Topical eview 36 WMEM2014 第 3 期 www. cmtba. org. cn 我国智能制造发展战略与对策研究 工业和信息化部赛迪研究院装备工业研究所所长左世全 一、智能制造内涵及其战略意义 1. 概念内涵 智能制造是将制造技术与数字技术、智能技 术、网络技术的集成应用于设计、生产、管理和服 务的全生命周期，在制造过程中进行感知、分析、 推理、决策与控制，实现产品需求的动态响应，新 产品的迅速开发以及对生产和供应链网络实时优化 的制造活动的总称，可分为智能设计、智能生产、 智能管理、智能制造服务四个关键环节 ( 见图1) 。 图 1制造过程的智能化关键环节示意图 一是智能设计。指应用智能化的设计手段及 先进的设计信息化系统 ( CAX、网络化协同设计、 设计知识库等) ，支持企业产品研发设计过程各个 环节的智能化提升和优化运行。 二是智能生产。将智能化的软硬件技术、控 制系统及信息化系统 ( 分布式控制系统 DCS、分 布式数控系统 DNC、柔性制造系统 FMS、制造执 行系统 MES 等)应用到生产过程中，支持生产过 程优化运行，它是智能制造的核心。 三是智能管理。企业管理的内涵主要包括产 品研发和设计管理、生产管理、库存/采购/销售管 理、服务管理、财务/人力资源管理、知识管理、 产品全生命周期管理等。 四是智能服务。制造服务包含产品服务和生 产服务。前者指对产品售前、售中及售后的安 装调试、维护、维修、回收、再制造、客户关系的 服务，强调产品与服务相融合;后者指与企业生 产相关的技术服务、信息服务、物流服务、管理咨 询、商务服务、金融保险服务、人力资源与人才培 训服务等，为企业非核心业务提供外包服务。智 能服务强调知识性、系统性和集成性，强调以人 为本的精神，为客户提供主动、在线、全球化服 Topical eview www. cmtba. org. cn2014 第 3 期WMEM 37 务，它采用智能技术提高服务状态/环境感知、服 务规划/决策/控制水平，提升服务质量，扩展服务 内容，促进现代制造服务业这一新业态的不断发 展和壮大。 2. 战略意义 智能制造技术已成为世界制造业发展的客观 趋势，世界上主要工业发达国家正在大力推广和 应用。发展智能制造即符合我国制造业发展的内 在要求，也是重塑我国制造业新优势，实现转型 升级的必然选择，应该提升到国家战略的高度。 ( 1)实现制造业升级的内在要求 一是实现我国制造业高端化的重要路径。长 期以来，我国制造业主要集中在中低端环节，产 业附加值低。为改变这一境况，实现我国制造业 从低端制造向高端制造转变，发展智能制造是重 要途径。发展智能制造不仅为推动战略性新兴产 业发展提供必要保障，而且为制造业的高端化提 供了现实路径。 二是加速智能制造技术进步的内在要求。工 业制成品从发明研制到进入市场销售，都要经历 成长、成熟、饱和与衰退等不同阶段。智能制造技 术作为一项新兴技术，也存在技术生命周期。为 了形成技术生命周期的良性循环，与产品类似， 技术也同样需要尽快弥补研究开发成本。因此， 将这一新兴技术快速应用并推广，通过规模化生 产，尽快收回技术研究开发投入，从而持续推进 新一轮的技术创新，推动智能制造技术的进步， 实现制造业升级。 ( 2)重塑制造业新优势的现实需要 一是应对 “双重挤压”挑战的必须之选。当 前，我国已成为全球制造业第一大国，但依然 “大而不强” ，面临来自发达国家加速重振制造业 与发展中国家以更低生产成本承接国际产业转移 的 “双重挤压” 。以美国为代表的工业化发达国家 一方面凭借其领先的基础研究能力，强大的高新 技术和创新优势，加紧从技术、标准、规则和市场 等方面设置门槛，使我国制造业向价值链高端升 级的难度增大。另一方面通过加大包括智能制造 技术在内的研发投入，采取先进的制造模式降低 生产成本，并加强投资及采取税收优惠政策吸引 在华高端制造企业回归本国，使得对外直接投资 实现 “逆转移” 。越南、印度、墨西哥等广大发展 中国家凭借更低生产成本优势，正积极主动承接 国际产业转移，压缩了我国承接国际产业转移的 空间。在此背景下，我国必须加快推进信息技术 与制造技术的深度融合，大力推进智能制造技术 研发及其产业化水平以应对传统低成本优势削弱 所面临的挑战。 二是加快我国智能制造技术产业化的客观需 要。我国20 世纪80 年代末将 “智能模拟”列入国 家科技发展规划的主要课题，至今已经取得了一 大批智能制造技术的基础研究成果和先进制造技 术。以新型传感器、智能控制系统、工业机器人、 自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体 系初步形成，一批具有自主知识产权的重大智能 制造装备实现突破。虽然我国智能制造技术已经 取得长足进步，但其产业化水平依然较低，智能 制造装备及核心零部件仍然严重依赖进口，产业 化还主要局限于智能制造装备领域，这客观上要 求进一步加大智能制造技术的产业化，并扩展到 智能制造服务业。 三是破解能源、资源和环境约束，实现节能 减排目标的有力手段。为破解制造业发展面临的 能源资源紧张及环境失衡这一严峻形势，我国迫 切需要发展智能制造，以节约社会资源、能源。 2009 年，国务院确定 2020 年我国控制温室气体排 放的行动目标为:2020 年我国单位国内生产总值 二氧化碳排放比 2005 年下降 40% 45%。实现该 目标并解决我国制造业当前存在的问题，迫切需 要智能制造技术和装备。发展智能制造可以应用 更节能环保的先进装备和智能优化技术，有助于 从根本上解决我国生产制造过程的节能减排问题。 ( 3)拓宽产业施政空间的重要抓手 我国已编制完成 智能制造装备产业 “十二 五”发展规划 ，并于 2011 年设立 “智能制造装 备创新发展专项” 。2012 年 3 月，我国又出台了 智能制造科技发展 “十二五”专项规划 。分析 我国已出台的促进智能制造发展的规划和政策， 可以发现，目前还主要将重点放在智能制造技术 及智能制造装备产业发展方面，而智能制造是应 Topical eview 38 WMEM2014 第 3 期 www. cmtba. org. cn 将智能制造技术贯穿于产品的设计、生产、管理 和服务的制造活动全过程，不仅包括智能制造装 备还包括智能制造服务。因此，要促进智能制造 的发展，应从智能制造技术、智能制造装备、智能 制造服务等诸多领域加以规划和政策扶持。 二、全球智能制造发展趋势 1. 以 3D 打印为代表的 “数字化”制造技 术崭露头角 “数字化”制造以计算机设计方案为蓝本，以 特制粉末或液态金属等先进材料为原料，以 “3D 打印机”为工具，通过在产品层级中添加材料直 接把所需产品精确打印出来。这一技术有可能改 变未来的产品的设计、销售和交付用户的方式， 使大规模定制和简单的设计成为可能，使制造业 实现随时、随地、按不同需要进行生产，并彻底改 变自 “福特时代”以来的传统制造业形态。 3D 打印技术呈现三个方面的发展趋势:打 印速度和效率将不断提升，随着开拓并行、多材 料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获 得更大提升;将开发出多样化的 3D 打印材料， 如智能材料、纳米材料、新型聚合材料、合成生物 材料等;3D 打印机价格大幅下降。一些较小规 模的3D 打印机制造商已经开始推出1000 美元左右 的3D 打印机。随着技术进步及推广应用，3D 打印 机的价格有望大幅下降。 2. 智能制造技术创新及应用贯穿制造业全 过程 先进制造技术的加速融合使得制造业的设计、 生产、管理、服务各个环节日趋智能化，智能制造 正引领新一轮的制造业革命，主要体现在以下四 个方面: 一是建模与仿真使产品设计日趋智能化。建 模与仿真广泛应用于产品设计、生产及供应链管 理的整个产品生命周期。建模与仿真通过减少测 试和建模支出降低风险，通过简化设计部门和制 造部门之间的切换，压缩新产品进入市场的时间。 二是以工业机器人为代表的智能制造装备在 生产过程中应用日趋广泛。近年来，工业机器人 应用领域不断拓宽，种类更加繁多，功能越来越 强，自动化和智能化水平显著提高。汽车、电子电 器、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动 化生产线，工业机器人自动化生产线成套装备己 成为自动化装备的主流及未来的发展方向。 三是全球供应链管理创新加速。通过使用企 业资源规划软件和无线电频率识别技术 ( FID) 等信息技术，使得全球范围的供应链管理更具效 率，缩短了满足客户订单的时间，提升了生产 效率。 四是智能服务业模式加速形成。先进制造企 业通过嵌入式软件、无线连接和在线服务的启用 整合成新的 “智能”服务业模式，制造业与服务 业两个部门之间的界限日益模糊，融合越来越深 入。消费者正在要求获得产品 “体验” ，而非仅仅 是一个产品，服务供应商如亚马逊公司已进入了 制造业领域。 3. 世界范围内智能制造国家战略空前高涨 ( 1)世界主要工业化发达国家提早布局。自 20 世纪 80 年代末智能制造提出以来，世界各国都 对智能制造系统进行了各种研究，首先是对智能 制造技术的研究，然后为了满足经济全球化和社 会产品需求的变化，智能制造技术集成应用的环 境 智能制造系统被提出。日本于 1989 年提出 智能制造系统，且于 1994 年启动了先进制造国际 合作研究项目，其中包括公司集成和全球制造、 制造知识体系、分布智能系统控制、快速产品实 现的分布智能系统技术等。美国于 1992 年执行新 技术政策，大力支持包括信息技术和新的制造工 艺，智能制造技术在内的关键重大技术。欧盟于 1994 年启动新的研发项目，选择了 39 项核心技 术，其中信息技术、分子生物学和先进制造技术 中均突出了智能制造技术的地位。近年来，各国 除了对智能制造基础技术进行研究外，更多的是 进行国际间的合作研究。 ( 2)世界主要工业化发达国家将智能制造作 为重振制造业战略的重要抓手。金融危机以来， 在寻求危机解决方案的过程中，美、德、日等国政 府和相关专业人士纷纷提出通过发展智能制造来 重振制造业 ( 见附表) 。2011 年 6 月，美国正式启 动包括工业机器人在内的 “先进制造伙伴计划” ; Topical eview www. cmtba. org. cn2014 第 3 期WMEM 39 2012 年 2 月又出台 “先进制造业国家战略计划” ， 提出通过加强研究和试验 ( E)税收减免、扩 大和优化政府投资、建设 “智能”制造技术平台 以加快智能制造的技术创新;2012 年设立美国制 造业创新网络，并先后设立增材制造创新研究院 和数字化制造与设计创新研究院。德国通过政府、 弗劳恩霍夫研究所和各州政府合作投资于数控机 床、制造和工程自动化行业应用制造研究。日本 提出通过加快发展协同式机器人、无人化工厂提 升制造业的国际竞争力。德国于 2013 年正式实施 以智能制造为主体的 “工业 4. 0”战略，巩固其制 造业领先地位。 工业化发达国家发展智能制造的系列举措 国家机构或人员名称发布日期举措或内容 美国 总统奥巴马 先进制造伙 伴计划 ( AMP) 2011. 6 在关键制造产业、新一代机器人、创新型的节能制造工艺及先 进材料等方面通过政府、高校及企业的合作来强化美国制造业 总统执行办公室 国家科技委员会 美国先进制造 业国家战略计划 2012. 2 通过加强研究和试验 ( E)税收减免、扩大和优化政府投 资、建设 “智能”制造技术平台，以加快智能制造的技术创新 奇 点 大 学 Vivek Wadhwa 教授在 华 盛顿邮报撰文 为什么说现 在轮到中国担 心制造业了? 2012. 1 将人工智能、机器人和数字制造技术相结合，会引发制造业革 命，美国注定要重新获得制造业的领导权，新技术的出现可能 导致中国在未来 20 年中出现制造业空心化 奥巴马政府2012 2013 2012 年 3 月奥巴马政府计划拨款