英美德智能製造發展及啟示

　　 製造業的數字化、網路化、智能化發展正在改變產業結構的調整和人們製造產品的方式。在此背景下，全球正掀起新一波自動化技術熱潮，越來越多國家加入這場熱潮，英國政府推出了「高價值製造」戰略，美國推出了「工業互聯網」概念、德國提出了「工業4.0」戰略來推進位造智能化的發展。 一、世界先進國家智能製造發展路徑 （一）英國--「高價值製造」戰略 英國是世界上第一個發生工業化革命的國家，工業為英國帶來了諸多社會財富和經濟財富。然而，隨著全球化、國際金融危機、過度依賴服務業等問題的出現，以製造業為主的工業開始下滑，國家經濟受到巨大衝擊。為促進位造業迴流，搶佔製造業新的制高點，力保「世界工廠」和「現代工業革命的搖籃」的美譽，英國政府試圖將已經轉移到其他國家的工廠、生產線和業務搬回本國，並推出了「高價值製造」戰略，希望鼓勵英國企業在本土生產更多世界級的高附加值產品，以加大製造業在促進本國經濟增長中的作用。目前，「高價值製造」戰略已進行到第二期（2012-1015年）。　　應用先進的技術和專業知識，以創造能為英國帶來持續增長和高經濟價值潛力的產品、生產過程和相關服務被稱之為「高價值製造」。 英國政府推出了系列資金扶持措施，保證高價值製造成為英國經濟發展的主要推動力，促進企業實現從設計到商業化整個過程的創新：在高價值製造創新方面的每年直接投資翻番，約5000萬英鎊；重點投資能保證英國在全球市場中佔據重要地位的技術和市場；列出了22項「製造業能力」標準作為投資依據，以此衡量某項投資的價值性；投資高價值製造彈射創新中心,為需要進行全球推廣的企業提供尖端設備和技術資源；開放知識交流平台，包括知識轉化網路、知識轉化合作夥伴、特殊興趣小組、高價值製造彈射創新中心等，幫助企業整合最佳創新技術，打造世界一流的產品、過程和服務。　　在2013-2014年期間，英國資助了14個創新中心、特殊興趣小組等機構的建設，涉及領域包括：生物能源、智能系統和嵌入式電子、生物技術、材料化學等等。 （二）美國--「工業互聯網」 美國是國際智能製造思想的發源地之一，美國政府高度重視智能製造的發展，並把它作為21世紀佔領世界製造技術領先地位的基石。從上世紀90年代開始，美國國家科學基金(NSF)就重點資助有關智能製造的多項研究，項目覆蓋了智能製造的絕大部分，包括基於多施主(multi-agent)的智能協作求解、智能並行設計、物流傳輸的智能自動化、製造過程中的智能決策等。2005年，美國國家標準與技術研究所(NIST)提出了「智能加工系統(smart machining system，SMS)」研究計劃。 之後的幾年中，美國不斷推陳出新。2011年，美國總統奧巴馬宣布實施包括工業機器人在內的先進位造聯盟計劃，立即得到同日由美國智能製造領導聯盟發布的《實現21世紀智能製造報告》的積極響應。報告描繪了該領域未來的發展藍圖，確定十大優先行動目標，意在通過採用21世紀的數字信息技術和自動化技術，加快對20世紀的工廠進行現代化改造，以改變傳統的製造方式提高經濟、效率和競爭力方面的多重效益。 2012年，「創客運動」憑藉准入門檻低、創新快、創新精神強烈的優勢蓬勃興起，推動了互聯網和製造業的融合。鑒於創客運動的巨大影響，自2012年奧巴馬政府上台開始，開展了一個新項目，將在未來四年內將「創客空間」引入美國1000所學校，配備激光切割機和3D印表機等數字製造工具。今年6月18日，美國白宮首次舉辦了創客嘉年華，奧巴馬出席活動並宣布了由白宮主導的推動創客運動的整體措施，包括：一是支持由創客（Maker）創立的初創企業及新型僱傭關係，超過13個政府機構以及Etsy、Kickstarter、Indiegogo、Local Motors等企業會向創客提供一系列的支持服務。二是大幅提升學生成為創客的機會。美國教育部及5個機構將與150所以上的大學、130間以上的圖書館以及Intel、Autodesk、Disney、Lego、3D System、MAKE﹝Maker Media﹞等主要企業一同參與創立更多的創客空間（Maker Space），增加教導創作的教育者，使學生更容易找到管道接觸實現自己發想的工具或是指導。三是邀請創客解決大眾的迫切問題。向開發支持患者醫療新器材、參與宇宙開發、以及在國內外開發以低成本改善世界各處弱勢族群生活的技術的創客們尋求協助。 同時，美國通用電氣公司（GE）在世界各地大力推動他們關於產業設備與IT融合的新理念--「工業互聯網」，將其定位為一場新的「革命」，旨在通過高功能設備、低成本感測器、互聯網、大數據收集及分析技術等的組合，大幅提高現有產業的效率並創造新產業，並計劃未來三年在工業互聯網上投入15億美元。目前，GE公司在工業互聯網方面開展了三項主要行動：一是推動大數據與分析平台。為了研發出適應大數據時代的工業互聯網，GE準備與AWS共同開發「Predictivity」平台。通過GE Predictivity服務，航空公司、電力公司將能夠在雲中管理、運營噴氣發動機和燃氣槍機等機器，從而減少故障、停機時間，提高生產率，讓工業運營從被動的應對模式轉向預測模式。二是提升軟體、分析及雲計算技術能力。通過與埃森哲、亞馬遜、Pivotal、AT&T、思科、英特爾等公司共同合作開發的方式，提升軟體、分析和雲能力。三是針對行業特點推出工業互聯網產品。目前該公司已經推出24種工業互聯網產品。 （三）德國--「工業4.0」 德國經濟增長的動力主要來源於製造業的發展，是全球製造業中最具競爭力的國家之一。在新時代發展壓力下，為進一步增強國際競爭力，確保德國製造的未來，德國政府提出了「工業4.0」戰略。 「工業4.0」概念誕生於2005年德國人工智慧研究中心開發的Smartfactory成立之際，其最終目的是在工業生產過程中實現人工智慧技術以及網路技術的廣泛應用。2011年德國政府將上述目的定位為一項高科技技術戰略，並取名為「工業4.0」。在2014年4月的漢諾威工業博覽會上，「工業4.0」成為了大會的主題。德國「工業4.0」戰略的核心內容可概括為：建設一個網路、研究兩大主題、實現三項集成。 建設一個網路：信息物理系統網路。信息物理系統包括了智能機器、倉儲系統以及生產設備的電子化，並基於通信技術將其融合到整條網路，涵蓋內部物流、生產、市場銷售、外部物流以及延伸服務，並使得他們相互之間可以進行獨立的信息交換、進程式控制制、觸發行動等，以此達到全部生產過程的智能化。CPS可以將資源、信息、物體以及人緊密聯繫在一起，從而創造物聯網及服務互聯網，並將生產工廠轉變為一個智能環境。這是實現工業4.0的基礎。 研究兩大主題：智能工廠和智能生產。「智能工廠」的側重點在於智能化的生產過程及其系統集成，最終實現生產設施的網路化和分散式。「智能生產」的側重點在於將人機互動、智能物流管理、3D列印等先進技術應用於整個工業生產過程，從而形成高度靈活、個性化、網路化的產業鏈。生產流程智能化是實現工業4.0的關鍵。 實現三項集成：橫向集成、縱向集成與端對端的集成。「橫向集成」是企業之間通過價值鏈以及信息網路所實現的一種資源整合，是為了實現各企業間的無縫合作，提供實時產品與服務；「縱向集成」是基於未來智能工廠中網路化的製造體系，實現個性化定製生產，替代傳統的固定式生產流程(如生產流水線)；「端對端集成」是貫穿整個價值鏈的工程化數字集成，是在所有終端數字化的前提下實現的基於價值鏈與不同公司之間的一種整合，這將最大限度地實現個性化定製。 同時，「工業4.0」戰略提出將通過8項行動來保障「工業4.0」的實現，包括：標準化和參考架構、管理控制系統、為工業建立全面寬頻的基礎設施、安全和保障、工作的組織和設計、培訓和持續的專業發展、監管框架、資源利用效率。 二、經驗與啟示 網路智能製造是中國製造的未來，是中國製造業調整結構、轉變發展方式的新機遇和新挑戰，也是中國製造跨越的關鍵核心所在。上述世界先進國家對未來製造業發展和相關問題的戰略布局和對策，對同為製造大國的中國而言，值得我們高度關注並認真借鑒。 （一）著力推進信息化和工業化深度融合，打造製造業升級版 為保持本國製造業領域領先地位，美、英、法、德、日等國都確定了適合本國國情的國家戰略，爭奪新一輪技術與產業革命的話語權。如德國立足製造業這一傳統優勢，在吸收美國提出的cps概念的基礎上，將實現的願景建立在已證明有效的現有體制、機制和技術上升級改造，特別提出了「工業4.0」戰略，其目的就是要爭奪話語權，為德國的新技術與產品出口創造機會。 美國的「工業互聯網」、德國的「工業4.0」與我國提出的兩化深度融合戰略有很多相似之處。雖然我國兩化融合和兩化深度融合概念已經提出已久，但戰略設計、組織保障、發展方向等方面的認識還沒有達到一定水平，還沒有上升到爭奪全球產業革命的話語權的高度去規劃設計。我們必須向德國、美國學習，立足充分發揮中國製造業的現有優勢，深刻認識和把握製造業發展新趨勢，深入實施創新驅動發展戰略，大力推進信息化和工業化深度融合，打造製造業升級版。並且，整合世界先進國家在工業和科技創新方面的資源，加大創新性改造，積极參加國際性戰略研究，力爭在全球建立自身的話語權。 （二）開展智能製造重大專項工程，探索應用發展模式 目前，越來越多的國家意識到，信息技術的發展和應用正以前所未有的廣度和深度，加快推進位造業生產方式、發展模式的深刻變革。組織實施智能製造是提高生產效率、產品質量、產業鏈價值和核心競爭力的必由之路。當前，我國在智能測控、數控機床、機器人、新型感測器、3D列印等領域，初步形成完整的產業體系。但總體看，我國製造業發展仍然以簡單地擴大再生產為主要途徑，通過智能產品、技術、裝備和理念改造提升傳統製造業的任務艱巨而迫切。建議以推廣普及智能工廠和智能製造模式為重點，分領域組織實施智能製造推進工程。加強技術攻關，選擇電子、汽車、機床、航空、機械、紡織、冶金、石化等重點行業，通過兩化深度融合、工業轉型升級、智能製造裝備發展、物聯網等專項，圍繞推廣普及智能製造單元-智能車間-智能工廠-智能製造系統，組織開展裝備智能升級、工藝流程再造、基礎數據共享、遠程診斷維護等試點，探索應用模式，形成一系列成熟的可複製推廣的應用模板，推動製造業向智能化發展轉型。 （三）加強標準規範制定和推廣，促進跨界互聯互通 德國把標準化排在為推進工業4.0需要在關鍵領域採取的8項行動的首位，工業4.0工作組還建議在工業4.0平台下成立一個工作小組，專門處理標準化和參考架構的問題。為此，2013年12月，德國電氣電子和信息技術協會發表了「工業標準化路線圖」。在我國，信息化和工業化的深度融化提速促使標準規範不一致的問題日益突出。工業領域缺乏行業性的智能製造標準規範，企業在跨系統、跨平台集成應用時面臨很多複雜的技術難題，有的甚至需要推倒重來。 未來，我國在推進兩化深度融合的具體實踐中，應高度重視標準在工業轉型升級、兩化深度融合戰略和戰略性新興產業發展中的引領作用，及時制定出台兩化深度融合標準化路線圖。組織有實力的企業聯合行業協會、科研院校、專業機構等行業資源共建產業發展聯盟，推動行業標準制定和升級，實現行業間網路、技術等互聯互通。在國內加強標準化研究的同時，還要努力推進標準的國際化建設，使中國設立的標準走向世界，得到國際上的廣泛支持和應用，以奪取戰略性新興產業發展的全球制高點。 （四）多方聯動推動製造業的智能化、網路化、創新發展 美國成立了工業互聯網聯盟，該聯盟是一個開放性的會員組織，由企業、研究人員和公共機構組成，意在為企業和高校研究人員創建互聯網工業應用的標準和最佳樣本提供框架支持。自2014年4月成立以來已擁有超過50名成員，其中包括AT&T、思科、通用電氣、英特爾和IBM等多家科技巨頭，並且已多個重大項目正在實施中 。同樣，德國「工業4.0」的提出得益於「官產學研」各方面的支持。德國聯邦政府已責成教育和研究部與經濟部牽頭共同推進該戰略，在《高技術戰略2020》框架下先期投資2億歐元。在「智能工廠」項目中有從西門子、博世力士樂到菲尼克斯電氣等知名企業，有隆德大學、凱澤斯勞滕工業大學、弗勞恩霍夫研究所等科研機構，歐盟、德國聯邦教育和研究部等也在推動者名單上顯而易見。 我國應充分吸收和借鑒發達國家「官產學研用」的多方聯動模式，抓住工業轉型升級的關鍵環節，通過引導和支持企業與高校、科研院所聯合，將政府的創新資源和戰略、高校研究機構的成果和企業的生產能力有機結合起來。以市場應用為導向，選擇重點行業和關鍵技術領域進行試點，以行業骨幹企業為龍頭，聯合科研實力雄厚的大學和科研機構，組建多種形式的產學研研發聯盟，開展新產品、新技術、新工藝研究開發和應用推廣項目，通過優勢互補、協同創新，開展聯合攻關，風險共擔和利益共享，共同發展的產學研聯盟，推動產學研合作由短期合作、鬆散合作、單項合作向長期合作、緊密合作、系統合作的轉變。
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