从“制造” 到“智造”: 变革, 困境和举措

从“制造” 到“智造”: 变革, 困境和举措内容摘要：

内 部 资 料 领 导 参 阅 第 24 期 （总第 271 期） 许昌市科学技术情报研究所 二Ｏ一五年十二月二十五日 　 从“制造”到“智造”：变革、困境和举措 杜人淮 2013 年 4 月德国推出以智能制造为主导的“工业 4.0”后， 一场被称之为“第四次工业革命”或“智能化工业革命”的浪 1 潮席卷全球。顺应这一潮流我国启动了制造强国战略，经 过前期充分准备和酝酿， 2015 年 5 月国务院发布了《中国 制造 2025》，为扭转我国制造业“大而不强”和迈向“制造强 国”明确了新的发展路线图；通过进一步实施《中国制造 2025》、 《中国制造 2035》、 《中国制造 2045》等行动纲领， 到建国一百周年时把我国打造成全球领先的制造强国。为 了更好落实制造强国战略， 2015 年 6 月成立了国家制造强 国建设领导小组。我国推出的制造强国战略，智能制造被 确立为主攻方向和突破口，加快推动制造业由传统制造向 智能制造转型升级，着力打造“中国制造”升级版——智能制 造。 一、从“制造”到“智造”：制造业转型升级的新—轮变革 制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强 国之基。近年来，我国制造业发展面临前所未有的挑战， 加快“中国制造”到“中国智造”迈进，是推动制造业转型升 级的当务之急。按照德国划分标准，制造业发展先后经历 四个阶段：工业 1.0—— 机械化，以机械替代人力；工业 2.0—— 电气化，以电力推动机械；工业 3.0—— 自动化， 以电脑替代人脑；工业 4.0—— 智能化，实现智能制造。 2 “智造”是把云计算、物联网、大数据等新一代信息技术，贯 穿于设计、生产、管理、服务等制造生命周期各环节。具有信 息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的 先进制造过程、系统和模式的总称：以智能工厂为载体， 以全流程的智能化为切入点，以端对端的数据流为基础， 以网络互联为支撑是智能制造主要特征。可见，“智造”不 等同于数字化，也不等同于自动化，它是制造业转型升级 的新一轮变革。 1．传统单纯制造技术向信息技术与制造技术融合转变 从“制造”向“智造”转型升级，是新一代信息技术与制 造技术深度融合的过程。为此，《中国制造 2025》把推进信 息技术和制造技术深度融合放在第一位，强调需要着力发 展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型 生产方式，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化 水平。提高制造智能化水平过程，是新一代信息技术与制 造技术深度融合过程。新一代信息技术的产生及其在制造 领域广泛应用，为智能化制造提供了有力技术支撑，集机 械技术、计算机技术、自动控制技术、虚拟化技术、大数据、 工业互联网、3D 打印等高新技术于一体，重构制造业技术 3 体系，其中，融合现代计算机技术、自动化技术、传感技术、 智能化感知技术、人机交互技术、模糊控制技术、人工神经 网络技术和智能控制软件等“智造”装备，将实现设计过程、 制造过程智能化；有机植入新材料技术、数字技术和智能 技术等产品，从根本上改变产品功能和性能，将提高产品 的智能化水平；基于信息物理系统、传感型智能机器人等 技术的智能工厂，将使简单重复和一般技能劳动被智能装 备和智能生产所替代。用新一代信息技术对制造业自动化 系统进行改造，不仅使制造企业自动化系统结构更为合理 而且智能化水平更高，从而使自动化系统的控制和管理更 加方便和高效。 现代制造不是传统意义上的“加工制作”，而是指产品 形成过程中相关操作及相关活动的集合，包括开发设计、 工程制图、技术和工艺准备、加工、装配、质检、生产管理和 服务等产品制造生命周期的一系列环节。因而推动“制造” 向“智能”转型，需要在产品研发设计、生产制造、经营管理、 销售服务等全流程综合集成应用信息技术，特别是新一代 信息技术，也就是要将人工智能技术、机器人技术和数字 化制造技术等技术相结合的“智造”技术贯穿于设计、加工、 4 组装、管理和服务等制造各环节。一是将信息技术融入设计 环节，创新智能化研发设计手段、研制开发智能产品；二 是将信息技术融入生产环节，发展智能装备，建设智能工 厂，推动加工、总装、涂装等生产线智能化；三是将信息技 术融入管理和服务环节，发展智能管理和服务手段，推动 智能化管理和服务。 2．传统大批量标准化生产向小批量定制化生产转变 从“制造”向“智造”转型升级，是实现制造模式由传统 大批量标准化生产向小批量定制化生产变革，从而及时、 灵活、有效地满足市场多样化个性需求的过程。现代科技发 展使产品的复杂化程度越来越高，社会经济不断发展和人 们生活水平不断提高，使产品需求层次呈现多样化趋势， 传统大批量标准化生产越来越难以满足现代市场的多样化 个性需求。市场环境稳定、产品结构单一、大批量标准化生 产的传统生产制造模式，是基于传统卖方市场要求，目标 是为了提升企业生产率，以解决不断增长的产品需求和生 产效率低下的矛盾。随着卖方市场向买方市场的转变，制 造业面临的主要矛盾演变为日益多样化的产品需求与生产 制造灵活性低下的矛盾。为了解决这一矛盾，制造业需要 5 更多考虑如何适应市场多样化个性需求问题。因而推动传 统大批量标准化生产向小批量定制化生产转变，是“制造” 向“智造”转型升级的必然要求。 面对激烈而复杂的市场竞争环境，基于提高生产效率 的传统模式，已无法满足现有市场多样化个性需求，也越 来越难以在激烈竞争市场中获取战略先机。而“智造”不仅 可通过提高制造系统的自动化水平和柔性化，提高制造生 命周期各环节的智能化水平，使生产制造系统具有更完善 和更灵活的判断与适应能力，按用户需求进行单件或小批 量定制化生产；而且可通过云计算、大数据、互联网、物联 网等在信息的强力支持下，以及制造商、服务商、用户等基 于开放共享网络平台的互动，彻底解决企业内部生产灵活 性和市场多样化、个性化需求等问题，促进制造商用单件 小批量定制化生产取代大批量标准化流水线生产，确保制 造企业能在激烈市场竞争中求得生存和发展，确保制造企 业实现利润最大化目标。 3．传统集中控制模式向高度分布式控制模式转变 从“制造”向“智造”转型升级，还是实现传统集中控制 模式向高度分布式控制模式转变。随着制造企业计算机运 6 算能力的不断加强、网络信息技术的不断发展，工厂、车间 及机器等智能化程度的不断提高，特别是智能工厂、智能 车间和智能机器等运营而生，制造企业的传统集中控制模 式逐步被高度分布式控制模式取代。在这种高度分布或‘智 造”环境中，智能工厂、智能车间、智能机器等在没有中央 调度和控制系统状况下可直接接收用户生产请求，有关车 间、机器也可直接通过智能化技术协商和分配生产任务。如 果某车间或机器一旦发生故障，则可向其它相关车间或机 器请求帮助，以完成相关生产任务，确保不耽误对用户的 供货，保证企业信誉和市场竞争力。企业制造工程师及车 间管理人员等专业人员的职责，主要是解决智能车间、机 器等不能解决的难题，而不是对车间、机器等进行控制。 高度分布式控制模式下，制造工程师和管理人员基于 Intenet 或 web 等用户界面可在任何时间、任何地点实时了 解和掌握制造过程相关数据，以及车间、机器的布置、运行 和故障等状况，从而实现远程调度和远程机器操作，大幅 度提高制造效率和效益。与此相适应，企业的管理体制和 经营方式也必然随之发生变革，即由传统金字塔式管理体 制向扁平化管理体制转变，由传统自上而下集中式经营方 7 式向分散的经营方式转变。实现对计划层、执行层、控制层 的一体化控制，满足多目标和不同条件下的计划排产、调 度和优化等要求，实现企业信息流、控制流、物流和价格的 闭环控制，从而降低企业库存和资金占用，提高生产能力 减少生产脱节时间，使产品制造和服务能够有效地对市场 做出更加灵敏和快速反应，增强企业市场竞争力。 二、实现从“制造”向“智造”转型升级所面临的主要困境 同世界制造业先进水平国家相比，我国制造业“大而不 强”，制造水平相对落后，自主创新能力、信息化程度、产 业结构水平、资源利用效率、质量效益等有非常明显差距。 按照《中国制造 2025》提出的实施“智造”工程目标要求， 到 2020 年，我国制造业重点领域智能化水平显著提升， 试点示范项目运营 成本 降低 30 ％，产品 生产周期 缩短 30 ％，不良品率降低 30 ％；到 2025 年，制造业重点领域 全面实现智能化，试点示范项目运营成本降低 50％，产品 生产周期缩短 50％，不良品率降低 50％。我国实现从“制 造”向“智造”转型升级不仅任务紧迫而艰巨。而且面临诸多 现实挑战和困境。 1．信息技术和制造技术总体水平偏低 8 实现从“制造”向“智造”转型升级，很大程度上受制于 信息技术和制造技术的发展。目前，我国制造领域信息技 术和制造技术总体水平偏低，许多领域远远落后于世界前 沿水平。以制造业自动化水平为例，我国机器人拥有量为 23 台／万工人，德国为 273 台／万工人，日、韩为 300 台 ／万工人。我国是世界第一大机器人市场，机器人市场规 模非常巨大，但研发能力严重滞后，国内 3 ／ 4 机器人市 场已被外资占领。统计数据显示，中国工业机器人市场上 完全国产的不到 20％，其余都是从口本、美国、瑞典、德国、 意大利等 20 多个国家引进的。网络就绪度指 (NRI)—— 衡 量信息技术推动经济发展的 权威 指标， 2012 年我国为 4.03，位居世界第 51 位，2013 年进一步降至 58 位。我国高 端传感器、软件系统等关键核心技术和设备严重依赖进口。 以芯片为例， 2013 年，我国 80 ％芯片依赖进口，总额达 2313 亿美元，同比增长 20.5％，成为我国第一大进口商品。 由于我国新一代信息技术和先进制造技术发展滞后， 中国制造转型升级困难重重，长期处于全球价值链的低端 经济效益极其低下。 2014 年，虽然我国工业增加值达到 22.8 万亿元，占 GDP 的 35.85 ％， 500 多种主要工业产品 9 有 220 多种产量位居世界第一，但工业企业利润同比增幅 只有 3.3％，较上年度放缓 8.9 个百分点；2014 年，我国入 选“财富世界 500 强”企业共 100 家，较 2008 年增加 65 家， 其中制造业企业为 56 家，其数量连续两年成为第二大国， 仅次于美国(130 多家)，但企业的利润极低。我国生产一部 价格为 178.96 美元苹果手机，国内负责组装企业仅能得到 6.5 美元。由于“中国制造”长期处于微利状况，信息技术、 制造技术等自主创新和发展所赖以的经济基础薄弱，很大 程度上又进一步影响和制约“制造”向“智造”的转型升级。 2．制造业发展整体水平低且不平衡 中国制造业发展特别是“