德、美、日、英智能制造核心战略进展综述

张梅燕

苏州经贸职业技术学院

一、德国

德国智能制造的核心战略是“工业4.0”计划。该计划由德国政府在2013年提出。德国认为，未来的工业生产将从集中供应向分散供应转变，工业4.0计划通过对ICT（信息通信技术）的深度应用，把工厂内部的各种设备通过数据交互连接起来，让设备彼此之间形成一个既可以数字化、个性化，又可以高度灵活连接的整体生产模式，总体上掌控从消费者需求到制造生产的全部过程，从而实现实时管理，达到生产的智能化。

“智能工厂”是德国“工业4.0”计划落地实施的具体体现，也是目前德国制造业所有行业都在进行研究的项目，德国已经为此项研究投入2亿欧元。“智能工厂”是集智能手段、物联网技术、监控技术以及智能系统等新兴技术于一体的人性化工厂，其本质是人机交互构建的高效生产管理网络。因此，信息物理融合系统（CPS）最能反映智能工厂的鲜明特点。

图1 德国信息物理融合系统

信息物理融合系统可以通过网络的超级计算能力将系统中的信息、资源、物体包括人连成一体，即通过连接现实世界与虚拟空间，打造现实生产工厂的智能环境。因此，工业4.0将诞生全新的系统功能性世界，也将对市场模式与现有业务带来深刻变革。目前，CPS中关于工业设备生产数据的交互在德国已逐渐成为现实。不少德国的跨国公司，如：博世、奔驰和大众等目前正在通过使用蔡司（Zeiss）集团开发的PiWeb系统，来实现分布在全球工厂与机器数据的同步监测。

二、美国

美国在智能制造技术创新方面，长期处于全球主导地位，人工智能、控制论、物联网这些智能制造技术的基础大多起源于美国。与我国强调数字化、网络化和智能化不同，美国智能制造更加关注能源管理问题。在美国，智能城市和交通、智能制造占到了美国能源使用量的三分之一，因此，美国非常关注制造业当中的能源消耗问题。美国智能制造领导联盟SMLC (Smart Manufacturing Leadership Coalition) 对智能制造有一个简洁明了的定义：正确的数据、在合适的时间，以适合的格式，贯穿整个企业”（Right Data，Right Time，Right Form Wherever Needed Throughout the Enterprise）。

美国政府关于“智能制造”的举措主要包括：1.整合社会多方资源，构建全国制造业创新研究网络。至今为止，美国政府已经创建了五个颇具影响力的制造业创新研究所，具体是（1）2012年8月在俄亥俄州扬斯顿设立的增材制造创新研究所；（2）2014年1月在北卡罗来纳州罗利成立的新一代电力电子制造业创新研究所；（3）2014年2月在芝加哥成立了数字制造和设计技术创新研究所；（4）2014年2月在密歇根州底特律建立的轻型现代金属制造业创新研究所；（5）2015年1月在田纳西州诺克斯维尔成立的先进复合材料制造创新研究所。2.通过加大基础设施投入、税收优惠，支持纳米制造、3D打印、工业机器人、生物制造、先进设计、先进材料、新一代信息网络、物联网及国防科技工业等领域的投资。3.通过给在国内投资的美国企业提供新税收优惠政策，改善美国投资经营环境，提升智能制造就业岗位。3.通过改革教育、签证制度，确保美国制造业人才通道通畅。

美国国家标准与技术研究院发表的报告《智能制造系统现行标准体系》，总结归纳了美国智能制造系统过去所依赖的标准和体系，同时架构了美国智能制造生态系统。[1]

图2 美国智能制造生态系统架构

美国所架构的智能制造生态系统，是一种具有前瞻性的制造运营模式，涵盖了设计、生产、工艺、管理、产品、工程等多个领域，范围很广。智能制造生态系统还从产品生命周期和三维空间的角度展示了整个智能制造体系。图中，蓝色标识从设计、运行、退役等生产维度，展示了整个智能制造生产设施和系统的部署；绿色标识从产品设计、产品控制、产品退市等产品维度，展示了整个产品信息流的管理；橙色标识则从供应商和客户的交互角度进行了商业维度的设计。美国所构建的智能制造生态系统把人员、工具与系统相连接，进行操作、创新、运行、规划以及设备维护和管理等，并通过应用软件的集成来提升企业控制能力并且帮助企业优化决策。

三、日本

日本尽管没有提出一个非常明确的智能制造发展战略，但却在实际行动中将BD(大数据)、IoT（物联网）、AI(人工智能)、云服务等作为了日本近年来智能制造投入的重点领域。在德美新一代制造业战略的压力下，日本产业界实施了基于物联网的智能制造系统与基于物联网的服务体系。

首先，日本分析了自身在硬件及切入式软件技术方面的优势，并于2015年1月公布了“新机器人战略”。[2]新机器人战略重点在于通过熟练掌握大数据、网络技术及人工智能技术，来实现终端化、自律化和网络化，实现虚拟世界与实体世界的智能连接，使日本成为物联网（IoT）的世界领袖。其中，制造业、服务业、医疗业是日本“新机器人战略”投入行业的前三名。制造行业的重点建设内容包括：充分借助IT技术来提高机器人研发领域的技术含量；在智能制造的准备工序阶段逐步尝试引入机器人，发展机器人技术；快速培育可以将用户与制造商进行有效连接的系统集成商。服务行业的重点建设内容包括：由机器人来全部完成批发、零售、物流、仓储、住宿、餐饮业等服务行业的后勤工作；研发新一代生产要素技术的，实现接待工作的全自动化机器人处理等。医疗行业的建设内容包括：推动手术助手机器人、医疗护理机器人等医疗领域机器人的应用与普及；加快新医疗机器人器械的审查速度等。

其次，鉴于产业平台的重要性，日本政府不断集中各大研究机构的力量，组织开发集大数据、工业互联网、人工智能等覆盖智能制造全产业链的公共服务平台，拟在未来10年投入超过2000亿日元的开发经费，以应对来自IBM、Google、GE等国际著名平台大企业的竞争。

图3 日本政府统一组织力量开发公共平台

再次，汽车产业是日本的支柱产业，同时也是工业4.0的最佳实践行业。日本各大汽车企业利用原有自动化程度高、技术创新活跃的优势，大力推动大数据、云服务、物联网和智能化的开发和应用。

图4 日本车企探索生产及社会化大数据在开发、设计中的应用

尽管日本政府、学界、企业都在努力寻找应对工业4.0冲击的解决方案，但是，由于企业系列化组织形式的阻碍，以及对开放型网络环境的担忧，使日本在面向网络时代的智能制造转型方面仍面临诸多障碍。

四、英国

英国是工业革命发源地，但近年来英国制造业出现逐年下滑趋势。因此，英国政府提出了定位于 2050 年英国制造业发展与复苏的“2050战略”。

英国“2050战略”致力把握市场机遇，敏捷响应消费需求，培养高素质劳动力，提升可持续发展能力，重点资助建设新能源、嵌入电子、生物技术、材料化学、智能系统等14个创新中心。政策重点主要有以下几个方面：一是鼓励英国制造业回流。吸引之前将生产基地迁至国外的本土生产制造类企业迁回英国本土，并用税收等优惠政策帮助这类企业来削减成本。二是更加注重制造业可持续发展的质量。英国不再着眼于制造业在量上的累积，而是将主要战略方向转向具有高价值的制造产业的发展。三是为制造业创造良好的发展条件，如，加强基础设施投资、加快培养高技术制造人才、加速新兴市场的开发等。[3]

此外，英国还将航空、汽车等行业列入了智能制造重点发展的核心产业。

汽车产业发展方面，英国政府和汽车产业界共同组建的先进动力中心（Advanced Propulsion Centre，APC），目前已共同投资了约12亿英镑。英国还发布了功率电子技术、轻质汽车传动技术、内燃机传动技术、汽车能源存储和管理等 11 项路线图。为了推动这些路线图的实施，英国相关各方耗资了1.85亿英镑（其中约一半来自私营部门），启动了包括打造未来汽车供应链、低碳汽车技术研发能力、低碳低排放汽车动力技术研发能力，共三期低碳汽车动力技术竞争性项目。

航空产业发展方面，英国政府建立了航空技术研究所，已提供了超过10亿英镑的投资，同时企业提供等额资金配套。产业合作伙伴包括空客公司、劳斯莱斯公司航空部门等，且已经向英国航空技术研究所投入了两批项目，资助总额分别为6000万英镑和2500万英镑。