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在過去的一年里,中國工業經歷了嚴峻的考驗,規模以上工業增加值增幅繼續回落,PPI 指數連續33 個月負增長,工業企業利潤增幅下滑,下行壓力顯著。反觀國際領域,德國提出了工業4.0 計劃,掀起新一輪的工業革命,美國憑借模式創新、技術創新和資本優勢繼續稱霸全球,歐盟則因循“下一代制造業發展戰略”,日本的“精益制造”持續在汽車、機器人和精密儀器等領域擴大產品技術優勢。
當前,中國工業既有世界上最先進的行業和領域,但更有不少落后產能,甚至完全依靠人力優勢和資源優勢生存的企業也不在少數。我們向上瞄準工業4.0 的同時,還要立足國情全力建設工業3.0,并不時去惡補工業2.0 的作業。在這種情況下,工業領域的淘汰、提質、增效、轉型和升級幾乎是同步進行的,要尋求“新常態”下應對中國工業諸多問題的答案,途徑顯然不是唯一的。
依靠此前二十多年的信息化工作基礎,在諸多選擇之中,工業的智能化、網絡化和移動化,成為必選項之一。德國的工業4.0 戰略中,明確提出了利用互聯網和物聯網實現人和人、人和機器、機器與機器、制造與服務之間的互聯,再依托智能化的物理生產設備,實現全面的智能制造,從而引發整個生產方式的第三次革命。工信部和中國工程院研究制定的《中國制造2025》戰略報告中,同樣將智能制造作為重點,推進信息化與工業化的深度融合,用信息技術改進流程工藝,使生產流程智能化、數字化和網絡化。在報告中,還特別指出了智能移動設備和高速移動網絡對工業創新和轉型升級的推動作用。進入2015 年,作為工業領域的技術型媒體,我們同樣深切地感受到整個中國工業界的巨大壓力,為此,我們將報道的焦點更多地轉向“智能制造”,關注研發設計、仿真分析、生產制造、資源管理和自動化裝備等全制造領域的智能化、網絡化和數字化,同時也更關注制造業升級轉型大變革中的人和事。
在智能制造未來的發展藍圖中,制造企業的全球化、異地化協作需要更為靈活的信息存儲、交互、共享和處理機制,數字化的設計和制造工作從單一PC 平臺轉變為服務器云端和智能移動終端的多平臺,是大勢所趨。隨著智能移動設備的計算能力和存儲能力越來越強大,智能移動終端的用戶量激增,云端應用模式日益成熟,而移動APP 的開發和推廣也形成了固定的產業模式,為這種轉移奠定了基礎。未來在制造企業中使用移動終端和移動APP 輔助設計、制造和管理,將成為整個工業領域的“新常態”。
產業處在由大變強的關鍵時期
楊學山副部長指出,2013年,我國軟件產業規模達到3.1萬億元,但是總體上軟件能力和系統能力還不能滿足市場需求,整個產業正處在由大變強的關鍵時期,我們要認真貫徹落實中央關于全面深化改革的部署,認真學習領會在中央網絡安全和信息化領導小組第一次會議上的重要講話精神,認清面臨挑戰的嚴峻性、任務目標的艱巨性,增強加快發展軟件產業的責任感和緊迫感。
他強調,要明確創新發展的目標,以改革創新精神推進各項工作,充分發揮市場在資源配置中的決定性作用,轉變政府職能、創新行業管理、強化市場導向、拓展公共服務,營造良好的產業發展環境。要更好地發揮市場需求對創新的拉動作用,加快建立以企業為主體的創新體系,加快提升“軟件能力”和“系統能力”,促進軟件產業由大做強。
北京、廣東等省市軟件行業主管部門,以及浪潮、中軟、阿里云、用友、小米等骨干企業代表做了典型發言,交流了工作經驗。
來自工業和信息化部相關司局,各省、自治區、直轄市及計劃單列市、副省級省會城市工業和信息化主管部門,有關學會、協會、商會,部屬事業單位及部分企業的代表參加了會議。
支持企業為主體突破核心技術
軟件服務業司司長陳偉在工作報告中總結了2013年軟件和信息技術服務業發展情況和主要工作,并通報了2014年的六項重點工作。 報告指出,要按照部黨組統一部署,以深化改革為主線,轉變政府職能、創新行業管理、強化市場導向、拓展公共服務,實施創新驅動,充分發揮企業主體作用,加強協同攻關,加快提升“軟件能力”和“系統能力”,為促進信息消費、兩化深度融合和工業轉型升級提供保障,實現軟件產業持續健康發展。
2014年第一項重點工作是實施創新驅動,支持企業為主體突破核心技術。具體如下:
支持企業成為技術創新主體。充分發揮企業對技術創新的引領作用,支持企業與科研院所建立聯合開發、優勢互補、成果共享、風險共擔的產學研用合作新機制,組建產業技術創新戰略聯盟。用好“核高基”和電子發展基金,支持骨干企業在安全可靠操作系統、數據庫、中間件、云計算、大數據、工業控制系統等關鍵領域的研發和產業化。
加快移動智能終端操作系統及移動互聯網軟件發展。在“核高基”移動智能終端操作系統專題組的機制下,繼續推動移動智能終端操作系統研發課題實施及課題成果的推廣應用,支持移動互聯網軟件及關鍵應用開發,構建移動互聯網生態體系。加快部署面向WEB/HTML5和云服務模式,以智能電視、智能穿戴設備等為載體的新一代移動智能終端操作系統研發。
加快智能語音產業發展和應用。發揮市場和應用對創新的拉動作用,繼續支持自然語言理解等關鍵技術研發。加強智能語音技術在信息安全領域研發和應用。加快在移動互聯網、車載信息、數字電視等消費領域的拓展應用,促進信息消費。充分發揮部省市成功合作的典型示范帶動作用,整合集聚資金、技術、人才等資源,完善產業生態體系。
推進云計算服務創新發展。把握國民經濟和社會發展重大應用需求,注重以服務創新帶動技術創新,以重大項目應用推動云計算服務產業化。組織實施云計算示范工程,加快推進云計算服務產業化。
促進信息安全技術和產業發展。支持面向云計算、移動互聯網、大數據、工業控制系統等關鍵領域信息安全技術產品的研發和產業化。組織推進基于安全可靠信息系統的安全防護工具以及支持國產密碼算法的升級改造工作。發展信息安全檢測、評估、運維等專業化信息安全服務。
加快大數據發展和應用。加強國家戰略引導,研究提出發展我國大數據的思路和措施。重點突破數據分析挖掘等關鍵技術,發展數據服務業,提升大數據分析和利用能力,建設大數據產業生態體系。協調推進大數據在相關行業的應用,支持開展應用示范。
機器人被譽為“制造業皇冠頂端的明珠”,是衡量一個國家創新能力和產業競爭力的重要標志,已成為全球新一輪科技和產業革命的重要切入點。近年來,我國機器人產業正處于快速發展期,中央及地方相關主管部門陸續出臺政策規劃,在項目支持、平臺建設與應用示范等方面營造良好的生態環境。
《中國機器人產業發展報告(2018)》旨在綜合分析全球和我國機器人產業發展趨勢及特征,圍繞產業的規模效益、結構水平、創新能力、集聚情況和發展環境等方面,綜合分析評價長三角、珠三角、京津冀、東北、中部和西部全國六大區域的機器人產業發展現狀及水平,并圍繞區域特色競爭、產業集聚發展、應用場景延伸、多元細分市場、雙創服務平臺、資本收益風險、人才培養瓶頸、智能化新增長等方面歸納具備代表性和典型性的發展趨勢特征與潛在問題。在此基礎上,提出了加強頂層設計、拓寬投融資渠道、提升自主創新能力、搭建行業共享平臺、有序推進應用示范、完善標準及檢測認證體系和推進高技能人才隊伍培養建設的措施建議。
《中國機器人產業發展報告(2018)》目錄
第一章 全球機器人產業發展趨勢及特征
一、全球整體市場仍在快速增長,服務機器人迎來發展黃金時代
(一)工業機器人:銷量穩步增長,亞洲市場依然最具潛力
(二)服務機器人:新一代人工智能興起,行業迎來快速發展新機遇
(三)特種機器人:新興應用持續涌現,各國政府相繼展開戰略布局
二、輕型化、柔性化、智能化趨勢明顯,實踐應用場景持續拓展
(一)工業機器人:輕型化、柔性化發展提速,人機協作不斷走向深入
(二)服務機器人:認知智能取得一定進展,產業化進程持續加速
(三)特種機器人:結合感知技術與仿生等新型材料,智能性和適應性不斷增強
三、企業愈加注重產品形態創新,網絡化與智能化布局齊頭并進
(一)工業機器人:工業互聯網成布局重點,智能工廠解決方案加速落地
(二)服務機器人:無人車獲科技龍頭高度關注,仿人機器人再度迎來發展機遇
(三)特種機器人:災后救援機器人研制成熱點,采礦機器人開始向深海空間拓展
第二章 我國機器人產業發展趨勢及特征
一、我國機器人市場需求潛力巨大,工業與服務領域頗具成長空間
(一)工業機器人:市場規模持續增長,關節型搬運機器人占比較高
(二)服務機器人:需求潛力巨大,家用市場引領行業快速發展
(三)特種機器人:應用場景范圍擴展,市場進入蓄勢待發的重要時期
二、關鍵技術突破與多元化應用取得積極進展,部分領域已達到國際領先
(一)工業機器人:國產化進程再度提速,應用領域向更多細分行業快速拓展
(二)服務機器人:智能技術比肩歐美,初創企業大量涌現
(三)特種機器人:部分關鍵核心技術取得突破,無人機、水下機器人等領域形成規模化產品
三、自主研發與投資并購雙輪驅動,行業龍頭加速布局機器人生態系統
(一)工業機器人:用戶企業向上游延伸,海外擴張步伐進一步加速
(二)服務機器人:生態系統構建加速,企業瞄準智能生活領域
(三)特種機器人:多點突破實現行業領先,龍頭企業著手布局無人機生態系統
第三章 我國各區域機器人產業發展水平
一、長三角地區:產業鏈布局優勢仍較為顯著
(一)產業規模效益
(二)產業結構水平
(三)產業創新能力
(四)產業集聚情況
(五)產業發展環境
二、珠三角地區:產業發展效益全國領先
(一)產業規模效益
(二)產業結構水平
(三)產業創新能力
(四)產業集聚情況
(五)產業發展環境
三、京津冀地區:區域協同助推產業智能化發展
(一)產業規模效益
(二)產業結構水平
(三)產業創新能力
(四)產業集聚情況
(五)產業發展環境
四、東北地區:龍頭企業持續發揮核心帶動作用
(一)產業規模效益
(二)產業結構水平
(三)產業創新能力
(四)產業集聚情況
(五)產業發展環境
五、中部地區:依托后發優勢打造產業集群
(一)產業規模效益
(二)產業結構水平
(三)產業創新能力
(四)產業集聚情況
(五)產業發展環境
六、西部地區:探索與積累進程中的特色發展
(一)產業規模效益
(二)產業結構水平
(三)產業創新能力
(四)產業集聚情況
(五)產業發展環境
第四章 我國機器人產業發展特征趨勢
一、區域產業錯位競爭態勢與后發競爭優勢并存
二、新興園區和特色骨干企業加快推動產業集聚
三、應用場景由傳統制造領域向新興領域加快延伸
四、多元化應用催生細分市場出現更多“小巨人”企業
五、領軍企業積極打造“雙創”類技術服務共享平臺
六、企業成長受資本杠桿的收益性與風險性疊加影響
七、工業機器人人才培養重研發輕應用的現象仍然存在
八、智能機器人功能及種類日漸豐富打造產業新增長點
第五章 我國機器人產業發展的相關政策建議
一、繼續加強對機器人產業發展的頂層設計
二、有效拓寬機器人企業投融資渠道
三、持續提升機器人產業自主創新能力
四、積極搭建機器人行業開放式資源共享平臺
五、有序實施機器人產業應用示范工程
六、逐步完善機器人產業標準和檢測認證體系
七、加快推進機器人領域高技能人才隊伍培養建設
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7月21日,中國商飛研發的首架國產C9型客機項目試飛工作會在中航工業試飛中心召開。隨著C919首飛進入倒計時,關于其發動機何時才能真正國產化的疑問,卻仍然待解。
兩個多月前,上海機床廠國內首臺進入汽車主機廠發動機生產線的“MK8220/SD雙砂輪架數控切點跟蹤曲軸磨床”下線,雖然代表著中國機床技術的最新水平,但整個機床的關鍵零部件超過半數需要從海外進口。
這些都是中國制造當下進步與差距并存的一個縮影。
大而不強,一直是中國制造的軟肋。中國不論是制造業的產量、進出口額,還是從業人數都在全球領跑,都成為名副其實的制造業大國。然而,目前我國高端設備的關鍵零部件仍然嚴重依賴進口,中國商品贏得競爭的質量優勢依然占比較低。
以智能制造為主攻方向的強國戰略正提速推進。工信部部長苗圩在接受《財經國家周刊》記者采訪時表示,制造強國建設正由文件制定進入全面實施的新階段,下半年“中國制造2025”的多個配套政策將陸續出臺。
“制造業是技術創新的最主要承擔者和推進供給側結構性改革的主戰場,伴隨《中國制造2025》的進一步推進,中國制造業將實現再一次躍升。”苗圩說。
大而不強
“中國制造現在面臨的問題,首先去產能是中國制造,去‘僵尸企業’還是中國制造,制造業辛辛苦苦為中國經濟發展,現在又是制造業惹的禍,問題出在哪呢?很大原因是因為大而不強。”7月23日舉行的第二屆制造高峰論壇上,哈爾濱電氣集團公司董事長、黨委書記斯澤夫演講時表示。
在這場由《財經國家周刊》、t望智庫、格力電器等聯合主辦的中國制造“達沃斯”上,與會專家對中國制造的轉型升級心生共鳴。
中國機械工業聯合會會長王瑞祥介紹說,過去數十年,中國制造業一路高歌猛進,制造業增加值在21世紀初趕上德國,2006年超過日本,2010年追上了美國,現在已經穩居世界第一。
工信部數據顯示,中國不論是制造業的產量、進出口額,還是從業人數都在全球領跑,成為名副其實的制造業大國。主要的產品產量,比如汽車發電設備、數控機床、大型拖拉機、工程機械等,已經連續多年位居世界第一。我國制造業約占整個世界制造業20%的份額,在500余種主要工業產品中,有220多種產量位居世界第一。
中國工程院的“工業強基戰略研究”報告顯示,一方面,經過30多年快速發展,我國工業總體實力邁上新臺階;另一面,關鍵基礎材料、核心基礎零部件和元器件、先進基礎工藝、產業技術基礎等“工業四基”薄弱,長期依賴進口,關鍵技術受制于人。
參與了“工業強基戰略研究”的中國工程院院士、清華大學教授柳百成進一步介紹說,目前我國高端設備的關鍵零部件仍然嚴重依賴進口,其中高檔數控機床70%?80%都依賴進口,而配套的數控系統90%依賴于進口。而國產機器人所需的精密減速器、伺服電機和控制器等核心零部件,多數直接采購國外產品。
統計顯示,中國商品有近80%仍以價格優勢來贏得競爭,而德國、日本等發達國家,質量優勢贏得競爭的占比高達56%,甚至是65%。
國務院參事張綱認為,中國制造業大而不強,主要表現在創新能力不強、質量效益不高、產業結構不優、資源利用不佳。
破解“跛足癥”
不強的關鍵在哪里?中國工程院“工業強基戰略研究”報告顯示,四個基礎問題是關鍵癥結。第一個是關鍵基礎零部件,第二個是關鍵技術材料,第三個是先進基礎工藝,最后一個是相應的技術支持,包括了技術標準。這個“四基”,已經成為制約我國工業由大變強的癥結所在,也是制約我國提高自主創新能力及全球競爭力的瓶頸所在。
“工業領域實施供給側結構改革,關鍵技術裝備供給不足,背后或多或少都有工業基礎能力薄弱的因素。‘四基’發展的薄弱和滯后,已經成為制約我國制造業由大變強的最大問題。”工信部副部長辛國斌表示。在他看來,能否攻克基礎工藝、提高基礎零部件的產品性能和關鍵基礎材料的水平、解決重點產業發展的卡脖子問題,決定了中國制造2025的目標能否實現。
“從制造業總量上看,中國制造業是一個巨人,但這個巨人患上了‘跛足癥’,導致他走不穩也走不快。”一位制造業專家分析說。
“十三五”規劃綱要明確提出實施工業強基工程,按照規劃,我國制造業將通過國家制造業創新中心建設、智能制造、工業強基、綠色制造、高端裝備創新五大工程建設,解決長期制約重點領域發展的關鍵共性技術,突破一批標志性產品和技術,提升制造業整體競爭力。
今年4月,工信部《工業強基2016專項行動實施方案》,今年工信部將推動重點領域發展,實施“一攬子”突破行動,重點突破40種左右標志性核心基礎零部件(元器件)、關鍵基礎材料、先進基礎工藝。
在柳百成看來,提高制造基礎能力,政府要發揮主要作用。產業化問題主要由企業投入,但是共性技術、競爭前技術的問題,需要政府來加大力度投入和支持。“我們要充分發揮產學研用的作用,組織聯盟,各司其司,協同創新。”
突破智能制造
“從現在開始,格力正式從一家空調生產企業轉型為裝備制造企業,智能裝備和智能產品是格力的主營業務。”格力電器董事長兼總裁董明珠在本次論壇上宣布。
在與會專家看來,格力的選擇也代表著制造業的方向。
智能制造是《中國制造2025》確定的主攻方向之一。以信息技術與制造業加速融合為主要特征的智能制造是全球制造業發展的主要趨勢。在此背景下,提高創新能力,突破智能制造,成為中國制造業發展的重中之重。
7月22日舉行的國務院政策例行吹風會上,科技部副部長李萌表示,我國將新部署三個科技創新2030-重大項目,第一個是航空發動機和燃氣輪機,第二個是智能制造和機器人,第三個是重點新材料。此前十年,2020重大項目有兩個重大專項,一個是高檔數控機床和基礎制造技術,第二個是大飛機。這意味著,智能智造和機器人,是未來十年科技創新的三大主題之一。
兩天之后在廣東東莞召開的2016年全國智能制造試點示范經驗交流會上,工信部部長苗圩表示,工信部、財政部今年將繼續實施智能制造專項,共安排立項25個省的133個重點項目,預計國家撥款52億元,接近去年中央對智能制造專項補助的1.5倍。
早在去年,工信部就啟動了智能制造試點示范專項行動,計劃通過三年時間的探索努力,形成并推廣有效的經驗與模式,加速智能制造的發展進程。
據國家發改委人士介紹,“十三五”期間,我國將實施智能制造工程,加快發展智能制造關鍵技術裝備,強化智能制造標準,工業電子設備、核心支撐軟件等基礎,推動生產方式向柔性、智能、精細化轉變,為構建我國制造業競爭新優勢,建設制造強國奠定扎實基礎。
作為國家戰略級別的任務和工程,隨著智能制造相關的政策扶持不斷出臺,智能制造站在風口之上。
今年以來,智能化浪潮帶動多個產業迸發活力,中國智造力量正在崛起。華為手機、沈陽機床、格力電器等企業在行業內發展迅速,為中國智造樹立了標桿。
趕超的機遇
5月13日,國務院印發《關于深化制造業與互聯網融合發展的指導意見》。打牢“制造業+互聯網”的焊點,激發制造企業創新活力、發展潛力和轉型動力,尤受關注。
“創新驅動發展戰略的實施將成為我國制造業發展的新紅利,極大地激發中國制造業創新的內生動力。”中國電子信息產業發展研究院院長羅文認為,科技革命正在引發產業發展方式的深刻變革,這為我國制造業的趕超發展提供難得機遇。
制造業發展方式的深刻變革,正在不斷發生。
第二屆制造高峰論壇上,格力首次對外展示了其“黑燈工廠”(因為完全自動化、幾乎沒有工人,可以關閉電燈的工廠),工廠的驅動機、減縮機、伺服電機等全部是由格力自主研發,更重要的是,這座由機器人操作的工廠,實現了設備與設備互聯、設備與物料互聯、設備與人的互聯。
除了格力,華為、富士康、大眾、海爾等企業都將“黑燈工廠”建設提上日程,“黑燈工廠”從傳說變成現實,也標志著中國制造業的自動化變革漸成氣候。
t望智庫董事長兼總裁、《財經國家周刊》執行總編輯吳亮認為,數字工廠是未來制造業轉變的主要趨勢,信息技術使得制造業從數字化走向網絡化、智能化的同時,傳統工業領域和新經濟的界限越來越模糊,工業和非工業的界限也越來越模糊。“未來智能生產的基礎是什么?就是讓數據真正地流起來,真正地用起來,以行業為基礎做數據聚合。”
數字工廠是邁向“工業4.0”的階段性目標,有專家表示,目前,中國制造企業大多處于2.0階段,企業不僅要2.0普及、3.0補課、還要進行4.0試驗。實現智能制造不能一步到位,必需先在基本自動化、車間自動化、機器自動化等環節進行配套。
在智能化趕超進程中,以往粗放的發展模式也值得警惕。比如,同樣是屬于未來十年科技創新重大項目的機器人,近年來雖然規模得到爆發式增長,但其發展質量卻并不樂觀。
智能制造的歐美版本
在“中國制造2025”出臺以前,智能制造在國際已經有多種版本,其中最主要的是歐美三國的版本,即德國的“工業4.0”、英國的“高值制造”、美國的“先進制造”。
德國的“工業4.0”。“工業4.0”是德國面向2020年的高技術戰略,核心內容是智能化生產系統,即在系統或產品的生命周期內,相關信息通過網絡化實時傳給產業鏈的各個環節,隨時通過數據優化價值創造流。
根據《產品生命周期管理概論》作者烏爾里希·森德勒的觀點,理解“工業4.0”有四個要點,即第四次產業革命、信息物理融合系統(CPS)、物與服務聯網(IOTS)、機器對機器的通信(M2M)。
“工業4.0”是第四次工業革命。第一次工業革命被稱為“工業1.0”,其標志是蒸汽機和機械生產設備;第二次工業革命被稱為“工業2.0”,其標志是電動機和大規模生產線;第三次工業革命被稱為“工業3.0”,其標志是電子、信息技術和高度自動化生產;第四次工業革命被稱為“工業4.0”,其標志是信息物理融合系統(CPS)和智能化生產。簡而言之,“工業1.0”是機械化時代,“工業2.0”是電氣化時代,“工業3.0”是信息化時代,“工業4.0”是智能化時代。
信息物理融合系統是互聯網發展的新階段。信息物理融合系統也稱之為智能技術系統,它不是獨立設備的集合,也不是單純的互聯網,而是由具備物理輸入輸出功能且可相互作用的元件組成的網絡。互聯網原來只限于傳統意義上的計算機,現在則是具備萬維網接口的任意設備。信息物理融合系統的基礎是數字通信技術,主要包括傳感器、執行器以及網絡化的智能組件技術。智能工廠就是把若干信息物理融合系統整合起來,形成更大的系統。
物與服務聯網是物聯網發展的新階段。物與服務聯網,就是所有的產品和服務都配備一個IP地址,通過標準協議彼此聯網,同時也和人聯網。物與服務的聯網,實質是基于數字技術的智能化服務。
機器對機器通信是指終端設備之間的數據交換。機器與機器之間的通信在電纜和傳統電器中早就存在,在“工業4.0”中,主要是增加了由無線服務和標準協議所建立的網絡。
根據德國《“工業4.0”白皮書》,實現上述內容需要解決五個方面的問題:價值創造網的水平整合,全生命周期內工程學的一致性,垂直整合和網絡化的生產體系,新的工作基礎設施,跨領域技術。①
英國的“高值制造”。英國政府面向未來的戰略是“高值制造”。“高值”是從價值形態上說的,“高值制造”就是高附加值的制造。“高值制造”是一場制造業的革命,它的產業形態是按需制造、分布式制造和產品服務化,它的技術形態是新興技術群、數據網和智能基礎設施。根據英國政府科學辦公室前瞻水平掃描中心的定義:“這場革命由新技術、新方法和新材料驅動,同時伴之以基于三維打印技術的本地化定制生產,走向產品加服務的商業模式——‘產品服務化’。”②
“高值制造”戰略的主題是資源效率、制造工藝、材料集成、制造系統、企業模式。在主題之下,又分為若干新興技術群和產業領域。新技術、新工具、新方法、新材料使制造形態和商業模式發生變革。
數據網是第二次互聯網革命的主要內容。互聯網是第一步,數據網是第二步。數據網為數據和網絡文本添加結構和意義,基于通用互聯網協議實現各種數據、物體的互聯,同時把互聯網分成專屬的“網絡分區”,從而改變網絡的價值。
智能基礎設施與互聯網革命密切相關。互聯網是在現有的基礎設施特別是固定電話網絡的基礎上發展起來的,而互聯網的革命將深刻改變基礎設施,不僅是數據傳輸基礎設施,還包括數據處理、數據儲存和電力供應,主要是智能電網、傳感器網絡的推廣和應用,以及對現有基礎設施的“拆拼再利用”。
美國的“先進制造”。美國面向未來的戰略是高端制造。根據美國科技顧問委員會的定義,“先進制造系指一組活動,它們依賴于信息、自動化、計算、軟件、傳感和網絡等的采用與協調,并運用物理學和生物學開發的前沿材料和新興能力,例如納米技術、化學和生物學。它既包括以新穎方式來生產已經有的產品,也包括制造基于新興前沿技術的新產品”。③簡言之,“先進制造”是指采用信息技術和網絡技術,并利用新材料等新興技術生產新產品的系列活動。
“先進制造”與數字革命相聯系。美國工程院認為當前正在發生的數字革命有三個特征:計算能力的持續增長,通信和分析能力快速提高,機器人技術和控制系統的進步。數字革命使高速計算機、先進傳感技術和先進材料不斷進入生產過程,這必將變革價值創造方式和就業格局,極大地提高生產率。美國信息技術與創新基金會建議支持“數字驅動型創新”,包括數據收集、存儲、處理、分析、使用和傳播等技術研發。
據中國專家的實地調研,美國正在進入“新硬件”時代。“新硬件時代,是以美國強大的軟件技術、互聯網和大數據技術為基礎,由極客和創客為主要參與群體,以硬件為表現形式的一種新產業形態。這里說的新硬件,不是主板、顯示器、鍵盤這些計算機硬件,而是指一切物理上存在的,在過去的生產和生活中聞所未聞、見所未見的人造事物。”
上述智能制造的三種版本,“工業4.0”最優。各個版本雖然表述、重點有所不同,但我們由此可以得出三點基本結論:
第一,人類正在發生產業革命,這場革命不是把互聯網簡單應用到傳統產業領域,而是互聯網、物聯網、傳統產業三位一體的革命,智能制造是這場革命的典型表現。
第二,此次產業革命的根本特征是智能化,即原子世界與比特世界全面融合,人與人、人與物、人與服務、物與物、物與服務全面鏈接,基礎設施、生產過程和價值構成重新整合。
第三,數字技術是智能化的使能技術(或關鍵技術)。數字技術使云計算、大數據、互聯網新應用、智能工廠、機器人、增材制造和軟件設計等眾多新技術成為可能,而眾多新技術的突破又反過來為進一步數字化提供物理和生物基礎。
智能制造與新產業革命
一段時間以來,智能制造成為熱詞,但同時也在很大程度上被簡單化。很多人以為只要把互聯網引入傳統產業,智能制造就實現了。這是從傳統發展方式理解的智能制造,而不是從新產業革命的意義上理解的智能制造。作為新產業革命的主要部分,智能制造不是偶然的、孤立的,而是與新產業革命的三個要件不可分割的。這三個要件,也可以說是智能制造的三大支柱,就是勞動力知識密集化、勞動工具數字化、勞動對象服務化。
勞動力知識密集化。所謂勞動力知識密集化,是指勞動力不僅接受過專業教育,而且還具有即時學習的能力,從而使專業知識交叉融合、知識與操作交叉融合。
在傳統工業化的發展方式中,研發、設計、銷售、服務等知識密集環節與制造環節相對分離,學科之間、理論與實操之間線性接續,互不交叉,因而需要的是專業型的員工。智能制造產業鏈是非線性的、矩陣式的,各個環節平行運行、交互作用、協同優化,生產系統的復雜性增強;由于分布式制造和產品服務化,產業鏈已不僅限于企業內部,而是跨企業、跨地域的。這就要求勞動力既要具有專業知識,同時又要有跨學科知識;既要有理論知識,又要有實際操作能力。跨學科、跨專業、跨領域的復合型、主動型人才成為主要需求。這種新型的勞動力既是設計者、研發者,又是協調者、操作者;既懂軟件和硬件技術,又懂機械和制造技術。與自動化相適應的是專業化的人才,與智能化相適應的是復合型人才和能力型人才。
需要說明的是,智能制造并不取消專業性,而是在專業性的基礎上要求全面性,能夠融會貫通,理解全局。這種全面性之所以可能,是由于互聯網使海量知識資源能夠即時共享,只要愿意,人們可以在任何時間、任何地點獲取所需的知識。E學習、APP學習、微信學習、游戲學習等新型學習、教育方式,為勞動力知識密集化提供了新的途徑和機遇,據《歐洲產業和企業數字轉型》報告,E學習市場在未來十年間將增加15倍,占全部教育市場的30%。
勞動力知識密集化在就業結構上體現明顯。據美國布魯金斯學會的一份報告,美國高端產業雇傭了全美80%的工程師。美國由“從事科學和工程學、建筑與設計、教育、藝術、音樂和娛樂的人們”構成的“創意階層人士”,2000年已經占到就業人口的近1/3,歐洲平均也在25%~30%。美國創意產業的薪酬占到全美所有產業薪酬的將近一半,相當于制造業和服務薪酬的總和。⑤2011年,勞動年齡人口受過高等教育的人口比例,美國為61%,俄羅斯為54%,日本為41%。可以說,科學家、工程師等專業人員在就業結構中已經居于主導地位。
生產工具數字化。所謂生產工具的數字化,是指數字程序控制的生產工具和生產工具的虛擬化,以及生產工具與虛擬生產工具之間的交互結構。例如,數控機床就是生產工具由數字程序控制;計算機輔助設計系統(CAD)就是生產工具的虛擬化。
工業文明的生產工具是大機器,而且是自動化的機器,生產裝置在無人干預的情況下自動運行,從而把人從繁重的體力勞動和有害的環境中解放出來。
這種情況在新產業革命中改變了。按照IBM工業研究院哈德·鮑姆的觀點,智能制造或第四次工業革命的基礎是五種技術創新,即移動計算技術、社會化媒體技術、物聯網技術、大數據技術、分析和優化技術。它們相互影響,從根本上改變了增值、商業模式和產業形態,也改變了生產工具的形態。機器裝備等勞動工具普遍使用信息技術、通訊技術和網絡技術,形成信息物理融合系統,包括高端數控機床、工業機器人、柔性制造系統等。數字化工具在生產的每一個環節和生活的全部過程,實時感知、分析、處理和控制,相互交流并與周圍環境交流,自動更改配置并存儲信息,分布式地自我組織,提供和執行全流程最優化方案。
生產工具的數字化使軟件具有了戰略意義,軟件的研發成本也占據了重要份額。西門子公司軟件研發的支出占了整個集團研發預算的大約40%,達到了40億歐元。據國外專家估計,當前純工業軟件的世界市場份額已達180億歐元,預測未來每年還將上升8%;工業型軟件在有關物流、安全和能源管理領域的額度已超過1000億歐元。⑥
生產工具的數字化也使生態文明成為可能。數字化使技術體系能夠通過提高單位資源效率的方法來增加產品總量,在生產、分配、交換和消費等全部經濟、社會過程中減少資源消耗和廢物產生,對廢物進行資源化和再利用,把物質消耗和環境污染維持在自然界自我修復能力的范圍以內。
勞動對象服務化。所謂勞動對象的服務化,是指勞動對象特別是勞動產品從物質單體變成從物質單體誕生直至回收的系統,而服務是該系統的主要部分。
工業化發展方式中的勞動對象,從動力上看,是大規模的化石能源特別是石油、天然氣和煤炭;從原材料上看,是大規模的鋼鐵、水泥等礦物質材料;從最終產品上看,是大規模的實物商品,所有產品都是物質實體,從研發、設計開始,在制造終端完成。
而在新產業革命中,產品變成與服務一體化的系統,這個系統包括實體產品,以及圍繞實體產品的服務。據陜汽公司提供的數據,目前平均一輛卡車的售價為30萬元人民幣,但卡車使用以后產生的成本是500萬,在卡車整個生命周期內,服務的價值占絕大部分。所謂整個產品生命周期,是指產品系統從產品設計、研發開始,經過制造、售后,直至回收再制造的全過程。
產品系統中的服務,主要包括單體產品服務——產前、產中、產后服務等,以及單體產品衍生服務——服務是主體,單體產品是載體或工具,還包括無產品服務——與單體產品無關、但經濟上有關的結構。其中單體產品服務是最核心的服務,產前服務是指產品的研發和設計,這是一個以產品為核心,制造商、供應商、用戶、創新者、投資者等利益相關者參加的設計、研發圈;產中服務主要是廠內和社會的相關生產;產后服務則是從產品誕生直到實體產品消失為止的服務“長尾”。據麥肯錫全球研究院的一份報告,發達經濟體制造業服務類投入占到制造業產出的20%~25%,制造業崗位中30%~55%具有服務性職能,若加上外包服務,美國制造業服務類崗位已超過生產類崗位。據筆者實地調研,2014年,中國智能制造走在前列的陜西汽車股份公司,利潤的44%來自于產品服務。2005年世界著名傳統制造公司利潤的50%以上來源于服務活動,全球500強企業中56%的公司從事服務業。而且制造業企業的生產,越來越依靠金融、電信、物流等服務性企業,據美國布魯金斯學會的一份研究報告,美國高端產業每個工人每年從其他商業服務中采購23.6萬美元的商品和服務,而其他產業的采購僅為6.7萬美元。
智能制造與中國機會
以智能制造為重要內容的產業革命,向包括中國在內的所有國家都敞開了窗口。同時,向中國敞開的還有另外兩個窗口,一個是巨大的經濟存量的轉型,另一個是工業化和城市化中后期帶來的經濟增量。如果說經濟增長速度換擋期、結構調整陣痛期與前期刺激性政策消化期在同一時間重合出現,是老的三期疊加,那么,新產業革命的發生期、新發展方式的形成期、全面小康社會的建成期同時重合出現,則是新的三期疊加。如果說老三期疊加困難不少,那么新三期疊加則是機遇大于挑戰。
新發展方式形成期提供的第二窗口。新發展方式形成期的機遇首先是大規模實體經濟提供的載體空間。我國具有世界最大規模的實體經濟,面臨轉變發展方式。物質消耗和環境容量已經走到臨界區域;低端外部需求已經接近極限;單純以廉價勞動力、廉價商品和薄利多銷為內容的向下競爭,已經走到盡頭,加速形成新的發展方式上升為剛性需求。巨大的經濟存量要求經濟發展方式必須從以物質資源投入為主轉變為以人力和知識資源投入為主,即用無形資本替代有形資本,真正轉型為一個知識型、創新型、服務型的經濟體,實現智能型增長。
其次是大規模城市化提供的增量空間。2014年我國城市化率已經超過54%。如果按照每年轉移1000萬農村勞動力的速度計算,10年后還會有1億人口城市化。城市化必然引起經濟結構的轉型升級和經濟總量的巨大增長,也必然引起我國消費規模的巨大增長和消費水平的大規模升級,相應地也將對智能制造產生巨大需求。我國的城市化是在發達國家城市化完成以后開始的,又是人類歷史上最大規模的城市化,有條件不重復、也不應該重復先發國家傳統城市化的老路,即先污染后治理、先粗放后集約、先發展后轉移的道路,而必須一開始就以智能制造、生態經濟支撐。
全面小康社會建成期提供的第三窗口。我國已經度過了溫飽階段,實現了整體小康,正在建設全面小康。2012年的統計公報反映,城鎮居民和農村居民消費的恩格爾系數都在下降,而且兩個數值越來越接近。從經濟規律來看,在溫飽問題尚未解決的階段,人們的需求主要集中在生活資料領域,生產和消費水平比較粗放;而在溫飽問題解決以后,人們的物質消費不僅有較大的增長,而且會出現重大的升級,同時人們的非物質性消費也大幅度增長、升級。這就為智能制造、高端服務開辟了新的領先市場。
新三期疊加放大了智能制造的機會窗口。有一種觀點,認為我國制造業整體水平處于中低端,發展很不平衡,存在大量“工業2.0”產業,因此,中國智能制造只能分兩路走。一路是大多數弱勢產業,必須循序漸進,從“工業2.0”上升到“工業3.0”,然后到“工業4.0”;另一路,是少數優勢產業,有可能直接從“工業3.0”進入“工業4.0”。
除了上述兩路大軍以外,還有一路大軍,他們已經處于智能制造階段,雖然水平不一定是世界最高的。如華為、中興、陜汽、海爾,等等,他們是我國智能制造的第一方陣。
處于“工業2.0”階段的產業,以及城市化形成的增量產業,不一定按部就班地從“工業2.0”到“工業3.0”再到“工業4.0”,雖然也有這種可能性。由于新三期疊加,放大了智能制造的機會窗口,出現了“畢其功于一役”的現實可能性,即三路大軍幾乎同時進入智能制造階段。我們既要看到老的三期疊加,同時又要看到新的三期疊加,而且我國經過30多年的高速發展,已經處于新的歷史起點:整體上已經渡過溫飽階段,進入工業化和城市化的中后期,科教興國和人才強國戰略帶來的科技人力資源紅利正在顯現,只要戰略選擇得當,經過扎實工作,三路大軍完全可以平行實現智能制造。
智能制造的中國戰略
新三期疊加的窗口已經打開,必須采取必要的戰略,為智能制造準備充分而必要的條件,否則也可能喪失機遇。
人力資源超增長戰略。人力資源超增長戰略,就是在從2016年到2025年10年左右的時間內,通過投入和優化結構,急速使我國新增勞動人口普及高中階段教育,55%達到大專及大專以上文化程度。
如果持續使新增勞動人口的55%達到大專及以上文化程度,就要求高等教育入學率,即在校大學生占該年齡段人口的比例,必須達到55%。國際上通常認為,高等教育大眾化階段的毛入學率在15%~50%,普及化階段的毛入學率在50%以上。高等教育毛入學率超過50%的國家,全球有54個;⑦經合組織國家高等教育毛入學率為55%。
人力資源超增長戰略具有現實可能性。一是由于新增勞動人口的減少,中國勞動適齡人口已經處于一個加速減少的時期。據專家預測,中國勞動適齡人口在2015年達到峰值,此后將開始減少,2020年后減少甚至會加速。實際上,從2012年開始,我國勞動適齡人口已經連續3年減少,分別減少了345萬、244萬、371萬。新增勞動人口的減少是個劣勢,但又是個優勢,即縮小了受教育人口的基數。二是我國具有適當擴大教育規模的公共財力和社會資本。新增勞動人口的減少和教育規模的適度擴大,使較大幅度提升入學率成為可能。
2013年我國高中階段教育毛入學率為86.0%。十一五期間,高中階段教育毛入學率平均每年增加近6個百分點,十二五前三年增速放緩,每年增加1個百分點強。根據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010~2020年)》,2020年高中階段教育毛入學率達到90%,在此基礎上,經過努力工作,每年增加2個百分點,到2025年普及高中階段教育是可以做到的。
2013年,中國高等教育毛入學率達到34.5%,與全球平均水平(2012年為32%)⑧相當。從2014年開始,全國本專科招生總規模已達到當年年滿18歲人口的46%。如果全國本專科招生人數每年保持在700萬,那么到2020年,全國本專科招生總規模占當年年滿18歲人口的比例將超過55%,當年的高等教育毛入學率也將超過50%。十二五前三年高等教育毛入學率平均每年增加近3個百分點。2020年以后,若使高等教育毛入學率每年增加1個百分點,到2025年中國高等教育毛入學率可以達到55%。
人力資源超增長具有重大戰略意義,不僅可以使我國獲得自主創新所需的人力和社會基礎,而且還能夠使這種基礎從此長期延續。當新增勞動力資源50%受到大專以上教育以后,即使全社會勞動力走出減少期、再度進入增長期,新增勞動力受教育水平仍將保持在50%以上的高位水平,不會降低。這種社會遺傳機制,是人類文明進步規律之一。
實施人力資源超增長戰略的主要政策包括:
第一,實行中等專業學校義務教育。凡中等專業學校教育一律免費,爭取在較短的時間內,實行12年義務教育。
第二,發展多層次應用型大學。除211等高校按研究型大學重點支持外,其他普通高校和大量高職高專院校都應向應用型大學轉變。吸引社會資金特別是企業參加興辦多種所有制的高等職業和高等專業技術學校。應用型大學對人才的培養和科研活動經費少部分來自財政撥款,絕大部分是市場化的,根據企業訂單培養人才,根據企業合同開展設計、研發等創新服務。
第三,建立全民即時學習平臺。依托國家開放大學(中央廣播電視大學),整合大學、中學、小學和職業教育優質資源,建立全民素質教育平臺,普遍開展學歷和非學歷的自學教育,隨時隨地向全體公民開放,三網融合,免費學習,知識共享,最大限度增強科學文化的正外部性,使一切有學習意愿的人,特別是廣大農民、工人、戰士、老少邊窮地區人民、低收入人群能夠與條件優越的人群一樣擁有優質教育機會。
第四,建立復合型人才教育模式。中學教育廢除文理分科,大學教育、科研、實習采取矩陣模式,學生可以跨專業、跨學科選課,也可以跨院系參加科研項目,跨領域參加生產實習,培養學生發現問題和綜合解決問題的能力。鼓勵大學依托企業建立教學、科研、實習基地,企業依托大學建立人才培養基地。社會教育、職業教育學用結合,以用為主,為制造業源源不斷地輸送適用人才。
輕資產優先增長戰略。輕資產優先增長戰略,就是把知識性、技術性資產置于經濟發展的首位,優先投資,優先形成生產能力,優先市場準入,使創新型企業在設計、研發、專利、版權、標準、品牌、培訓、服務等方面的輕資產投資超過設備、材料等重資產投資。
輕資產優先增長,是國際經濟轉型的基本趨勢。在制造業產業鏈中,重資產已經下沉到低端,而輕資產則上升到高端,而且以輕資產為核心的無形資產投資占比超過有形資產。據美國《科學與工程指標2014》顯示,知識與技術密集型產業占GDP的比例,美國高達40%,歐盟、加拿大、日本和韓國等主要發達經濟體為30%左右,而我國僅為20%左右。據英國學者的一份研究報告,2007年,英國私營部門無形資本投資為1330億英鎊,而有形資本投資為950億英鎊,無形資本投資占比58%,物質資本投資占比42%,前者高出16個百分點。2000年至2007年,英國私人部門生產率增長的2/3來源于無形資本投入。
我國具有輕資產優先增長的知識和技術資源。科技人力資源總量已經超過7000萬,世界第一;年研究與試驗發展(R&D)經費支出超過13000億人民幣,居世界第二;高等學校2500多個,科研機構3600多個,規模以上工業企業研發機構30000多個;2014年受理發明專利申請92.8件,連續4年位居世界首位;PCT專利申請量增長強勁,位居世界第三,占全球總量的11.9%;2004年至2014年(截至2014年9月)我國科技人員共發表國際論文136.98萬篇,位居世界第2位。
我國已經具有充裕的公共財力和社會資本。經濟總量位居世界第二,2014年財政收入11140億元,外匯儲備38430億美元;24個省市的地方總產值過萬億。此外,還有龐大的民間資本。
實施輕資產優先增長戰略的主要政策包括:
第一,發展技術密集型、知識密集型的制造業。圍繞新產業革命開展國家計劃項目、地方計劃項目布局,特別是開展科研體系、科技人才和基礎設施的布局,引導企業、大學、科研機構和其他社會力量,積極投入輕資產,把科技要素轉化為生產性、創新性資產。
在保證研發投入穩定增長的同時,大力激發全社會非研發的創新投入,包括創意設計、技術轉移、技術改造、知識服務、人員培訓、品牌開發、市場營銷等方面的投入。特別是鼓勵制造與服務的融合,支持按需制造、分布式制造、產品服務化等方面的技術創新,支持基于知識的管理模式、商業模式創新。
第二,發展知識密集型服務業特別是創新服務業。所謂知識密集型服務業,就是通過服務的科技化和科技的服務化而形成的服務業,包括金融服務業、信息服務業、電子商務服務業等。其中創新服務業是知識最為密集的服務業,包括設計研發服務業、技術轉移服務(轉移、轉化、孵化)業、技術改造服務(節能、環保、信息化等)業、知識服務(云計算、檢驗檢測、質量認證、戰略咨詢等)業等。
創新服務業無論是內資外資、國有民營,都是低投入、低消耗、低排放和高技術、高效益的行業,可以吸收大量的科技人力資源就業,具有強大的輻射帶動作用。大量的傳統產業、中小企業、本土企業以及落后地區的產業,技術落后、生產粗放,是轉變生產方式的短板,而且在這些領域市場往往失靈,特別需要創新服務業提供支持。
第三,以知識和技術密集產業帶動城市化。城市化必須注意轉變發展方式,避免走產業外延擴張、城市集中建設的老路。城市化每走一步,綠色產業、新興產業就擴大一步,步步為營,扎實推進。發展以生物資源為原料、生態化生產為特征的綠色產業,包括生態農業、農產品加工業、生物質產業;發展新興產業,包括生產質能、太陽能產業、節能環保產業、生物產業、新材料產業等;發展循環經濟,在企業內部各生產單元之間、上下游企業之間、園區關聯產業之間建立循環經濟產業鏈;推廣使用新能源交通工具,興建新能源和節能環保住宅,推行垃圾分類回收和低碳消費模式,建設綠色社區。大力發展商業、旅游、養老等第三產業,形成持續的人流、物流、資金流和信息流。
政企合作的創新戰略。政企合作的創新戰略,或公私合作(PPP)創新戰略,就是以企業為主體,發揮政府與企業兩個積極性,項目來源于企業用戶的有效需求,公開征集、公開招標;招標成功后立項,政府與企業根據項目合同共同投資、共擔風險、共享收益,共同完成國家也即企業的具體創新目標。
政企合作之所以是重大創新戰略,是由我國的特殊國情決定的。我國的優勢是政府動員能力、組織能力、執行能力強大,能夠集中力量辦大事,這是其他國家無法做到的;劣勢是企業主體能力不強,科技與經濟脫節,很多科技成果不能應用。政企合作能夠揚長避短,放大我國的優勢,克服我國的劣勢。在未來的發展中,要反對把政府與市場對立起來的機械論觀點,堅持以企業為主體,政府與企業協同創新。
政企合作模式在發達國家的實踐已經取得了成功經驗。由于政企合作模式提高了公共資金使用效率,有效化解和分散了創新風險,增加了社會對創新的投資,既實現了社會效益最大化,又保證了企業和社會資本有利可圖,許多國家稱之為公共項目管理的最佳模式。
傳統科技計劃項目的目標是單維的技術目標,而政企合作項目的目標則是三維的工程目標,涵蓋研發、生產、經營整個創新過程,既包括技術目標,也包括產品性能、市場占有和行業能力等經濟目標,以及綜合目標和總體解決方案。傳統的科技計劃項目往往是科研導向,而政企合作項目則是企業用戶導向,項目則來源于企業用戶的具體需求,一開始就在需求中研發,研發完成之日就是技術應用之時,也是國家目標實現之時。傳統科技計劃項目是政府投入、企業配套,而政企合作項目則是企業投入、政府配套,還有大量社會資本進入,投入結構多元化。傳統科技計劃項目重立項、輕結果,而政企合作項目則重視商業成功,共同投資、共擔風險、共享收益。
實施政企合作創新戰略的主要政策包括:
第一,在科技創新類計劃項目中實施。除基礎研究計劃項目外,在重大專項、重點研發計劃、技術創新引導專項(基金)、基地和人才專項等各類技術創新計劃中,如果項目數額較大,均應采取政企合作模式。
第二,探索多種政企合作創新形式。對于競爭前技術(戰略前沿技術),政府與大中型企業合作。由政府根據國家需要征集技術創新項目,在此基礎上通過招標、邀標等方式,與某個大型企業,或分別與一些大型企業簽訂創新項目合同。對于關鍵共性技術,政府與企業伙伴合作。先由若干企業用戶按照共同需求,簽定協同創新合同,結成創新伙伴關系。政府根據國家需求向企業伙伴征集技術創新項目,在此基礎上通過招標、邀標等方式與這些企業伙伴總體簽訂項目合同。對于技術轉移,政府與轉移伙伴合作,先由中小企業與大學或研究機構簽定研發、設計、許可等技術轉移合同,然后政府向轉移伙伴征集技術創新項目,通過入門遴選等方式與轉移伙伴簽訂項目合同。
關鍵詞:物聯網;物博會;異構網絡;發展報告
第五屆中國國際物聯網(傳感網)博覽會(以下簡稱物博會)于2014年9月25日至27日在無錫舉行。博覽會期間,新華 (無錫)物聯網資訊中心了《2013-2014年中國物聯網發展年度報告》。
報告分析認為,2013年以來,傳感技術、云計算、大數據、移動互聯網融合發展,全球物聯網應用已進入實質推進階段。歐美日韓等國家和地區,在物聯網技術、應用等方面取得重要進展,信息化、數字化、智能化成為新一輪技術革命的引領與方向。
報告認為,2014年中國物聯網產業呈現出新的特點與趨勢:
1 初步建立“縱向一體”的政策體系,“市場主導發展”漸入佳境
國家物聯網發展“指導意見”“行動計劃”“工作要點”等頂層政策架構,與一系列配套政策相繼制定推出,初步建立了“縱向一體”的物聯網政策體系。“應用示范激發市場需求,市場需求帶動產業發展”成為趨勢,“市場配置資源”、“市場主導發展”漸入佳境。
2 產業高地加快崛起,產業協同全面推進
中國初步形成了涵蓋芯片、元器件、軟件、系統集成、電信運營、物聯網服務等各產業環節、產業門類,較為完整的物聯網產業體系,以及長三角、珠三角、環渤海和中西部四大物聯網產業聚集區,產業協同深入推進。2013年中國物聯網產業規模突破6 000億元,預計2016年總體規模將突破萬億元。
3 產業創新的“引領效應”進一步彰顯,惠民應用不斷深化
報告認為,物聯網與傳統產業的融合進一步深化,工業云平臺、工業大數據等基于物聯網的創新技術已成為傳統工業和實體經濟轉型升級的重要引擎。在民生領域,基于移動智能終端的融合應用不斷涌現。截至2014年8月,中國交通、物流、環保、醫療、能源、安防等領域的物聯網應用市場規模已近千億元。
4 創新技術深度融合,智慧城市加快孕育
伴隨物聯網、云計算、大數據、移動互聯網的融合發展,智慧城市加快孕育,建設內涵全面深化。截至2013年底,中國已有400多個城市啟動智慧城市建設。中國城市發展正加快步入智慧信息互通互聯、智慧技術協同集成、智慧產業快速崛起、智慧服務高效便民的新時期。
5 無錫物聯網應用提檔升級,智慧城市建設全國領先
2013年4月,德國機械及制造商協會、德國信息技術、通信與新媒體協會、德國電子電氣制造商協會合作設立了“工業4.0平臺”,并向德國政府提交了平臺工作組的最終報告――《保障德國制造業的未來――關于實施工業4.0戰略的建議》。報告提出,德國向工業4.0轉變需要采取雙重策略,即德國要成為智能制造技術的主要供應商和CPS(信息物理系統)技術及產品的領先市場。報告還展望了德國工業4.0戰略的發展前景。
工業4.0本質是基于“信息物理系統”實現“智能工廠”
工業4.0,其實就是實現“智能工廠”。第一次工業革命始于18世紀后半期由蒸汽機實現工廠的機械化;第二次工業革命始于19世紀后半期用電力來實現大規模化批量生產;第三次工業革命始于20世紀后半期通過電氣和信息技術實現制造業的自動化。
工業4.0將在前三次工業革命的基礎上進一步進化,基于信息物理系統(Cyber Physical System)實現新的制造方式。信息物理系統是指通過傳感網緊密連接現實世界,將網絡空間的高級計算能力有效運用于現實世界中,從而在生產制造過程中,與設計、開發、生產有關的所有數據將通過傳感器采集并進行分析,形成可自律操作的智能生產系統。
工業4.0核心是動態配置的生產方式
工業4.0報告中描述的動態配置的生產方式主要是指從事作業的機器人(工作站)能夠通過網絡實時訪問所有有關信息,并根據信息內容,自主切換生產方式以及更換生產材料,從而調整成為最匹配模式的生產作業。動態配置的生產方式能夠實現為每個客戶、每個產品進行不同的設計、零部件構成、產品訂單、生產計劃、生產制造、物流配送,杜絕整個鏈條中的浪費環節。與傳統生產方式不同,動態配置的生產方式在生產之前或者生產過程中,都能夠隨時變更最初的設計方案。
例如,目前的汽車生產主要是按照事先設計好的工藝流程進行的生產線生產方式。盡管也存在一些混流生產方式,但是生產過程中,一定要在由眾多機械組成的生產線上進行,所以不會實現產品設計的多樣化。管理這些生產線的MES(制造執行管理系統)原本應該帶給生產線更多的靈活性,但是受到構成生產線的眾多機械的硬件制約,無法發揮出更多的功能,作用極為有限。
同時,在不同生產線上操作的工人分布于各個車間,他們都不會掌握整個生產流程,所以也只能發揮出在某項固定工作上的作用。這樣一來,很難實時滿足客戶的需求。
工業4.0描繪的智能工廠中,固定的生產線概念消失了,采取了可以動態、有機地重新構成的模塊化生產方式。
例如,生產模塊可以視為一個“信息物理系統”,正在進行裝配的汽車能夠自律在生產模塊間穿梭,接受所需的裝配作業。其中,如果生產、零部件供給環節出現瓶頸,能夠及時調度其他車型的生產資源或者零部件,繼續進行生產。也就是為每個車型自律性選擇適合的生產模塊,進行動態的裝配作業。在這種動態配置的生產方式下,可以發揮出MES原本的綜合管理功能,能夠動態管理設計、裝配、測試等整個生產流程,既保證了生產設備的運轉效率,又可以使生產種類實現多樣化。
工業4.0首要目標是工廠標準化
德國工業影響力的一個側面就是“標準化”。PLC編程語言的國際標準IEC61131-3(PLCopen)主要是來自德國企業;通信領域普及的CAN、Profibus以及EtherCAT也全都誕生于德國。
工業4.0工作組認為,推行工業4.0需要在8個關鍵領域采取行動。其中第一個領域就是“標準化和參考架構”。標準化工作主要圍繞智能工廠生態鏈上各個環節制定合作機制,確定哪些信息可被用來交換。為此,工業4.0將制定一攬子共同標準,使合作機制成為可能,并通過一系列標準(如成本、可用性和資源消耗)對生產流程進行優化。
經過三十多年的改革開放,中國經濟持續高速發展,已成為全球第二大經濟體。全球金融危機提醒我們正視未來可持續發展的巨大挑戰,能源、環境已無法支持粗放的經濟模式,中國經濟發展模式必須轉型,必須走科學發展的道路,必須更智慧、更科學、更綠色,信息化成為科學發展的必由之路。
全球競爭是知識與智慧的競爭,是高效率淘汰低效率的競爭,粗放經濟必然要被淘汰,中國如果不能盡快改變粗放的經濟模式,必然會失去明天。信息化是改變粗放經濟最有力的工具,推動中國社會經濟的信息化不僅是必由之路,而且是關系國家發展命運的生存之路。
信息化之所以重要,是因為它是提升國民經濟科學與技術含量的最有力的工具。提高生產與工作的效率需要知識與智慧,需要更聰明地工作。有知識與智慧并不等于有工業化生產力,只有把知識與智慧凝聚成可推廣的技術、把科學的方法工具化、變知識為自動化的流程,將知識與智慧物化為工業智能,才能形成工業化的力量,才能產生巨大的生產力,實現這一點最給力的工具是信息化。
把知識與智慧變為智能技術是信息化的專長。信息技術的核心是軟件,軟件是人們處理事務的流程智慧,軟件、硬件、網絡結合構筑了智慧自動運行的系統設施,使知識與智慧能夠自動地、不知疲倦地為人類服務。信息系統同時成為人類積累智慧最有效的工具,各種信息化的設施、系統、網絡、設備都是人類智慧的結晶,國家之間的競爭是知識與智慧積累效率的競爭,信息化成為提高國家知識與智慧積累效率的關鍵武器。
關鍵詞:工業電氣自動化;節能技術;智能照明系統;電路保護;
中圖分類號:TE08 文獻標識碼: A
一、電氣設計的相關應用技術
1.節能技術概述
環保節能是建設‘資源節約型’社會的根本要求,我國作為一個能源大國,從工業設計上優先考慮節能是可持續發展的重要要求。可以分為以下幾個方面:
(1)動力節能
動力節能的本質是提高使用效率。主要可以從電動機方面入手。高效電機可以節約能源、保護環境、降低能耗,國際電工技術委員會通過了IEC 60034-30:2008的統一標準,我國承諾從2011年7月1日起執行IE2及以上標準。而符合這個標準的電機主流型號為Y \ YZ等新系列,它可以將效率提高3%-6%,從而總損耗減少20%-30%。然而,如果像這樣提高所有電動機效率,那么一年將節能765億千瓦時,就相當于節約了三峽近一年的發電量。所以節能帶來的收益無比巨大。
(2)線路節能
線路節能主要考慮變壓器的選擇以及電路的設計兩方面。
變壓器的容量負載和數量設計直接決定了工業用電的節能效果。根據變壓器的鐵損和線損,以及變壓器的成本與運行費用,目前最高效節能的運行負載應控制在75%-85%之間。而現在大多數在設計時會選擇單臺負荷率小于50%,兩臺變壓器互為承擔,第三臺做備用這種設計思路,將會導致變壓器因空載而產生不必要的線損。
而線路節能主要取決于布線的設計,從高壓電路布線、到工業內部布線,合理的設計既可以降低線路損耗又可以轉化的效率。隨著電器的大功率化,線路上的電流只會增不會減,所以關鍵問題在于降低線路的電阻,比如合理選用導線截面、盡量布直線等。另外,合理設置電柜與各電器的連接方式,在合理布線的基礎上,減少轉換環節和轉換點,從而降低能耗。
(3)節能型電器
目前,第三代第四代中高端低壓電器產品將成為發展的主流。首先外殼材料便于回收符合環保要求,其次新材料新技術的設計使得這些產品更加節能。比如,真空電器、半導體電器、微電子技術電器等智能化組合產品。在智能化技術與虛擬仿真技術的推動下,第四代低壓節能型電器與工業自動化系統中的FCS系統可以更好地集成,滿足發展的趨勢。
各種節能型設計的利用與普及可以很好地解決經濟發展與資源消耗的矛盾,有利于建設綠色循環的經濟發展體系。
2.智能照明控制系統與新型照明技術
城市化進程的逐步開展,使得城市照明系統的設計顯得愈加重要。照明設計和建筑裝修有著非常密切的關系,在初始設計時就應根據時代變革的要求配置合理方案。
(1)智能照明控制系統
目前比較前沿的是智能照明控制系統,其具備自動調節與網絡式控制的特征。該系統的實現在于借助各種控制元件,實現自動開啟、自動調節光照度等各種設計。它通過調節燈具的最佳輸出功率來使得光線柔和均勻,從而至少可以節約30%的能耗。而且還能根據人流高峰低谷、陰晴變化或者氣氛來調節明暗,從而達到電能光照的最合理利用。另外,該系統可以通過計算機系統對整個網絡進行監控,能在惡劣的環境下連續穩定工作,通過監控系統實時發出故障報告等等,大大減少了維護和故障排查的成本。
(2)新型照明技術
照明光源的選擇也很重要。要優先選用有電子鎮流器的熒光燈、電子控制的節能燈、發光二極管(LED)以及太陽能節能燈具等,建筑采光照明新技術的應用可以既有利于智能系統實時控制,又有利于節約能源。
發光二級管(LED燈)的發現是照明史上一次巨大突破,它秉承著更小更亮更節能的理念,漸漸滲透到日常照明中。基于此發明的新型節能照明控制IC技術很好地實現了自適應控制技術和高電壓半導體結隔離技術,作為新型照明技術的派生也已經得到廣泛的利用。
在生命科技異軍突起以后,照明技術與納米技術融合,科學家研究表明通過納米技術可以誘導植物發光從而實現綠色照明,這個發現將節省布線和能源,帶來巨大的變革。
進行照明設計,還要充分考慮對自然光的合理利用。在滿足建筑節能設計的同時,加大建筑外窗和單層廠房屋面安裝采光板就很好的解決了這個問題。對于一些高大的工業建筑,可以采用一般照明加局部照明的設計方案,既滿足建筑對一般照明的基本要求,又能照顧到局部加工作業對于照明的需求。
3.電路保護
電路保護主要有過流保護(OC)、過壓保護(OV)、過溫保護(OT)、過溫過流保護(TFR)、過流過壓保護(OCOV)等,現在電氣化設備技術的高精尖發展,對電路保護技術的要求也隨之升級。
智能斷路器、智能電動機保護器、智能接觸器等元器件的設計、生產,以及與智能型網絡和智能型監控器的集成,使得電路故障保護達到智能化控制,合理保護高頻供電系統。
動力電路的主開關的設計是電路系統的第二道鎖,通過開關位置設計以及保險絲的相互作用,實現啟動與斷電的保護。
電氣的接地要求,通過接地排或者接地端子實現,避免電壓泄露。而暴漏在外的帶電金屬還應加防護罩和屏蔽的設置,防電磁防干擾。
區域控制模式的急停電路設計,在緊急情況下可以斷開某驅動部件的動力電源而不會致使全區域斷電。
預防雷擊和過熱過濕影響,可以在動力區選用合適的避雷設備、溫控風扇、濕度報警器等等。
隨著電力和電氣產品的普及,用電安全已成為共識,而保護元件已成為必需品。同時,科技進步要求保護元件的設計更科學更便捷更智能化。
4. 火災自動報警系統
應根據《建筑設計防火規范》和《火災自動報警系統設計規范》并結合廠房的生產類別或堆放物品的性質確定是否設置火災自動報警系統并確定保護等級。火災自動報警的設備選擇應根據《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》GB50058-92判斷是否選用防爆、本安型的設備。對小面積二級保護對象可以采用區域報警系統,報警主機設置在有人值班的值班室或管理室就可以了,大面積的廠房可以視情況采用集中報警系統,這時要設置專用消防控制室。
二、工業電氣自動化的應用技術與發展趨勢
工業電氣自動化將會趨向于模塊獨立分布,接口開放式設計和系統綜合處理信息化。計算機網絡技術是這一發展的原動力。
隨著接口標準化,各種設備與PC的集成變得越來越容易,因此可以利用PC機與智能設備的連接構造自動化系統。中央控制器便是工業PC機、PLC與相關控制軟件,而I/O通過布線延伸為各個現場電氣設備與終端。利用網絡對各種設備的自動化控制系統既方便過程控制和AMS設備管理,又方便實時了解各種配電路的故障及其原因,實現管理和過程控制一體(EMS)。
電氣自動化產品越來越智能化,會使得電氣的運行更高效、更便捷、更流暢。而系統接口的開放式設計會增加延展性和兼容性。目前,分布式控制系統,PCI總線工控機,現場總線控制系統,遠程終端裝置,人機界面軟件(HMI)等等與工業自動化有關的新型產品設計層出不窮,國內自動化產品與系統設計逐漸走向成熟,隨著自動化設計成本的進一步降低,工業自動化勢必將普及到生活的方方面面。
一般的電氣自動化控制考慮到模塊的獨立性與靈活性,會采取控制層按照功能區域劃分,或者按照電柜細分兩種方案。按功能區域劃分會使得整體更易擴展,而按照電柜細分會使得線路的銜接更平穩靈活。而對于小一點的公司,可能更可接近于總線式分布設計,這樣會使得自動化更易操作更容易實現。
某中海油公司的項目對比研究現場總線技術(FCS)與智能分布式控制系統(DCS)兩種技術來實現自動化控制,據研究報告指出,FCS可以更精確的控制和自診斷,然而因為FCS的造價比DCS要高許多,所以在中小型工業電氣自動化系統設計中可能DCS更符合實際,但是隨著技術進步帶來的成本逐步降低,這些技術的普及已是大勢所趨。
結語:電力設施已成為現代社會生產生活的動力源泉,電氣化已成為人類文明程度的核心標志。電氣化將進入規模化規范化生產時代,而開發有自主產權的節能高科技電器產品將成為必然,這就要求我們學好技術,產學研結合,為研究生產安全性能高的自動化電氣系統與產品做好準備。
參考文獻:
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