杨文起

中国汽车工业工程有限公司 天津市 300113

目前，很多国家都出台了相应的政策支持制造业发展，例如美国的“再工业化”计划，德国的“工业4.0”计划，日本智能制造的“新机器人战略”计划等。我国的《中国制造2025年》以及《智能制造发展规划（2016-2020年）》等，都为智能制造提供支持与保障。与此同时，双碳目标的提出，促使制造业朝向低碳化、节能化方向发展。智能制造集成了智能电网和多网融合等各类信息化技术，实现设计和生产以及销售环节的联通，通过全生命周期的管理，消除生产制造系统的浪费，达到资源能源循环利用，助力节能降耗。将绿色制造与智能制造相互结合，促进绿色+智能协同发展。

智能制造装备指的是具有感知功能、分析与推理能力、决策力、控制力的制造装备，实现了制造技术和信息技术以及智能技术的集成，可体现制造业的智能化和数字化以及网络化发展水平。从产业链的角度分析，涉及到机器人、增材设备制造以及重大成套设备制造等。

根据国际市场研究机构发布的数据显示，2020年全球智能制造市场规模将会达到2147亿美元，预计到2025年会增加到3848亿美元，期间年复合增长率大约为12.4%。从市场区域发展情况分析，预测期间内亚太地区的智能制造市场将会是增长率最高，中国智能制造装备的需求不断增加，并且经济快速发展以及各类技术发展的鼓励，将会促进智能制造的发展。在全球范围内来看，预测期间内，美国和德国以及日本的前沿企业将会成为领先的智能制造解决方案提供商。

美国，美国是智能制造概念的发源地之一，其政府也是高度重视制造装备的研发，认为智能制造能够助力技术的领先。一直以来，美国不断加大智能制造装备的研究，并且推进很多项目，比如智能设计项目以及智能物流传输项目。从过去的一段时间分析，美国积极推动“智能处理系统”研究，涉及到动态优化设备生产系统和数控系统研发等，利用聪明加工系统，促进美国智能技术的研发。美国的3d systems和思科以及通用电气等，都是智能制造领域的领军企业。日本的横河电机和三菱公司等，也占据着国际市场。2019年，美国制定了未来工业发展规划，将人工智能技术和先进制造业技术等列为推动美国繁荣和保护国家安全的四项技术。

日本，目前已经形成了以汽车及零配件、机床、机器人、电子电器为支撑的支柱产业。从智能制造的发展实际分析，集成利用物联网技术和传感器以及机器视觉等，并且围绕产品提供延伸的解决方案。以川崎重工为例，研发的协作机器人能够在一个空间内和人协作，具有灵活性优势；再例如，牧野机床采用lot技术研发了pronetconnex系统，能够为客户最优化停机时间，达到延长设备寿命的效果。在很多方面，日本的智能制造装备都表现出优异的状态，为其制造业的发展提供支持。

德国，德国也是制造业强国，2013年首次提出工业4.0战略；2019年发布了《国家工业战略2030》。根据麦肯锡2018年调研的报告显示，800家企业中超过了70%的企业开始陷入了数字化转型试点的困境，也就是简单的小规模试点后难以实现全面转型。对于此难题，行业者达成了共识，开始走规模化道路，创造更多的价值。在全球制造的领先16强中，5家来自于德资企业、3家为美资企业。美国和德国凭借自身的工业资源优势与高质量生产能力，快速转型发展。

智能制造装备是先进制造技术和信息技术以及智能技术在装备产品上的集成与融合，推动着制造业的智能化和数字化以及网络化发展。根据德勤调查的数据显示，国内工业企业智能制造5大部署为数字化工厂、设备与用户价值深挖、工业物联网、重构生态和商业模式、人工智能，占比分别为63%、63%、48%、36%、21%，从关注的技术情况分析，主要为工业软件和传感器技术以及人工智能等。根据工业和信息部、中国电子技术标准化研究院数据显示，截至2020年12月，全国12000多家企业通过平台开展智能制造能力成熟度自诊断，江苏、浙江、山东、宁夏等省市对于智能制造高度重视，积极推动标准应用。表1整理了部分城市的智能制造试点情况。

表1 2020年部分省智能制造的试点情况

基于工业4.0智能制造背景，流水线工作的方式也出现了很大的变化。使用工业机器人，显著提高了作业效率，同时出错率更低，并且自动化生产能够给企业带来巨大的经济效益。一般来说，流水线按照运输方式进行细分，主要包括皮带流水装配线和插件线以及网带线等，通常组成部分包括牵引件和承载构件以及驱动装置等。在工业4.0的浪潮下，工业机器人的大量应用，将会使得对传统流水线作业方式产生很大的变化，转变了人工作业的模式。从当前的工业机器人应用情况分析，abb为主流机器人，应用比较广泛，若将其编程灵活运用，则其他的机器人系统运用也能够更加便利。在逻辑思维方面，工业机器人的情况差异不大，不过也面临很多难题。使用工业机器人，需要熟悉机器人坐标应用和圆弧指令以及逻辑控制语句应用等。随着自动化水平的不断提高，能够为智能制造流水线的高效率运行和管理，提供更多的支持和保障，提高流水线作业的效率，保障工作的质量。

从工业机器人的发展情况分析，2020年的需求快速增加，根据国家统计局、工业和信息部发布的数据信息，2020年1-11月全国规模以上工业企业的工业机器人总产量为206851套，制造企业的收入额为453.3亿元。在消费需求增加的影响下，工业机器人技术和产品快速发展。一方面，汽车工业对工业机器人的需求增加，应用行业也从汽车工业朝向通用工业继续拓展延伸。根据统计的数据显示，2020年机器人的需求增加主要来源于3c和新能源以及金属机械等，需求总量超过60%。除此之外，工业机器人生厂商也在积极推动产品与医疗以及其他行业的融合，力求研发更多的新产品，促进工业机器人的发展。值得一提的是，机器人生产是被日本垄断将近30年，被应用在工业生产的各个方面，很大程度上促进了日本的经济发展。现如今，我国工业机器人实现逆袭，助力市场整体的工业化进程。工业机器人的构成包括操作机和控制器以及伺服驱动系统等，可以自动化控制以及重复变成，支持在三维空间内完成各类作业。

从智能制造装备的应用和发展角度分析，环境保护始终是坚定不移的原则，促进装备升级，必须要注重节能。一方面，提供智能制造装备的智能化水平。另一方面，要提高节能环保水平，减少能源消耗。智能制造装备的使用能够满足各行业生产的需求，同时也是各个行业进行转型升级的重要保障。积极推广使用高水平的智能制造装备，辅助相关行业持续化发展，适应高标准和严要求。双碳目标的提出，对制造业也提出了更高的要求，需要不断的升级和优化，提高生产的能源使用水平，减少能源消耗和浪费。这对使用的智能制造装备提出了更高的需求和要求，需要加大节能的研究力度，通过设备本身的节能或者辅助生产节能来实现具体的目标。

从当前的发展情况分析，中国智能制造核心装备与核心软件获得重要突破，不过和发达国家相比，关键技术装备相对薄弱，例如高档数控机床和工业机器人以及增材制造装备等。除此之外，数字化设计和制造等关键核心技术还需要提升，影响着智能制造的发展。目前，移动互联网、大数据、云计算、物联网、第五代移动通信（5g）、区块链等新一代信息技术不断取得突破，尤其是5g技术和ai技术。随着5g技术的快速发展，中国智能制造加速，但5g+智能制造的发展还面临很多挑战。5g技术的领先企业-华为提出点亮1000座5g智慧工厂计划，意在加速5g技术的应用。5g技术和云计算以及ai等的应用，虽然能够促进制造企业智能化升级，不过还有很多工厂没有实现数字化与智能化，因此加快5g基础设施的部署与建设为重点任务。在实施方面主要面临以下挑战：（1）落地资金需求大。目前，推进5g建设的成本很高且周期长，以5g基站为例，投资为4g的1.5倍，全国总体投资规模大约为1.2万亿元，投资周期超过8年。除此之外，我国还处于4g建设的高峰期，双网建设的成本压力比较大，并且5g落地应用风险难以精准预估以及防范。从推动5g在智能制造行业的应用角度分析，需要政府、企业等共同努力，促使整个产业链建设高效化推进，利用技术+商业的方式，共同推动5g+智能制造的进一步发展。

智能制造装备的发展需要人才力量的支持，当前我国此类人才匮乏。一方面，智能制造装备对于人才素质要求比较高，既需要掌握先进技术的应用知识和相关技能，也需要对未来的智能制造有着一定的理解。另一方面，我国亟需的是智能制造工程技术人才。《智能制造领域人才需求预测报告》发布的数据显示，2019年，智能制造从业人员（包括：工程技术人员、技能人员）数量为971.2万人，预测到2025年，智能制造工程技术人员缺口数量将接近100万人。在人才培养方面，需要加大职业人才的培养力度，同时需要注重研发人员的培养。通过不断增加人才的储备，为智能制造装备的发展提供更多的坚实基础。积极发挥高校的资源优势，加大对智能制造相关领域人才的培养力度。围绕当前学历教育内容和实际岗位需求脱节的问题，以及在职教育体系需要完善的问题，积极优化和调整，加快人才的培养力度。通过整合高校、科研单位以及企业等多方力量的支持，推进智能制造装备研发和相关人员的培养。

从推进智能制造的发展角度来说，需要从企业入手。虽然当前制造业的发展状态是东强西弱，但是很多东北的制造基地处于发展的落后状态，难以跟进国际水平，需要进行升级与改造。以沈阳为例，为了能够促进制造业升级转型，围绕5+3+7产业补链延链强链。通过提高龙头企业本地配套率，促进制造业的规模扩大。对老字号企业进行改造升级，构建现代化水平较高的汽车整车生产体系，并且构建完善的零部件配套体系，重新塑造机床制造产业领先地位。加大新一代通用机械装备产品的研发力度，力求发展一批新兴重矿装备，推动电力装备应用创新。与此同时，关注新能源领域，加大对新能源产品的研究力度，推动智能网联汽车产业发展，构建机器人产业创新生态圈，促进航空产业基础设施和整机能力的提升。在推动智能制造产业发展的角度来说，积极部署现代化技术应用的基础设施，例如5g基础设施，满足产业发展的需求。从江苏的发展规划分析，江苏省提出龙头骨干企业引领工程，通过对标世界智能制造领先水平，加大对行业龙头企业的支持力度，推动企业创新发展。采取分行业分领域制定智能制造示范标准的方式，每年认定一批省级智能制造示范工厂和车间以及互联网标杆工厂。到2024年底，累计建成国家智能制造示范工厂项目30个、省级智能制造示范工厂项目300个、省级智能制造示范车间2500个、工业互联网标杆工厂200家、5g全连接工厂10家。同时还推进中小企业“智改数转”推进工程，面向中小工业企业，为期提供智能制造服务，了解其存在的问题，指导其制定解决方案。除此之外，积极发挥南京和无锡以及苏州等的集成电路、新型显示以及智能装备等产业优势，积极培育生态主导型链主企业。通过资源整合，搭建基于产业链协作平台，推进协同采购和协同制造以及协同销售等的应用，进一步提高产业链协作效率。积极鼓励建设工业互联网平台，一次达到汇聚赋能资源的目的，实现工业大数据和工业app以及数字化转型解决方案的集成，面向应用场景提供数据产品以及数据服务。

综上所述，智能制造装备正处于快速发展的状态，涌现出很多新型工业机器人和机床装备等，为很多行业生产提供装备支持。从需求和发展的角度分析，智能制造装备的绿色化和智能化水平会不断提高。从技术的集成应用角度分析，还面临很多挑战，需要加大技术的研究力度，积极整合各方的力量促进智能制造装备发展。