“工業4.0” 讓中國智造代替Made in China
http://www.moduwu.com 2024-08-02 09:49 來源：博策咨詢
近年來，在《中國制造 2025》等戰略的牽引下，伴隨國內人工智能、神經網絡等先高精尖技術的不斷成熟，疊加制造業低成本優勢減弱等的刺激，我國制造業正在經歷由傳統制造的 " 工業 2.0" 時代向數字化、自動化制造 " 工業 3.0" 時代再到智能化制造 " 工業 4.0" 時代的轉型，" 中國智造 " 關鍵詞全球熱度不斷提升，燈塔工廠數量不斷增多，制造業智能化程度不斷加深，制造業的智能 " 智造 " 目標正不斷實現。那么，以智能 " 智造 " 為核心的 " 工業 4.0" 是什么？我國 " 工業 4.0" 發展水平如何？未來的突破方向又有哪些？
01
何謂 " 工業 4.0"
" 工業 4.0" 的概念源于 2011 年德國漢諾威工業博覽會，又稱為第四次工業革命，是指將包括工業物聯網、人工智能、大數據、機器人和自動化等一系列智能數字化技術集成到制造和工業流程，幫助企業實現智能 " 智造 "，提高生產力、效率和靈活性，同時在制造和供應鏈運營中實現更智能的決策和定制。
" 工業 1.0" 到 " 工業 4.0"（圖片來源：德國人工智能研究院）
具體來看，" 工業 4.0" 由嵌入式系統、系統安全、健壯性網絡、云計算、智能工廠 5 大技術板塊支撐，本質是基于 " 信息物理系統 " 實現智能化生產，從而大幅提升生產效率、并降低生產成本。據國際權威機構測算，進入 " 工業 4.0" 后，制造業企業的效率會提高大約 20%，成本可以下降 20%。
" 工業 4.0"5 大支撐技術板塊（圖片來源：德國信息產業、電信和新媒體協會）
02
國內 " 工業 4.0" 發展現狀
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首座 " 燈塔工廠 " ——亨通光纖光棒智能制造工廠，全球重工行業首座 " 燈塔工廠 " ——三一重工北京樁機工廠，全球光伏行業首個 " 燈塔工廠 " ——隆基綠能嘉興秀洲基地。同時，我國在工業互聯網配套方面領先全球，建成全球最大的光纖和移動寬帶網絡，算力總規模全球第二，具有一定影響力的工業互聯網平臺超過 340 家。
全球光通信行業首座 " 燈塔工廠 " ——亨通光纖光棒智能制造工廠
將目光聚焦國內，中國電子技術標準化研究院最新數據顯示，全國已有 101351 家企業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，江蘇省企業數量最多，達 47972 萬家，是全國唯一數量過萬的省份，上海、河南、山東企業數量也在 5000 家以上。
全國智能制造能力成熟度自診斷企業分布圖（圖片來源：中國電子技術標準化研究院）
從智能化水平角度來看，目前，全國 8 成企業智能化仍以數字化改造的二級及以下為主，也即 " 工業 3.0" 和 " 工業 2.0"，僅有 15% 的企業可以實現 " 工業 4.0" 的網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等級分布圖（圖片來源：中國電子技術標準化研究院）
企業等級評定標準（圖片來源：中國電子技術標準化研究院）
從行業分布看，國內 4 大智能制造領域中，電子信息行業智能化水平最高，網絡、產品服務、設備管理等各評價維度評分在各行業中均居首位，裝備制造行業整體水平次之，受產品及行業特點影響，在能源管理、安全與環保方面智能化弱于原材料行業，原材料行業、消費品行業整體水平相差不大。
四大行業各維度評估評價水平圖（圖片來源：中國電子技術標準化研究院）
03
我國 " 工業 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，智能制造系統基本實現了數據采集、數據處理、數據分析、準確執行指令等功能，但距離真正實現自主學習、自主決策，不斷優化的 "intelligent" 層次還有很大差距，制造業的數字化、自動化向智能化改造升級，也即 " 智造 "，將是未來我國 " 工業 4.0" 發展的必然方向，具體如下：
1、實現全流程智能化的 " 智造 " 大腦。
" 工業 4.0" 并不是簡單的追求工業制造的自動化，數字化，而是全流程的協調，在實現自動化的基礎上，還要應對客群定制化、個性化生產的需求，并實現智能生產、智能設計、智能設備、智能物流、智能園區、智能決策六大維度智能系統的升級。想要實現這一目的，就必須 " 讓生產線學會自我思考 "，打造工業 " 智造 " 大腦。
具體來看，" 智造 " 大腦的發展主要分為兩大方向。一是應用于數據中心、園區網、物聯網、5G 網絡、邊緣計算、安全態勢感知及工業物聯網平臺等的各類智能硬件的生產制造，以控制器為心臟，以傳感硬件為皮膚。二是工業系統的設計開發，主要有制造執行系統、倉庫管理系統、發貨管理系統、訂單計劃與排產、供應商協同、數字化工藝、質量管理系統、數據集成等系統軟件，是工業智能化的神經和血液，是實現仿真、產線、倉儲和物流的自動化的關鍵。
" 智造 " 大腦效果示意圖
2、實現智能化的載體——智能產線。
目前，國內以汽車、鋼鐵為代表的不少行業已經基本實現了生產線的自動化，但大部分企業以離散制造的自動化生產為主，尚未具備整體的集合化、智能化生產能力。
從產線的需求特點來看，智能產線的發展將主要集中在兩大板塊。一是對現有自動化產線的柔性整合改造，通過物聯網技術，進行 " 萬物互聯 "，將離散的自動化生產線連接成一個整體。二是利用物聯網、互聯網、3D 打印、人工智能等技術，開發利用定制型生產線，對工廠客群的各類定制化生產需求進行 " 無人化 "" 智能化 " 響應處理及智能化生產。
海爾沈陽冰箱互聯工廠的全流程智能化生產線
3、智能化生產的上游支撐，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，工業制造企業將更多地使用 CAD、CAM、CAE、CAPP、EDA 等工具軟件和 PDM/PLM 系統進行研發，帶動仿真軟件、虛擬現實軟件、樣機、仿真實驗及相關技術的培訓等領域快速發展。
" 智物 " 即智能物流，" 工業 4.0" 的智能化已經不局限于生產過程，制造企業內部的采購、生產、銷售流程都伴隨著物料的流動，物流的智能化已成為實現全流程智能化的關節，越來越多的制造企業在重視生產自動化的同時，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、智能分揀系統、堆垛機器人、自動輥道系統等智能化設備的制造，以及智能化物流管理系統的開發將成為這一板塊的發展熱點。
全流程物流智能化場景圖
" 智母 " 即智能化工業母機。工業母機是指制造生產機械和設備的機器，有著 " 制造機器的機器 " 之稱，習慣上簡稱機床。目前，國內工業機床已經形成了較為完整的產業體系，但數控化、智能化水平有待提高，高端、智能化機床國外依賴性較大。為加快我國工業母機國產化進程，2023 年 9 月，國家財政部等四部門發布《關于提高集成電路和工業母機企業研發費用加計扣除比例的公告》，明確規定從 2023 年 1 月 1 日至 2027 年 12 月 31 日期間，將工業母機企業開展研發活動中實際發生的研發費用稅前加計扣除比例提高至 120%，大幅降低了相關企業科研資金的壓力。而隨著我國制造業逐漸向 " 智造 " 邁進，工業母機作為支撐智能 " 智造 "、" 工業 4.0" 的關鍵設備，疊加價格、國際摩擦等因素的刺激，其國產化替代市場將會持續擴大。
智能化工業母機效果圖
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