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德国工业4.0和美国工业互联网对吉林省未来制造业发展的启示

2017-06-14 10:00:20 来源:吉林软科技学要报

王晰巍  曹茹烨  杨梦晴

“中国制造2025”是迎接全球新一轮科技与产业变革的国家战略举措,是适应制造业重新成为全球经济竞争制高点的迫切需要。吉林省作为东北老工业基地之一,工业基础良好,产业体系完整,通过融入国家制造强国战略布局,加快新一代信息技术与制造业深度融合,对促进制造业创新发展、提质增效,实现产业转型升级具有重要意义。

“工业4.0”的概念由德国最先提出,运用物联网和服务网发展制造业以引领“第四次工业革命”。美国则凭借信息通讯技术优势,掀起以工业互联网为核心的“再工业化”浪潮。如何借鉴美德在工业创新领域的成功经验,结合吉林省自身产业优势制定未来制造业发展战略,是吉林省“十三五”发展需要解决的重要问题。

一、德国工业4.0和美国工业互联网发展模式比较分析

(一)德国工业4.0战略的主要内容与核心理念

德国工业4.0的核心是通过信息通讯技术和网络空间虚拟系统的深度融合,即信息物理系统,把产品、机器、资源和人有机结合在一起,建立一个高度灵活的个性化和数字化的智能制造模式,并构建智能工厂,实现智能生产。智能工厂是分散的、具备一定智能化的生产设备,在实现了数据交互之后,能够形成高度智能化的有机体,实现网络化、分布式的生产设施;智能生产的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程。德国工业4.0注重实现价值链上企业间的横向集成、网络化制造系统的纵向集成,以及端对端工程数字化集成,最终实现生产由集中向分散的转变、产品由大规模趋同性生产向规模化定制生产转变,以及实现由客户导向向客户全程参与的转变。智能制造映射到具体实施过程中,可分为四个步骤:一是依靠部署众多的各类传感器逐步采集信息;二是渐渐实现IT控件的小型化和自主化,并切入到不同的制造设备中,逐步完成设备的智能化;三是有效依托不断革新的通信技术,实现数据的快速、准确传送;四是控制设备和IT控件均借助于人工开发的软件系统来处理数据与发送指令,实现生产过程的智能化。

(二)美国工业互联网的主要内容与核心理念

与德国工业4.0强调的“硬”制造不同,美国工业互联网更加注重软件、网络、大数据等对于工业领域服务方式的颠覆,主要是基于机器、设备、集群以及网络而构建广阔的物理世界。工业互联网的核心内容主要体现在信息供应网络方面,其技术模型涉及互联网技术、大数据、云计算以及宽带网络等,依靠对制造领域的不同环节植入迥异化的传感器,进行实时感知和数据收集,借助于数据对工业环节进行准确、有效的控制,从而提升整个工业的价值创造能力,保持制造业的长期竞争力。工业互联网的方向是构建智能制造的生态系统,是互联网和物联网发展及全球产业竞争的重要方向,并将带来以下几个趋势的变化:一是智能化。利用大数据分析不同客户群的个性化需求,进行智能化工业生产,制造出可以承载信息、感应环境、自我检测的智能化产品。二是柔性化。既以批量化的生产形式控制生产成本,又以个性化的产品形态满足用户需求。三是绿色化。互联网为发展绿色经济、循环经济和集约经济提供新的路径选择。互联网还会为美国工业领域带来组织形式、管理方式和商业模式的变革。

(三)德国工业4.0与美国工业互联网的对立与统一

德国工业4.0与美国工业互联网的相同点体现在战略目标的一致性和实现方法的相似性。从发展目标来看,打造智能化的产业体系和实现生产效率提升是两个战略的核心,它们旨在利用信息化、智能化技术改造当前的生产制造与服务模式,提高企业的生产效率。从实现方法上看,依托互联网、物联网与大数据实现集成与互联是两大战略的基础。工业4.0提出,通过信息网络与工业生产系统的充分融合,打造数字工厂;工业互联网提出,要将带有内置感应器的机器和复杂的软件与其他机器、人连接起来,从中提取数据并进行深入分析,挖掘生产或服务系统在性能提高和质量提升等方面的潜力,实现系统资源效率的提升与优化。

德国工业4.0与美国工业互联网的实施路径与逻辑相反,但目标一致。从产业链环节上看,德国工业4.0战略偏重生产制造的“硬”环节,工业互联网战略偏重分析服务的“软”环节。工业4.0立足于“智能工厂”与“智能生产”两大主题,偏重于生产与制造过程,旨在推进生产或服务模式由集中式控制向分散式增强型控制转变,实现个性化和数字化生产或服务。工业互联网则旨在形成开放且全球化的工业网络,实现通信、控制和计算的集合,在智能制造产业体系中偏重于设计和服务环节,注重物联网、互联网、大数据等对生产设备管理与服务性能的改善。从发展重点上看,工业4.0强调生产过程的智能化,工业互联网强调生产设备的智能化。工业4.0倡导的是以信息物理系统为核心,将产品与生产设备之间、工厂与工厂之间的横向集成,实现生产系统的有机整合,提升生产过程的智能化与效率。工业互联网立足于全行业的信息资源共享和整合,并提高设备安全性与可靠性、降低能耗、物耗与维护费用,提高生产过程的柔性与智能化水平。

二、德国工业4.0和美国工业互联网发展路径的经验分析

(一)政府政策支持下的创新驱动发展

在新一轮科技革命和产业变革浪潮下,为抢占未来经济发展制高点,提升科技创新竞争力,美德两国均以重振制造业作为产业创新驱动发展的关键突破口,并通过制造业的发展来带动相关产业和国家经济的发展。

2009年,刚出任美国总统的奥巴马提出将重振制造业作为美国
经济长远发展的重大战略,并出台了《重振美国制造业框架》。20116月,美国政府正式启动“先进制造伙伴计划”,紧接着在2012年又进一步推出“先进制造业国家战略计划”,鼓励制造企业回归美国本土。2013年,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》,投资10亿美元组建美国制造业创新网络(NNMI),集中力量推动数字化制造、新能源以及新材料应用等先进制造业的创新发展,打造一批具有先进制造业能力的创新集群。

20114月,工业4.0战略在汉诺威工业博览会上被正式推出。同年11月德国政府将其纳入到《高科技战略2020》行动计划中,工业4.0成为德国全国上下、社会各界共同推进的战略行动。这个战略包括移动、能源、安全、通信和健康五个领域的十个项目,相关政府资助超过2000亿欧元。2012年《未来项目“工业4.0”落实建议》出炉,标志着工业4.0战略正式进入框架制定阶段,为后期的具体实施夯实基础。

(二)大企业主导的产学研密切配合

德国工业4.0和美国工业互联网战略的推动力量,除了国家政府的扶持之外,还依赖于大企业主导的产学研密切配合成为发展的重要推手。

工业4.0是由德国工程院、弗劳恩霍夫协会和西门子公司等联合发起的。20134月,德国信息技术与通信新媒体协会、德国机械设备制造业联合会、德国电气与电子工业联合会联合启动“工业4.0平台”,并确定了规范与标准、安全、研究与创新三大主题。同年12月,德国电气电子和信息技术协会发布了首个工业4.0标准化路线图,西门子等公司也同步开展了数字化工厂的全球布局和实验性建设。20153月,德国经济和能源部、教育和研究部共同启动升级版工业4.0平台建设,在主题和结构上对工业4.0平台进行重新改造。

2012年底,通用电气(GE)发布《工业互联网:突破智慧与机器的界限》白皮书,首次提出工业互联网的概念,认为工业互联网是数据、硬件、软件与智能的流动与交互。20143月底, AT&T Cisco (思科)、GEIBM Intel (英特尔) 5 家企业联合宣布成立工业互联网联盟,旨在建立一个打破行业、区域等技术壁垒,促进物理世界与数字世界融合的全球开放性会员组织。201410月, GE在上海发布《未来智造》白皮书,提出工业互联网、先进制造和全球智慧是催生新一轮工业变革、显著提高生产效率的三大核心要素。

(三)新一代信息技术为德美制造业快速发展提供新支撑点

随着大数据、云计算、物联网、移动互联网、智能控制技术为核心的新一代信息技术快速发展和应用,信息化技术已更深入、更广泛地融入汽车、装备制造等传统制造产业,这为制造企业的转型升级和提质增效、业态创新和融合发展提供了创新动力和技术保证。利用新一代信息技术推动制造业关键领域的技术突破、不断融合和创新变革,引发德国工业4.0和美国工业互联网在工业发展理念、技术体系、制造模式、价值链以及组织结构的重大变革。

美国推进“工业互联网”基于其强大的信息技术产业,德国“工业 4.0”的实施则基于其全球领先的制造技术水平,都是将互联网、物联网、云计算、大数据和移动互联网这些新一代信息技术与制造业进行深度融合,追求信息技术为工业生产方式带来的“质的变化”,而不仅仅是工业产值层面“量的变化”。

(四)智能化是德美制造业新一轮科技革命的核心特征

智能化是工业4.0和工业互联网在新一轮科技革命和产业变革中制造业发展的核心特征。继德国提出“工业4.0”,美国提出“工业互联网”后,中国提出《中国制造2025》,智能制造成为未来制造业发展的一项重要战略任务。确定“以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化制造为主线”,实现由要素驱动向创新驱动转变,由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转变,由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变,由生产型制造向服务型制造转变。

三、吉林省未来制造业发展思路

(一)加快推进信息化与工业化深度融合

吉林省未来制造业的发展应围绕工业建设和转型升级的需求,以推进两化深度融合为主线,加快 3D 打印、工业机器人、协同设计等先进制造技术,以及物联网、大数据、云计算等先进信息通信技术在传统制造业中的推广应用,推动制造业向智能化、数字化、网络化、服务化方向转变。实施两化融合管理体系贯标,开展两化融合试点示范,依托以特色产业园区为主体的省级两化融合实验区,探索智能工业园区模式;在汽车、石化、装备、医药、轻纺等行业龙头企业,开展智能制造、生产工艺、电子商务等示范试点;结合不同企业信息化情况开展分类指导工作,针对重点企业深化信息技术在研发、生产控制、资源配置、经营管理等各方面的综合集成应用。

(二)加快推进智能制造发展

推进信息技术与制造技术深度融合,促进制造业朝高端、智能、绿色、服务方向发展,生产模式逐步向智能化、定制化、协同化、服务化转型,在研发设计、生产制造、企业管理和销售服务方面智能化改造取得突破。建设工业云平台,面向汽车零部件、家居、袜业等行业探索建立开放创新、在线设计交互平台,对接用户需求,发展基于互联网的按需、众包、众创等研发设计模式。推动制造企业利用物联网、云计算、大数据等技术,优化升级产品,开展故障预警、质量诊断、远程优化等在线增值服务,实现“制造+服务”转型升级。聚焦制造关键环节,在汽车、石化、医药等行业的重点企业,推动建设智能装备、自动化生产线、数字化车间、智能化工厂,打造“吉林匠人”。

(三)推动重点领域智能化加快发展

在节能与新能源汽车领域,加快信息化、智能化技术在整车上的应用,推动智能网联汽车开发;在先进轨道交通装备领域,利用互联网技术,实现智能化、模块化、定制化发展;在医药产业,发展可穿戴、远程诊疗等移动医疗产品及生物3D打印技术;发展机器人与智能装备的生产应用,推进服务机器人、工业机器人、特种机器人的技术攻关、产品研发及产业化;重点推动汽车制造四大工艺智能工艺装备、危险化学品视觉定位灌装成套装备、禽类屠宰智能成套生产线、医药包装智能成套装备、民爆炸药智能生产线、抑爆装备等发展应用。

(四)布局制造业的战略性前沿技术

在航空航天领域,打造卫星遥感和航天信息集成应用两大产业链,统筹建设北斗地基增强系统、高分吉林数据中心、吉林遥感数据应用平台,围绕整机-关键部件-关键载荷-综合信息服务布局,推动建立无人机遥感地面应用系统和信息获取系统建设。在智能网联汽车产业领域,跟随和领先发展世界智能网联汽车产业发展前沿,加快智能网联汽车及关键部件的研发与产业化,分阶段推动智能汽车与智慧交通应用示范基地和国内封闭式标准智能网联汽车综合示范区建设,开展汽车旅游和智能网联汽车自驾体验,推动我省智能网联汽车产业实现较快发展。

四、吉林省未来制造业发展的保障措施

(一)加大制造业发展的政策扶持

研究出台支持制造业发展的相关扶持政策措施,打造“制造业+互联网”发展的良好环境。强化政府资金引导作用,重点支持制造业智能化过程中的关键核心技术攻关、产业链构建、重大应用示范项目等,推动智能化生产线、数字车间和智能工厂重大示范项目的建设。引导社会资本参与制造业信息化重大项目建设和制造企业关键信息化基础设施建设。开展工业机器人的应用试点和示范,推进服务机器人、工业机器人、特种机器人在生产环节的应用和示范。实施智能制造培训推广行动,培育智能化、定制化、协同化、服务化转型示范试点企业,打造重点行业数字化车间、智能工厂样板,建设汽车零部件、纺织、医药行业云平台,形成示范引领、幅射带动、打造制造业生态体系。

(二)推动政产学研各界协同创新

吉林省应借鉴美国、德国等发达国家产业联盟和行业协会的运作模式,组织建立跨行业的、公私合作的、多样化的先进制造业发展技术联盟或产业联盟,加强行业之间、企业之间、政府和企业之间的交流合作,注重产业链上下游的协同发展。在重点行业和关键技术领域开展试点,以行业骨干企业为龙头,联合科研雄厚的大学和科研机构,组建多种形式的产学研研发联盟。完善政府对基础性、战略性、前沿性科学研究和共性技术研究的支持机制,弥补基础研究和产业化中间环节缺失造成的创新效益外溢,形成政、产、学、研、用的有机创新组合体,提高制造业自主创新能力。

(三)重视制造业高技能人才培养

吉林省要实现先进制造业强省的目标,必须不断积累和吸引高端人才,不仅要加强对高科技人才、高级技术工人、数字机械工程师、数据科学家以及用户界面专家的培养,而且还应进一步完善创新型科技人才在汽车、农业、装备制造、航空航天等吉林省主导产业方面的人才引进政策;建立新一代信息技术、先进制造技术、两化融合、企业经营管理等高端人才数据库,发挥吉林省智库和人才培养的优势,利用行业机构对制造企业的两化融合、智能制造和经营管理等关键业务和核心技术发展环节进行培训;促进我省应用型本科学校和企业进行校企合作,在示范企业中建立实训基地,为我省未来智能制造环节培养高技能型和应用型人才。

作者单位:吉林大学管理学院

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