1.1.2 国外智能制造发展战略

当前，世界主要经济体的制造竞争力各有不同，大体上可以分为要素驱动、效率驱动和创新驱动三种模式。印度、越南等国家采取的要素驱动模式是指利用基础设施建设、人口红利、劳动力、原材料和基本教育等要素的优势，降低产品生产制造的成本，提升制造行业竞争力的驱动模式。日本受限于自身的地理位置，本土资源匮乏，国内制造业需要从外国进口廉价原材料，经本土加工后再出口，其发展属于典型的效率驱动，即通过提升制造业的能源效率、管理效率等，提升制造竞争力。美国、德国等老牌制造业强国，其制造竞争力主要是创新驱动模式，创新驱动是新的技术和新的商业模式创造，其目的是展开全新的领域、把握全新的机会，这也是制造竞争力保持领先的核心模式。面对新一轮工业革命这一战略性的发展机遇，发达国家为了在新一轮制造业竞争中重塑并保持新优势，纷纷实施“再工业化”战略；一些发展中国家在保持自身劳动力密集等优势的同时，积极拓展国际市场、承接资本转移、加快技术革新，力图参与全球产业再分工，世界各国根据自身的制造业基础相继提出了各自的智能制造发展战略。其中三个国家层面的战略计划具有广泛的国际影响力：日本提出“社会5.0”战略；德国提出“工业4.0”战略；美国提出“先进制造伙伴”计划与“工业互联网”战略。

美国率先提出先进制造伙伴计划与工业互联网战略，旨在通过对传统工业进行物联网式的互联互通，以及对大数据[3]的智能分析和智能管理，实现占据新工业世界翘楚地位的目的。

先进制造伙伴计划依靠于三大战略支柱。第一个支柱是加快创新，美国认为，未来制造业将迎来智能化、网络化、互联化，技术创新是实现未来制造的助推器，自己要保持制造业领导者地位，必须依赖创新才可以实现。第二个支柱是确保人才输送，人才历来是保障国家具有创新能力的关键要素，而美国的国情存在优秀人才不愿意进入制造业的弊端，因此保证人才输送将是实现工业创新的关键。第三个支柱是改善商业环境，美国市场是一个充满竞争的管理资本主义市场，美国一直为本国的市场化的商业环境而感到骄傲，为保证未来的美国制造，自然会格外重视商业环境的改善。

为构建三大战略支柱，美国提出了十六项措施。通过制定国家先进制造业战略、增加优先的跨领域技术的研发投资、建立国家制造创新研究院网络、促进产业和大学之间的合作研究、促进先进制造技术商业化的环境、建立国家先进制造业门户这六项措施，实现加快创新的目的。通过改变公众对制造业的错误观念、利用退伍军人人才库、投资社区大学水平的教育、发展伙伴关系提供技术认证、加强先进制造业的大学项目、推出关键制造业奖学金和实习计划，确保人才的输送。美国还计划通过颁布税收改革政策、合理化监管政策、完善贸易政策、更新能源政策等措施，改善国内商业环境。

美国的先进制造战略集中于三大技术领域，具体如下。

1）制造业中的先进传感技术、先进控制技术和平台系统（Advanced Sensors, Control technology and Plat Form system, ASCPM）。美国建立了制造技术测试床来测试新技术的商业案例应用，针对高耗能和数字信息制造，建立聚焦于ASCPM能源优化利用的研究所，制定新的产业标准，包括关键系统和供应商所供货之间的数据交叉标准。

2）虚拟化、信息化和数字制造技术。美国建立制造卓越能力中心（Manufacturing Excellence Center, MCE），聚焦于前沿技术开发层面的基础研究以及数字设计和能效数字制造工具等方面的数字化，聚焦于制造过程中的安全分析和决策中涉及的量大、综合的数据集，在现有数字化制造和设计创新研究所之外，又建立了一个大数据制造创新研究所。美国还制定部署“网络-物理”系统的安全和数据交换的制造政策标准，激励创造和推行系统提供商、服务机构或系统集成商的辅助制造商业化。

3）先进材料制造技术。美国推广材料制造卓越能力中心以支持制造创新研究所的研发活动，以及支持国家战略中的其他制造技术领域，利用供应链管理国防资产，促进创新和研发中的关键材料再利用。为表征材料设计数字标准以快速利用新材料和制造方法，为生物医疗制造等先进制造材料领域的博士生设立制造业创新奖学金。

如图1-2所示，2014年4月，美国工业互联网联盟（Industrial Internet Consortium, IIC）正式成立，该联盟定位为一个产业推广组织，由通用电器（GE）、IBM、Intel、AT&T、思科这五家行业顶尖的公司发起，由对象管理组织（Object Management Group, OMG）进行管理。IIC的主要工作范畴包括工业物联网（Industrial Internet of Things, IIoT）应用案例分析、参考架构和关键技术方向总体设计、提炼标准需求、推动安全框架设计、搭建测试床、提供系统解决展示平台和设计支撑、加速全球产业发展。

截至2017年，美国工业互联网联盟已经发布了包括工业互联网术语、工业互联网参考架构、工业互联网网络连接参考架构技术、商业战略白皮书等八项成果，通过的应用案例达22个，验证通过了20个制造技术测试床，待验证测试床4个，值得注意的是，其中2个为中国牵头的测试床，分别为城市智慧供水和生产质量管理。

继美国之后，德国也在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0”战略。作为老牌制造业强国，德国拥有强大的设备和车间制造工业，在信息技术领域处于很高水平，且在机械设备制造以及嵌入式控制系统制造方面处于全球领先地位。德国计划通过实施工业4.0战略，使德国成为新一代工业生产技术的供应国和主导市场，在继续保持国内制造业发展前提下，再次提升全球竞争力，实现重新引领全球制造业潮流的目的。

面对亚洲和美国对德国工业构成的竞争威胁，德国提出了包含“1”个网络、“4”大主题、“3”项集成、“8”项计划的战略框架（“1438模型”），如图1-3所示。

“1”个网络，即信息物理系统（Cyber-Physical System, CPS）网络，该网络将信息物理系统技术一体化应用于制造业和物流行业，以及在工业生产过程中使用物联网和服务技术，实现虚拟网络世界与实体物理系统的融合，完成制造业在数据分析基础上的转型。信息物理系统具有6C特征：连接（Connection）、云储存（Cloud）、虚拟网络（Cyber）、内容（Content）、社群（Community）、定制化（Customization），它将资源、信息、物体以及人员紧密联系在一起，从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为智能环境。

“4”大主题，即智能工厂、智能生产、智能物流和智能服务。智能工厂通过分散的、智能化生产设备间的数据交互，形成高度智能化的有机体，实现网络化、分布式生产。智能生产则是将人机互动、智能物流管理、3D打印与增材制造等先进技术应用于整个工业生产过程。在智能工厂和智能生产过程中，人、机器和资源如同在一个社交网络里一般自然地相互沟通协作，智能产品也能理解它们被制造的细节以及将被如何使用，从而协助生产过程。智能工厂与智能移动、智能物流和智能系统网络相对接，构成了工业4.0中未来智能基础设施中的一个关键组成部分。

“3”项集成指的是横向集成、端到端集成和纵向集成。通过价值网络实现横向集成，将各种使用不同制造阶段和商业计划的信息技术（Information Technology, IT）系统集成在一起，既包括一个公司内部的材料、能源和信息，也包括不同公司间的配置。贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成，针对覆盖产品及其相联系的制造系统完整价值链，实现数字化端到端工程，并在所有终端实现数字化的前提下，实现基于价值链与不同公司的整合，在最大限度上实现个性定制化。纵向集成指的是垂直集成网络化制造系统，它将集成处于不同层级（例如，执行器和传感器、控制、生产管理、制造和企业规划执行等不同层面）的IT系统，即在企业内部开发、实施和纵向集成灵活而又可重构的制造系统。

“8”项计划，即优先执行的八个重点关键领域，分别是建立标准化和参考架构、管理复杂系统、为工业提供全面带宽的基础设施、建立安全和保障措施、实现数字化工业时代工作的组织和设计、实现培训和再教育、建立监督框架、提高资源利用效率。

除此之外，德国工业4.0的构建还依赖于九大技术支柱，如图1-4所示。

其中，工业互联网、云计算、工业大数据是基于分布式和连接的三大基础，3D打印和工业机器人是两大硬件工具，工业网络安全和知识工作自动化是两大软件支持，虚拟现实和人工智能是面向未来的两大牵引技术。

德国工业4.0的核心是连接，要把设备、生产线、工厂、供应商、产品、客户紧密地连在一起，将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，实现横向、纵向和端对端的高度集成，通过让物联网和服务互联网渗透到工业的各个环节，形成高度灵活、个性化、智能化的生产模式，推动生产方式向大规模、服务型制造、创新驱动转变。