各国先进制造业概略


 “中国智造”亟需迎头赶上

——世界先进制造业计划概略

/潘国尧(整理)

 

中国经济发展曾经长期依赖“三驾马车”,特别是以加工贸易为主导的出口使得中国赢得了“世界加工厂”的尴尬称谓。受到全球经济危机持续的影响,中国外贸开始出现结构性的调整,制造业优势不再。

而放眼全球,发达国家利用技术优势,已然开始行动。在欧洲,拥有雄厚工业基础的德国提出了“工业4.0”战略,试图摸索未来工业生产的新途径;在美洲,美国政府喊出了“再工业化”“能源互联网”等口号,发动了以“工业互联网”为代表的一系列“先进制造业”计划;而在亚洲,日本、韩国迎头赶上,工业机器人不仅得以普及,而且智能化程度正在不断提高。

中国与一些发达国家的先进制造业距离到底有多远?正如中国国务院副总理马凯今年三月在德国参加博览会时的现场所言:德国已完成工业3.0,而中国工业化发展历史不长,大部分还没有达到自动化和数字化,尚处在工业2.0阶段,部分达到3.0水平……所以从这个角度分析,中国制造业目前如果想与德国“工业4.0”以及美国的“再工业化”等实现对接,必须着力突破数字化、网络化、智能化核心的关键技术,大力实施智能制造工程,以培育形成新的生产方式和商业模式。

中国的改革开放所取得的成果,很大一部分是借鉴了世界上一些发达国家的发展经验和套路,特别是在工业方面。当前,中国也已完成了“中国制造2025”规划,为中国制造业未来10年设计顶层规划和路线图,以达到2025年基本实现工业化,迈入制造强国行列的目标。为实现“中国制造2025”的目标,我们依然需要借鉴那些已经在工业革命上渐行渐远的先进生产力。

德国:企业实践逆推国家战略实施

“工业4.0”的概念最早出现在德国,是在20134月的汉诺威工业博览会上正式推出的,其核心目的是为了提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。所谓工业4.0,是基于工业发展的不同阶段作出的划分。按照目前的共识,工业1.0是蒸汽机时代,工业2.0是电气化时代,工业3.0是信息化时代,工业4.0则是利用信息化技术促进产业变革的时代,也就是智能化时代。

“工业4.0”是德国国家战略的一部分,德国联邦教研部与联邦经济技术部于2013年将其纳入《高技术战略2020》的十大未来项目中,计划投入2亿欧元资金,支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。

2013年开始,“工业4.0之风”吹遍了德意志的大地。德国工业4.0是工厂、机器、生产资料和人通过网络技术的高度联结,形成自组织的生产,其内涵已经远远超越机器的自动化。沉淀了百年底蕴的德国制造,正在以智能化的节奏一步步散发出未来之感。众多不同规模、类型迥异的德国企业,不约而同地将战略方向指向一个目的地,在充分利用工业4.0技术成果的同时,也以各种方式积极驱动着工业4.0前进的车轮。

西门子:凭借全集成自动化(TIA)和数字化企业平台,西门子长久以来占据着信息技术集成领域的领导地位。西门子突出创新性的工程软件平台TIA博途V12、新一代控制器Simatic S7-1500、针对电气传动应用的全集成驱动系统IDS)概念,以及以信息技术为基础的服务。另外,西门子公司还将与德国弗劳恩霍夫研究院以及大众汽车公司联合展示,通过利用产品生命周期管理软件(PLM)进行虚拟生产规划,可降低生产线上机器人的能耗高达 50%

菲尼克斯电气: 菲尼克斯电气全球领先的连接技术和IT-Powered工业自动化技术帮助客户合理调配和使用能源。在能源链上,菲尼克斯电气在风能、太阳能两个领域已取得重要成果,与全球知名的风电整机制造商的深入合作,形成完整解决方案。工业4.0的实施过程对网络和控制系统提出了更智能化、更开放、更灵活、更快速的高的要求,而传统的以现场总线为核心的第三代控制系统所无法达到的。2004年菲尼克斯电气便全面投入Profinet工业以太网的开发,目前形成了全面的基于Profinet工业以太网的竞争力。

倍福:20128月,科技自动化联盟与倍福等重要成员定义了智慧工厂1.0”的理念框架,并于2012年推出了智慧工厂1.0”的模型。智慧工厂1.0是对数字制造和智能制造的综合,体现了装备生命周期和企业价值链的结合,与工业4.0概念具有共性的同时也有独特性。 在德国政府出资支持,众多知名企业参与的东威斯特法伦OWL工业4.0集群项目中,倍福与传感器、视觉系统及机械厂商一起参与科技自动化-系统化工程极速控制-标准加工设备能效提升两个项目的实施。

施耐德电气:能效管理是施耐德电气发展的主战略。在节能增效领域,施耐德电气将节能方式从传统的机器、工艺改造,升级上升到系统层面,使节能成为设备端、工艺端、工厂级管理和企业资源管理一体化的集成,助力传统工况企业实现高效、绿色生产的目标。施耐德电气重磅推出的EcoStruxure能效管理平台,除了实现了对电力、工业、建筑楼宇、数据中心和安防5大领域的技术和专业经验的整合,EcoStruxure与其子系统更强调软件带来的灵活性。如今,不同行业客户的特定需求,硬件难以实现的功能,通过开放、透明的软件系统可以更轻松,经济地解决。

罗克韦尔自动化:工业4.0的核心在于产业集成。而早在2008年罗克韦尔自动化便率先提出融合的理念,旨在将制造业纵向链条上界限分明的现场层,控制层,管理层之间实现相互渗透。2010年,罗克韦尔自动化在融合的基础上又提出全厂最优化的横向战略,进一步打通了从上游到下游的整个供应链,实现制造环境的所有组成部分协同工作,从而最大限度地提高资产利用率、生产力和正常运行时间,并将它们无缝集成到组织的其他环节中。罗克韦尔自动化纵向与横向的融合,可以说打通了实现工业4.0”的任督二脉。

美国:政府主导实施再工业化

在美国,工业4.0的概念更多的被工业互联网所取代,尽管称法不同,但它们的基本理念一致,就是将虚拟网络与实体连接,形成更具有效率的生产系统。

从政策层面来讲,美国政府在金融危机后将发展先进制造业上升为国家战略,希望以新的革命性的生产方式重塑制造业。从行业层面上看,行业组织工业互联网联盟的组建,宣告了企业界进军工业4.0时代的号角吹响。与德国强调的“硬”制造不同,软件和互联网经济发达的美国更侧重于在“软”服务方面推动新一轮工业革命,希望用互联网激活传统工业,保持制造业的长期竞争力。20131月,美国总统执行办公室、国家科学技术委员会和高端制造业国家项目办公室联合发布了《国家制造业创新网络初步设计》,这一创新网络的重点研究领域包括:开发碳纤维复合材料等轻质材料,提高下一代汽车、飞机、火车和轮船等交通工具的燃料效率、性能以及抗腐蚀性;完善3D打印技术相关标准、材料和设备,实现利用数字化设计进行低成本小批量的产品生产;创造智能制造的框架和方法,允许生产运营者实时掌握来自全数字化工厂的“大数据流”,以提高生产效率,优化供应链,并提高能源、水和材料的使用效率等。

  过去两年中,上述规划已逐步展开。20128月,美国政府和私营部门联合出资8500万美元成立了“国家3D打印机制造创新研究所”。20135月,美国政府宣布提供2亿美元联邦资金,成立“轻型和当代金属制造创新研究所”、“数字制造和设计创新研究所”和“下一代电力电子制造研究所”等三个制造业创新中心。今年2月又成立了复合材料制造业中心。

  据美国智库威尔逊中心发布的《全球先进制造业趋势报告》,美国研发投资量位于世界首位,其中四分之三投向制造业,在合成生物、先进材料和快速成型制造等先进制造业领域优势明显。分析人士认为,在政府和私营部门的大力推动下,美国很有可能出现以无线网络技术全覆盖、云计算大量运用和智能制造大规模发展为标志的新一轮技术创新浪潮。

韩国:借工业4.0推进制造业转型升级

作为中国的近邻,制造业同样占据国民经济重要地位的韩国,也在20146月正式推出了被誉为韩国版“工业4.0”的《制造业创新3.0战略》。20153月,韩国政府又公布了经过进一步补充和完善后的《制造业创新3.0战略实施方案》。这标志着韩国版“工业4.0”战略的正式确立。韩国是全球制造业较为发达的国家之一,其产业门类齐全、技术较为先进,尤其是造船、汽车、电子、化工、钢铁等部分产业在全球具有重要地位。但近年来,随着国际分工体系的变化,尤其是在来自不断崛起的中国制造业以及逐渐复苏的日本制造业的“夹击”下,当前韩国制造业增长乏力,面临着竞争力下滑的挑战,迫切需要新的发展战略。而“工业4.0”概念的出世,恰恰为韩国制造业的转型升级提供了绝佳的方向。

总体看,作为一份相对完整的制造业转型升级方案,韩国“制造业创新3.0”在整体上参考了德国“工业4.0”战略的基本理念,其方案完整,内容具体,更有不少独特的看点:

为实施“制造业创新3.0”战略,韩国制定了长期规划与短期计划相结合的多项具体措施,大力发展无人机、智能汽车、机器人、智能可穿戴设备、智能医疗等13个新兴动力产业。韩国政府还计划,在2020年之前打造10000个智能生产工厂,将韩国20人以上工厂总量中的1/3都改造为智能工厂。这些都与当前德国等国家通过智能生产方式升级制造业的大趋势相吻合。韩国政府预期,通过实施“制造业创新3.0”战略,计划到2024年韩国制造业出口额达到1万亿美元,竞争力进入全球前4名,超越日本,仅次于中国、美国和德国。

在战略设计上,坚持基于韩国的基本国情。因此,韩国政府特意使用了“制造业创新3.0”的提法,意味着并非原封不动地复制德国“工业4.0”的全部理念。尤其是在战略执行上,充分考虑到韩国中小企业生产效率相对较低、技术研发实力不足的特点,采取了由大企业带动中小企业,由试点地区逐渐向全国扩散的“渐进式”推广策略。

韩国还注意引导企业在“制造业创新3.0”战略实施中起关键性作用。韩国政府认为,推进制造业转型升级,广大企业是“主力军”,而政府的作用主要体现在致力于搭建营商环境,切实消除阻碍制造业发展的政策限制。根据《制造业创新3.0战略行动方案》,韩国将积极发动民间资本的参与,计划通过对智能工厂、融合新兴产业等的投资,总计投入约24万亿韩元(约合230亿美元)资金,其中韩国政府的直接投入不到10%(2万亿韩元),其余均拟通过吸引民间资本投入解决。还值得注意的是,韩国将扶持和培育相对处于弱势地位的中小企业作为重点方向之一。韩国政府计划,通过对中小制造企业的“智能化改造”,截至2017年培育10万家中小型出口企业和400家出口额达1亿美元的中坚企业。

此外,韩国还高度重视提升韩国制造业的“软实力”,将其作为强化制造业核心竞争力、应对其他国家竞争的主要手段之一。《制造业创新3.0战略行动方案》提出,针对当前韩国制造业在工程工艺、设计、软件服务、关键材料和零部件研发、人员储备等领域的薄弱环节,大力投入,以取得重要突破。尤其是提出,到2017年前,投资1万亿韩元研发3D打印、大数据、物联网等8项核心智能制造技术,尽快缩小与相关技术领先国家的差距。

日本:以人工智能为突破口实现工业4.0

 

  作为工业强国,日本的工业4.0极具特色,日本老龄化问题非常严重,该国政府十分重视发展人工智能技术。尽管信息化日益重要,但日本政府从未减少对高端制造业发展的重视,近年来更大规模推出技术战略规划,加大了对3D打印等新兴技术的投入。

   日式工业4.0的一大特色即是对人工智能产业的探索,以解决劳动力断层并支持未来的工业智能化,而其首先应用的领域就是工业化生产线。

   由于政府政策支持,日本通过改革技术采用智能化生产线的企业越来越多。以日本汽车巨头本田公司为例,其通过采取机器人、无人搬运机、无人工厂等先进技术和产品,加之采用新技术减少喷漆次数、减少热处理工序等措施把生产线缩短了40%,并通过改变车身结构设计把焊接生产线由18道工序减少为9道,建成了世界最短的高端车型生产线。

   业内人士指出,日本早在上世纪90年代就已经普及工业机器人,而今已在发展第三、四代工业机器人的路上取得了举世瞩目的成就。日本希望借助在该产业的高投入以解决劳动力断层问题,降低高昂的劳动成本并支持未来的工业智能化。

不同于欧美等更为重视信息化产业,日本始终没有放松制造业的发展。日本在振兴本国机械工业之初,就曾专门制订了《机械工业振兴法》,之后又根据进展先后三次对其修改。20世纪7080年代,当美国把制造业视为“夕阳工业”,热衷于把科技发展的重点置于高技术和军用技术时,日本就悄悄把主要精力投入到先进制造技术的开发和应用上,从而在国际竞争中后来居上,动摇了美国的技术领先地位。

进入21世纪后,日本依然坚信制造业是立国之本,并清醒地认识到,信息化离不开发达的制造业,大力发展信息技术的同时不能降低制造技术的重要性。日本首相的咨询机构“制造技术恳谈会”向政府提交的报告就强调,制造业是日本的生命线,没有制造业就没有信息产业和软件产业。日本政府认为即使在信息社会,制造业永远是需要加强和促进发展的基础产业。

   此外,日本特别强调加强制造业的技术基础。在政治家、企业家及工会的推动下,日本政府1999年起草了《振兴制造业基础技术基本法》,这一法规认为,产品的设计、制造是支持日本的基础。日本经济产业省2000年制定了“国家产业技术战略”,为生物、信息通信、机械、化学、能源、材料、环境保护、航空航天等13个产业部门确定了发展目标及其所需要的战略举措。这一战略的核心是研制新材料和开发新的制造工艺,主要包括:通过离子束、同步加速器辐射光、激光和电子束等手段,研究开发先进的半导体元器件加工制造技术,利用微型机械技术推动机械制造业发展等。

近年来,不论是日本企业还是政府更是加强了对尖端技术的研究和投入,希望在竞争中能不输欧美。从日本政府层面来看,其非常重视从整体上对产业和行业进行布局。日本政府近期加大了开发力度,加大对3D打印机等尖端技术的财政投入。2014年,日本经济产业省继续把3D打印机列为优先政策扶持对象,计划当年投资 45亿日元,实施名为“以3D造型技术为核心的产品制造革命”的大规模研究开发项目,开发世界最高水平的金属粉末造型用3D打印机。业内人士指出,制造业强国日本在3D打印产业中占据不小的份额,但应看到最主要的3D打印技术及龙头企业仍集中在欧美。因此日本政府采取了相应的政策来支持3D打印这一朝阳产业,以全面提升其在新工业时代的竞争力。