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近年來，在《中國制造 2025》等戰(zhàn)略的牽引下，伴隨國內(nèi)人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先高精尖技術(shù)的不斷成熟，疊加制造業(yè)低成本優(yōu)勢減弱等的刺激，我國制造業(yè)正在經(jīng)歷由傳統(tǒng)制造的 " 工業(yè) 2.0" 時代向數(shù)字化、自動化制造 " 工業(yè) 3.0" 時代再到智能化制造 " 工業(yè) 4.0" 時代的轉(zhuǎn)型，" 中國智造 " 關(guān)鍵詞全球熱度不斷提升，燈塔工廠數(shù)量不斷增多，制造業(yè)智能化程度不斷加深，制造業(yè)的智能 " 智造 " 目標(biāo)正不斷實(shí)現(xiàn)。那么，以智能 " 智造 " 為核心的 " 工業(yè) 4.0" 是什么？我國 " 工業(yè) 4.0" 發(fā)展水平如何？未來的突破方向又有哪些？

01

何謂 " 工業(yè) 4.0"

" 工業(yè) 4.0" 的概念源于 2011 年德國漢諾威工業(yè)博覽會，又稱為第四次工業(yè)革命，是指將包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人和自動化等一系列智能數(shù)字化技術(shù)集成到制造和工業(yè)流程，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能 " 智造 "，提高生產(chǎn)力、效率和靈活性，同時在制造和供應(yīng)鏈運(yùn)營中實(shí)現(xiàn)更智能的決策和定制。

" 工業(yè) 1.0" 到 " 工業(yè) 4.0"（圖片來源：德國人工智能研究院）

具體來看，" 工業(yè) 4.0" 由嵌入式系統(tǒng)、系統(tǒng)安全、健壯性網(wǎng)絡(luò)、云計算、智能工廠 5 大技術(shù)板塊支撐，本質(zhì)是基于 " 信息物理系統(tǒng) " 實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，從而大幅提升生產(chǎn)效率、并降低生產(chǎn)成本。據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)測算，進(jìn)入 " 工業(yè) 4.0" 后，制造業(yè)企業(yè)的效率會提高大約 20%，成本可以下降 20%。

" 工業(yè) 4.0"5 大支撐技術(shù)板塊（圖片來源：德國信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會）

02

國內(nèi) " 工業(yè) 4.0" 發(fā)展現(xiàn)狀

以全球視角來看，我國已成為全世界 " 燈塔工廠 " 最多的國家，工信部已培育 421 家國家級示范工廠，包括全球光通信行業(yè)首座 " 燈塔工廠 " ——亨通光纖光棒智能制造工廠，全球重工行業(yè)首座 " 燈塔工廠 " ——三一重工北京樁機(jī)工廠，全球光伏行業(yè)首個 " 燈塔工廠 " ——隆基綠能嘉興秀洲基地。同時，我國在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)配套方面領(lǐng)先全球，建成全球最大的光纖和移動寬帶網(wǎng)絡(luò)，算力總規(guī)模全球第二，具有一定影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺超過 340 家。

全球光通信行業(yè)首座 " 燈塔工廠 " ——亨通光纖光棒智能制造工廠

將目光聚焦國內(nèi)，中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院最新數(shù)據(jù)顯示，全國已有 101351 家企業(yè)在智能制造評估評價公共服務(wù)平臺上開展了智能制造能力成熟度自診斷，其中，江蘇省企業(yè)數(shù)量最多，達(dá) 47972 萬家，是全國唯一數(shù)量過萬的省份，上海、河南、山東企業(yè)數(shù)量也在 5000 家以上。

全國智能制造能力成熟度自診斷企業(yè)分布圖（圖片來源：中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）

從智能化水平角度來看，目前，全國 8 成企業(yè)智能化仍以數(shù)字化改造的二級及以下為主，也即 " 工業(yè) 3.0" 和 " 工業(yè) 2.0"，僅有 15% 的企業(yè)可以實(shí)現(xiàn) " 工業(yè) 4.0" 的網(wǎng)絡(luò)化集成和智能化升級。

全國智能制造能力成熟度自診斷企業(yè)等級分布圖（圖片來源：中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）

企業(yè)等級評定標(biāo)準(zhǔn)（圖片來源：中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）

從行業(yè)分布看，國內(nèi) 4 大智能制造領(lǐng)域中，電子信息行業(yè)智能化水平最高，網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品服務(wù)、設(shè)備管理等各評價維度評分在各行業(yè)中均居首位，裝備制造行業(yè)整體水平次之，受產(chǎn)品及行業(yè)特點(diǎn)影響，在能源管理、安全與環(huán)保方面智能化弱于原材料行業(yè)，原材料行業(yè)、消費(fèi)品行業(yè)整體水平相差不大。

四大行業(yè)各維度評估評價水平圖（圖片來源：中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院）

03

我國 " 工業(yè) 4.0" 的破局方向

目前，我國智能制造的 " 智能 " 整體還處于 "automatic" 向 "smart" 進(jìn)化的層次，智能制造系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、準(zhǔn)確執(zhí)行指令等功能，但距離真正實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、自主決策，不斷優(yōu)化的 "intelligent" 層次還有很大差距，制造業(yè)的數(shù)字化、自動化向智能化改造升級，也即 " 智造 "，將是未來我國 " 工業(yè) 4.0" 發(fā)展的必然方向，具體如下：

1、實(shí)現(xiàn)全流程智能化的 " 智造 " 大腦。

" 工業(yè) 4.0" 并不是簡單的追求工業(yè)制造的自動化，數(shù)字化，而是全流程的協(xié)調(diào)，在實(shí)現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上，還要應(yīng)對客群定制化、個性化生產(chǎn)的需求，并實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)、智能設(shè)計、智能設(shè)備、智能物流、智能園區(qū)、智能決策六大維度智能系統(tǒng)的升級。想要實(shí)現(xiàn)這一目的，就必須 " 讓生產(chǎn)線學(xué)會自我思考 "，打造工業(yè) " 智造 " 大腦。

具體來看，" 智造 " 大腦的發(fā)展主要分為兩大方向。一是應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、園區(qū)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G 網(wǎng)絡(luò)、邊緣計算、安全態(tài)勢感知及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺等的各類智能硬件的生產(chǎn)制造，以控制器為心臟，以傳感硬件為皮膚。二是工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)，主要有制造執(zhí)行系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、發(fā)貨管理系統(tǒng)、訂單計劃與排產(chǎn)、供應(yīng)商協(xié)同、數(shù)字化工藝、質(zhì)量管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集成等系統(tǒng)軟件，是工業(yè)智能化的神經(jīng)和血液，是實(shí)現(xiàn)仿真、產(chǎn)線、倉儲和物流的自動化的關(guān)鍵。

" 智造 " 大腦效果示意圖

2、實(shí)現(xiàn)智能化的載體——智能產(chǎn)線。

目前，國內(nèi)以汽車、鋼鐵為代表的不少行業(yè)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動化，但大部分企業(yè)以離散制造的自動化生產(chǎn)為主，尚未具備整體的集合化、智能化生產(chǎn)能力。

從產(chǎn)線的需求特點(diǎn)來看，智能產(chǎn)線的發(fā)展將主要集中在兩大板塊。一是對現(xiàn)有自動化產(chǎn)線的柔性整合改造，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行 " 萬物互聯(lián) "，將離散的自動化生產(chǎn)線連接成一個整體。二是利用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、3D 打印、人工智能等技術(shù)，開發(fā)利用定制型生產(chǎn)線，對工廠客群的各類定制化生產(chǎn)需求進(jìn)行 " 無人化 "" 智能化 " 響應(yīng)處理及智能化生產(chǎn)。

海爾沈陽冰箱互聯(lián)工廠的全流程智能化生產(chǎn)線

3、智能化生產(chǎn)的上游支撐，主要分為 " 智研 "" 智物 "" 智母 " 三大細(xì)分方向。

其中，" 智研 " 即智能研發(fā)，工業(yè)制造企業(yè)將更多地使用 CAD、CAM、CAE、CAPP、EDA 等工具軟件和 PDM/PLM 系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，帶動仿真軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)軟件、樣機(jī)、仿真實(shí)驗(yàn)及相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)等領(lǐng)域快速發(fā)展。

" 智物 " 即智能物流，" 工業(yè) 4.0" 的智能化已經(jīng)不局限于生產(chǎn)過程，制造企業(yè)內(nèi)部的采購、生產(chǎn)、銷售流程都伴隨著物料的流動，物流的智能化已成為實(shí)現(xiàn)全流程智能化的關(guān)節(jié)，越來越多的制造企業(yè)在重視生產(chǎn)自動化的同時，也越來越重視物流的智能化。在此需求下，自動化立體倉庫建設(shè)，無人引導(dǎo)小車 ( AGV ) 、智能吊掛系統(tǒng)、智能分揀系統(tǒng)、堆垛機(jī)器人、自動輥道系統(tǒng)等智能化設(shè)備的制造，以及智能化物流管理系統(tǒng)的開發(fā)將成為這一板塊的發(fā)展熱點(diǎn)。

全流程物流智能化場景圖

" 智母 " 即智能化工業(yè)母機(jī)。工業(yè)母機(jī)是指制造生產(chǎn)機(jī)械和設(shè)備的機(jī)器，有著 " 制造機(jī)器的機(jī)器 " 之稱，習(xí)慣上簡稱機(jī)床。目前，國內(nèi)工業(yè)機(jī)床已經(jīng)形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)體系，但數(shù)控化、智能化水平有待提高，高端、智能化機(jī)床國外依賴性較大。為加快我國工業(yè)母機(jī)國產(chǎn)化進(jìn)程，2023 年 9 月，國家財政部等四部門發(fā)布《關(guān)于提高集成電路和工業(yè)母機(jī)企業(yè)研發(fā)費(fèi)用加計扣除比例的公告》，明確規(guī)定從 2023 年 1 月 1 日至 2027 年 12 月 31 日期間，將工業(yè)母機(jī)企業(yè)開展研發(fā)活動中實(shí)際發(fā)生的研發(fā)費(fèi)用稅前加計扣除比例提高至 120%，大幅降低了相關(guān)企業(yè)科研資金的壓力。而隨著我國制造業(yè)逐漸向 " 智造 " 邁進(jìn)，工業(yè)母機(jī)作為支撐智能 " 智造 "、" 工業(yè) 4.0" 的關(guān)鍵設(shè)備，疊加價格、國際摩擦等因素的刺激，其國產(chǎn)化替代市場將會持續(xù)擴(kuò)大。

智能化工業(yè)母機(jī)效果圖