美、德工业4.0战略经验对我国的启示_0

2019-06-12 11:38

  工业4.0概念首先是德国提出的,它一经提出就迅速普及到几个工业大国,在全球范围内,工业4.0以工业制造业和网络信息技术融合的智能制造为特征,并逐步升级为国家产业战略,它是把信息技术融合到工业领域中,以提升工业水平和生产效率。随着各国工业改革的逐渐深入,工业4.0正在改变着世界工业产业布局。CPS(Cyber-PhysicalSystem)既信息 -物理融合系统是工业4.0战略采用核心技术,通过CPS系统可实现人机的实时交互,进而建立一个高度灵活的既具有数字化又具个性化的智能制造模式。德国将其称作工业4.0,美国定义为工业互联网。当前我国在工业4.0的道路上刚刚起步,国内正面临制造业的转型升级,我国要实现从制造业大国到制造业强国的跨越,就必须抓住这场工业革命的机遇。同时通过研究全球主要国家制造业发展的最新趋势,分析我国制造业发展现状和困境,才能正确得出我国应采取的策略和举措。

  一、德国:工业4.0时代的开创者

  (一)德国率先推出工业

  4.0战略德国早在 2011年德国汉诺威工业博览会上就首次提出了工业4.0的概念,它被誉为第四次工业革命,它是通过信息网络新技术与工厂制造相结合,以提高制造业水平,既智能工厂与智能生产的结合体。其中德国西门子公司是工业4.0概念的积极实践者和推动者。2011年11月,德国政府出台了《高技术战略2020》,其中就包括了工业4.0战略,它已经成为德国的一项国家战略。2012年1月,相关行业协会牵头的工业4.0工作组正式成立,它包括了政府、企业和行业协会的专家。2013年4月,工作组向德国政府发布了《实施工业4.0战略建议书》。随后,德国机械及制造商协会设立了工业4.0平台,并把研究与创新、安全、规范与标准作为三大工作主题。2013年12月,德国发布工业4.0标准化路线图,从而迅速掀起了全球工业4.0的热潮。

  (二)政产学研用协同合作,升至国家战略

  德国企业界和学术界认为在未来几年的第四次工业革命中,基于CPS系统的智能制造将占据主导地位。在学术界,德国有很多基础研究机构例如莱布尼兹协会、各类大学以及霍兹联合会等,支撑着工业4.0中的技术创新。这些研究成果既能够提供技术创新的理论基础,又能为政府提供政策导向;在企业界,德国西门子公司是工业4.0的积极实践者和推动者,其他如SAP等企业也迅速跟进。2013工业4.0平台也是由德国机械及制造商协会等相关协会成立的;在政府方面,2013年,德国联邦经济技术部与教研部联手将工业4.0纳入《高技术战略2020》的十大未来项目中,资助工业4.0研究项目,并在德国产业界和学术界的推动下,已上升为国家级战略。2013年这两个部门计划投入2亿欧元支持工业4.0技术的研发。2015年3月,德国教育和研究部、德国经济和能源部接管由行业协会建立的工业4.0平台,并对该平台进行改造升级,工作组成员是由政府、产、研、学多方代表组成的。

  (三)德国工业4.0的特色

  智能工厂与智能制造是德国工业4.0的两大特色主题,这两者的实现是以CPS系统为核心,德国的工业4.0是将工厂、产品与生产设备三者之间的横向集成,把整个生产过程视作生态系统,提升生产过程的智能化与生产效率。德国工业4.0有5个重要特点:一是注重策略。在全球竞争激烈的今天,德国是一个包容、开放的国家,从工业4.0战略规划中不难看出,德国制定了完备的市场和供应商策略,并注重创新商业模式;二是重视基础战略。从德国的发展历史和工业4.0的推进过程中可看出德国一直都很重视发展战略规划,具体的发展路线图和战略,能够使德国制造业一直处于领先优势,保证了可持续发展;三是注重前瞻性。国家对工业4.0这个长期战略分阶段来实现,对智能制造和智能工厂进行多视角、多层次的解剖和前瞻性的分析,为战略重点的抉择提供现实和理论的依据。再者,德国政府和企业非常重视标准化,为未来的国际竞争创造了前提和优势。四是重点在创新。通过CPS系统,德国将工业领域的所有因素都衔接起来,这说明创新的深度性。德国的工业4.0把创新的技术和理念应用到智能制造和智能工厂当中;五是重视市场导向。德国在构建智能社会和市场的过程中以CPS系统和技术产品为主导,在不同的区域和领域,针对各层次的消费者生产智能产品,这种新的商业机模式必定具有广阔的市场前景。

  二、美国:以软优势领先智能制造

  (一)美国是工业4.0的有力推动者

  美国人把工业 4 . 0称为工业互联网,它是由GE(通用电气公司)于2012年提出。2011年6月,美国政府启动了《先进制造业伙伴计划》,2012年2月启动了《先进制造业国家战略计划》,实施再工业化。美国提出的工业互联网,旨在将人、数据与智能设备衔接,以交换数据来驱动制造业智能转型。相比德国,美国积极推进的新工业战略更加注重软的方面,例如大数据、软件、互联网等对于传统工业的再工业化。在美国,工业4.0就是将虚拟网络与实体连接,通过大数据分析等来重塑制造业,形成效率更高生产系统。美国的工业互联网范畴更广阔,它试图将人、数据和机器连接起来,形成开放而全球化的工业网络。目前,美国国内80多家ICT和互联网巨头公司如GE、IBM、思科等企业成立了IIC(工业互联网联盟),以期打破技术壁垒,为通过大数据来实现制造业的创新。美国凭借其在工业3.0的领先优势以及互联网和ICT先进巨头公司的影响力正推动着全球工业4.0的发展。

  (二)全面而又激进的国家政策

  美国政府在制定工业互联网策略上,希望通过全新的生产方式来实现再工业化。早在2012年美国将工业互联网上升为国家战略。伴随着一系列法案的出台,美国的智能制造业正实现工业和信息化领域的革命。前期规划提出:2009年,重振制造业被奥巴马总统确定为一项国家发展的战略,并为指引制造业的发展出台了《重振美国制造业框架》。2011年,为了保持制造业的领先地位,奥巴马政府又启动先进制造伙伴计划。创新性策略:2012年,奥巴马政府推出了国家制造业创新网络、国家3D打印机制造创新研究所和先进制造业国家战略计划,并建立了几十所研究中心,旨在加强产学研的有机结合。2013年初,美国总统执行办公室等机构斥资10亿美元建立制造业创新网络,并出台了《国家制造业创新网络初步设计》。2013年中期,奥巴马政府投入2亿美元打造数字制造和设计创新研究所等三个创新中心。随后在2015年又成立了复合材料制造业中心。以上可看出,在美国政府全面而又激进政策的推动下,美国的工业互联网将极有可能促使美国在智能制造业领域再次占据制高点。

  (三)企业联盟攻克技术难关

  美国在实施工业互联网过程中,工业互联网联盟起着至关重要的作用。它的宗旨是将参与智能制造业标准的制定,在各成员之间提供开放的平台,协调成员之间的新技术试验,分享试验成果,打破技术壁垒,实现数据共享。到目前该联盟已有251家成员,其中不光有美国本土的企业,也包括亚太地区的企业和德国的一些企业。该联盟已经与世界上70多家组织建立了合作关系,通过制定通用标准,以期能影响国际智能制造业标准化工作的制定。联盟为基础研究向实践应用的转化提供了一个重要平台。通过各成员间共享实验数据,必将提高各成员的智能制造水平和生产效率,进而推动整个工业产业链的全面升级。

  三、美、德工业4.0战略经验对我国的启示

  2015年我国推出了《中国制造2025》,它被誉为中国版工业4.0规划。随后,国内的各行各业,特别是工业和互联网企业纷纷投入到我国的智能制造业当中。目前,我国发展工业4.0尚有诸多短板和挑战:德国现在正在从3.0向4.0发展,自动化向网络信息化迈进,而我国的制造业还在工业2.0~3.0之间。

一是全球制造业竞争加剧。新一轮工业革命开启,世界各国都在积极提高智能制造水平,以期在未来竞争中占据优势。美、德等发达国家通过实施工业4.0规划,必将加大其在制造业、网络和信息行业等方面的优势;

二是有可能失去中低端制造业优势的风险。在实现再工业化过程中,亚洲的一些发展中国家,由于劳动力成本较低,必将改变中低端制造业的布局,使我国在中低端市场上失去优势地位;

三是就我国国内形势来看,企业急需转型。我国企业对外依赖度高,核心元件和技术大部分依靠进口。对标准化不够重视,缺乏标准化,更缺乏国际性的思维。这是我国的一个短板;制造水平低下,缺乏大品牌效应和知名的大型企业。管理水平不高,制造的产品质量缺乏稳定性;

四是工业4.0时代面临频谱危机。未来,随着工业4.0战略的开展,互联网逐渐与制造业相融合,必将促进车联网、物联网的快速发展,以互联网+工业为主导的智能生产需要大量的频谱资源。此外,在未来的工业4.0过程中必将涌现出一大批新技术、新设备,如新的RFID、传感技术等,以及大数据所带来的海量的应用终端,频谱资源频谱短缺问题日益突出必将使我国工业4.0的开展捉襟见肘。同时,伴随频谱短缺问题而来的是我国电磁环境日趋复杂化以及电磁干扰问题日益严重。据预测,到2020年由于无线设备和应用的激增,未来物联网的频谱缺口将达到1248MHz~1584MHz。针对以上问题,借鉴美、德发展工业4.0策略可以得到以下启示:

  (一)在加强对外交流的基础

  上建立试点单位首先,需要加强国际交流,尽快研究和建立我国工业4.0基本框架。框架包括顶层设计、生产系统、实施步骤、硬件设备、制度保障以及软件系统等,我国目前刚开展中国制造2015,前期应加强与美德等发达国家在工业4.0方面的交流,借鉴他们在再工业化过程中取得的先进经验。第二,对周边发展中国家,我国应积极主动的与之加强在中低端制造工业方面的合作,共同研讨技术标准的制定,找到一条适合我国国情的工业4.0发展蓝图。第三,由于我国工业4.0无发展的经验,所以可在工业化相对比较发达的东南沿海、京津塘等地区开展试点工程,既在生产过程、产品、工业互联网、管理以及服务的智能化方向上,分层次分区域的展开试点,旨在打破试点各自边界。随着两化融合和互联网+战略逐步推进,我国必将在工业4.0的发展过程中取得先进的管理和生产经验,在世界的竞争格局中显现中国制造。

  (二)夯实工业发展的基础

  美、德经过工业 2 . 0、工业3.0的发展积累,所以在实施工业4.0战略时就顺势而上,而我国粗放型的生产方式使我国大部分企业,特别是在中西部还处在对工业2.0阶段。在东南沿海地区企业大都是以数控化加工为主,与发达国家工业3.0的标准尚有很大不足。面对我国制造业大而不强的局面,建议我国分步骤、分阶段、分区域的走完工业2.0和工业3.0道路;同时在全国大力推行互联网+战略,通过互联网+工业来促使我国经济的转型升级;逐渐改变传统产业的生产方式,用创新性思维培育产业经济的增长点;依托互联网、物联网与大数据,打造智能化的产业体系;加快推进两化融合,打牢我国的信息化基础;大力发展高端制造业,加大投入,对有能力的高端制造企业给予政策和资金的扶持。

  (三)通过重大专项工程推动智能装备产业的发展

  智能制造已成为全球制造业发展的新趋势,智能装备是智能制造的物理载体。我国急需启动重大专项工程来实现工业和社会的智能的智能化。虽然目前我国已在智能加工领域取得了产业化成果,但其中核心技术等关键环节一直都是我国的短板。建议在有条件的地区开展智能制造的示范工程,启动智能制造的专项工程。一是开展工业机器人、数字工厂应用示范、制造业大数据应用等重大专项;二是继续开展国家科技重大专项,例如基础制造装备、高档数控机床等方面。三是建立国家级制造业创新中心,重视产学研的结合。

  (四)多措并举解决用频之忧

  在无线电频谱资源管理方面,创新无线电管理工作方式方法。按照转变政府职能加强事中事后监管和发挥市场在资源配置中决定性作用的要求,改变单一行政指配的频率分配模式,建立以市场为导向的多重频率分配模式势在必行。对无线电频谱在智能制造业发展中的作用进行研究,对无线电频谱资源的经济价值进行全面阐述。探索依据行业应用领域进行无线电频谱资源配置方法的可行性;开展前瞻性研究,做好工业用频规划。开展工业4.0的用频需求预测,重点做好宽带中国、物联网、下一代移动通信、互联网+等领域的频率规划和配置,要客观地进行拥塞预测,加强对现有频率的重新梳理、调整,促进频率资源的高效集约利用;加强用频技术研发,提高频谱资源利用率,加强与发达国家在频谱技术应用和频谱共享技术方面的交流与合作,逐步建立以企业为主体、产学研用相结合的技术和服务创新体系,研发具有我国自主知识产权的适用于宽带无线通信领域的产品,尽快实现产业化;从法律法规层面上,加强用频监管和频谱共享力度,着力解决在工业4.0发展过程中,可能出现的无线电干扰新形式、新类型,以及恶意干扰合法用频的违法行为,以及出现的用频混乱,无统一监管及多部门间的频谱共享协调难度大等问题,完善我国频谱管理相关政策及规章制度,为工业4.0时代创造良好的电磁环境。

  (五)把标准先行放在首位

  标准已经成为高技术产业竞争的制高点,第四次工业革命的本质是工业标准之争,工业4.0战略最明显的特征就是标准先行。德国工业4.0标准化路线图以及美国工业互联网标准建设的推出,其中都把标准化排在了第一位,给我国的中国制造2025规划敲响了警钟:标准先行是首位。一是我国政府应尽快整合现有的标准化资源,制定符合我国国情的智能制造标准化体系,引导国内行业标准的制定;二是建议成立专门的工业4.0标准化制定的工作组,尽快研究先进国家的工业标准,紧跟国际上工业4.0标准化的制定步伐;三是重视与美、德之间的工业4.0战略合作关系。加强学习和沟通,通过国际间的合作,引领我国标准化工作的国际化,与国际接轨的标准,确保我国在未来的产业竞争中掌握足够多的话语权。

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