深度解读新形势下中国制造业面临的挑战

    制造业面临的的挑战

    中国已成为全球制造业第一大国。世界500种主要工业品中，中国有220种产品产量位居世界第一。钢铁、煤炭占全球产量的一半，水泥占世界产量的60%，化纤产品、造船、汽车、家电….全球产量第一。 载人航天、探月、深潜....跃身世界前列。我们可以自豪的说我们取得了举世属目的成就。

    但是我国工业自主创新能力不强。一些关键装备、核心和关键技术依赖进口，自主品牌缺乏，缺少具有国际竞争力的大企业大集团。在国际产业链的分工中我们处于价值链的低端，一部苹果手机在中国组装只分得1.8%的利润，而苹果公司一个零件不造获得58.5%的利润，高附加价值的的部分被发达国家把持。资源环境难以支撑。中国粗钢、水泥、煤炭产量世界第一，但GDP只占全球的9.5%。2012年中国能源消费量达到36亿吨标煤，按照现有模式完成中国的工业化进程，显然不现实。投资、消费、出口比例失衡。长期以来，工业发展过度依靠投资拉动，“十一五”期间投资年均增长25.5%，2013年固定资产投资42.7万亿，投资对经济增长的贡献率高达50.4%，造成能源原材料价格上涨、地方负债增加、部分行业产能过剩严重，发展的风险和隐患突出。外贸依存度高达50-60%，受国际市场波动影响大，抗风险能力低。随着土地、劳动力、原材料、燃料动力等要素成本的全面、快速上升，中国传统比较优势将逐步削弱，亟待形成新的竞争优势。管理模式、流程、制度落后。受近40年计划经济的影响，面向市场的采购、销售模式改变了，但是企业内部的管理模式、流程、制度和新型工业化不匹配。两化融合还有很长的路要走。设计智能化、产品智能化、管理现代化、决策科学化、制造自动化、智能化、网络化与发达国家比还有差距。

    为了改变上述状况，国务院提出了工业转型升级的规划：“工业转型升级，要坚持走中国特色新型工业化道路，按照构建现代产业体系的本质要求，以科学发展为主题，以加快转变经济发展方式为主线，以改革开放为动力，着力提升自主创新能力；推进信息化与工业化深度融合，改造提升传统产业，培育壮大战略性新兴产业，加快发展生产性服务业，全面优化技术结构、组织结构、布局结构和行业结构；把工业发展建立在创新驱动、集约高效、环境友好、惠及民生、内生增长的基础上，不断增强工业核心竞争力和可持续发展能力，为建设工业强国和全面建成小康社会打下更加坚实的基础。”这是英明的决策。但是制造业转型升级的方向究竟在何方呢？我们应该借鉴国外新一轮工业革命的发展趋势。

    新一轮工业革命的兴起

    关于新一轮工业革命，国外有许多计划和文章。如美国的未来学者杰里米·里夫金发布了专著《第三次工业革命》，以蒸汽机为代表的第一次工业革命；以内燃机为代表的第二次工业革命；以可再生能源为代表的第三次工业革命。

    德国提出工业4.0，他们认为第一次工业革命是18世纪60年代至19世纪中期掀起的通过水力和蒸汽机实现的工厂机械化；第二次工业革命是19世纪后半期至20世纪初的电力广泛应用；第三次工业革命是20世纪后半期出现的，应用电子、信息技术进一步提高生产自动化水平；今天提出的第四次工业革命则是以信息物理融合系统为特征的新的工业革命。

    德国“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理融合系统CPS(Cyber-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型。

    德国工业4.0提出了八项行动计划，包括：第一，标准化和参考架构是实现纵向集成、横向集成和端到端三项集成的基础；第二，在CPS环境下实现整个价值链的复杂管理；第三，宽带互联网基础设施，提供可靠、安全的通信；第四，为生产安全、信息安全提供保障；第五，智能工厂改变了人们的角色、内容、流程和环境，需要进行工作组织的再设计；第六，培训和持续的专业发展，改变工人的工作和技能；第七，监管框架，新的制造环境，需要新的法律、准则的支持；第八，不断提高资源利用率和工作效率。工业4.0提供了充分的灵活性、柔性的制造环境，从而可以为客户提供个性化的产品和服务。在大数据的支持下进行优化，提高了资源的利用率和系统的效率。创造出在高工资条件下仍然具有竞争能力。

    美国通用电气GE公司在2012年秋天提出工业互联网(IndustrialInternet)的概念。2014年4月在美国波士顿，由AT&T、思科、通用电气IBM和英特尔宣布成立工业互联网联盟(IIC)，以期打破技术壁垒，通过促进物理世界和数字世界的融合。同年6月成员已发展到50名。 2014年10月9日，通用电气宣布其40款工业互联网产品，为公司增加超过10亿美元的收入。涵盖了石油天然气平台监测管理、航空发动机在线监测和优化管理、铁路机车效率分析、医院管理系统、提升风电机组电力输出、电力公司配电系统优化、医疗云影像技术等一系列提升管理效率、降低运营成本的软件产品。GE公司开发的Predix工业大数据与分析平台将开放给第三方用户和软件商，实现与软件开发商和解决方案提供商的产品实现对接。

    工业互联网是继工业革命、互联网革命之后的第三场革命。工业互联网是指全球工业系统与高级计算、分析、感应技术以及互联网连接融合的结果。它通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产力，让世界更美好、更快速、更安全、更清洁且更经济。

    工业互联网的三个要素包括：

    智能机器：

    以崭新的方法将现实世界中的机器、设备、团队和网络通过先进的传感器、控制器和软件应用程序连接起来。

    高级分析：

    使用基于物理的分析法、预测算法、自动化和材料科学，电气工程及其他关键学科的深厚专业知识来理解机器与大型系统的运作方式。

    工作人员：

    建立员工之间的实时连接，连接各种工作场所的人员，以支持更为智能的设计、操作、维护以及高质量的服务与安全保障。

    GE公司认为机器自身的潜能已经发挥到极致了，只有通过智能机器、智能系统、智能决策，实现企业资产、设备、机群、网络的优化，为企业创造新的价值。他们预测如果通过上述的优化，在航空、电力行业减少1%的燃料消耗，在石油天然气行业减少1%的成本，在铁路、医疗行业提高1%的系统运行效率，那么到2025年，可使世界的GDP提高15万亿美元，通过数据进行决策，企业的生产力可以高出5-6个百分点。

    工业互联网的催化剂和推动力是以下几个方面：

    设备智能化：

    将设备加入传感器和智能化改造，使其具有联入互联网并传输数据的能力。

    高级分析方法：

    可使来自不同设备制造商的相似资产或不同资产种类的数据实现深度融合的新数据标准，能使数据更快转换成信息资产并为集成和分析做准备的技术构架等。

    系统平台：

    在技术标准和协议之上，新的系统平台能使资源管理系统在共享框架或结构之上建立具体应用。供应商、设备制造商和消费者之间的新关系可以在这个平台上得到持续维护。

    作业流程：

    充分整合信息到决策流程，以便创新业务实践。用以监控机械数据质量的流程。能协调各资源管理系统安排的先进法律程序等。

    基础设施：

    工业互联网需要一个适宜的主干网。数据中心、宽带网络都是信息通信技术基础设施的一部分，他们需要进一步发展，并用以连接行业和地域之间不同的机器、系统和网络。

    工业互联网、德国工业4.0与中国两化融合的比较

    工信部苗圩部长在讲到德国工业4.0与中国两化深度融合时，用了三个关键词：“如出一辙、异曲同工、殊途同归”。下面我们用一张表将工业互联网、德国工业4.0和中国的信息化与工业化深度融合做一个比较。

    从产品智能、互联互通、制造智能、经营智能、服务智能、大数据分析和先进制造几个维度，对工业互联网、德国工业4.0和我国的两化融合做一个比较可以看出：美国GE公司的工业互联网，强调智能产品、互联、大数据、服务，没有涉及制造环节。但是2014年10月24日，GE公司在上海发布了《未来智造》白皮书，提出：由工业互联网、先进制造和全球智慧所催生的新一轮工业变革。由此可见，德国工业4.0，美国工业互联网+未来制造，中国两化深度融合对新一轮工业革命的认识高度一致。智能制造、智能工厂是主要特征，这和德国工业4.0和我国的两化融合高度契合。

    离散制造业智能制造的内涵

    1 智能制造的定义和内涵

    智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它对制造自动化的概念进行了更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。“智能制造国际合作研究计划JIRPIMS”明确提出：“智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统。”

    与传统的制造相比，智能制造具有如下特征：

    自律能力：

    智能制造过程具有能感知与理解环境信息和自身信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的设备称为“智能机器”，“智能机器”在一定程度上表现出独立性、自主性和个性，甚至相互间还能协调运作与竞争。 值得注意的是，强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。

    人机一体化：

    目前IMS不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，它不仅具有逻辑思维，形象思维还具有灵感(顿悟)思维。 它能够独立承担起分析、判断、决策等任务。 人机一体化智能系统在智能机器的配合下，更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系。