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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 " 目標正不斷實現(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，同時在制造和供應鏈運營中實現(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、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)威機構(gòu)測算，進入 " 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，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)標準化研究院最新數(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 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)標準化研究院）

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)可以實現(xiàn) " 工業(yè) 4.0" 的網(wǎng)絡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)標準化研究院）

企業(yè)等級評定標準（圖片來源：中國電子技術(shù)標準化研究院）

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、產(chǎn)品服務、設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)標準化研究院）

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" 進化的層次，智能制造系統(tǒng)基本實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、準確執(zhí)行指令等功能，但距離真正實現(xiàn)自主學習、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)，在實現(xiàn)自動化的基礎上，還要應對客群定制化、個性化生產(chǎn)的需求，并實現(xiàn)智能生產(chǎn)、智能設計、智能設備、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。想要實現(xiàn)這一目的，就必須 " 讓生產(chǎn)線學會自我思考 "，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。一是應用于數(shù)據(jù)中心、園區(qū)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G 網(wǎng)絡、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)需求進行 " 無人化 "" 智能化 " 響應處理及智能化生產(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)進行研發(fā)，帶動仿真軟件、虛擬現(xiàn)實軟件、樣機、仿真實驗及相關(guān)技術(shù)的培訓等領(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，無人引導小車 ( AGV ) 、智能吊掛系統(tǒng)、智能分揀系統(tǒng)、堆垛機器人、自動輥道系統(tǒng)等智能化設備的制造，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。

全流程物流智能化場景圖

" 智母 " 即智能化工業(yè)母機。工業(yè)母機是指制造生產(chǎn)機械和設備的機器，有著 " 制造機器的機器 " 之稱，習慣上簡稱機床。目前，國內(nèi)工業(yè)機床已經(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、智能化機床國外依賴性較大。為加快我國工業(yè)母機國產(chǎn)化進程，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)母機企業(yè)研發(fā)費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)母機企業(yè)開展研發(fā)活動中實際發(fā)生的研發(fā)費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，工業(yè)母機作為支撐智能 " 智造 "、" 工業(yè) 4.0" 的關(guān)鍵設備，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)擴大。

智能化工業(yè)母機效果圖