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地方政府如何发展智能制造

经过改革开放30多年的艰苦奋斗,我国已经成为了世界制造大国,但大而不强的问题也比较突出,各地方政府及开发区制造业在创新能力、产品质量和品牌、产业结构、信息化水平等方面与世界先进水平仍存在较大差距。关键技术、核心部件对外依存度高,自主品牌企业尚未形成规模、缺乏核心竞争力。与此同时,还面临着劳动力成本上升、土地资源和环境要素约束加剧等问题。在这样的环境下,各地方政府及开发区必须加快向“创新驱动”转型,向数字化、网络化、智能化、服务化转型升级。

2015年5月出台的《中国制造2025》已经成为我国的重大国家战略,而智能制造是中国制造2025的主攻方向,它与“互联网+”是未来中国制造业转型升级的重要抓手。智能制造作为制造业转型升级的重要突破口,在市场需求和政策扶持的推动下,正在掀起中国制造业转型升级的大幕。地方政府以及众多开发区当然也不可能缺席。尤其是对于制造业发达地区地方政府而言,智能制造是依托区域传统制造能力和知识存量,以及产业集群发展成果,参与产业分工格局重塑、构建区域产业新体系和实现产业区域品质跃升最清晰、最便捷的路径之一。

在国家“十三五”规划的指导下,制造业发达地区结合原有区域制造能力和产业集群发展智能制造,正是地方政府创新政府管理方式,提高产业治理水平,用新的发展观念和行为方式参与经济转型升级的最佳机遇。
一、全面准确理解智能制造
(一)智能制造的概念
智能制造是指将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节融合,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称,具备以智能工厂为载体,以关键制造环节智能化为核心,以端到端数据流为基础、以网通互联为支撑的四大特征,可有效缩短产品研制周期、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗,对推动制造业转型升级具有重要意义。
完整、准确、深刻的认识和理解智能制造,可以从产品的生命周期、生产的系统层级、智能制造实现的功能三个维度来理解。具体见图1:



 
图1:智能制造系统架构
资料来源:《国家智能制造标准体系建设指南2015年版》
   


1、生命周期
生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。生命周期中各项活动相互关联、相互影响。不同行业的生命周期构成不尽相同。
理解智能制造可以从产品的生命周期这一维度来理解,不能单纯的认为只要制造环节智能化便是智能制造,智能制造是通过将大数据、云计算、物联网等信息技术运用到设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节,实现信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能。智能制造包含在从产品设计到生产,再到物流、销售,最终到服务的产品全生命周期过程中。
2、系统层级
理解智能制造还可以从生产活动的系统层级这一维度来理解,智能制造的系统层级自下而上一共分为五层,分别为设备层、控制层、车间层、企业层和协同层。智能制造的系统层级体现了装备的智能化和互联网协议(IP)化,以及网络的扁平化趋势。具体包括:
1)设备层级包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、机器、机械和装置等,是企业进行智能生产活动的物质技术基础;
2)控制层级包括可编程逻辑控制器(PLC)、数据采集与监视控制系统(SCADA)、分布式控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)等;
3)车间层级实现面向工厂/车间的生产管理,包括制造执行系统(MES)等;
4)企业层级实现面向企业的经营管理,包括企业资源计划系统(ERP)、产品生命周期管理(PLM)、供应链管理系统(SCM)和客户关系管理系统(CRM)等;
5)协同层级由产业链上不同企业通过互联网络共享信息实现协同研发、智能生产、精准物流和智能服务等。
智能制造从生产设备、生产控制、生产车间、生产企业、协同生产五个层级层层递进,从最低级的生产设备层级最终达到产业链上不同企业协同研发、智能生产、精准物流和智能服务的最高层级。
3、智能功能
智能功能包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态等五个层级,它指的是智能制造从资源要素汇集,到最终形成新兴业态的不同功能层级。
1)资源要素包括设计施工图纸、产品工艺文件、原材料、制造设备、生产车间和工厂等物理实体,也包括电力、燃气等能源。此外,人员也可视为资源的一个组成部分。资源要素指从生产最初开始,为生产制造活动展开所必须准备的一切资源。
2)系统集成是智能制造所实现的第一个功能,它指通过二维码、射频识别、软件等信息技术集成原材料、零部件、能源、设备等各种制造资源。由小到大实现从智能装备到智能生产单元、智能生产线、数字化车间、智能工厂,乃至智能制造系统的集成。
3)互联互通是智能制造在实现了系统集成之后所实现的第二个功能,它是指通过有线、无线等通信技术,实现机器之间、机器与控制系统之间、企业之间的互联互通。
4)信息融合是指智能制造在实现了系统集成和互联互通功能的基础上,利用云计算、大数据等新一代信息技术,在保障信息安全的前提下,实现信息协同共享这一较高级功能。智能制造在各个制造环节的“信息孤岛”间架起桥梁,并加以集成,从而使数据在整个工厂中得以共享。机器收集的数据和人类智能的结合将推进工厂优化,改进企业管理绩效,大幅增加经济效益,提高工人操作安全性,并促进环境可持续发展。
5)在实现了系统集成、互联互通、信息融合之后,通过生产组织方式和商业模式的变革,最终实现形成新兴业态的目的,实现生产组织方式和商业模式的变革。这些新兴业态主要包括个性化定制、远程运维和工业云等服务型制造模式,通过贯穿整个价值链的工程化数字集成,实现基于价值链与不同企业之间的整合,从而最大限度地实现个性化定制,根本改变传统的商业模式和消费者的购物行为。
地区政府以及产业区认识和理解智能制造,要从上述三个维度来完整、准确、深刻的理解智能制造,只有这样才能更好的发展区域智能制造产业,推动地区经济持续、健康、稳定的发展,实现制造业转型升级这一宏伟目标。
二、明确地方政府及开发区发展智能制造的主要方向
基于上述的分析和认识,地方政府以及开发区发展智能制造的主要目标是紧紧围绕系统层级、生命周期、智能功能三个维度,形成“创新、协调、绿色、开放、共享”的智能制造产业。
智能制造是一个大的系统工程,要从产品、生产、模式、基础四个方向来协调推进(图2),其中,以信息—物理系统(cyberphysical system,CPS)和工业互联网等智能制造基础设施为基础,智能产品是主体,智能生产是主线,以用户为中心的生产组织方式和商业模式变革为主题。


图2:智能制造推进方向
资料来源:周济,智能制造——“中国制造2025”的主攻方向


    地方政府及开发区发展智能制造产业的主要方向包括:
1、推动智能制造基础设施建设
智能制造的基础建设工作主要包括:
1)构建CPS。CPS是一个综合计算、通信、网络、控制和物理环境的多维复杂系统,可以将信息世界和现实世界联系在一起,创建一个真正的CPS世界,这个CPS世界中,智能目标之间可以互动和互相交流。信息物理系统代表现有嵌入式系统的下一种演进形态。将互联网、网上可利用的数据和服务、嵌入式系统结合在一起,就形成了信息物理系统。信息物理系统为构建物联网提供了基础,将其和服务网结合一起,产生多个创新应用,以处理实际问题。它们将彻底改变物理世界的交互方式,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。
2)积极推进工业互联网基础设施建设。工业互联网是智能制造的基础设施,“云计算、大数据、物联网、服务网”通过嵌入式系统连接装备以实现工业互联网。制订工业互联网整体网络架构建设规划与布局,建设低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网。
3)强化智能制造网络信息平台、标准体系和信息安全保障系统的建设。①建设智能制造网络信息平台,推动软件与服务、设计与制造资源、关键技术标准的开放与共享;②建立智能制造标准体系,加快制定以智能化为特征的重大成套装备、自动化生产线系统级标准;③建立信息安全保障系统,全面提高信息安全保障能力。
2、发展智能产品
智能产品使机械产品向“数控一代”乃至“智能一代”发展,可从根本上提高产品功能、性能和市场竞争力。
这些智能产品包括但不限于:
1)3D打印机
3D打印采用分层打印、叠加成形的方式逐层增加材料来生成三维实体。相对于传统的材料切削成形,3D打印的材料添加成形是一种重大创新。
2)虚拟现实设备
虚拟现实设备是虚拟现实解决方案中用到的硬件设备。现阶段虚拟现实中常用到的硬件设备,大致可以分为四类。分别是:建模设备(如3D扫描仪);三维视觉显示设备(如3D展示系统、大型投影系统(如CAVE)、头戴式立体显示器等);声音设备(如三维的声音系统以及非传统意义的立体声)以及交互设备(包括位置追踪仪、数据手套、3D输入设备(三维鼠标)、动作捕捉设备、眼动仪、力反馈设备以及其他交互设备)等。
3)智能传感器与仪器仪表
新型传感器、微机电传感器、自检校自诊断自补偿传感器,以及工业自动化环境下的温度、压力、流量等传感器,研发高灵敏度、高环境适应性、高可靠性的智能仪器仪表等。
4)物联网设备
包括射频识别(RFID)(RFID+互联网)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等设备。
5)高档数控机床
包括五坐标加工中心、高速高精钻攻中心、光刻机精密工作台、高端数控系统以及功能部件等。
6)智能制造新材料
与智能制造相关的功能材料、纳米材料、增材制造材料、稀土材料等,推进关键基础材料升级换代。
7)高速高精制造工艺与技术
包括工程化微米、亚微米加工工艺和封装技术、微纳制造技术、先进激光技术等。
地方政府以及开发区需要在原有的制造业产业能力和产业集群中,找到融入智能制造的突破口,发展具有自身特色和优势的智能产品。
3、开展智能生产
智能生产使制造业向智能化集成制造系统发展,构建智能企业,全面提升产品设计、制造和管理水平。
智能生产主要包括:
1)设计技术智能化——设计的数字化网络化智能化,采用面向产品全生命周期、具有丰富设计知识库和模拟仿真技术支持的数字化智能化设计系统,在虚拟现实、计算机网络、数据库等技术支持下,可在虚拟的数字环境里并行、协同地实现产品的全数字化设计,结构、性能、功能的模拟与仿真优化,极大提高产品设计质量和一次研发成功率。
2)生产技术智能化——生产的数字化网络化智能化,制造装备的数字化网络化智能化、生产过程的计算机辅助规划与优化,可大幅度提升生产系统的功能、性能与自动化程度,使制造系统向柔性制造系统、数字化智能化车间、数字化智能化工厂、以至智能制造系统方向发展。
3)管理智能化——管理的数字化网络化智能化,数字化网络化智能化技术的应用将使制造企业向数字化网络化智能化企业管控模式发展,可实现产品全生命周期各环节各业务各要素的协同规划与决策优化管理,不仅可有效提高企业的市场反应速度,同时可大幅度提高制造效益、降低产品成本和资源消耗,有效提高企业竞争力。
4)智能化集成制造系统,智能生产是智能制造工程的主线。“智能生产”实质上就是智能化集成制造系统。CPS系统和工业互联网将企业的产品设计、制造过程和优化管理集成起来,实现技术流程和业务流程的融合,具有灵活性、自适应和学习功能、容错和风险管理等特点,提供了产品制造质量、时间、成本等方面巨大的竞争优势。
4、推进生产组织方式和商业模式的变革
生产组织方式和商业模式的变革是智能制造的主题,制造业的数字化网络化智能化将大大促进规模定制生产方式的发展,延伸发展生产性服务业,深刻地改变制造业的生产组织方式和商业模式。生产组织方式和商业模式的变革主要体现在:
1)大规模流水线生产转向定制化规模生产
规模制造的成本优势无法在柔性制造中实现。但是制造业数字化网络化智能化技术正在使产业模式从大规模标准化生产向个性化定制化柔性化规模生产转变。
2)产业形态从生产型制造向服务型制造转变
在工业互联网、云计算、大数据技术迅猛发展的大态势下,工业互联网将包括机器、设备和设施群在内的工业网络与先进的传感器、控制装置和应用软件相连,将服务整合在内延展到了产品的全生命周期,延展产业链的同时,服务带来了新的产业价值,智能制造时代的产品其核心价值已不是产品本身,而是服务用户。产业形态即将迎来从生产型制造向服务型制造的深刻改变,制造业将实现从以产品生产为中心向以服务用户为中心的根本性转变,这种生产组织方式和商业模式的根本性变革是推进智能制造的主题。
三、加强智能制造产业发展顶层设计与统筹规划
国家的“十三五”规划方案已经公布,在新的历史起点上,地方政府要加强智能制造发展的顶层设计与统筹规划。加强战略、规划、政策的制定和实施,研究制定地区及开发区智能制造中长期发展规划。有些地区比如广东省已经率先发布了省级智能制造发展规划,并提出了具体措施。针对地方政府及开发区发展智能制造的主要目标,地方政府应尽可能调动自身的资源,紧密结合本区域产业转型升级要求、区域传统制造能力和知识存量,以及产业集群发展成果,在智能制造发展战略、规划、政策等制定和实施方面发挥积极作用。
通过在“十三五”时期制定具有科学性和前瞻性的智能制造发展战略、规划,确定区域智能产业发展的基本目标、主要任务、重大布局、重点产业、发展领域和实现路径,并且学习在产业生态体系形成进程中针对解决具体产业问题的需求,出台针对性强、可操作性强的促进政策和精准的地方性产业规范,逐步培育起区域性开放型智能制造产业,激励、引导已有企业和新入企业主动实施战略调整,积极加入区域智能制造产业,为地方经济平稳、持续、健康发展注入新的活力。
四、构建智能制造自主创新体系
    地方政府以及开发区要选择性的突破智能制造关键技术和核心部件,聚焦一批关系本地区主要产业健康发展的核心基础部件和一批与产业安全密切相关的关键支撑技术,实施科技重大专项和重大工程攻关,尽早实现重大突破。要完善以企业为主体的产学研协同创新机制。健全技术创新的市场导向和管理机制,发挥市场对技术研发方向、路线选择、创新要素配置的导向作用,推动企业成为创新活动的投入主体。要大力建设智能制造创新平台。着力实施创新驱动发展战略,以创新资源的共建共享以及科技产业的协同发展为抓手,着力构建开放型、一体化的智能制造区域创新平台。加强知识产权的运用、保护和管理。实施企业知识产权运用能力培育工程,指导工业企业建立健全知识产权管理制度,培育一批工业和信息化领域知识产权运用标杆企业。
五、大力发展智能制造产业公共服务体系
智能制造等新兴产业的发展正在改变过去由少数大企业主导的局面,而是形成开放、多元、网状分工、相互合作竞争的产业组织格局。因此,在推动区域智能产业生态体系形成过程中,地方政府以及开发区需要将注意力更多地放在发展事业性、公私合作性和商业性相结合的服务机构上,构建完善、高效、普惠的区域智能制造公共服务体系,是地方政府最为重要的任务之一。
总体来说,区域智能制造公共服务体系包括以下内容:一是智能制造所需基础设施,如云计算、大数据、工业物联网等新一代信息技术,工程数据库和高性能运算服务等;二是围绕智能制造的跨区域、跨领域开放性公共技术和科技服务平台,整合区域内外各类科技信息和资源,促进区内中小企业与科技服务对接;三是针对区域智能制造产品和服务的开放性市场推广和服务平台,在建立区域智能制造产业端到端市场推广体系的基础上,充分利用区内外各类资源为中小企业提供市场调研、展览展示、品牌推广、渠道建设、经验交流等市场拓展服务;四是人力资源服务平台,包括提供各类研发、设计、技能、管理专业人才培训、创业辅导和人力咨询等公共服务,甚至开展人力资源外包服;五是与智能制造相关的其他各类服务平台,如政策信息、投资融资、贷款担保、财税代理、产权交易、对外合作、权益维护等等。
六、为智能制造产业发展创造良好市场条件
    党的十八届五中全会提出,要按照完善和发展中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化的总目标,健全使市场在资源配置中起决定性作用和更好发挥政府作用的制度体系。这就需要地方政府以及开发区进一步维护市场秩序,完善市场环境,为建立区域开放型智能制造产业提供良好的市场条件。
地方政府以及开发区要加强对市场主体、市场活动的监督管理,强化事中事后监管。同时还要继续简政放权,深化地方政府服务产业、服务企业的体制机制改革。进一步加大行政审批事项取消下放力度,全面清理非行政许可审批,对确需设置的行政审批事项,要建立权力清单制度并向社会公开,对保留的行政审批事项规范管理、简化程序、明确时限、提高效率,并依法全面公开行政审批信息,规范行政裁量权,实行“阳光审批”。深化投资审批制度改革,适时修订政府核准的投资项目目录,减少投资项目前置审批,严格规范中介服务,落实企业投资主体地位,推进投资创业便利化。此外,要发挥行业协会和商会等社会中介组织在服务行业、服务企业方面的作用和优势,形成行业自律、资源整合、知识共享的良好氛围。