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关注 | 中国智能制造发展现状和未来挑战

发布时间:2022-03-21 浏览次数:

智能制造与传统制造有诸多不同,是对传统制造业各个环节的全面转型升级。近年来,我国已经形成十余个先进制造业集群。其中工业互联网、工业机器人、高端数控机床和半导体产业的发展与数字化进程密切相关,发展迅速,但同时也暴露出智能制造快速发展过程中的一系列问题。
 

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如何推动智能制造高质量发展

1. 建立更为健全的在职教育体系,加快培养智能制造人才;形成适应互联网时代特点的用人管人方式,确保人才“引得进、留得住、用得好”。

2. 加强多部门协同联防联控,并根据具体情况制定更为细节和差异化的政策,进一步明确各领域各环节的责任体系,形成完善的智能制造发展促进制度体系。

3. 进一步深化科研体制改革,加强科研机构和智能制造产业界的联动,通过提高国家系统自主创新能力来推动关键领域的技术瓶颈突破。

4. 强化企业市场主体地位,激发企业推进智能制造的内生动力;进一步完善相关领域的竞争和退出机制等,全面布局有利于智能制造产业发展的市场体系。

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中国制造业主要领域发展情况:以工业互联网、工业机器人、高端数控机床和半导体产业为例

(1)新一代信息技术与智能制造的结合:工业互联网发展迅速

工业互联网发展存在三大痛点。我国工业互联网仍处于发展初期,标准架构还在探索之中,商业模式尚不成熟,技术、人才、安全等方面存在瓶颈和短板,推广应用的艰巨性和复杂性并存,需要保持耐心、稳中求进。具体而言,存在三大问题:

一是数据流动与融合问题。主要体现在三个方面。首先,是设备互联互通信息孤岛问题。例如,一条生产线涉及大量不同的设备底层通信和数据交互协议等,要实现设备之间有效的数据流动和融合,难度较大。其次,在目前的人工智能发展阶段,对依托工业生产所产生的大数据进行智能化自动决策依然是有难度的。最后,工业互联网设备的专用软件难以通用也是当前工业互联网发展的一个较大瓶颈。

二是对成本和安全问题考虑不足。一方面,存在成本问题。例如,工业互联网安全涉及专业人员、数据中心、云计算等方面的成本。另一方面,存在安全挑战。例如,工业互联网的数据泄露和网络攻击风险等。

三是工业互联网的盈利模式依然需要摸索。工业互联网行业标准多,涉及各个制造业的垂直领域,专业化程度高,难以找到通用的盈利和发展模式。

从2020年开始,在未来一段时期内,工业互联网会是智能制造最为关键的国家战略。

(2)我国工业机器人发展迅速

技术方面,我国机器人技术发展迅速,但工业机器人关键零部件国产化率依然有很大的上升空间。2011年至2020年,国内机器人技术相关的专利数量快速增加,年平均申请量为17009.2件,年平均增长率为39.53%,最高年增长率为79.67%(2016年),2018年的年度申请量最高,申请数量为37853件。

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销售方面,从我国工业机器人销售情况看,我国工业机器人国产替代在加速,国际市场竞争力在加强。一是我国国产工业机器人销量逐步增长,国产替代加速。根据前瞻产业研究院的研究报告,随着我国机器人领域的快速发展,我国自主品牌工业机器人市场份额也在逐步提升,与外资品牌机器人的差距在逐步缩小。例如,2019年,自主品牌工业机器人在市场总销量中的比重为31.25%,比2018年提高3.37个百分点。

(3)高端数控机床依然是我国的短板

我国对进口机床有着较大的需求。根据海关总署披露的数据,2015年至2019年,我国进口的数控机床合计达29914台,进口总额达978亿元。此外,我国高端机床及核心零部件仍依赖进口,截至2021年,国产高端数控机床系统市场占有率不足30%。国产精密机床加工精度目前仅能达到亚微米,与国际先进水平相差1~2个数量级。因此,在供需矛盾之下,我国高端机床的自主化、国产替代任务依然艰巨。

具体而言,我国高端数控机床主要存在四个方面的问题。一是高端机床的精密数控系统主要来源于日本、德国,国产数控系统主要应用于中低端机床,国产高端机床精密数控系统自主供给依然缺乏;二是主轴主要来源于德国、瑞士、英国等国,国产企业已具备一定生产能力,但技术仍需迭代提升;三是丝杠主要来源于日本,国内相关技术较多,但技术水平有待提升;四是刀具主要来源于瑞典、美国、日本等国,国产刀具材料落后,寿命和稳定性不高,平均寿命只有国际先进水平的1/3~1/2。

(4)半导体发展进展

半导体市场需求占全球第一,但国内供给能力有限。我国半导体自给自足能力严重不足。自2005年以来,中国一直是半导体的最大市场。然而,在2018年,中国的半导体消费总量中,只有略多于15%是由中国的生产提供的”。根据彭博社的数据,2020年中国芯片的进口额攀升至近3800亿美元,约占我国国内进口总额的18%。到2021年上半年,国内半导体领域的供应缺口依然未缩小。根据海关总署的数据,2021年1月至5月,我国进口集成电路2603.5亿个,同比增加30%。由此看来,截至2021年上半年,国内半导体供给能力依然有限。

我国部分半导体产业领域已具备国际竞争力,但缺乏高端芯片生产能力。半导体产业的整个生产制造过程可以分为三个部分:分布式设计、制造和封测。2021年3月1日,国新办举行工业和信息化发展情况新闻发布会。工业和信息化部党组成员、总工程师、新闻发言人田玉龙在回答记者提问时介绍:“‘十三五’中国集成电路产业发展总体是非常骄人的,产业规模不断增长。据测算,2020年我国集成电路销售收入达8848亿元,平均增长率达20%,为同期全球集成电路产业增速的3倍。技术创新上也不断取得突破,制造工艺、封装技术、关键设备材料都有明显大幅提升。”

当前中国已跃升为晶圆代工产业全球第二大国。从中国半导体产业技术发展进程看,中国半导体制造工艺从落后3代以上,缩小为仅落后1~2代。

同时,我们也要看到,在芯片制造环节,虽然有“908”“909”工程以及最近十余年来国家的大力推动,但中国集成电路产业的落后依然不容置疑。必须承认,整体的产业结构严重失衡,设计企业少而弱,制造方面虽有半导体巨头纷纷设厂,但以封装测试为主,而且由于国外政策的限制,制造工艺均落后于国外。至于制造设备,几乎完全依赖进口。这些问题我们依然要面对,而且还需要深入分析和挖掘原因。

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我国智能制造发展面临的问题及对策建议

智能制造业人才紧缺,需加快培养相关人才。我国智能制造面临人才缺口大、培养机制跟不上、现有制造业人员适应智能制造要求的转型难度较大等问题。

一是整体人才缺口大。我国教育部、人力资源和社会保障部、工业和信息化部联合发布的《制造业人才发展规划指南》预测,到2025年,高档数控机床和机器人有关领域人才缺口将达450万,人才需求量也必定会在智能制造不断深化中变得更大。

二是人员流动性大,且刘易斯拐点后人口红利在缩小。不仅是人才缺口大,制造业人员流动性也很大。根据中金公司的调研,在跨过刘易斯拐点后,制造业劳动力市场中需求方的议价能力下降。例如,有纺织企业反映2012年以来企业在国内就面临基层员工招不进来、大专生留不下来的情况;另外,有些汽车配件企业希望可以留住熟练工人,但新冠肺炎疫情发生后,部分四川、重庆的工人可能选择不再回来,过去几年的产业内迁也使很多中西部劳动力选择就近就业。

三是智能制造转型升级创造的新职位需要新型技术人才,但传统就业人员并不一定能在短期内转型并适应新职位需求。以工业互联网为例,中国工业互联网研究院的研究表明,工业互联网相关职业在不断涌现。2019年、2020年国家发布的29个新职业中,与工业互联网相关的达到13个,如大数据工程技术人员、云计算工程技术人员,占新增职业的44.8%。要胜任这些新职位需要较高、较新的知识储备,原有传统制造业领域的工程技术人员要满足这些新岗位的技能需求,需要时间培养。

工业互联网的安全问题需引起高度重视,进一步细化明确责任体系。工业互联网作为智能制造的“血脉”,其安全性直接关系到智能制造的安全。工业互联网和制造系统具有高度集成的特征,而这些集成使智能制造系统更容易受到网络威胁的攻击。2019年7月,工业和信息化部等十部门联合印发了《加强工业互联网安全工作的指导意见》(以下简称《指导意见》),提出了两大总体目标:一是到2020年年底,工业互联网安全保障体系初步建立;二是到2025年,制度机制健全完善,技术手段能力显著提升,安全产业形成规模,基本建立起较为完备可靠的工业互联网安全保障体系。

半导体、高端数控机床、工业机器人核心零部件等的国产替代需要我国提高自主创新能力,建议进一步深化科研体制改革、加强科研机构与产业界的联动,通过提高国家系统自主创新能力来推动关键领域的技术瓶颈突破。

加快智能制造升级发展,需进一步激活民营企业活力,完善相关市场竞争和退出机制。一方面,未来我国企业的智能制造转型升级,在国企做大做强的同时,民营制造业发展的动能不容忽视。2018年以来,我国对于行政性政策对民营企业的影响问题已有较深入的认知,特别是政策刚性对民营企业生命力的影响问题,需要长期警醒。此外,我国智能制造同时也要为“小微民营企业”预留发展空间,引导和促进小微企业形成或者融入产业链。


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