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从智能制造产业发展看“智能+” · 2019-08-01

导语:2019年政府工作报告中指出,要坚持创新引领发展,培育壮大新动能。其中提到,要推动传统产业改造提升,特别是要打造工业互联网平台,拓展“智能+”,为制造业转型升级赋能。

 

一、智能制造产业概述

1. 智能制造产业定义

“智能制造”最早出现在1988年美国P.K.Wright和D.A.Bournede 的《Manufacturing Intelligence》一书中,指出智能制造是利用集成知识工程、制造软件系统及机器人视觉等技术,在没有人工干预条件下智能机器人独自完成小批量生产的过程。

智能制造产业内涵丰富,以高档数控机床、工业机器人、3D打印等为代表的智能制造装备工业,以智能家电、智能汽车、智能穿戴设备为代表的智能制造消费品工业,以及与之相关的个性化定制服务、全生命周期管理、网络精准营销及在线支持服务等生产性服务业,构成了智能制造产业的主体部分。

2. 智能制造的核心构成

智能制造集软件、电子、控制、机械为一体,以智能生产终端为核心,主要由三大方面构成:

(1)“云”:工业大数据及云计算。“中国制造2025”要推动的是智能化和信息化,而非仅仅自动化。自动化设备产生的大量数据通过传感系统等路径,实现采集、反应和预测,形成可行为的大数据(Actionable Data),帮助制造形成从生产到销售的整个闭环。

(2)“网”:工厂内物联网及覆盖产业链整体的工业互联网。目前国内制造业信息化升级,可以采用传感器、RFID、机器视觉、人脸识别等20余种方式来实现工业数据的采集并汇总至中央控制平台,这是打造工厂内物联网及产业链整体互联网的“基石”。

(3)“端”:智能机床、机器人、传感器、机器视觉等智能生产设备,AGV、服务机器人等智能物流设备以及智能制造在其他领域的应用,如新能源汽车、能源互联网、智能制造装备等。智能生产终端是核心,最先受益且业绩弹性巨大。中长期角度来看,智能生产设备后续的竞争力取决于其对硬件与软件结合的能力。

3. 智能制造的产业链

智能制造产业链涵盖智能装备、工业互联网、工业软件及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。

智能制造的主要过程是将智能装备(包括但不限于机器人、数控机床、自动化集成装备、3D打印等)通过通信技术有机连接起来,实现生产过程自动化;并通过各类感知技术(传感器、RFID、机器视觉等)收集生产过程中的各种数据,通过工业以太网等通信手段,上传至工业服务器,在MES/DCS软件系统的管理下进行数据处理分析,并与企业资源管理软件(例如ERP),提供最优化的生产方案或者定制化生产,最终实现智能化生产。

上游:制造行业的零部件以及感知层次的相关产品;

中游:网络层的相关信息技术、管理软件和平台软件等;

下游:执行层和应用层,以工业机器人、智能机床、3D打印为产品构成的自动化生产线和智慧工厂。

 

二、海外强国智能制造产业战略布局

1. 美国智能制造:工业互联网

金融危机后,美国政府出台了一系列法案,包括《保障美国在先进制造业的领导地位》、《获取先进制造业国内竞争优势》以及《振兴美国先进制造业》,着力兴建制造业创新研究中心,希望以高新技术改造传统制造业。美国发展智能制造的基本思路是,利用美国在新一代信息技术和智能软件等基础产业的全球领先优势“反哺”制造业,显著提升制造企业智能化、数字化水平,从而在灵巧性、质量、效率和可持续性等方面重塑美国制造的长期竞争力。

在发展重点上,美国优先发展三项制造技术:先进传感、控制和制造平台技术,可视化、信息化和数字化的制造技术,以及先进材料制造。其中前两项技术重在提升企业对信息作出快速和高效响应的能力。而标准对信息有效流动和系统的快速响应具有至关重要的作用,所以美国发展智能制造的战略思路可以归纳为“信息先行、标准支撑”。

2. 德国智能制造:工业4.0

德国制造业大致经历了三个阶段的发展:“山寨英国—建立自主—小规模定制+重工业化结合”。现如今,德国制造业占GDP比重25%,其最大的12个机器设备制造部门出口占据市场中比例均在10%以上。自动化制造已成为德国大型企业的标配,并开始转向信息化和柔性制造,不同程度地迈入智能制造时代。

德国之所以能够打造享誉世界的“德国制造”品牌,和其对自主创新的追求密不可分。自上而下角度,政府鼓励科技创新,在基础研究领域和企业共同投资经费,且建立了较为完善的教育体系;而自下而上角度,非政府的行业标准认证组织推动了行业追求高品质的发展。以德国标准化协会(DIN)为例,其指定的标准90%以上都已经成为国际标准,是世界工业重要的产品标准之一。

在智能制造技术的推动下,未来10年德国制造业的生产率提升将达到制造总成本的5%-8%,总量相当于900亿至1,500亿欧元。其中,工业部件制造型企业的生产率提升幅度最大,为20%-30%;而汽车制造企业生产率则将提高10%-20%。

3. 日本智能制造:工业机器人

日本将1980年作为“机器人发展元年”,该年实施了一系列产业政策鼓励自动化的发展,并成立了世界上第一个工业机器人组织(JIRA),推动工业自动化和安全生产。到了1985年,日本在自动化的带动下,高端制造业如电器机械、精密机械的产出占比有明显抬升,并带动了出口向上。同时,工业机器人产量保持了年复合20%左右的增速,一跃成为全球机器人巨头。

2014年日本在《新经济增长战略》中把机器人产业当作国民经济发展的重要动力来源,计划将制造业机器人的应用量扩大至2倍,市场规模达到2.85万亿日元的目标。2015年1月,日本发布《机器人新战略》,战略重点包括:通过多方合作、人才培养、技术创新、标准推广等培育机器人产业,使日本成为“世界机器人创新基地”;扩大机器人在制造、医疗、服务等方面的应用,打造“世界第一的机器人应用国家”;建立下一代机器人数据的互联互通系统,使日本“迈向世界领先的机器人新时代”。

 

三、中国智能制造产业的战略布局

1. 国内智能制造的发展背景

在过去的30多年中,制造业一直是中国经济快速增长的引擎。伴随“人口红利”高峰将过导致的劳动力成本优势下降、能源价格一再高企、工业用地价格攀升、工业技术水平相对低下、工业劳动率与国际先进水平差距较大、可持续发展能力不强等因素,已经构成中国在全球范围内保持制造业竞争优势的掣肘。随着中国制造业增速放缓,经济进入新常态,制造业升级已势在必行。

2. 发展战略:中国制造2025

中国于2015年推出《中国制造2025》战略规划,旨在通过“三步走”实现制造强国的战略目标,明确提出:“加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向;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。”

2016年12月7日,国家工信部发布《中国智能制造“十三五”规划》,确定十大重点发展领域:(1)新一代信息技术,重点方向包括集成电路及专用设备、信息通信设备、操作系统与工业软件、智能制造核心信息设备;(2)高档数控机床和机器人,重点方向包括高档数控机床与基础制造装备、机器人;(3)航空航天装备,重点方向包括飞机、航空发动机、航空机 载设备与系统、航天装备;(4)海洋工程装备及高技术船舶;(5)先进轨道交通 装备;(6)节能与新能源汽车,重点方向包括节能汽车、新能源汽车、智能网联汽车;(7)电力装备,重点方向包括发电装备、输变电装备;(8)农业装备;(9)新材料,重点方向包括先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料;(10)生物医药、高性能医疗器械。

四、智能制造产业园成建设热点

各地政府看到了智能制造产业的广阔前景,为拉动经济发展和实现产业转型,纷纷开展智能制造产业园规划和建设。智能制造产业对产业的配套程度要求较高,齐备的产业链将大幅降低智能制造成本。产业园区的优势在于其可构建集“科技研发+产业苗圃+孵化器+加速器+推广应用”于一体的服务体系,并且能提供风投、融资等公共服务平台。

 

 

 

 

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赵青

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