国外智能制造装备产业发展分析（上）

文|张容磊

1 发达国家智能制造装备产业的发展特点

装备制造业是国家经济竞争力的核心，被喻为国家工业化建设的“发动机”，没有现代的高端装备制造业，就没有现代化的工业化。大体来说，战后发达国家装备工业经历了两个发展阶段，即“批量化生产方式”占主导地位阶段和“柔性化生产方式”占主导地位阶段。伴随着发达国家装备工业生产组织方式两个阶段的演变，其产业组织模式表现出两个鲜明的特点。

（1）建立了确保产品质量的专业化、标准化分工协作体系。

发达国家的设备生产完全实现了社会化专业生产。首先需要实现技术开发与制造加工分离，以保证制造加工的专业化。其次是细分制造加工内部的各个工序，形成从产品开发设计到零部件的生产制造装配，从制造装备到产品的销售以及售后服务等一系列精细分工的专业化企业协作完成。由于其专业化的分工协作体系，保证了产品在每个生产加工环节均保持了很强的创新能力，加工产品的质量、性能要求都能得到满足。同时，标准化的加工过程使得生产加工的各环节能够保持技术上的同步性，从而保证了最终产品的质量。专业化、标准化的分工协作体系是发达国家能够在装备工业领域形成垄断优势的基础，也是发达国家实现了工业化的重要标志。

（2）形成以核心企业为中心的寡占型市场结构。

在发达国家的装备工业化进程中，各产业都形成了寡占型企业占主导地位的产业组织模式，这种组织结构可以使这些大型的核心企业发挥着多种功能：寡占型企业有能力成为技术开发的主要承担者和主体，使科研经费的投入变成生产循环不可缺少的一部分，产品的创新性也因此得到提升；可以通过发挥技术、资金等优势来提高竞争门槛，避免重复建设、过度竞争；可以成为众多中小企业的核心企业，组织中小企业承担专业化配套加工，推动社会专业化分工体系形成，并向中小企业转移技术，推动社会生产在技术、生产标准等方面实现一致性。

总而言之，发达国家装备业的产业组织一般都朝着集中和分散两个方面成长：第一是生产趋向集中化，即生产要素越来越集中于专业化大型企业；第二是生产趋向分散化，即生产要素向与大型企业有协作关系的中小型企业扩散。通过这种关联作用，形成规模经济，并建立起分工协作的大中小型企业共生的产业组织模式。

1.1 美国智能制造装备产业的发展特点

（1）“研发与生产—出口—进口”的发展模式。

美国在基础科学研究、高新技术研发方面均处于领先地位，是典型的工业发达国家的发展模式。作为制造业领军国家之一，美国长期在基础科学研究方面投入大量的人力和物力，配置一流的研发力量，并率先开发和生产出新的技术和产品，抢占市场发展先机，获得更多的收益。在新产品在国内市场销售量上升的同时，美国开始向后发工业国家出口产品，不断扩大产品在国际市场上所占的份额。随着技术在全世界的普及，竞争者数量逐渐增多，美国开始进行跨国投资，向后发工业国输出资本和技术，在国外就地生产和销售，将制造工厂转移至后发工业国。当国外的产品成本大幅下降时，美国开始从国外进口产品，转而研究和开发更高端的产品，开始新一轮的“研发与生产—出口—进口”过程。

（2）跨国公司是装备制造业发展的主体。

据统计，2010年世界500强企业中美国企业有140家，2015年虽下降至128家，美国上榜企业数量仍居世界第一，其中1/4左右是装备制造业企业，包括跨国汽车公司福特公司、通用汽车公司等。在信息产业领域，美国英特尔公司的中央处理器与微软公司的应用软件几乎控制了全世界的计算机硬件和软件市场。这些拥有顶尖技术的跨国公司通过建立国际技术联盟、设立研发中心、吸引高科技人才的方式，发展具有自主知识产权的技术和装备，是装备制造业发展的主体。

（3）美国政府的大力支持。

长期以来，美国政府一直致力于建设一个健全的、有效运行的国家创新体系。在产业技术的发展方面，美国政府给予了实质性的支持，陆续制定了一系列产业发展政策以及税收优惠减免政策，以鼓励企业加大科技开发力度，促进本国制造业的发展。为抢占高科技制高点，增加产业竞争力，美国制定并实施了若干重大专项计划，推动产学研对关键技术的联合攻关。得益于美国政府的大力支持，美国装备制造业聚集了高额的研发资金和大批高科技人才，为装备制造业的发展提供了有力的技术支撑。

（4）新兴装备制造业正逐步成为推动社会发展的主导力量。

在20世纪90年代以前，传统装备制造业，如汽车产业、机床行业，一直是美国装备制造业发展的主导产业。随着信息技术的快速发展，美国制造业的发展方向发生转变，新兴装备制造业所占市场份额开始逐步提高，包括通信设备、计算机行业等，也因此带动了与此相关的高级生产型服务业的发展，包括软件服务业、IT咨询业等。新兴装备制造业所创造的产值在美国国民经济总产值的比重逐渐升高，为全球高科技人才提供了大量的就业机会，已经成为推动社会发展的主导力量。

1.2日本智能制造装备产业的发展特点

（1）“进口—国内生产—出口”的发展模式。

日本作为后发工业国家的代表，其装备制造业经历了从不发达到发达的过程。最初，由于日本国内的生产技术和资本等要素尚不具备，不得不依赖从美国等工业发达国家进口高端产品。随着日本装备制造业的发展，逐步开始自行生产和开发产品，通过国产化代替进口。随着对引进技术的消化、吸收、创新和规模经济的逐步形成，日本开始逐步形成成本优势，产品开始出口国外。这种发展模式之所以能够提升日本的制造水平，主要得益于日本对引进技术的消化吸收再创造的重视，从而推动了日本装备制造业的升级换代。

（2）政府实行了合理有效的产业政策。

在日本工业化进程的不同阶段，日本采取了不同目标的产业政策。战后复兴阶段，日本重点发展电力设备、造船业、汽车、半导体等产业，带动了日本整个经济的上升。从20世纪60年代开始，日本开始追赶欧美等发达国家，确立了“贸易立国”和“科技立国”的战略。日本政府就装备制造业的发展颁布了若干法律和优惠政策，促进了本国装备制造业水平的明显提高，使得日本实现了成为世界级制造中心的目标。

（3）装备制造业目前面临优势弱化的风险。

日本的创新更偏重于过程创新，而忽视产品创新。日本对基础研究开发投入较弱，导致基础研究能力薄弱，使日本在新一轮发展过程中的国际竞争力下降。日本的电子及通信设备制造业、交通运输设备制造业在赶超后逐渐失去了强劲的发展势头，进入了技术模仿的瓶颈期。日本在半导体核心技术生产方面的比较优势已经让位于基础研发能力强大的美国，在造船业、电气机械制造、家用电器等方面已经逐步被韩国赶超，技术含量低的门类其比较优势也已经开始失去，从主要出口开始变成进口。在全球信息化发展的大背景下，装备制造业开始逐步引进计算机辅助设计，与美国相比，日本在以信息技术为主导的新兴装备制造业方面发展较为滞后。

1.3 德国智能制造装备产业的发展特点

（1）“以人为本”的理念。

20世纪90年代，美国大力发展信息业，而德国仍然把培养装备制造业工程师作为重点，其影响虽然表现为目前德国信息业相对滞后，但是装备制造业依然牢牢占据市场份额。德国公司特别注重培养熟练的技工人才，新工人必须经过严格培训并考核合格后才能上岗。生产实践中坚持师徒之间的技艺传承。德国在发展工业自动化过程中，同样强调人的作用，强调即使计算机管理整个生产过程，真正发挥创造性并起决定性作用的仍然是高素质的人。在高福利的社会保障体系下，技术工人可以享用最好的福利资源，成为社会中产阶级的中坚力量。这样也就能保证高素质人才源源不断地补充这个队伍，为其装备制造业提供长久的发展动力。

（2）“德国制造”的品牌。

德国标准体系代表了国家对工业标准的主动干预，在数代产业工人的实践经验基础之上，由国家出人出力，在理论和标准层面对行业产品进行统一规划，这样既有效协调了本土企业之间的竞争，又整体上提升了德国工业品的国际竞争力。时至今日，德国标准体系已经成为欧盟乃至世界范围内通用的标准，“德国制造”几乎成为品质和信誉的代名词。为了保证质量，德国标准体系很多时候都详细规定了制造业某种产品的细节和流程，任何一件产品都必须严格按照德标的规定进行生产，每一步骤都有相应的检验核查标准。

（3）“创新实力”的驱动。

与美国、日本这些发达装备制造业国家一样，在装备制造业领域德国能够保持世界领先地位，根本在于拥有众多先进的专有技术，这是德国长期坚持参与研发领域国际竞争的结果，其创新实力来源于庞大的工程师队伍和研发投入。此外，德国的联邦和各州近年来仍不断提出加强科研的倡议，其中采取的措施之一是“精英团体”计划，支持5年以上的大型研究项目。有了优秀的人才和创新机制，就能不断培育出领先的技术。

2 国外智能制造装备产业发展政策支持

20世纪90年代以来，各发达国家和地区，如美国、日本、欧共体、德国等都针对先进制造技术的研发提出了国家级发展计划，旨在提高本国、本地区制造业的国际竞争能力。

2.1 美国产业发展政策支持

为了保持其制造业的全球竞争优势，美国联邦政府推出了一系列的制造业振兴计划。1991年美国里海大学（Lehigh University）提出“美国企业网”（FAN，Factory American Net）计划，该计划的目的是研究如何利用信息高速公路，把美国的制造企业联系在一起。1992年，美国执行被总统称之为“关键重大技术”（Critical Technology）的新技术政策，其中包括信息技术和新的制造工艺，智能制造技术也在其中。美国政府希望借此改造传统工业并启动新产业。随后，美国相继开展了“敏捷制造的使能技术”（Technologies Enabling Agile Manufacturing，TEAM）的研究（1994～1999年）、以敏捷制造和虚拟企业为核心内容的“下一代的制造”模式的研究（1995年）、计算机辅助制造网（CAM Net）的研究（1996年）、俄罗斯－美国虚拟企业网（Russian-American Virtual Enterprise Net-work，RA-VEN）的研究（1997年）等。

为支持中小企业技术创新、提高中小企业技术创新能力和效率，美国政府帮助中小企业建立了信息网络，为中小企业免费提供广泛的信息服务。在美国空军科学制造计划的资助下，卡内基梅隆大学完成了首台智能加工工作站的样机。与此同时，美国工业界以极大的热情投入到智能制造的开发与研究中，提出“智能制造，新技术、新市场、新动力”的口号。2000年，美国洛克希德·马丁公司提出了F-22飞机研制的虚拟工厂概念，打通了从设计、生产到管理的全数字化信息流。2001年，该公司为完成美国联合攻击战斗机（JSF）的研制和采购项目，采用产品全生命周期管理（PLM）技术，构建了全球性的虚拟企业，实现了单架飞机的全生命周期的跨地区、跨企业的协同设计、协同制造以及协同维护的全生命周期。2005年，美国政府出资创建了智能机床启动平台（SMPI），该平台成员涵盖公司、政府部门以及机床厂，重点开展智能机床方面的研究。2009年12月，美国提出《重振美国制造业政策框架》、2011年6月提出《先进制造伙伴计划》、2012年提出《先进制造业国家战略计划》，这一系列计划旨在依托新一代信息技术、新材料、新能源等创新技术，加快发展技术密集型的先进制造业，实施基于信息高速公路的敏捷制造的美国21世纪的制造战略。作为先进制造业的重要组成，以先进传感器、工业机器人、先进制造测试设备为代表的智能制造得到了美国政府、工业界各层面的高度重视，目前已经取得长足进展，相关技术产业出现良好的发展势头。

2.2 日韩产业发展政策支持

1990年，日本东京大学Furkawa教授提出智能制造系统（IMS）国际合作项目并被日本通产省正式立案为国际共同研究开发项目。日本、美国、加拿大、澳大利亚、瑞士、韩国和欧盟在1991年1月联合开展了IMS国际合作计划。这是为了克服FMS（柔性制造系统）、CIMS的局限性，把日本工厂和车间的专业技术与欧盟的精密工程技术、美国的系统技术充分地结合起来，开发出能使人和智能设备都不受生产操作和国界限制、彼此合作的高技术生产系统。该计划鼓励工业界、学术界和政府在现代制造技术领域里进行广泛的研究与合作，其目标是全面展望21世纪现代制造技术的发展趋势，先行开发下一代的制造技术，以解决全球制造业面临的共同问题，改善地球环境（包括生产环境），提高资源有效利用率，提高产品质量和性能，促进现代制造技术成果向生产力的转化，积极推动全球制造信息、制造技术的体系化和标准化，快速响应制造业全球化的发展趋势。

从1995年开始，IMS计划进入全面实施阶段，IMS的国际合作研究开发一般分为全球合作、复杂制造、先进制造、发展制造业、扩大和开放市场五个层次。1992至1994年间，日本投资10亿美元建立了六项工业界主导的“可行性国际合作测试案例”，包括“流程工业洁净制造”“全球化制造同步工程”“世纪全球化制造”“全方位制造系统”“快速产品开发”和“知识系统化”智能系统，重点研究了开发全球化制造、下一代制造系统、全能制造系统等技术。2004年，日本启动了“新产业创造战略”，为制造业寻找未来战略产业，并将信息家电、机器人、环境能源等领域作为重点发展对象，努力提高日本制造业在国际上的产业竞争力。

韩国于1991年年底提出了“高级先进技术国家计划”，即“G-7计划”，包括七项先进技术及七项基础技术，目标是到2000年把韩国的技术实力提高到世界第一流发达国家的水平，该目标已基本达到。为占领智能化生产技术的制高点，韩国目前又将智能制造技术列入“高级先进技术国家计划”之中，重点研究智能化生产技术。

2.3欧盟产业发展政策支持

欧盟早在1982年制定的信息技术发展战略计划中就强调了智能制造核心技术的开发。由德国、法国和英国发起的主题为“未来的工厂”的尤里卡项目，将解决敏捷智能制造方面的研究与开发作为重点。德国西门子、瑞士ABB、法国施耐德电气等公司已将部分人工智能技术应用到工业控制设备与系统中。由欧盟资助的智能制造系统IMS2020计划囊括了意大利、德国、瑞士、美国、日本、韩国等多个发达国家与SAP、IBM、Siemens、BMW、MIT、Cambridge等多家企业与高校。针对可持续制造领域、节能制造领域、关键技术领域、标准化领域、创新培训领域五个关键领域，规划并逐步完成1～3年的短期目标、7～10年的中期目标以及10～15年后的智能制造蓝图。1998年12月，欧洲联盟公布了“第五框架计划（1998—2002）”，将虚拟网络企业列入研究主题。2002年，欧盟提出了“第六框架计划”，选定了需要重点攻关的7大领域，计划中的第三部分涉及制造技术前沿的研究，主要包括加工仿真与新技术开发、新型机床研发，轻型结构及机床组件研究和并联机床研发等内容。加工仿真与新技术开发研究包括表面加工质量检测与切削参数优化，铣削、车削加工过程建模与仿真，超精密加工技术等方面的研究。新型机床研发包括高速机床的研发、开放式数控系统及光纤传感器应用等方面的研究。机床组件研究包括轻型材料机床组件、旋转轴准确度测定及空气静力轴承等的研究。参加单位包括西门子、达诺巴特等机床生产企业，博世、菲亚特等终端用户企业，以及德国亚琛工业大学机床与生产工程研究所，汉诺威大学生产工程研究所、布达佩斯技术与经济大学等研究机构。

2013年，德国针对来自亚洲制造业的竞争威胁和美国的《先进制造业国家战略计划》，提出了“工业4.0”计划，期望充分发挥德国在制造业的现有优势，以确保德国制造业的未来。“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命或革命性的生产方法，两大主题分别为“智慧工厂”和“智能生产”。德国依托其在加工过程中广泛应用的信息和通信技术、强大的机械和装备制造业、在嵌入式系统和自动化工程方面的高技术水平和全球市场的领导地位，通过“工业4.0”计划的实施进一步巩固其作为全球领先生产制造基地、生产设备供应商和IT业务解决方案供应商的地位。工业发达国家都把先进制造技术作为国家级关键技术和优先发展领域，尽管决定国家综合竞争力的因素有多种，但制造业的基础地位不能忽视。