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智能制造發展現狀及企業實現的關鍵因素

發展智能制造不僅是我國產業轉型升級的突破口,也是重塑制造業競爭優勢的新引擎,是制造業的未來方向。
發布時間:2015-09-29 10:37        來源:賽迪網        作者:北京機械工業自動化研究所

當前,新科技革命和產業變革正在興起,全球工業技術體系、發展模式和競爭格局迎來重大變革。發達國家紛紛出臺以先進制造業為核心的“再工業化”國家戰略:美國大力推動以“工業互聯網”和“新一代機器人”為特征的智能制造戰略布局;德國“工業4.0”計劃的提出旨在通過智能制造提振制造業競爭力;歐盟在“2020增長戰略”中提出重點發展以智能制造技術為核心的先進制造;日本、韓國等制造強國也提出相應的發展智能制造的戰略措施,可見,智能制造已經成為發達國家制造業發展的重要方向,成為各國發展先進制造業的制高點。我國在2015年推出的“中國制造2025”戰略中也強調了智能制造的重要性。發展智能制造不僅是我國產業轉型升級的突破口,也是重塑制造業競爭優勢的新引擎,是制造業的未來方向。

一、智能制造國際發展的現狀

智能制造是以新一代信息技術為基礎,配合新能源、新材料、新工藝,貫穿設計、生產、管理、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。

20世紀80年代末,信息技術尚未對人類生產生活造成巨大影響之時,智能制造的概念就已經在歐美日等發達國家被提出。進入新世紀之后,實現智能制造的技術和成本條件成熟,并且,隨著資源環境壓力加大、勞動成本上升等制造業制約因素的增強,智能制造市場近年來在全球出現了爆發增長并呈現新的特征。

主要發達國家智能制造發展概況

國際金融危機之后,為了刺激本國經濟增長,重新塑造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”、德國的“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。   

美國:以智能制造彌補勞動力成本劣勢。美國為重振本國制造業,密集出臺了多項政策文件,對未來的制造業發展進行了重新規劃,體現了美國搶占新一輪技術革命領導權,通過發展智能制造重塑國家競爭優勢的戰略意圖。

德國:工業4.0構建智能生產系統。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。

在工業4.0階段,新型的智能工廠基于信息物理系統并借助社交網絡,可實現自然的人機互動,這將重塑傳統制造工廠模式下人與生產設備之間操控與被動反應的機械關系。為達此目的,需要在制造裝備、原材料、零部件及生產設施上廣泛植入智能終端,借助物聯網不僅可實現終端之間的實時互動,自動信息交換,自動觸發行動,而且可實施獨立控制,對生產進行個性化管理。人還可以通過遠程控制系統,對生產系統加以調控,可使從業人員的工作與家庭生活之間的關系更為協調。

構建嵌入式制造“智能生產”系統。在構建工業生產的各種要素中,除了傳統的土地、勞動、資本、企業家等要素之外,數據將成為一種重要的甚至是影響全局的生產要素。依托于信息物理系統,智能工廠生產出可實時生成數據的“智能產品”,形成大數據系統。大數據經過實時分析與歸總后,形成“智能數據”,經過可視化和互動式加工,向智能工廠反饋產品和工藝流程的實時優化方案,從而形成“智能工廠—智能產品—智能數據”閉環,驅動生產系統走向智能化。而這一切的實現,依賴于云技術等互聯網基礎設施的建設和應用。智能工廠和智能產品構成嵌入式制造系統,該系統的特點是:企業間的業務流程構成橫向價值鏈,企業內部的運營流程構成縱向價值網絡,終端到終端技術實現橫向和縱向的整合。在智能工廠的基礎上,通過物聯網和服務聯網,將智能交通、智能物流、智能建筑、智能產品和智能電網等相互連接,以新型工業化實現經濟社會系統的全面智能化。

英國:重構制造業價值鏈。2008年的國際金融危機中,曾一度推行去工業化戰略的英國實體經濟遭受沉重打擊,迫使英國政府重新摸索重振制造業的方法。為增強英國制造業對全球的吸引力,英國政府積極推進制造基地建設,面向境外企業進行招商。2011年12月,英國政府提出“先進制造業產業鏈倡議”,支持范圍不僅包括汽車、飛機等傳統產業,還包括在全球領先的可再生能源和低碳技術等領域,政府計劃投資1.25億英鎊,打造先進制造業產業鏈,從而帶動制造業競爭力的恢復。

日本:鞏固“機器人”大國地位。早在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、分布智能系統控制等。日本機器人在制造業工廠迅速普及,八大汽車制造商都廣泛采取智能制造技術,注重自動化、信息化與傳統制造業的融合發展,通過計算機軟硬件技術將自動化制造系統有機集成起來。

二、我國推動智能制造的主要瓶頸

我國工業化起步晚,技術積累相對落后,先進技術的產業化能力也與發達國家存在顯著差距,致使國產智能制造產品和系統的發展同時面臨技術和市場的瓶頸。

關鍵零部件受制于人,導致國產智能制造裝備價格倒掛,缺乏競爭力。以智能制造最核心的裝備——工業機器人為例,目前我國精密減速機、控制器、伺服系統以及高性能驅動器等機器人核心零部件大部分依賴進口,而這些零部件占到整體生產成本70%以上。其中,精密減速器75%的份額被日本壟斷,國內高價購買占到生產成本的45%,而在日本僅為25%,我國采購核心零部件的成本就已經高于國外同款機器人的整體售價,在高端機器人市場上根本無法與國外品牌競爭。絕大多數國內機械零部件企業都只能生產低端產品,不能夠滿足高端智能裝備產業發展的要求,而這些產業的升級遠比組裝裝配環節的制造業要困難得多,需要的時間也更漫長。短期內,我國智能制造裝備產業的發展仍然需要采購國外零部件,但必須降低進口部件采購成本,實現采購渠道的穩定和多元化。

軟件系統發展滯后。長期以來,我國重硬件制造、輕軟件開發的思維十分普遍,智能制造裝備生產企業的軟件技術積累嚴重不足。智能制造基礎軟件系統的開發仍十分匱乏,國產數控機床、機器人等高端產品還大量使用國外軟件系統,在跨國公司布局智能制造裝備模塊化生產和操作系統研發時,我國的智能制造裝備產業將面臨基礎操作系統缺失的風險。

跨國公司壟斷勢力擠壓國內企業發展空間。當前,全球智能制造產業的壟斷勢力已基本形成,雖然我國成為全球最大的智能制造裝備的需求市場,但70%以上的市場份額被幾家國際巨頭所占據,高端市場的90%依賴進口,國內還沒有一家具有全球影響力的智能制造企業。近年來,隨著我國工業機器人等智能裝備市場的增長提速,跨國公司加快了在國內的戰略布局,以合資或獨資形式在我國經濟發達地區建設工廠,雖然對帶動我國智能制造產業的發展和技術進步起到一定的作用,但同時也進一步擠壓國內自主品牌企業的市場空間。

三、我國智能制造的發展之路

新科技革命為我國發展智能制造及相關產業帶來重大機遇,我們應把握“機會窗口期”,積極總結和借鑒國外先進經驗,以智能制造為突破口,推動我國產業技術升級,實現制造業競爭優勢由傳統要素優勢向技術優勢的轉型。

將基礎系統軟件的開發和標準的制定納入到頂層設計中。未來智能制造的發展將圍繞軟件系統展開,作為國產軟件推進智能制造的重要支撐,北京機械工業自動化研究所也將充分發揮自身優勢,幫助企業由傳統制造向服務化轉型,為用戶提供一整套的系統解決方案。

我國之所以要從國外進口高端裝備和成套生產線,一個重要原因就是缺乏自主工藝數據庫和專家系統,這是我國發展智能制造產業的短板。因此,必須重視基礎軟件系統和標準的制定工作,形成自主的智能制造產業制高點,避免在硬件制造中再次受制于國外操作系統。

加強關鍵核心技術攻關,打造國產機器人自主品牌。我國的機器人產業起步較晚,由于發展階段、條件和目標不同,機器人產業很難也不能再走傳統“市場換技術”的老路。將來應大力推動核心關鍵技術的攻關項目,加強對技術研發成果的知識產權保護工作。同時,培育具有國際影響力的機器人骨干企業,發展一批創新力強的中小型企業,提升國產自主品牌的國際競爭力。

大力培養技能工人,注重利用全球人才資源。從美國的《重振美國制造業框架》到《先進制造業伙伴計劃》,再到《先進制造業國家戰略計劃》,都把提高勞動者素質作為重要的政策內容,通過對工人進行培訓提高其勞動技能,以適應先進技術發展的需要。我國也要大力發展滿足智能制造要求的職業技能教育和培訓,以不斷適應制造業變革所需要的技能要求,同時還要吸引全球制造業人才,尤其是高層次人才,利用全球人才資源發展中國智能制造。

完善落實相關配套政策,大力鼓勵技術創新。美日歐等發達國家的先進制造業都獲得了政府的大力扶持,財政資金也大量向研發創新傾斜。例如,日本在2006~2010年間為了攻克關鍵的服務機器人技術每年投入1000萬美元,美國聯邦政府當前對每個制造業創新研究資助7000萬美元至1.2億美元。為扶持智能制造產業的發展,我國也應從多個方面完善落實相關配套政策:加大財政和稅收方面的扶持力度,建立智能機器人研發風險準備金,激發制造業企業創新活力;加大對國產智能制造裝備的政府采購,給予這個幼稚產業一定的保護期;在部分地區、部分行業開展智能制造試點示范,探索新模式、新方法,并逐步推廣普及。

 

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