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美国智能制造的发展现状与创新机制
王峰
2014-09-01  来源:泰尔网

 

  近年来,为了重塑美国制造业的全球竞争优势,奥巴马政府推出了一系列制造业振兴计划,依托新一代信息技术、新材料、新能源等创新技术,加快发展技术密集型的先进制造业。作为先进制造业的重要组成,以先进传感器、工业机器人、先进制造测试设备等为代表的智能制造,得到了美国政府、企业各层面的高度重视,创新机制得以不断完善,相关技术产业展现出了良好发展势头。

  一.高度发达的制造业是支撑美国经济的重要支柱

  制造业为美国经济增长做出了巨大贡献。2013年,美国制造业产值达到2.08万亿美元,占GDP的12.5%。制造业创造了大量就业岗位,超过1200万人直接从事制造业工作,而与制造业相关的岗位总共达到1740万个,占所有私营企业就业数量的1/6。制造业是美国重要的创新驱动,制造业研发投入占到全美私营部门的2/3,2013年仅Intel的研发支出就达到106亿美元,占全球半导体研发支出的19%。此外,美国制造业在生产力水平、劳动效率、工人工资待遇以及生活水平等方面也都位居全球前列。

  二. 美国智能制造技术产业保持高水平发展

  1. 智能技术创新全球领先

  智能技术的理论和应用研究方面,美国长期处于全球主导地位,人工智能、控制论、物联网这些智能技术的基础大多起源于美国,计算机届最高奖项图灵奖的获得者中绝大多数是美国科学家。智能产品研发方面,美国也一直走在全球前列,从早期的数控机床、集成电路、PLC,到如今的智能手机、无人驾驶汽车以及各种先进传感器,大量与智能技术相关的创新产品诞生自美国高校的实验室和企业的研发中心。

  2. 智能制造产业化应用不断加深

  一是智能元器件和制造装备在生产环节得到广泛使用。生产线自动化控制、仓储管理等方面早已大面积应用到RFID技术,有的自动化车间已经开始使用超高频RFID;而据美国机器人工业协会估计,全美已有大约有23万台机器人投入工厂生产。二是依托大数据、物联网等新一代信息技术的智能系统平台相继推出。罗克韦尔的开放式智能制造平台、通用的Predix软件平台都是依托数据采集实现工况监测管理的典范。三是生产流程管理由数字化进入智能化。特斯拉打造的机器人全自动化超级工厂5天内就可以实现一辆电动车从模型到成型的生产过程。

  3.智能制造产业体系日趋完善

  美国从基础元器件到智能制造装备再到工业软件系统的智能制造产业体系越来越完善。基础元器件领域,不仅有艾默生、霍尼韦尔这样的工业巨头,更有大量专注于某一细分领域的优秀小企业,仅PLC厂商就多达上百家,传感器更是拥有上千家研发生产商。数控机床方面,拥有MAG、哈挺、哈斯、格里森等一批知名企业满足美国市场需求,工业机器人也拥有American Robot这样的知名企业。工业软件方面,从研发设计软件到管理软件,再到生产控制软件,全球绝大多数有实力的企业都来自美国。

  三.健全的创新发展机制是美国智能制造快速发展的助推剂

  1. 强化战略顶层设计,完善法律制度保障

  一是战略计划相继出台。2011年2月,奥巴马政府发布“美国创新战略”,提出加快先进制造业发展。同年6月,“先进制造伙伴计划”出台,旨在推动创新、保障智力渠道、完善商业环境。2012年2月,“国家先进制造战略计划”公布,就加速先进制造领域特别是中小制造企业投资、加大对先进制造研发投入、加强先进制造相关机构伙伴关系等5方面设定了政策目标。

  二是法律保障得到加强。2010年8月,奥巴马签署了《制造业促进法案》,授权免除了包括机床制造装备在内的800种制造业原材料和中间产品的进口关税,以降低制造业生产成本。

  2. 重视小企业,使其成为智能制造创新发展重要动力

  美国约有小企业2500万家,占到美国全部企业数量的98%,而制造业领域的小企业数量接近30万家,其中不乏像居于全球超高频RFID行业领先地位的Alien公司、加速器传感器等方面表现卓越的Dytran公司等优秀企业。

  小企业的蓬勃发展离不开美国健全的政策、法律、财税、融资以及社会服务体系。美国政府对小企业历来高度重视,很早就成立了小企业管理局等专门机构为小企业提供全方位服务;非营利机构也对小企业发展提供了尽可能的帮助,国家制造科学中心就通过向小企业积极推广其所掌握的国家技术帮助小企业提升竞争力。

  大量优秀小企业的存在使得国家创新能力不断增强,市场分工不断细化,产业链条不断完善;同时也使大集团更容易通过并购来加快新技术发展和新产品普及,例如谷歌为抢占智能装备市场,在2013年仅用半年时间就完成了对9家机器人公司的收购。

  3. 加深多方合作,促进智能制造跨界融合发展

  一是政府主导建立制造业创新研究所体系,加快推动前沿制造技术的基础研究和成果转化。在“先进制造伙伴计划”发布后,美国开始建立区域性的制造创新中心,并以此打造国家制造业创新网络。目前已相继成立了增材制造创新研究所(现已更名为“美国制造”)、数字化制造与设计创新研究所等四家区域性研究机构。这些研究机构吸纳联邦政府、高校院所以及企业界等各方资源,以弥合基础研究与实际生产之间的鸿沟。奥巴马的最终目标是在未来十年内建立45所制造业创新研究机构。

  二是制造巨头加快调整产品业务发展战略,推动跨行业合作不断加深,在发挥各自优势实现各自利益的同时推进制造业向智能化、网络化方面发展。自动化巨头罗克韦尔与IT巨头思科多年来一直保持着紧密的战略合作伙伴关系,帮助制造商打通生产车间与其它部门间的数据通道。而另一家自动化巨头通用电气则致力于联合IT企业推动工业互联网计划。2013年6月,通用与电商巨头亚马逊、管理咨询巨头埃森哲以及云平台厂商Pivotal发起创建了工业互联网,为工业生产提供实时大数据采集分析;2014年3月,通用电气又与AT&T、思科、IBM和英特尔共同发起成立了工业互联网联盟,以期打破技术壁垒,促进物理世界与虚拟世界融合。

  三是非营利机构积极承担融合创新技术的协同研发和转移推广。美国国家标准与技术研究院积极部署“智能制造系统模型方法论(Modeling Methodology for Smart Manufacturing Systems)”、“智能制造系统设计与分析(Smart Manufacturing Systems Design and Analysis)”、“智能制造系统互操作(Smart Manufacturing Systems Interoperability)”等重大科研项目工程。2011年,美国智能制造领导联盟和美国国家制造科学中心结成了合作伙伴关系,共同打造国家智能制造生态系统,推动工业建模和仿真工具的研发应用。

  作者简介:

  王峰,中国科学院大学工学博士,现就职与工业和信息化部电信研究院政策与经济研究所。

  

  

  

  




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