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第一篇 總報告

近年來,全球主要經濟體都在積極尋求構筑未來中長期增長的支點。美國提出制造業復興計劃,法國、英國、日本等也都各自提出了振興制造業的戰略或計劃。即便是一直被認為是制造業強國的德國也推出了工業4.0戰略,以便在全球新一輪產業革命的背景下能夠繼續提升其制造業部門的競爭力。隨著經濟發展進入新常態,進入增速換擋、結構優化和動力轉換的新階段,中國也宣布實施制造強國戰略和《中國制造2025》行動計劃??梢钥闯?,各主要經濟體不約而同地將目光聚焦在制造業上。制造業是國民經濟的支柱型產業,目前中國的制造業規模已經位居世界第一,制造業占GDP比重接近三分之一,但一個明顯的事實是,中國制造業總體上大而不強、結構性矛盾突出、自主創新能力弱的問題仍然沒有根本改觀。

在新的形勢下,能否盡快提升中國制造業部門的核心能力和國際競爭力,將直接決定中國經濟轉型的成敗和進入高收入國家目標的順利實現。鑒于德國制造業部門在全球經濟中的引領地位和本國經濟中的特殊重要性,如何從理念到體系借鑒德國工業4.0,并結合中國實際,進行融合、創新和應用,從而推動中國制造業的轉型升級就顯得很有意義。

一、什么是工業4.0

回答什么是工業4.0其實并不是一件容易的事情。過去幾年來,與此相關聯的概念至少有:杰里米·里夫金的第三次產業革命、埃里克·布萊恩約弗森等人的第二次機器革命、舒瓦布的第四次產業革命、經合組織的下一代生產革命、G20杭州峰會提出的新工業革命等。而且,我們經常看到的情況是,工業4.0有時候泛指第四次工業革命,有時候又特指德國工業4.0。本報告雖然并沒有就上述概念之間的共同點與不同點進行一一比較分析,但可以明確地指出,我們所理解的工業4.0,是以工業、制造業部門為對象,以德國工業4.0為核心的一個概念體系。

(一)工業4.0的概念

“工業4.0”由德國率先提出,其核心理念是深度應用信息通信技術,推動實體物理世界和虛擬網絡世界的融合,在制造領域形成資源、信息、物品和人相互關聯的“信息物理系統”(CPS)。該戰略旨在通過充分利用信息通信技術和網絡空間虛擬系統——CPS相結合的手段,推進制造業向智能化轉型。從本質上看,“工業4.0”是以智能制造和智能服務為標志的生產方式的革命。

當然,工業4.0相伴的是整個傳統工業的創新與轉型。首先,是傳統工業創新發展的過程,涉及制造技術、產品、模式、業態、組織等多方面的創新;同時,也是傳統工業轉型發展的過程,從大規模生產轉向個性化定制,從生產型制造轉向服務型制造,從初級要素投入轉向知識性要素投入等。

此外,工業4.0也是一個內涵豐富、動態演進的概念。除了核心的智能制造之外,工業4.0還提出了通過掌控從消費需求到生產制造的所有過程,從而實現互聯的工業和高效的生產管理。

對德國工業4.0一個比較技術性的表達是RAMI 4.0,如下圖所示。

工業4.0參考架構RAMI 4.0

RAMI 4.0是從產品生命周期/價值鏈、層級和架構等級三個維度,分別對工業4.0進行多角度描述的一個框架模型。它代表了德國對工業4.0所進行的全局式思考。有了這個模型,各個企業尤其是中小企業,就可以在整個體系中尋找到自己的位置。

在此基礎上,德國政府進一步提出了“智能服務世界”戰略,如下圖所示。

智能服務世界涵蓋了產品的全生命周期,其目標是在工業4.0生產出來的智能產品的基礎上,通過物聯網技術將產品連接到互聯網上,并應用大數據和其他IT技術,將企業的商業模式從產品驅動轉變為數據驅動,從銷售產品轉變為銷售服務,從而實現業務模式的革新甚至革命。

綜上所述,人們都在從不同的視角、層次理解德國工業4.0,德國工業4.0仍處于一個不斷完善和發展的過程之中,但其核心理念和目標已經比較清楚,那就是:數字化、智能化、網絡化的制造和服務。

專欄:工業4.0與工業互聯網的區別和聯系

為了在新一輪工業革命中占領先機,爭奪產業國際競爭話語權,德國提出工業4.0戰略,美國則推動了“工業互聯網”概念,二者在基本理念、發展目標、實施路徑、覆蓋范圍、強調重點和實現方式等方面既有區別又有聯系。

1.從推動力量上看,二者都體現了由大企業引導的產學研用密切配合

工業4.0是由德國工程院、弗勞恩霍夫協會、博世公司、西門子公司等聯合發起的,并由德國政府納入《國家高技術戰略2020》,成為德國十大未來項目之一。工業互聯網則是由美國通用電氣公司發起的,并由AT&T、思科、通用電氣、IBM和英特爾成立的工業互聯網聯盟進行推廣。由于兩大戰略都是由企業提出的,企業具有內在動力去宣傳、推廣和實施,市場親和度較高。因此,在推行過程中都得到了產業界的認可與歡迎。

2.從發展目標上看,打造智能化的生產體系以實現生產效率提升是兩大戰略的核心

數字化、網絡化和智能化已經成為制造業發展的重要特征,是制造業企業未來發展的主要方向。工業互聯網和工業4.0戰略都不約而同地提出,利用信息化、智能化技術改造當前的生產制造與服務模式,提高企業的生產效率,提升產品和服務的市場競爭力。其中,工業4.0戰略提出,要把信息互聯技術與傳統工業制造相結合,打造“智能工廠”與“智能生產”,以提高資源利用率。工業互聯網戰略則提出,要將工業與互聯網在設計、研發、制造、營銷、服務等各個階段進行充分融合,以提高整個系統運行效率。

3.從實現方法上看,依托互聯網、物聯網與大數據實現互聯與集成是兩大戰略的基礎

互聯與集成是實現智能化制造的核心,兩大戰略都是以物聯網和互聯網為基礎,進行實時數據的收集、傳輸、處理和反饋。其中,工業4.0提出,通過信息網絡與工業生產系統的充分融合,打造數字工廠,實現價值鏈上企業間的橫向集成、網絡化制造系統的縱向集成,以及端對端的工程數字化集成,來改變當前的工業生產與服務模式。工業互聯網提出,要將帶有內置感應器的機器和復雜的軟件與其他機器、人連接起來,從中提取數據并進行深入分析,挖掘生產或服務系統在性能提高、質量提升等方面的潛力,實現系統資源效率提升與優化。

4.工業互聯網與工業4.0覆蓋的范圍不一樣

工業互聯網主要覆蓋能源、交通、城市(水電氣、公共基礎設施)、制造業以及大健康醫療領域等,其覆蓋范圍更廣,單在制造業領域,工業互聯網就覆蓋了工業制造企業的整個生態鏈,從產品的概念、設計、制造、生產,再到供應鏈、物流管理乃至流向市場,所以其覆蓋范圍是制造型企業或者工業型制造企業的整個生態鏈。工業4.0深度聚焦制造業,重點在生產制造的整個流程。

5.從產業鏈環節上看,工業4.0戰略偏重生產制造的“硬”環節,工業互聯網戰略偏重分析服務的“軟”環節

工業4.0立足于“智能工廠”與“智能生產”兩大主題,偏重于生產與制造過程,旨在推進生產或服務模式由集中式控制向分散式、增強型控制轉變,實現高度靈活的個性化和數字化生產或服務。工業互聯網則旨在形成開放且全球化的工業網絡,實現通信、控制和計算的集合,在智能制造產業體系中偏重于設計、服務環節,注重物聯網、互聯網、大數據等對生產設備管理與服務性能的改善。

綜上所述,美國工業互聯網和德國工業4.0的實施路徑和邏輯相反,但是目標一致。美國是以GE、IBM這些公司為支持,側重于從軟件出發打通硬件;德國是以西門子、博世、庫卡、SAP這些公司為主導,希望可以從硬件打通到軟件。無論從軟件到硬件,還是從硬件到軟件,兩者的目標是一致的,就是實現智能制造,實現移動互聯網和工業的融合。

(二)工業4.0的基本特征

1.“自下而上”與“自上而下”相結合

德國工業4.0源自于其企業界、產業界自發形成的自下而上的倡議,由產學研聯盟通信促進小組(FU)發起,在德國國家科學與工程院(Acatech)的協調下,由德國信息技術、通信與新媒體協會(BITKOM)、德國機械設備及制造商協會(VDMA)和德國電子電氣制造商協會(ZVEI)三個專業協會提出了初步實施建議,之后才上升到國家戰略。進而,德國在原有協會制定的工業4.0平臺基礎之上,升級設立了國家級的新工業4.0平臺,形成了自上而下頂層設計、分層推動的系統優化組織和機制,總體布局是政府統籌,標準架構先行,龍頭企業與協會推動,中小企業廣泛參與。

2.需求導向

隨著經濟的發展,社會結構較以往更加復雜,細分的需求集合增加,且差異明顯。在此背景下,個性化定制的需求向高度個性化、差異化方向演進。最極端的狀況是:一個顧客即一個主體,每個顧客的需求均有差異;每個顧客極微小的需求量即構成了一個訂單。這就要求制造體系必須具備高度柔性,必須能適應寬廣的品種及訂單范圍,必須能高效率地實現品種切換和敏捷回應。正是到了“個性化定制”階段,“工業4.0”才有了用武之地。因為只有高度信息化、智能化的“智能工廠”才能產生“范圍經濟”:品種眾多但制造成本不增、制造效率不減,工業4.0從定制化、個性化的終端需求出發解決生產過程中的質量問題、效益問題和效率問題。

3.“以人為中心”

工業4.0是一個以人(管理者、生產者、員工、用戶)為中心的戰略。在工業4.0背景下,未來的工廠世界是人與機器和諧共處和共同締造的。充分利用人的創意以及機器的穩定性,合理利用這“兩類員工”的特長,把人和機器各自的優勢發揮到極致,讓工作中的人可以高質量、安全地進行智能設計、運作、維護,人機協同共同打造一個美好和諧的工業環境。所以,工業4.0絕不是簡單地使用機器代替工人,而是通過機器、程序給員工及管理者更好的決策支持輔助。人在生產中仍然扮演著決定性角色;在產品研究開發和設計以及后期市場開發中,人員的作用更是不可替代的。

4.大生態系統

工業4.0不只是構建智能工廠,以智能工廠為基礎創造超預期的用戶體驗才是最終目的;不只是制造系統的智能化升級,更重要的是背后的管理變革;不只是冷冰冰的智能設備,還需要構建一個能夠自行“生長”的生態圈。工業4.0將利用新的工業平臺構建起比原先更為廣泛和宏大的生態系統,實現更大范圍的資源與要素配置。

通過生態體系的構建,典型的工業4.0互聯工廠已經不僅是一套流水線或者一個車間,而是一個涵蓋設計、采購、制造、營銷和服務的全流程生態圈,是一種滿足用戶廣泛需求的體系和能力。

(三)工業4.0的主要趨勢

1.從數字化工廠到智能工廠

工業4.0的初級階段是數字化工廠,高級階段將是智能工廠。智能化和網絡化是工業4.0的未來發展方向。智能工廠是工業4.0的最終形態,實現智能工廠的前提是數字化工廠。

數字化工廠是在計算機虛擬環境中,對整個生產過程進行仿真、評估和優化,并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。它是現代數字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物,主要作為溝通產品設計和產品制造之間的橋梁。其本質是信息的集成。

智能工廠是在數字化工廠的基礎上,利用物聯網技術和監控技術加強信息管理、服務,提高生產過程的可控性。智能工廠已經具有了自主能力,可采集、分析、判斷、規劃;通過整體可視技術進行推理預測,利用AR、VR、仿真及多媒體技術,將實現擴增展示設計與制造過程。系統中各組成部分可自行組成最佳結構,具備協調、重組及擴充特性,具備自我學習、自行維護能力。實現了人與機器的相互協調合作。其本質是人機有效交互。

2.從企業內部集成到企業間集成

工業4.0通過企業內部結構和機制的變革,推動企業內部組織流程的變革,驅動企業全流程的各個環節主動拉近與用戶距離,大大縮短產品的開發周期,降低開發成本,提高企業效率,更重要的是提升產品與用戶需求的匹配程度,為用戶提供超值的產品和體驗。

不僅如此,工業4.0同時需要企業打開邊界,將全世界的一流資源引入生態圈,實現真正的互聯制造、企業間集成。企業間集成將通過價值鏈上不同企業資源的整合,實現從產品設計、生產制造、物流配送、使用維護的產品全生命周期的管理和服務,它以產品價值鏈創造集成供應商、制造商(研發、設計、加工、配送)、分銷商以及客戶信息流、物流和資金流,在為客戶提供更有價值的產品和服務的同時,重構產業鏈各環節的價值體系。

3.從單一封閉平臺到跨行業開放平臺

工業4.0將打破過去單一封閉的平臺格局,打造一個跨行業開放的平臺,這種平臺將是一個典型的以工廠為中心,集合眾多開放資源配合的社會化協作模式。任何單一個體為解決供需信息不透明、不匹配的矛盾,避免產能過?;蛴唵握也坏胶线m廠商的情況發生,必然要打破自身組織的“圍墻”,將自己的訂單、設備、物料、人員等信息通過開放平臺進行分享,實現企業-企業、企業-個人等多組織形態的社會化協作,構建“網狀”的社會化制造生態圈。

在這種情境下,任何一個企業將不再是一個相對封閉的組織,而是一個社會化的、具有高度智能調度和超級加工能力的組織。

4.從生產性制造到服務型制造

隨著產業價值鏈水平的上升,制造業的價值分布已經開始從制造環節向服務環節轉移,產品開發、改進、銷售、維護、回收等服務性活動所占比重越來越大。在新技術的推動下,服務型制造能力成為決定現在和未來制造企業競爭力的關鍵以及利潤的主要來源。傳統的制造企業正在將業務重心從生產型制造向服務型制造過渡,全球制造業發展正呈現出制造業服務化,即以生產過程為主向服務型制造轉型的趨勢。

工業4.0強調的正是提升制造業的體系性服務能力。制造服務化本質上就是在實物產品的基礎上衍生出越來越多的附加服務,并逐步以服務為中心重構企業的制造模式,最終完成向服務型制造的轉變。

(四)工業4.0的支撐體系

1.標準體系

德國電氣電子和信息技術協會下屬的德國電工委員會編纂的全球首個“工業4.0”標準化路線圖為所有參與方就“工業4.0”涉及的現有相關標準和規格提供了一個概覽和規劃基礎。“工業4.0”工作組認為,推行“工業4.0”需要在8個關鍵領域采取行動。其中第一個領域就是“標準化和參考架構”。標準化工作主要圍繞智能工廠生態鏈上各個環節制定合作機制,確定哪些信息可被用來交換。為此,“工業4.0”將制定一攬子開放、科學的,涵蓋智能設備、智能產品、智能工廠,以及數據采集和傳輸格式、工業操作系統、云服務等各個環節的標準體系架構,使合作機制成為可能,并通過一系列標準(如成本、可用性和資源消耗)對生產流程進行優化。

2.工業4.0平臺

德國在原有相關協會制定的工業4.0平臺基礎之上,升級設立了國家級新工業4.0平臺,形成了頂層的推動組織和機制。新工業4.0平臺的管理層由德國經濟和能源部長加布里爾、德國教育和研究部長萬卡,以及商業、工會、科學界代表組成,下設指導委員會、六大工作組,負責技術和實踐層面的專家決策支持;下設戰略委員會、學術顧問委員會,負責政策監管、社會協調及多方合作;同時,由產業財團負責應用成果轉化,由德國電氣電工信息技術委員會(DKE)等國際標準化組織負責標準的國際化推廣。

3.數字化設計和精益管理

德國工業4.0是在德國工業和制造業的現有基礎上提出的一個戰略。正如德國工業界所強調的,德國已經比較普遍地推行了數字化設計和精益管理。

數字化設計是指通過在數字空間中建立數字樣機模型,并在數字實驗環境中進行模擬仿真,不斷找出產品設計、工藝等方面的問題。讓設計人員在產品生產之前就可以對產品的可制造性進行調整,而不需要制造實物反復迭代生產,真正實現面向制造的設計,既能夠提升設計的質量水平,又可以縮短產品上市的周期。

精益管理強調對人的尊重與信任,圍繞人性特點重組生產流程。首先是將人解放出來,通過創新的組織方式調動人的積極性,激發人的活力與責任心,主動發現和解決生產流程中的問題并及時優化,以提升生產效率,減少生產浪費。其次,強調的是整個生產價值鏈,如果僅關注單一環節的效率提升,或者簡單將“看板”等同于精益生產,就無法真正推行精益生產方式。

4.人才、教育、職業培訓

人才、教育、職業培訓是德國工業4.0的人力資本基礎。一是職業認證等級制度的完善。包括提升技能型專門型職業人才在人才體系中的地位,建立更為完善的職業資格認證機制,為人才的持續進步與技能提升提供引導,提升人才從接受培訓到發揮價值全過程的效率。二是職業教育管理體制的調整。從國家層面協調勞動人事部門與教育管理部門,建設現代職業教育體系。在企業層面繼續推動用人單位為主體的繼續教育培訓機構建設。三是優化職業教育與培訓市場環境。建立市場機制,加強企業開展工程教育培訓的力度和體系化建設,配合認證體系,推動企業培養人才跨企業流動的機制,優化企業內部培訓資源。四是以制造業發展規律為基礎的人才結構。研究型、應用型、技能型人才培養并重。在高等教育、職業教育體系中,推廣建立解決跨學科問題型人才的培養體系。強化產業、行業在學校人才培養、教學目標、人才評價等環節的作用。

(五)工業4.0的產業實踐

德國在國家戰略的推動下,圍繞工業4.0框架體系,以由博世、西門子、SAP這樣的一些龍頭企業牽頭,中小企業參與的形式進行了工業4.0的實踐探索。

博世公司的工業4.0實踐。博世是工業4.0的重要發起者之一,在工業4.0領域擁有領先的能力和獨到的優勢;依靠在機械設計、制造以及軟件服務等領域所積累的經驗,以及全球超過250家工廠運營儲備的廣泛制造知識,成為工業4.0的領軍企業。其對外部提供包括傳感器、硬件設備、軟件以及服務的一站式解決方案,同時在內部開展了超過100個工業4.0的試點項目。

目前在博世蘇州汽車電子工廠開展的工業4.0應用涵蓋了多個方面,在物料管理、生產訂單安排、設備維護保養以及人員效率提升等方面的效益體現尤為明顯。

在生產區域,所有工位、原料均處于有序管理狀態。

根據生產訂單,實現設備自動叫料,機器人準確定位,自動派料。

依托大數據收集和分析完成預知維護。共享的知識庫、可視化通信系統為即時維護提供有力保障。

在多種終端實現定制化報告,針對不同場景為員工提供最及時可靠的關鍵數據。

西門子的工業4.0進展。憑借全集成自動化(TIA)和“數字化企業平臺”,西門子長久居于信息技術集成領域的領導地位。西門子還與德國弗勞恩霍夫協會以及大眾汽車公司合作,通過利用產品生命周期管理軟件(PLM)進行虛擬生產規劃,可降低生產線上機器人的能耗高達50%。目前,在先期已經建成的德國之外首家數字化工廠——成都安貝格姊妹工廠的基礎上,西門子正在啟動成都生產研發基地(SEWC)的二期規劃,SEWC主要生產Simatic工業自動化產品,遵循全球統一的研發、生產和質量標準,對訂單、財務、產品設計、生產規劃、生產實施、物流和質量進行全數字化管理。具體來說,它采用產品生命周期管理軟件,通過虛擬化的產品設計和規劃,實現了信息的無縫互聯,使工廠全面透明化。

中小企業的工業4.0實踐。VDMA針對431家德國中小企業進行調查,被調查企業普遍認為“工業4.0”是利大于弊的積極事物。90%的企業都認為“工業4.0”有助于其在市場競爭中獲得領先地位。結果顯示,57.2%的參與調查企業表示他們的企業已經有工業4.0項目。其中20%的企業表示正積極努力開發應用工業4.0解決方案。在應用工業4.0技術的程度方面,12%的機械工程企業表示他們是“先行者”,另有20%的企業表示他們是“跟隨者”。

專欄:工業4.0智能工廠案例

1.德國博世力士樂洪堡工廠

作為博世公司旗下智能工廠的代表,博世力士樂洪堡工廠生產線完美地結合了生產和物流,能夠在無須進行技術和物流換工裝的條件下生產6大產品家族和200多種型號的產品,切換時間由原本的40秒變為零切換,極大地提高了生產效率,帶來了巨大的收益。此外,該生產線還實現了小批量、定制化生產,甚至單一產品生產,在提升生產效率10%的同時減少了30%的庫存,使人、機器、物體與IT系統形成最佳互聯,因此,博世力士樂洪堡工廠被德國知名行業雜志授予了“工業4.0”創新大獎。

2.德國安貝格西門子智能工廠

作為工業4.0概念的提出者,德國也是第一個實踐智能工廠的國家。位于德國巴伐利亞州東部城市安貝格的西門子工廠就是德國政府、企業、大學以及研究機構合力研發全自動、基于互聯網智能工廠的早期案例。占地10萬平方米的廠房內,員工僅有1000名,近千個制造單元僅通過互聯網進行聯絡,大多數設備都在無人力操作狀態下進行挑選和組裝。最令人驚嘆的是,在安貝格西門子工廠中,每100萬件產品中次品約為15件,可靠性達到99%,追溯性更是達到100%。這樣的智能工廠能夠讓產品完全實現自動化生產,堪稱智能工廠的典范!

3.德國巴斯夫化工集團凱澤斯勞滕工廠

對于射頻碼的利用,傳統化工巨頭巴斯夫在這方面更進一步。巴斯夫位于凱澤斯勞滕的試點智能工廠所生產的洗發水和洗手液已經完全實現自動化。隨著網上測試訂單的下達,其生產流水線上的空洗手液瓶貼著的射頻識別標簽會自動與生產機器進行通信,告知后者它需要何種肥皂、香料、瓶蓋顏色和標記。在這樣的流水線上,每一瓶洗手液都有可能跟傳送帶上的下一瓶全然不同。該試驗依賴于無線網絡,機器和產品通過無線網絡完成所有的通信工作,唯一需要的人工輸入只是下達樣本訂單。雖然是一個實驗,但這種由客戶直接下單到工廠的運作方式,足以給智能工廠模式提供另一種發展途徑。

(六)國際經驗啟示

德國所定義的工業4.0是由一個信息、一個網絡、四大主題、三項集成、八項計劃組成的體系。德國工業4.0整體框架與中國的實際國情有很多地方不同,但是,對于大而不強的中國制造業,無論用何種詞匯來表達,“工業4.0”所包含的核心內容都是我們未來的發展方向。德國工業4.0的理念和實踐仍然有很多地方值得中國借鑒。

1.德國提出工業4.0戰略符合其國家階段性的產業升級需求

德國“工業4.0”是德國政府確定的面向2020年的工業和制造業發展的國家戰略。從整體上看,德國已經完成了自動化和精益生產,工業4.0是要借助數字化、智能化打造新的競爭力,符合德國的工業化發展階段。從外部環境看,較高的勞動力成本對德國產品的出口帶來了負面影響;全球資源和能源價格不斷上漲,萬物互聯的技術潮流使得國際競爭進入更加激烈和復雜的新階段,德國需要以創新發展來鞏固和提高自身優勢地位。從內部實際看,制造業增加值的增速明顯低于GDP增速、人口老齡化、歐盟政治動蕩、經濟低迷,德國亟待升級制造業以維持國家穩定發展及強化其在歐盟體系中的中堅作用。

中國經濟和工業、制造業部門面臨的環境、問題與德國雖有諸多不同,但也有許多相同之處。在新的階段,同樣需要面向未來的國家工業和制造業發展戰略。

2.“平臺化”機制有利于工業4.0的發展

德國工業4.0平臺的發展模式是一種從上至下頂層設計、分層推動的“系統優化”。該平臺旨在為所有“利益相關者”提供支持,以達成對工業4.0的共同理解。這意味著,平臺并不實際在市場上開展如示范中心、研究項目等活動。同樣,在標準化領域,平臺也只是提出對標準和規范需要采取何種行動。

平臺的總體布局是政府統籌,標準架構先行,博世、西門子等工業綜合體巨頭與協會推動,中小企業廣泛參與。由于很多制造工廠在以前的自動化進程中已經建立了各自專用的技術體系,德國云服務平臺也強調“IT技術與自動化技術的融合”,強調“數字雙胞胎”概念。

牽頭企業也都建立了各自的平臺或系統,諸如博世、西門子和SAP。博世的工業4.0戰略賦予其雙重角色:既要成為卓越的供應商,也要成為領先的實踐者。為此博世成立了互聯工業創新集群,并發布了物聯網云,希望最終建立涵蓋解決方案、云和服務的平臺;西門子強調“數字雙胞胎”是云服務平臺的基礎,即通過充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據,集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。SAP公司在工業4.0和智能服務領域建立了開放、連接、安全的數字化平臺,在水平和垂直兩個維度上全面推動企業的數字化。

3.工業4.0的發展將形成整合大中小企業的生態體系

工業4.0并非大企業專屬物。在德國,雖然目前工業4.0從概念到實踐主要集中在博世、西門子、蒂森克虜伯、寶馬等國際耳熟能詳的大型跨國公司,但是,德國各界普遍認為讓中小企業參與到4.0戰略中更為重要。

德國大約有330多萬中小企業,他們是德國經濟的支柱和推動力量,特別是行業內存在大量被稱為“隱形冠軍”的專業元器件開發制造商、系統集成商和綜合解決方案提供商組成了“三位一體”的市場結構,支撐著整個產業鏈。沒有這些眾多隱形冠軍的參與,僅憑少數大集團單兵突進,整個產業鏈的工業4.0是不穩固的。

德國的中小企業之所以成為德國技術創新的主要推動力,首先得益于政府的扶植政策。德國特別強調,中小企業既是智能化生產技術的使用者和受益者,也是先進工業生產技術的創造者和供應者。另外,又與公立科研院所面向中小企業的合同式研發模式及市場化的技術中介機構密不可分。在德國,各類企業尤其是中小企業能夠得益于公共研究和私人研究,從而超越其國際競爭對手。如聯邦教研部負責的“中小企業創新項目”計劃,對信息通信技術、納米技術、光學技術、生產技術、資源效率和能效技術及公共安全領域的科技創造予以資助。德國聯邦經濟技術部推出的“中小企業創新核心”計劃不受行業和技術領域的限制,一方面對企業自身產品開發或生產工藝創新進行資助,另一方面對企業之間或企業與研究機構之間的合作,加速技術知識的商業轉化提供資助。

此外,針對中小企業對工業大數據被大企業操控從而影響企業自身經營安全的擔心,以及數字化轉型對于中小企業存在著不小的資金、技術、人才和知識上的障礙等問題,德國多個州政府正積極整合各方面資源,力圖從技術、信息、融資、人才、平臺建設等方面為中小企業參與工業4.0提供扶持。工業4.0平臺還聯合其他單位共同編制《中小企業工業4.0實施指南》,對中小企業提供技術支持。

發揮中小企業的積極性,構建整合大中小企業同步推進工業4.0的生態體系,對我國推動制造業轉型升級是一個有益的借鑒。

4.工業4.0需要人才結構的轉換作為支撐

工業4.0是一個以人(用戶、生產者、管理者、員工)為中心的戰略。制造業價值鏈(設計-制造-物流-銷售-維護)與用戶實現交互,由用戶驅動生產、銷售和物流,追求消費者最佳體驗?!肮I4.0”戰略的核心在于人機關系的深刻變化。由于IT技術與生產制造的融合更加緊密,對工人提出了更多跨專業的要求。復合型的人才將是工業4.0時代的主要需求,其不僅僅需要懂得生產和制造的知識,還需要具備一定的IT技能。在這方面,德國教育和培訓體系發揮了至關重要的作用。

德國政府重視發展職業教育、繼續教育和培訓及高等教育等多層次的人力資源開發體系,培育高素質產業工人。針對中小企業在獲取技術人才方面的困難,德國在政策上重點支持培養中小企業青年工程師。最常見的就業途徑是雙元制職業培訓,學生們從覆蓋所有經濟領域的349種職業(2013年)中選擇一種接受專業的就業技能培訓。培訓課程主要包括在企業中當二到三年的學徒,每周培訓三四天,剩余一兩天在非全日制職業學校接受更多的理論培訓。

5.工業4.0的推進是一個循序漸進的過程

德國提出“工業4.0”的戰略規劃也不過幾年時間,無論是企業界還是政府部門仍處于摸索前進的狀態。即使已經代表了全球工業化最高水平,預計“工業4.0”的設計目標仍要在2030年以后才可能實現。

與德國相比,中國工業化的整體水平仍有較大差距。雖然可以看到中國工業機器人近年來實現了快速增長,但仍有大部分是替代簡單重復勞動的第一代工業機器人,且核心零部件嚴重依賴進口,離“工業4.0”要求的智能化相去甚遠。

從德國的發展路徑可以看出,德國大部分企業具有良好的工業3.0基礎。在他們實踐工業4.0的過程中,IT行業的專家與自動化專家必須一起合作,協調作戰。

因此,實現中國工業4.0也不是一蹴而就的,需要完成四部曲:生產制造自動化、流程管理數字化、企業信息網絡化、智能制造云端化。在借鑒“工業4.0”推進中國制造業轉型升級的過程中,還面臨很多本土化的問題,現在各方面都還處于初步的探索階段,不能盲目推進。總而言之,推進工業4.0將是一個循序漸進的過程。

二、中國制造業在工業4.0坐標系中的位置

(一)中國制造業整體上處于從工業2.0向工業3.0過渡的階段,不同行業和地區之間的智能化水平有較大差異

中國信息化百人會與中國兩化融合服務聯盟計算了2016年中國制造信息化指數。根據測算,2016年中國制造信息化指數為36.9,對標工業4.0,正處于由工業2.0向工業3.0過渡的階段。

不同地區智能化水平有較大差異。2016年,江蘇、浙江、廣東、天津、上海和山東智能制造水平處于第一梯隊,得分在47以上,最高的江蘇分值為54.2(接近工業3.0的水平)。全國制造業的智能化水平呈現“東部沿海高,西部內陸低”的態勢。

不同行業智能化水平有較大差異。2016年,石化、電力、電氣行業智能制造水平較高,以文化教育、工藝美術和家具制造為代表的一些行業,在個性化定制、服務型制造等方面有現實需求,智能制造水平相對較高。而非金屬礦采選業、木材加工、有色金屬礦采選業、有色金屬冶煉業、煤炭開采業和黑色金屬礦采選業的智能化水平較低。

(二)中國制造業已經成長了一批龍頭企業,但尚缺乏具有較強綜合能力的產業綜合體

近年來,中國一大批制造業企業迅速崛起,已經擁有眾多單項能力很強的龍頭企業,并在各自領域成為具有世界影響力的龍頭企業或隱形冠軍。例如,華為已經超越愛立信、新諾基亞、阿朗等成為全球電信設備的最大供應商;沈陽機床實現了兩千多臺i5智能裝備的聯網,且每年實現1倍以上的增長,成為全球智能機床領域的重要企業;海爾大型家用電器2016年品牌零售量占全球市場的10.3%,穩居全球第一;在互聯網應用領域,阿里巴巴2016年電商交易額超過3萬億元,超過沃爾瑪成為全球最大的零售巨頭。

在企業層面上開展工業4.0研究或建設的企業也開始涌現。例如,BAT、華為、中興、沈陽機床、海爾、格力、三一重工、聯想、中石化、寶鋼等一大批行業領軍企業都已經設立智能制造相關研究院,中國航天、寶鋼、中船重工、中國電子等大型國有企業已經建立了企業級工業互聯網平臺。三一重工正式發布了“樹根互聯”平臺,該平臺定位在面向中國智能制造的一個基礎性服務平臺,幫助中小制造企業快速進入物聯網時代;沈陽機床、神州數碼、光大金控三方投資建立了“智能云科”平臺,將數控機床中的i5運動控制系統與互聯網連接起來,聚焦智能制造中的社會化協同生產;中國航天科工集團打造了“航天云網”平臺,其目標是在工業互聯網領域采取類似消費互聯網的模式,在企業層形成制造資源和能力的共享和網絡效應。同時,也涌現出一批依托工業電商平臺創新的微觀主體和新型模式,如海智在線、智能云科等。

但是,與德國、美國等發達國家相比,中國部分龍頭企業盡管在某方面的能力較為突出,但缺乏同時兼具各種能力的頂尖企業或者產業綜合體,導致在全產業鏈、全環節上推進工業4.0的能力仍然欠缺。近年來,發達國家特別強調將關聯性創新主體(高校、研究所,包括中小企業在內的初創企業、大企業和孵化器等)集聚起來,培育有競爭力的行業上下游鏈條以及建立可持續的生態體系。如薩克森州“硅谷”和柏林州Adlershof科技園。經過15年培育,“薩克森硅谷”成為歐洲最大的微電子和信息通信產業集群,千余家初創型企業、德累斯頓工業大學和弗勞恩霍夫協會等在創新鏈條上關聯;柏林州Adlershof科技園依托洪堡大學應用類科學系、既有的航空研發基地、原東德傳媒基地,成為歐洲創新競爭力前四的園區。

(三)中國制造業推進工業4.0的整體能力仍然有限,但需求空間已經出現

隨著全球經濟結構深度調整,中國制造業面臨低端和高端雙向擠壓的雙重挑戰。在低端產品方面,面臨來自東南亞等低成本國家的競爭,而在高端制造業方面,面臨來自發達國家“再制造業化”的挑戰。以美國為例,在奧巴馬提出的“先進制造業計劃”基礎上,新總統特朗普促進制造業回歸的政策取向十分明確具體,其主要措施是貿易保護和企業減稅。在“恩威并施”下,美國已經出現了一些制造業回歸的趨勢。蘋果、英特爾、福特汽車、星巴克等公司或將生產線遷回美國,或加大投入美國本土的生產研發。另外,美國近年來也具備了一定的吸引制造業回歸的經濟基礎。例如,隨著頁巖油氣革命,美國逐步實現了能源自給甚至出口,導致全球能源成本急劇下降,加之其較低的土地成本,都成為美國發展制造業的有利條件。

在越來越激烈的競爭形勢下,加上國內產業轉型面臨的諸多挑戰,中國制造業近年來的平均盈利能力顯著下滑,在一定程度上制約了企業推進工業4.0的能力。2012年以來,中國規模以上工業增長速度大幅度下降。2015年工業增加值全年增長6.1%,2016年為6.0%,比2000~2012年間14.1%的平均增長速度下降了一半以上。從企業效益看,2012年以后有大幅度下滑,2001~2012年的高速增長期間,工業企業的銷售成本利潤率平均在9%左右,有時超過10%,但2012年以后快速下降到6%以下的水平。分行業看,部分產能嚴重過剩行業的效益下降情況更加明顯。鋼鐵等重化工行業,由于產能過剩程度高等原因,已經較長時間處于增長低迷和效益低下的局面。例如,2012~2016年上半年間,鋼鐵行業上市公司的銷售利潤率基本徘徊在盈虧平衡附近的水平,煤炭行業的利潤率也是一路走低,2015年年底出現了負利潤。這兩個行業只是在2016年國家大力推動去產能的情況下,效益才有所好轉。

效益水平過低制約了這些企業通過推進工業4.0和智能制造進行升級的能力。在推進智能制造初期,企業需要大量投入,但很多效益只有達到一定的發展規模和綜合配套以后才能體現出來,短期內不一定能很快見到經濟回報,需要企業很強的資金實力和抗風險能力,這給處于經濟轉型期的中國制造業提出了嚴峻的挑戰。

但是,中國既是一個生產大國,也是一個消費大國,特別是近年來居民消費呈現快速升級的態勢,消費者對高品質產品,對個性化、定制化產品的需求快速涌現。與其他國家相比,中國巨大的人口規模存在顯著的聚合效應,也就是說即使人群中對某種產品的需求比例很小,但巨大的人口基數,特別是互聯網的發展可以使這種分散的需求得以集聚,形成對少數創新企業的現實需求。而這種個性化、定制化產品的需求,在傳統大規模生產模式下很難被滿足,而工業4.0的一個重要推動因素就是用智能生產的方式滿足個性化需求,因此,中國獨特的規模優勢和消費升級階段從客觀上提供了發展工業4.0的需求支撐。

(四)中國制造業分工細、協作強,但廣大中小企業的信息化能力普遍不足

發展工業4.0、推進智能制造并不僅僅是少數龍頭企業的任務,往往需要全產業鏈企業的共同升級和協作,才能發揮協同效應。在發達國家,企業之間盡管也有大小差別,但整體水平都較高,很多小企業雖然規模較小,信息化、智能化水平卻并不低,從工業3.0向4.0升級的能力很強,很容易接入大企業創立的工業互聯網或智能制造的平臺中。

中國制造業企業之間發展水平參差不齊,尤其是多數小企業發展水平低,缺乏推進工業4.0或者接入平臺的愿望和能力。根據《世界經理人》“2015中國制造業信息化管理現狀調研”,中國制造業近九成的企業信息化水平處于初、中級水平,43%的企業信息化覆蓋的業務部門比較窄,各IT系統或處于割裂狀態,或集成程度不高。2015年,德勤對132家來自機械加工制造、汽車及零部件、工程機械、電力電氣、電纜電線、軌道交通行業的企業進行了調查,90%的受訪企業已經不同程度地開展了信息化工作,其中6%的企業處于起步階段,46%的企業處于單項業務覆蓋階段,42%的企業處于綜合集成階段,僅5%的企業進入全產業鏈和用戶協同創新階段。

根據德勤和中國機械工業聯合會的調查,中國智能制造尚處于引進智能設備階段。2015年,有23%的企業表示其智能設備生產已經進入廣泛應用階段,已經使用智能設備的企業占比由2013年的51%上升到2015年的59%。受訪企業對智能制造的布局以引進和開發智能化加工設備(47%)為主,建立智慧生產系統的企業僅占20%,進一步延伸至價值鏈整合及商業模式優化的企業則更少。

(五)中國對借鑒工業4.0推動制造業升級高度重視,但尚缺乏整體性的體系支撐

近年來,中國對促進創新驅動、制造業轉型升級高度重視,提出了《中國制造2025》以及1+X的規劃體系,出臺了一系列促進企業技術創新和轉型升級的政策體系,并從資金支持、人才培養、環境優化等多個方面提出了支持措施。但不管是《中國制造2025》還是工業4.0,都是一個龐大而復雜、需要開放合作的生態系統,它依賴于實時的信息和網絡,需要生產設備制造商、ICT制造商、制造類企業、研究機構、政府和各方面的共同投入和緊密合作。在這些方面,中國仍有許多需要完善的地方。

發達國家普遍形成了有利于制造業升級的系統性支撐環境,無論是大企業還是中小企業,都可以方便地從社會獲得各方面的支持。在德國創新創業體系中,高校和企業以外的社會組織是科研創新活動的重要組成部分。德國目前有四大代表性非營利社會組織包括:馬克斯普朗克學會(MPG)、亥姆霍茲聯合會(HGF)、弗勞恩霍夫應用研究促進協會(FG)和萊布尼茨科學聯合會,它們承擔了聯邦政府、州政府和企業的合同研究任務,年度總研發經費超過100億歐元,占全德科研經費投入的1/8。這些協會為企業及各方面提供科研任務,主要采取“合同科研”的方式,客戶享有協會下屬各研究機構雄厚的研發科技資源和高水平科研隊伍所提供的優質服務,可直接、迅速地得到為其量身定做的解決方案和科研成果。

與德國相比,中國制造企業長期重生產、輕設計,致使產品設計環節嚴重落后,缺乏系統性的體系支撐,對整個制造過程形成了明顯的制約。其具體表現為:在需求管理上,“掙快錢”思想盛行,普遍通過逆向工程完成產品設計,缺乏“正向設計”思維和“設計品牌”意識,沒有從系統的需求分析出發,因而也很少形成包括概念設計、方案設計、方案選擇、工藝設計等在內的整體設計方案。在設計方法上,除航空航天等少數尖端領域,中國制造企業在以數字建模和模擬仿真為核心的數字化設計能力上,與國外同類企業有較大差距。在試制周期上,中國制造企業通常是通過試生產的方式來驗證生產工藝,部分復雜零件工藝穩定周期很長,上市周期較長。在產品的可制造性上,中國大部分制造企業依然采用以文字描述為主的二維工藝卡片進行工藝設計,在進行工藝設計時難以直觀了解現有機器設備的情況,工藝設計結果難以進行仿真分析,只有在實際加工時才能進行工藝合理性驗證。在制度保障上,知識產權保護制度缺失,設計方案易被抄襲模仿,進行創新設計的企業無法獲得相應回報,導致設計創新動力不足。

三、借鑒工業4.0推動制造業轉型升級的思路、目標和路徑

(一)總體思路

順應全球制造業數字化、智能化、服務化、平臺化和綠色化發展趨勢,借鑒發達國家推進工業4.0和工業互聯網的成功經驗,結合制造強國戰略、《中國制造2025》及規劃指南、智能制造試點示范項目的有益探索,以推動制造業與數字化技術在全生命周期、全產業鏈上的深度融合為核心理念,以推動制造業發展動能轉換、結構優化、質量效益提升和建設智能制造強國為戰略目標,以市場需求為導向,以產業政策為推手,以大型工業綜合體牽引,全產業鏈協同參與,以自上而下的整體頂層設計和規劃體系為指南,以數據鏈挖掘、引導和整合產業鏈、價值鏈和創新鏈,加強信息物理系統集成、平臺支撐體系、參考標準架構、大數據分析、云平臺服務、人才培養和商業模式等領域的系統創新,有計劃、分層次、有步驟地實施以“一大載體、雙軌路徑、三個階段、四大支撐、五條措施”為核心內容的“12345戰略”,全面推進中國制造業的數字化轉型,力爭到2050年將中國建成為世界智能制造強國,并在諸多新興和傳統制造業部門涌現出一大批全球領先的智能產品生產商、智能服務提供商和工業物聯網平臺綜合運營商。

其中,“12345戰略”(見下頁圖)的含義是:

一大載體:以細分行業內工業互聯網發展基礎好的若干龍頭企業為發起人,吸引國內外制造企業、互聯網企業和產業投資基金等戰略投資和風險投資,以資本為紐帶,組建實體性質(如以股份公司形式)的工業互聯網綜合體或智能制造產業聯盟,以此為戰略實施和政策承載主體,推動全行業工業互聯網的升級發展。

雙軌路徑:一是以制造企業為主體推進的“制造+互聯網”模式,與以互聯網企業為主體推進的“互聯網+制造”模式并行;二是在現有企業工業互聯網體系基礎上延伸打造的開放共享的行業級工業互聯網平臺,與跨地區、跨行業、跨學科的全國性工業4.0協同推進平臺并行;三是解決眼前突出矛盾的“問題導向”型戰略和措施,與著眼于未來長遠發展藍圖的“規劃引領”型戰略和措施并行;四是“一步到位”式(如按最新工業4.0標準來新建智能工廠)與“補課”式(如老企業智能化改造)發展模式并行;五是大集團引領的規?;七M與中小企業協同跟進并行;六是傳統制造業與新興制造業同步推進;七是基于工業互聯網的技術創新與商業模式創新并行;八是有形的智能產品、智能工廠、智能物流等智能生產環節,與無形的大數據分析、云服務、人工智能、嵌入式軟件等智能網絡化服務并行。

三個階段:通過“補短示范,全面追趕”“重點突破,縮小差距”和“并駕齊驅,全面超越”三步走戰略,實現近期和中長期基于智能制造的產業轉型和升級目標。

四大支撐:以工業互聯網與智能制造標準體系、工業互聯網平臺、制造業全產業鏈支撐體系,以及人才、教育、職業培訓體系等為支撐,推進工業互聯網和智能制造與服務。

五條措施:通過組織保障、產業政策、創新政策、人才政策和國際合作五個方面的舉措,形成推進工業4.0戰略實施的政策合力。

(二)目標體系

1.宏觀目標(面向制造業)

借鑒以信息物理系統為代表的工業4.0概念,推動實現基于工業4.0相關技術的優化升級,即通過工業4.0相關技術在制造業系統的深度應用,推動中國制造業結構的優化和提升,包括增長驅動力、價值網絡、數字生產力、智能基礎設施、大數據決策與監管、產業生態群落和協同聯盟平臺等幾個方面的子目標。

通過工業4.0體系戰略實施,特別是信息物理系統的深度應用,實現由要素驅動、投資驅動,向創新驅動、數字化驅動的增長模式轉變。

通過工業4.0體系的深度應用,打破原有價值形態,在價值創造上實現從鏈條式線性價值形態和金字塔式價值形態,向網絡狀、分散型價值形態轉變。

擺脫傳統的依靠低成本資源和要素投入的競爭方式,轉向更多依靠數字化、智能化平臺的競爭方式,即提高數字生產力。

消除不同部門之間、企業與政府管理部門之間的數據藩籬,建立統一開放的、標準化的大數據平臺。

通過工業4.0相關技術在制造業的深度應用,形成鮮活的工業生態系統。

建立一個開放的、協同的創新平臺和價值共享平臺。

建立一個一個先進的、開放的、高效率的智能基礎設施平臺,使單體智能工廠走向體系化、網絡化的智能制造。

2.微觀目標(面向企業)

總體微觀目標是應用工業4.0相關技術,通過生產效率提高、質量改善等提升企業核心競爭力,涉及精益管理、數字化集成、需求響應、數據安全與標準、商業模式創新、數字化人才等若干子目標。

智能生產與服務同步。數字化、可視化和同步化的深度應用,使精益生產思想發揮到極致。實現生產即服務,服務即生產。

精益管理。在供應鏈管理、企業資源管理、工作現場改進和庫存管理等方面實現精益管理。

數字化集成。通過工業操作系統、應用軟件和大數據系統等,將原本處于分散的數據源和信息平臺進行高效集成。

數據安全與標準化。建立開放、科學的,涵蓋智能設備、智能產品、智能工廠,以及數據采集和傳輸格式、工業操作系統、云服務等各個環節的標準體系構架。

需求響應。通過智能化網絡及時發現、解析和引導大量個性化定制需求,并做出及時的柔性化響應。

數據平臺與工業云。分別梳理并掌控各個行業或商業聯盟的數據平臺和云服務能力(包括數據庫及核心算法)。

數字化人才。用數字化理念和知識武裝企業每一位員工,更大限度地挖掘員工的創造性。

商業模式創新。將物質生產過程與虛擬的數字化網絡進行創造性深度融合,使工業大數據的商業價值得以深度挖掘和全面實現。

3.中觀目標(面向細分行業)

汽車產業:中國汽車產業借鑒應用工業4.0的最終目的是提高自身的競爭力,更好地滿足廣大人民群眾的移動出行需求。具體來說就是實現智能產品、智能生產、智能服務,以提高生產敏捷性,滿足消費者的個性化需求。

裝備制造業:推進裝備制造業工業知識體系、精益生產水平、工業云服務平臺的夯實與突破,促進工業綜合體和新型工業生態的培育。

家電行業:積極探索互聯工廠,縮短研發周期,提升產品滿意度,提升工廠的自動化程度和生產效率,快速滿足用戶個性化需求,實現從大規模制造到大規模定制的智能化轉型。

電子信息產業:電子信息產業成為推動中國經濟轉型的主導產業,成為中國經濟新的增長極。其產業規模顯著擴大,產業體系進一步完善,行業上下游產業鏈配套完備。通過借鑒工業4.0,實現企業競爭力的提高,大幅提升自主創新能力,掌握一批關鍵核心技術,擁有一批自主知識產權,形成一批行業標準;產業實力明顯增強,形成若干具有全球競爭力的世界級龍頭大企業和電子信息產業集群,電子信息產業的產品在社會各領域的智能化應用得到普及。

石油化工業:石油化工智能制造總體目標表現在產品創新、技術創新和產業模式創新三個層次。產品創新重點是石油化工產品向數控化和智能化方向發展,從根本上提高產品的功能、性能和市場競爭力。技術創新重點是石油化工流程制造業向數字化、可視化、自動化、網絡化、集成化為特征的集成制造發展,全面提升產品設計、制造和管理水平。產業模式創新重點是規模定制生產方式和生產性服務業等石油化工流程制造業生產模式和產業形態的深刻變革。

(三)“三步走”路線圖

第一步(3~5年):補短示范,全面追趕。核心任務概括為“補短板、打基礎、擴試點、塑平臺”。一是補齊工業互聯網的數字短板,打好軟硬件基礎;二是通過試點示范尋求重點突破的領域;三是借鑒德國、美國等國經驗,打造“中國版工業4.0平臺”,為政、產、學、社、研、用等不同利益主體搭建一個通暢的信息溝通與利益訴求機制。

第二步(5~10年):重點突破,縮小差距。核心任務概括為“夯實基礎、提升水平、重點突破、局部領先”。一是鞏固第一階段已有成果,同時總結試點示范的經驗,及時發現問題并找到解決對策。二是提升水平,一方面是將數字化、智能化制造由局部試點示范向全國范圍全面鋪開;另一方面是顯著提升工業4.0相關技術的應用水平。三是在3D打印、人工智能、機器學習、虛擬現實、數字化園區、智能人才等領域明顯縮小與發達國家的差距,并形成一大批優勢產業集群,參與國際競爭并力爭取得競爭優勢。

第三步(10~15年):并駕齊驅,全面超越。核心任務概括為“創新、超越、再創新、再超越”。經過二三十年的探索與積累、學習與超越,中國智能制造水平無論是硬件方面還是軟件方面,都能達到國際領先水平,中國作為世界智能制造強國的地位最終確立。一是智能制造企業的生理系統和功能高度復雜和發達,中國成為全球智能產品和智能服務市場的風向標和主導性力量;二是人工智能、機器學習、虛擬現實、大數據平臺、數據區塊鏈、量子通信、高端軟件、商業模式創新等已經達到國際領先水平,且全面融入各個制造業領域,成為推動制造業增長的最大動力;三是智能制造與全社會物聯網、智能城市、智能電力、智能港口、智能交通、智能人才等領域已經實現全面融合,形成了廣覆蓋、高效率的智能制造生態系統;四是人與機器實現完美結合,數字化人才的數據分析能力、學習能力、創造能力成為決定企業競爭成敗的關鍵;五是制造業的創新體制機制成熟且充滿活力,各種創新要素自由流動,不存在制度性障礙;六是制造企業的核心競爭力更多地體現在數字化能力(digital capability)上。

四、政策建議

沿著“邊練內功、邊抓機遇”這個總體思路,重點做好以下幾方面工作。

(一)加強頂層設計和統籌協調

系統深入開展對新工業革命的基礎性研究,系統總結國內優秀企業的實踐經驗,提出與制造大國地位相匹配的工業思想和工業文化,逐步形成有中國特色的、符合中國發展階段和國情的工業轉型升級理論體系。

深入推進《中國制造2025》戰略,強化戰略的穩定和可預期性,以戰略課題的形式有節奏地推進新型技術裝備部署、服務型制造、智能云生產、工業基礎要素突破等前沿探索。與此同時,繼續鼓勵企業自主探索,并對實踐證明行之有效的模式在國家戰略層面上予以肯定。

盡早布局工業互聯網平臺建設。鼓勵大型企業的聯盟協作,鼓勵具備資源條件的互聯網企業向工業領域滲透。鼓勵工業電商和供應鏈金融先行,依托智能產品培育大數據生態。鼓勵各垂直生態內的龍頭企業發展工業云服務平臺。

完善國家制造強國建設領導小組機制,繼續加強領導小組辦公室制度化、常態化建設,同時注重發揮辦公室協調溝通制造業各利益相關主體、形成共識、解決問題的平臺功能,充分發揮辦公室的“政企對話”功能。

加大中央和地方、中央各部門之間的協調統籌力度,提高各種促進政策、資源支持、指導意見的系統性、互補性,形成政策合力。多管齊下,切實消除各類“隱性門檻”,持續優化市場競爭環境。

(二)突破關鍵技術和基礎零部件

充分發揮重大專項、技術創新聯盟、創新中心等多種研發組織方式的作用,加強企業、科研機構、高校之間的協同合作,鼓勵企業之間聯合建設技術協會組織,引進成熟度等級評估概念以促使企業針對基礎研究之后、商業化之前的“空白”環節構建合作聯盟,力爭實現從材料、芯片、元器件、整機到終端設備,從數控機床到智能機器人,從硬件、軟件到集成服務的全產業鏈上的自主控制。

針對從事關鍵技術與基礎零部件研發生產的企業,在落實好現有支持政策的基礎上,進一步加大支持力度。推動金融資本和產業資本聯合走出去,鼓勵支持國內企業通過海外并購、投資等多種方式獲得成套關鍵技術,并實現消化吸收再創新。對國內能夠實現進口替代的關鍵技術和基礎零部件,在應用環節給予更多支持。

加強知識產權保護,營造知識產權友好的產業生態環境。加大對企業特別是中小企業的知識產權訴訟服務力度,切實降低企業面臨的知識產權糾紛維權成本。加大知識產權交易平臺建設力度,做大做活基于知識產權的技術市場。

(三)加速已有先進技術的擴散和應用

研究設立“中國制造業擴展項目”,鼓勵大型企業、工程類大學和具有先進生產制造技術的中小企業面向產業進行工藝技術、現場管理和產業工人技能提升等方面的培訓和合作。鼓勵各類社會性組織和生產力促進中心面向中小企業開展生產工藝提升服務。

通過技術咨詢師認證和鼓勵退休工程師擔任工藝指導志愿者等多種方式,在目前的技術改造資金扶持中,加入現場管理和技能提升等咨詢性服務內容,提高技術改造資金的使用效率,提升廣大中小企業的工程化和產業化能力。

(四)突出示范應用和“以點帶面”

聚集汽車、鋼鐵、石化、機械、航空、航天、電子信息、船舶、冶金、輕工、紡織等重點領域,加快建立國家智能制造創新中心。緊扣關鍵工序智能化、生產過程智能優化控制、供應鏈及能源管理優化,建設智能工廠/數字化車間,分類實施流程制造試點示范與離散制造試點示范,在個性化定制、柔性化制造、異地協同開發、云制造等智能制造新模式方面形成可推廣的系統解決方案。

以示范工廠建設為重要載體和抓手,實現“以點帶面”。加大行業性示范工廠建設力度,在國家層面研究提出關于示范工廠建設的意見或計劃,并鼓勵相關企業自主積極探索。把企業開展示范工廠建設情況,作為其申報國家重大項目的重要考量。在示范工廠建設中,突出精益生產等生產管理創新和“精英型”技能工人培養。

(五)加快標準體系建設

堅持標準引領,優先開展智能制造綜合標準化建設,以構建智能制造標準體系作為重點任務,梳理已有標準,并按“共性先立、急用先行”的原則集中力量制定一批包括信息安全等在內的關鍵標準,助力智能制造技術和產業發展。

拓展或者新建標準化試驗驗證平臺,確保標準的可行性、合理性,并推動智能制造標準在重點行業的示范應用和落地推廣。

(六)加快建設多層次人才隊伍

統籌產業發展和人才培養開發規劃,加強產業人才需求預測,加快培育重點行業、重要領域、戰略性新興產業人才。充分發揮用人主體在人才培養、吸引和使用中的主導作用,全面落實國有企業、高校、科研院所等企事業單位和社會組織的用人自主權。

調整優化職業教育管理體制,加大勞動人事、教育管理等相關部門的協調力度,建設現代職業教育體系,建立清晰的多層次人才發展路徑。完善職業認證等級制度,提升技能型專門型職業人才在人才體系中的地位。完善規范職業教育與培訓市場環境,鼓勵支持一批專門面向產業用戶提供信息化、智能化等培訓服務的制造服務型企業發展。

加快推進學校教育體系改革。尊重制造業人才結構特征,研究性、應用型、技能型人才培養并重。優化調整現行教學模式,在高等教育、職業教育體系中推廣建立跨學科、問題導向的培養體系,更多發揮產業、行業在學校人才培養、教學目標、人才評價等環節的作用。

(七)提升通信基礎設施建設水平

綜合運用財政資金、PPP等多種模式,積極探索跨區域共建共享機制和模式,推動云計算、大數據等基礎設施建設,支持傳感器件、智能設備、工業網絡等新型工業互聯網基礎設施的發展??茖W規劃全國云計算數據中心選址布局,統籌云計算數據中心發展。加快城鄉工業寬帶網絡升級改造,推進全國基礎設施物聯網絡建設。

在通信基礎設施建設升級過程中,要加強信息通信服務供應商與工業企業的對接,減少信息通信服務與企業智能化改造的需求不匹配問題。

(八)廣泛深入開展國際合作

在“一帶一路”倡議和國際產能合作的大框架下,統籌國內智能制造試點工作??梢钥紤]選擇智能制造發展基礎較好、在區域經濟戰略中承擔重要功能的國家級開發區、新區或自貿區,對接德國、美國智能制造高端資源,開展高層次、機制化國際智能制造合作示范試點工作。

借鑒先進經驗,加強與領先國家的合作,在國內有條件的智能制造試點地區聯合共建“中德(中美)智能制造工業技術研究院”,籌建“中德(中美)智能制造合作引導基金”,搭建產業合作服務平臺,共同致力于低成本、集成化、網絡化和智能化的共性技術研究開發,并結合設備推廣和工程管理服務推廣,實現智能制造共性技術、標準的突破和推廣。

創新產業導入方式,改變傳統的“單項目、單方面、單方向”的項目招商模式,取而代之以“集群導入、系統導入、合作導入”這一新型合作新模式。

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