)準(zhǔn)研制方面，有188項(xiàng)智能制造國家標(biāo)準(zhǔn)研制；在產(chǎn)業(yè)突破方面，有304個(gè)智能制造專項(xiàng)行動(dòng)。

在中國智能制造的推進(jìn)過程中，我國的配套政策也在不斷出臺(tái)。2015年5月8日，《中國制造2025》【國發(fā)〔2015〕28號(hào)】發(fā)布，提出培育智能監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程診斷管理、全產(chǎn)業(yè)鏈追溯等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用；加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃與布局，建設(shè)低時(shí)延、高可靠、廣覆蓋的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。2015年7月1日，《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》【國發(fā)〔2015〕40號(hào)】發(fā)布，提出鞏固網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)……研究工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，構(gòu)建開放式國家創(chuàng)新試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)。2016年3月17日，《國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要》發(fā)布，提出加強(qiáng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施建設(shè)、技術(shù)驗(yàn)證和示范推廣，推動(dòng)“中國制造+互聯(lián)網(wǎng)”取得實(shí)質(zhì)性突破。2016年5月13日，《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》【國發(fā)〔2016〕28號(hào)】發(fā)布，提出強(qiáng)化融合發(fā)展基礎(chǔ)支撐……加快構(gòu)筑自動(dòng)控制與感知、工業(yè)云與智能服務(wù)平臺(tái)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等制造新基礎(chǔ)。2016年7月27日，《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》發(fā)布，提出加快實(shí)施《中國制造2025》，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展。2017年10月30日，《深化“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)”發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的指導(dǎo)意見》發(fā)布，提出“三步走”目標(biāo)和323行動(dòng)，全面部署推進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

同時(shí)，地方政府也在積極配合，紛紛結(jié)合自身地方特點(diǎn)進(jìn)行路徑探索。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前各地出臺(tái)智能制造相關(guān)政策145項(xiàng)，投入地方財(cái)政資金37.5億元，支持了智能制造相關(guān)項(xiàng)目2709個(gè)；在市場(chǎng)度較高的地區(qū)，龍頭企業(yè)發(fā)揮了重要作用，積極推進(jìn)機(jī)器換人、生產(chǎn)線改造和裝備企業(yè)發(fā)展。此外，一些先進(jìn)發(fā)達(dá)地區(qū)開始嘗試創(chuàng)新中心建設(shè)，進(jìn)行相關(guān)技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化。在產(chǎn)業(yè)聚合方面，一批產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正在發(fā)揮重要作用。在整個(gè)實(shí)踐探索領(lǐng)域，中國智能制造是并聯(lián)式路徑的實(shí)施。

最后，朱敏總結(jié)說：智能化生產(chǎn)、服務(wù)化延伸、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制應(yīng)用模式的智能制造是全球共同關(guān)注的焦點(diǎn)。因?yàn)椴煌瑖摇⒉煌髽I(yè)由于基礎(chǔ)情況和優(yōu)勢(shì)能力的區(qū)別，形成了各具特色的發(fā)展模式，整體上呈現(xiàn)出兩大路徑——自下而上和自上而下。創(chuàng)新中心在技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化中發(fā)揮重要作用，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建重要載體。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造關(guān)鍵基礎(chǔ)，是兩大路徑的交匯點(diǎn)。