德国工业4.0及中国智能制造发展现状比较

 

一、德国和中国在智能制造领域的合作背景

 

自2014 年10 月签署《中德合作行动纲要》以来， 中德两国的合作框架基本确立， 工作机制逐渐完善， 双边交流不断深入， 项目合作稳步推进，呈现向好的发展态势。目前， 中德合作不断取得新进展， 确立了政府搭台、企业主体、产学研共同参与的合作机制， 形成了以智能制造为切入点、多领域合作齐头并进的良好态势， 为进一步推动务实合作奠定了坚实基础。

 

2015 年7 月， 《中华人民共和国工业和信息化部与德意志联邦共和国经济和能源部推动中德企业开展智能制造及生产过程网络化合作的谅解备忘录》（以下简称《合作备忘录》） 在北京签署， 旨在落实两国领导人共识， 在工业4.0 以及制造业数字化、网络化、智能化转型方面加强政策对接、产业合作与联合创新。

 

2015 年10 月， 中德召开了第一次工作组会议， 会议在搭建交流机制、智能制造标准化、中小企业合作、开展智能制造试点示范、人才培养、前瞻性研究等方面形成了诸多共识， 标志着两国推动智能制造合作的经常性工作机制初步建立。目前， 按照《合作备忘录》要求， 两国已经建立了三个层次的联合工作机制：第一层次是副部长级对话机制， 确定了每年在中德两国交替召开副部长级会议；第二层次是司局级对话机制；第三层次是执行平台对接机制， 两国政府各自指定执行平台， 负责企业间技术性问题的沟通。

 

2019 年4 月9 日， 中德智能制造联盟在深圳成立， 成为推进“制造强国” 战略与德国“工业4.0” 对接的重要平台。在这一合作机制的推动下， 汇聚了两国企业、行业组织、专家学者等各界代表， 搭建了产业合作工作组、标准化工作组、科研工作组等交流平台， 合作成果丰硕。在产业合作方面， 遴选出中德合作试点示范项目共5批54 项。在技术交流领域， 两国进一步加强了高端装备、增材制造、新能源、新能源汽车及关键零部件等领域的技术交流与合作。在产业合作领域，两国在汽车、光伏、工程机械、电力装备、轨道交通、节能环保等领域建立了良好的合作基础。合作机制成立6 年来， 在推动中德智能制造及生产过程网络化合作方面发挥了重要作用， 得到两国各界高度评价和踊跃参与。

 

二、德国“工业4.0” 及中国智能制造发展现状及未来趋势

 

1.德国“工业4.0” 的发展现状及趋势

 

德国以强大的工业闻名于世。为了保持制造业的领先优势， 提高生产效率， 德国政府提出了德国“工业4.0” 的概念， 也就是第四次工业革命，目的是建立一个与互联网融合的智能化先进制造方式， 提高效率、降低成本和加快反应速度， 从而保护“德国制造” 的国际领先地位。

 

1.1发展现状及呈现出的问题

 

德国工业4.0'平台是德国工业4.0'战略的实施主体。整个平台的参与者可以分成三类：政府、企业以及教育科研机构。政府负责搭建政策框架与促进合作；教育科研机构负责为“工业4.0'” 研究推进举措和方向， 并提供理论基础；企业则是“工业4.0'” 的具体实践者。

 

 

 

德国虽然对实现“工业4.0” 战略目标持乐观态度， 但也清醒地认识到在数字化转型过程中依然面临着诸多挑战。主要包括三个方面：IT 建设和应用在企业层面比较强， 但在整个社会比较弱；中小企业还是缺少面向数字化时代的解决方案；商业模式创新方面与领先国家差距较大。

 

 

德国工业4.0参考架构

 

1.2取得的成效及优势

 

如今， “工业4.0” 平台已取得不少成效：知识和信息传播节点。在线图书馆汇集了政府相关战略文件以及平台各工作组的研究成果等内容。用户案例集中展示了德国各类型企业应用“工业4.0” 解决方案的实例。为企业开展测试提供多方面支持。平台详尽列出全德国500 多处能够开展相关测试的地点， 以便于企业获取相关资源。在德国联邦教育和研究部的支持下， 平台可以为中小企业选择适合自己项目的测试点提供建议，还能够为这些企业提供资金支持。广泛开展国际合作。平台已与美国、中国、法国、日本等主要国家建立了联系或提出了合作计划， 力图让“工业4.0” 变成“世界性课题”， 也为本土企业走向国际市场提供了便利。

 

德国政府成立的工业4.0 平台是负责推进工业4.0 战略研究、政策制定、统筹协调及国际合作的专职机构， 其包含159家机构、300+多名工作人员， 是世界上最大、最多样的工作网络。该平台由德国联邦经济和能源部、教育和研究部共同领导， 多个政府部门参与日常工作， 形成了政府牵头组织推动、学术界提供咨询和技术支撑、协会工会创建平台、企业广泛参与的格局， 有效推进了各界合作、对接， 促进了跨领域、跨行业交流沟通。

 

该平台下设战略委员会、指导委员会、科学顾问委员会等机构。其中， 战略委员会主要负责制定宏观政策和战略， 统筹协调各方利益和诉求；指导委员会负责具体产业领域的技术合作， 发展战略的制定和实施；科学顾问委员会负责把握重点领域和技术方向， 并就重大关键问题提供咨询服务。德国工业4.0 平台下设6%个工作组， 各组分别开展相关政策研究和实践部署。例如， 行业协会和行动组负责市场化相关工作；国际标准化组负责相关领域标准的国际对接合作；此外， 办公室负责沟通协调各个机构， 统筹推进各项工作。这一平台及背后的运作机制， 为德国工业4.0 推进实施凝聚了强大合力。

 

所获得领先优势有以下几点：

 

工业4.0” 的实际参与者是企业， 特别是德国的制造业， 目前已经形成了规模效应， 是行业发展的核心力量。

 

德国目前基于“工业4.0” 已经有多家领先企业， 在很多高端领域和环节已经形成了群体性优势， 特别是国际化大企业。例如西门子的“数字化企业平台” 系统为数字制造提供了载体；宝马集团的虚拟手势识别系统使得汽车制造再进一步；大众用机器人制造汽车， 实现了极高的人力替代效率；ABB'强大、精细而全面的机器人产品在世界上有着明显的竞争优势；博世力推用于工厂智能化的射频码系统；SAP 推动云平台互联万物， 实现大数据支撑决策。

 

在工业4.0 技术和产业变革中， 不仅仅是大企业特别是跨国企业做主导， 德国政府也尤其重视为广大中小企业提供公共服务。以家族企业为主的中小型企业， 也被称为与“工匠精神的延续者”， 这些德企不追求规模生产， 以“精而专” 著称。虽然相当一部分德国中小企业对数字化转型还抱有怀疑或观望态度， 但是德国工业4.0+保障中小企业的参与， 如德国工业企业联合会是平台的重要参与方， 同时也代表着10 多万家企业会员的利益， 德国工业4.0'平台为中小企业提供信息、测试、资金等多方面支持，以应用实例化解中小企业的顾虑。

 

 

基于物联网和服务互联网的智慧工厂架构

 

2.中国智能制造的发展现状及趋势

 

智能制造是基于新一代信息技术与先进制造技术深度融合， 贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节， 具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型制造形式。加快发展智能制造， 是培育我国经济增长新动能的必由之路， 是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择， 对于推动我国制造业供给侧结构性改革， 打造我国制造业竞争新优势， 实现制造强国具有重要战略意义。

 

2.1中国制造业步入平稳发展阶段

 

近年来， 中国经济发展已经由高速增长转入高质量发展阶段， 工业快速发展时期已过， 进入新常态。尽管制造业增加值在全国GDP 总量中的比重呈下滑趋势， 但以制造业为代表的实体经济才是中国经济高质量发展的核心支撑力量。

 

2.2中国智能制造水平相对薄弱制造业亟待升级

 

目前， 我国制造行业仍处于工业2.0（电气化） 的后期阶段， 存在质量基础相对薄弱、产业结构不合理、资源利用率偏低、行业信息化水平不高、劳动力成本提高等问题。

 

一是智能制造基础理论和技术体系建设滞后。目前， 我国主要侧重智能制造技术追踪和技术引进， 而基础研究能力相对不足， 对引进技术的消化吸收力度不够， 原始创新匮乏；控制系统、系统软件等关键技术环节薄弱， 技术体系不够完整。

 

二是我国发展智能制造的数字化基础较为薄弱， 制造业发展整体上还处于机械自动化向数字自动化过渡阶段， 如果以德国工业4.0 作为参照系， 比较一致的看法是我国总体上还处于2.0时代， 部分企业在向3.0时代迈进。

 

三是关键技术和核心部件受制于人。高端传感器、智能仪器仪表、高档数控系统、工业应用软件等市场份额不到5%， 大型工程机械所需30Mpa以上液压件全部进口， 大型转载机进口部件占整机价值量的50%-60%。

 

四是高端软件产品缺乏。我国制造业的“两化” 融合程度相对较低，低端CAD软件和企业管理软件得到很好普及， 但应用于各类复杂产品设计和企业管理的智能化高端软件产品缺失。

 

五是企业系统集成能力较为薄弱， 缺乏国际级大型企业。

 

2.3中国智能制造行业发展驱动因素

 

2.3.1人力成本上升倒逼制造业转型升级

 

制造业是人力密集的行业。但是， 当前中国老年人口比例已经严重超标， 已经成为世界上老年人口最多的国家。自2000 年开始我国便已步入老龄化社会， 并且正在朝着深度老龄化社会快速迈进。根据国家统计局统计数据， 2018 年中国60 周岁及以上人口数量为2.5 亿人， 占中国总人口的比重达到17.9%， 预计到2050年老年人口规模将达到5亿。

 

由于人口老龄化加快， 我国劳动力人口供给不断减少， 而劳动人口锐减则导致人力成本上升。21 世纪以来， 中国制造业平均工资逐年增长， 增速加快， 中国劳动力成本优势逐渐丧失。在第四次制造业转移中， 劳动密集型的低端产业倾向于向人力成本更低、环保要求更宽松的东南亚国家转移；而部分中高端产业出于对自动化智能化生产的需求出现回归欧美的迹象， 我国制造业面临着两方面的压力。因此， 劳动力减少、人力成本上升倒逼制造业向智能化自动化升级， 智能制造能够替代人力劳动甚至外延人的能力， 提高生产效率， 是制造业未来的发展趋势。

 

2.3.2新一代信息技术持续创新迭代驱动制造迈向智造

 

如今， 在传统制造业增长放缓的情况下， 高技术制造业持续保持较快增长， 特别是数字经济发展， 制造业数字化、网络化、智能化发展带来的数字红利使得制造业发展拥有广阔前景。

 

随着以大数据、云计算、人工智能、物联网、5G、区块链等新一代信息技术在企业研发设计、生产制造、经营管理、运维服务等全环节应用的逐步深化， 制造业不断从流程驱动向数据驱动转变， 两化融合也不断从单项应用向综合集成、协同创新发展， 加速推进以软件定义、数据驱动、平台支撑、服务增值、智能主导为特征的新智造发展， 对增强制造业竞争优势， 推动制造业高质量发展， 加快建设制造强国、网络强国具有重要意义。

 

2.3.3产业政策日趋完善为智能制造保驾护航

 

近年来， 我国出台了一系列推进智能制造发展的政策。其中， 在国家层面， 工信部公布《“十四五” 智能制造发展规划》（征求意见稿） （以下简称：《发展规划》（征求意见稿））。

 

《发展规划》（征求意见稿） 指出发展目标为， 到2025年， 规模以上制造业企业基本普及数字化， 重点行业骨干企业初步实现智能转型。到2035年， 规模以上制造业企业全面普及数字化， 骨干企业基本实现智能转型。《发展规划》（征求意见稿） 提出的重点任务， 包括加强关键核心技术攻关、加速系统集成技术突破、加快创新网络建设、开展智能制造示范工厂建设、加快行业数字化网络化发展、促进区域制造业数字化转型、大力发展智能制造装备、合力发展工业软件产品、着力打造系统解决方案、完善信息基础设施等。在地方层面， 北京、上海、天津、广东等省市也相继出台推动智能制造发展的相关计划和规划， 为今后一段时间的智能制造行业发展指明了方向。

 

 

 

通过梳理分析， 我国智能制造相关政策具有以下主要特征：

 

推动技术创新。政策着力打造智能制造创新体系， 鼓励智能制造创新平台建设， 突破一批核心关键技术， 实现部分技术达到国际先进水平， 促进科技成果的转化。注重重点领域的智能化发展。政策突出了新一代信息技术、高档数控机床与工业机器人、航空装备、船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料等领域的智能化。着力培育智能制造生态系统。我国围绕智能制造应用、智能装备生产等方面， 强化智能制造人才培养， 完善政策环境， 强化要素支撑， 促进企业互利共赢， 打造智能制造生态体系。推进中小企业智能化转型。政策鼓励有基础、有条件的中小企业， 积极开展数字化转型的试点应用；充分发挥大企业的带动作用；开展工业软件等外包服务。加强标准体系建设。智能制造标准体系框架包括基础、安全、管理、检测评价、可靠性等基础共性标准和智能装备、智能工厂、智能服务、工业软件和大数据、工业互联网等关键技术标准。强化核心动力与支撑。政策积极促进大数据、工业互联网、人工智能等产业的发展， 为智能制造提供了良好的基础支撑。财税金融支持力度大。政策加大政府财政资金支持力度， 实施税收激励政策， 采取多元化金融支持方式。

 

2.4中国智能制造在重点领域的发展情况

 

2.4.1工业机器人

 

人力成本的上涨是推动制造行业机器换人的主要因素。同时，随着工业机器人国产化进程的加速带来了成本的下降。预计未来10 年， 机器人将代替全球2000 万个制造业岗位， 每一个新机器人进入劳动力市场， 将平均有1.6名制造工人被替换。其中， 中国已占据世界工业机器人应用数量的五分之一。到2030年， 中国将有1400万机器人被投入使用， 较世界其他地区处于领先地位。

 

2.4.2工业互联网

 

智能制造可实现整个制造业价值链的智能化， 而工业互联网是实现智能制造的关键基础设施。如今， 作为推动制造业与互联网融合发展的重要抓手， 工业互联网平台的理念和重要性逐渐被产业界所认识， 全球各类产业主体积极布局工业互联网平台， 以抢占发展制高点。在政策、技术等因素的推动下， 中国已经出现一批工业互联网平台， 产业体系已日趋完善。

 

2.4.3人工智能+制造业

 

从制造业的角度出发， 人工智能技术正在深入改造制造行业， 新一代人工智能技术与制造业实体经济的深度融合， 成为应用市场的一大亮点，催生了智能装备、智能工厂、智能服务等应用场景， 创造出了一些新需求、新产业、新业态。

 

2.4.4增材制造（3D打印）

 

目前， 以增材制造技术为代表的新一轮科技革命， 正受到全球制造行业的广泛关注， 世界各国纷纷把增材制造作为未来产业发展的新增长点，我国也从资金、政策等角度对增材制造产业的发展予以大力支持， 尤其在发布《增材制造行业发展行动计划》后， 我国增材制造服务产业及技术迎来了发展新契机。其中， 3D 打印更是有望成为革新制造业的“新生力量”，其结合了大规模生产的高效和手工生产的灵活等优点， 制造业全流程都可引入3D 打印， 能够实现制造过程的高效率和低成本， 代表了智能制造的未来发展方向。

 

2.4.5数字孪生技术

 

数字孪生在制造业的应用前景广阔。其中， 产品的数字孪生应用覆盖产品的研发、工艺规划、制造、测试、运维等各个生命周期， 可以帮助企业推进数字化营销和自助式服务， 有助于企业提升维护服务收入， 创新商业模式；工厂数字孪生在工厂设计、建造， 生产线调试、安装， 工厂运行监控、工业安全等方面都可以给企业带来价值；数字孪生在供应链管理领域也可以应用，例如车间物流调度、运输路径优化等。

 

三、推动中德智能制造领域务实合作的相关建议

 

1.加强政策对话， 夯实共识互信。双方应充分发挥已有的沟通交流平台机制， 拓宽对话渠道， 丰富交流方式， 通过举行多层次交流对话， 扩大利益交汇点， 总结推广经验做法， 切实增进双方共识， 提升合作互信。双方应通过政策交流， 改善营商环境， 鼓励和支持中国企业在德开展互利合作， 也欢迎德国企业来华投资兴业。

 

2.深化项目合作， 推动产业升级。以中德智能制造合作试点示范项目为切入点， 持续开展合作试点示范， 拓展合作领域， 加强在工业互联网、数字经济、人工智能、电动汽车等新兴产业和创新领域的试点示范项目遴选， 围绕试点示范项目的经济效益和示范推广效果， 加大对典型项目合作成果的宣传推广， 扩大中德智能制造合作的覆盖面和影响力。此外， 应该积极探索中德两国中小企业在智能制造领域的创新合作模式。

 

3.聚焦前沿领域， 推动融合创新。中德应共同把握制造业未来发展脉搏， 共同推动新一代信息技术在制造业等领域的融合应用。鼓励在新能源汽车、车联网、自动驾驶、智能制造、人工智能、数字化转型和5G等新兴前沿领域， 积极开展互动交流， 进一步拓宽中德两国企业合作空间。

 

来源：国际智能制造产业研究院微信号（图片来源网络 侵删）