从“科创中国”技术应用案例库项目看我国智能制造发展现状

杨娟YANG Juan；张真ZHANG Zhen；王黎明WANG Li-ming

（中国仪器仪表学会，北京100088）

0 引言

近年来，先进信息技术与制造技术之间的融合愈发深入，与技术的不断创新及发展相伴随，智能制造系统处于持续迭代及不断演进更新的过程中。作为一个庞大的系统，制造系统在产品、生产以及服务全生命周期的所有环节均有贯穿，可将对制造业生产要素与生产模式的重塑作用有效发挥出来，在很大程度上对制造业发展理念、价值形态以及产业生态等的深刻变革形成推动。以不同发展阶段与技术特征为依据，智能制造可进行数字化、网络化以及智能化3 大范式的划分，其中，数字化发挥着重要的基础作用；网络化则以数字化为基础，基于工业互联网及工业云等相关技术的支持达到装备的联通集成目的；智能化作为人工智能和先进制造2 大技术的深层次融合，以新一轮工业革命核心驱动力的形式而存在。

实际上，智能制造是建设制造强国的重要攻坚方向，其发展水平的高低会在很大程度上对我国今后制造业的全球地位产生影响，无论是在现代产业体系建设进程的加快上，还是在实体经济根基的巩固壮大上，亦或是对新的发展格局和数字中国的建设上，智能制造发挥的作用均不容忽视。全球新一轮科技革命和产业变革正在蓬勃兴起，对此，必须深层次制定与落实创新驱动发展战略，将更大的力度投入于对智能制造的发展与应用上，助力中国制造实现跨越式发展，从真正意义上实现“制造大国”向“制造强国”的跨越。对于智能制造技术而言，今后15 年是其发展尤为重要的时期，对此，中国仪器仪表学会对各种优势力量进行聚集，在创新这一根本动力的驱使下，紧抓“科创中国”活动契机，力求实现制造业产业的创新式发展与智能化升级，共同为制造强国建设作出贡献。

1 我国智能制造发展历程

德国将制造业技术的发展定义为工业革命的四个阶段，即工业4.0 的进化史。德国以智能制造为主导的工业4.0 始于2013 年，基于对信息通讯技术与信息物理系统（CPS，CyberPhysicalSystem）的最大限度运用，加快制造业向高度智能化的转型进程[1，2]。美国的“工业互联网”也是同理，尽管与德国“工业4.0”称呼不同，但两者有着大体相同的核心理念，都是建立起虚拟网络和实体两者之间的连接关系，进行效率更高的生产系统的构建。我国对智能制造的研究始于20 世纪80 年代末，快速发展时期是进入21世纪以来的十年，进入21 世纪以后得到了快速的发展，近年来，越来越多的重点项目相继实现重大突破，并取得不容忽视的成果，从整体层面上看，智能制造相关产业已经初具规模。

与信息技术和先进制造技术的迅猛发展相伴随，我国智能制造装备无论是从横向看还是从纵向看都已取得非常大的进步。从现在起到2035年，当属我国制造业实现由大至强转变的重要阶段，不仅如此，亦是行业发展质量、效率及动力等实现变革尤为关键的时期。对此，整个制造业需要紧抓科技革命和产业变革的战略机遇，紧紧围绕制造强国建设目标，遵循供给侧结构改革的重要主线，明确智能制造这一主攻方向，进行智能制造发展战略的科学与有效制定和落实。

但是分析目前形势，依旧有显著矛盾与问题对我国智能制造的快速发展形成制约，主要有以下五方面的体现：一是智能制造基础理论及技术体系建设存在一定的滞后性；二是未完成对智能制造中长期发展战略的制定任务；三是高端制造装备对外依存度高；四是关键智能制造技术及核心基础部件主要依赖进口；五是重硬件轻软件的现象突出。

“十九大”报告强调要加快制造强国的建设以及先进制造业的发展进程，今后，还要采取有效手段和措施对信息化与工业化进行深度融合，对智能制造形成推动，加快制造业的数字化、网络化与智能化发展速度。《中国制造2025》对我国制造强国的总体建设目标及战略加以明确，强调要紧紧围绕新一代信息技术和制造业深度融合这一主线，对智能制造进行推进，助推制造业由大变强历史性跨越的顺利与快速实现。

2 智能制造推进措举

2.1 工信部《“十四五”智能制造发展规划》（简称《规划》）

为了从更深与更广的层次上对智能制造技术推广形成推动，工信部发布《规划》，强调规模以上制造业企业要在2025 年实现数字化的基本普及，同时，重点行业与骨干企业要初步达到智能化转型的重要目的，争取规模以上制造业企业中有超过50%的企业都可以达到2 级及以上的智能制造能力成熟度，同时，重点行业与区域内3 级及以上的企业数量所占比例分别大于20%和15%，无论是在企业生产效率上，还是产品良率上，亦或是在能源资源的利用率上，均实现大幅度的提升；进一步地，发展至2035年，规模以上制造业企业实现数字化的全面普及，骨干企业基本上全部达到智能化转型目的。对《规划》的任务进行分析，重点体现在系统创新的加快以及融合发展新动能的强化之上，基于《规划》中的要求，制造业需要不断强化自主供给，进行产业体系新优势的培育，此外，亦要将基础支撑夯实，实现对智能制造新保障的全面构建。

2.2 中国科协推出“科创中国”品牌

“科创中国”是中国科协助力经济社会高质量发展的一项重要举措，其技术应用案例库建设项目，是中国科协围绕“科创中国”试点城市（园区）产业发展需求相对集中的信息技术、智能制造、生物医药、新材料、工业互联网、新能源，以及关系国民经济基础的农业、林业、水产等领域，开展的技术应用和成果转化服务案例建设工作。通过探索技术成果应用的评价标准、征集机制、评审机制，对取得应用实效的创新成果的技术特点、适用范围、典型成效、技术评价、获取方式等进行统一规范加工，通过“科创中国”平台进行推广，促进既有成果的实用价值拓展，打造“科创中国”服务创新人才成长的工作品牌，努力构建以技术应用案例引领需求增长、以需求增长拉动产业发展、以产业发展带动创新技术成果快速转化的科技经济融合模式。中国科协将技术应用案例库项目作为“科创中国”三年行动计划（2021-2023 年）重点任务之一。中国仪器仪表学会承接了2021 年“科创中国”智能制造领域技术应用案例库项目，经过广泛征集、评审，最终300 项案例录入到“科创中国”案例库。

3 “科创中国”案例库情况分析

通过对征集入库的300 项智能制造技术应用案例进行分析，发现案例主要呈现以下几个特点：

3.1 智能制造转型方式多种多样

智能制造转型升级的方式包括分为智能工厂、智能生产线、智能装备、信息化系统以及智能制造标准化等。此次入库的300 项案例涉及了上述五类，其中智能工厂/数字化车间占比最大，占比50%，其次为信息化系统，第三至第五为智能制造标准化、智能装备及智能生产线（具体见图1），反映了我国智能制造转型方式上呈现多点开花。

图1 300 项案例智能制造转型方式分布图

3.2 制造业数量多，覆盖范围广

对入库的300 项案例应用行业进行分析，结果显示案例分属于26 个制造业，其中通用设备制造业进行智能制造转型最多，占比16.00%（具体见图2）。案例覆盖了我国国民经济行业分类中31 个制造业分类中的26 个制造业，覆盖范围广，具有很强的指导性。

图2 300 项案例涉及行业分布图

3.3 案例所涉地区具有代表性

对案例实施企业所在地域进行分析，结果显示300 项案例涉及了全国27 个省市和地区。其中河南省实施智能制造转型的企业最多，占比达25.33%，排名第二至第十的分别是北京、江苏、上海、陕西、浙江、四川、辽宁、广东、山东，并且西部偏远地区新疆、西藏也有案例[3-5]，说明我国各省市都非常重视智能制造发展，力求抢占智能制造高地（具体见图3）。

图3 300 项案例实施企业地域分布图

3.4 项目技术水平高，运行效果明显

对案例所获得的项目支持情况分析，300 项案例中，有96 个项目获得了工信部智能制造综合标准化和新模式应用项目支持，占比达32%。并且这些获得支持项目，技术水平高，运行效果明显（具体见图4）。

图4 300 项案例所获得项目支持情况图

4 基于案例的我国智能制造发展现状

4.1 智能制造转型“多点开花”，充分反映我国“十三五”数字化改造水平

智能制造转型最重要的是要根据企业自身的需求，辅以考虑资金、时间和投资回报率，来选择适合的方式。从本次项目入库的300 项案例来看，无论选择哪种方式，只要踏出了转型的第一步，企业的技术水平及制造能力都得到了不同程度的提升，从而带来良好的经济效益和社会效应。

以南京优倍电气有限公司为例，这是一家成立于2002 年的仪器仪表民企，主要生产与经营业务为研发与制造安全栅、隔离器、温度变送器以及电涌保护器等工业信号接口仪表。公司从2013 年考虑智能制造转型升级，2014 年开始实施，2016 年公司实施的“仪器仪表智能工厂”列入工信部2016 年重大专项的示范、验证产线，并为江苏省、南京市首批示范智能工厂。项目建设内容包括数字化研发、企业资源、生产过程信息化管控、数字孪生系统，以及智能装备、工业互联网内外网等。项目完成后，企业销售额五年实现增长率206%，单位能耗降低12%、制造成本降低28%。项目获政府多项表彰，并多次接受工信部、省、市领导的考察指导、接待中国一汽等数百家企业的现场交流。

4.2 各地区均将智能制造发展作为重点工作，支持力度大

据公开资料显示，“十三五”期间，全国31 个省市自治区均发布“智能制造发展”规划及相关计划，并实施以税收优惠及创新金融扶持、项目资金支持等方式鼓励并推动制造企业进行智能制造转型升级。

以河南省为例，在本次入库的300 项案例中，来自河南省的案例75 项，占比最高，而且涉及通用设备制造业，汽车制造业，铁路、船舶、航天航空及其他运输设备制造业，计算机、通信和其他电子设备制造业，仪器仪表制造业，专用设备制造业，电力、热力生产供应业，食品制造业，电气机械和器材制造业，化学原料和化学制造制造业，黑色金属冶炼和压延加工业，纺织服装、服饰业，烟草制品业，农副食品加工业，石油、煤炭及其他燃料加工业，非金属矿物制品业，印刷和记录媒介复制业等17 个制造业领域，智能制造应用推广成效显著。

“十三五“期间，河南省先后制定《中国制造2025 河南行纲领》（2016 年）、《河南省装备制造业转型升级行动计划（2017-2020 年）》（2017 年）、《河南省智能制造和工业互联网发展三年行动计划（2018-2020 年）》（2018）等相关计划，为河南省智能制造发展进行布局。截至2019 年6 月底，河南省全省投资3000 万元以上的智能制造示范项目达到1037 个[6]。由此，足以见得政府对于智能制造发展的支持力度之大，而河南省只是其中的一个缩影。

4.3 涌现出一批系统解决方案供应商，发挥创新引领作用

智能制造系统解决方案供应商联盟于2016 年成立，自成立起，该联盟便进行了一体化公共服务平台的建设，对技术研发、行业应用以及市场推广等进行集成，基于该平台的支持，5000 余家系统解决方案供应商队伍得以形成。在本次入库的300 项案例中，有82 项案例由系统解决方案供应商提供，占比达约1/3，系统解决方案供应商在推进我国智能制造改造过程中发挥了创新引领作用，建设实施了诸多应用案例。

尽管我国智能制造发展已经取得显著成果，但有一点需要承认，即智能制造关键核心技术依旧存在自主供给不足的问题，市场供给率有待提升。对智能制造技术进行分析，可主要将其划分为4 个层次，分别为自动化、信息化、互联网以及智能化，产业链涵盖范围广，包括智能装备、工业互联网、工业软件、3D 打印以及对以上各项环节进行有机结合的自动化系统集成和生产线集成等。进一步地，智能装备有机器人、数控机床、服务机器人以及其他自动化装备等的划分，工业互联网主要由机器视觉、传感器、RFID 核工业以太网等构成，工业软件对EPR、MES 以及DCS 等予以涉及。现阶段，我国在智能装备工业互联网、工业软件方面的核心技术仍然依赖进口。《“十四五”智能制造发展规划》显示，“十三五”期间，我国智能制造装备市场满足率在50%，工业软件市场满足率在30%。在本次入库的300 项案例中，案例中提及拥有自主知识产权的装备或软件等不足10%。我国智能制造关键核心技术市场供给率有待进一步提升。

5 我国智能制造发展未来展望与学会智能制造服务平台规划

5.1 我国智能制造发展未来展望

2021 年1 月，《“十四五”智能制造发展规划》正式发布，规划中提出，“十四五”及未来相当长一段时期，推进智能制造，需要以制造本质为立足点，紧紧结合智能特征，发挥出工艺与装备的核心作用，在数据这一重要基础之上，以制造单元、车间和供应链等重要载体为依托，进行虚实融合、知识驱动、动态优化、安全高效以及绿色低碳的智能化制造系统的构建，加快制造业向数字化的转型进程，实现网络化协同以及智能化变革[7]。我国智能制造将要进入一个新的发展阶段，进入到一个全面推进阶段。在这个阶段，学会要关注智能制造发展以下几方面：传统产业及中小企业的数字化转型；核心技术的自主供给能力，保证安全可控；智能制造所需的复合型人才；智能制造标准化工作。

5.2 学会智能制造服务平台规划

从学会服务平台建设上，建立智力服务体系，组建综合性、产业性、地方性等不同类型“科技服务团”、“科普基地”等，开展覆盖全产业链、供应链的专业化综合性服务；提供“套餐式”服务，匹配不同内容不同类型的服务组合，从科学普及、技术研发转化与交易，到市场拓展与智库咨询等生态圈系统服务，弥补断点，补齐环节，实现供需闭环对接；将供需要素标准化，匹配有效成果供给，改进服务的普适性、规范性与长效服务机制；服务主体多元化，促进政产学研用社会效益与经济效益共赢共享持续机制形成。

注释：

①“科创中国”：是中国科协助力经济社会高质量发展，充分彰显科技“化危为机”的价值、有效凝聚科技工作者创新创业力量、主动发挥中国科协的组织人才优势、积极拓展国际合作的空间和渠道而打造的全新服务品牌。