“工业4.0” 让中国智造代替Made in China

近年来，在《中国制造 2025》等战略的牵引下，伴随国内人工智能、神经网络等先高精尖技术的不断成熟，叠加制造业低成本优势减弱等的刺激，我国制造业正在经历由传统制造的 " 工业 2.0" 时代向数字化、自动化制造 " 工业 3.0" 时代再到智能化制造 " 工业 4.0" 时代的转型，" 中国智造 " 关键词全球热度不断提升，灯塔工厂数量不断增多，制造业智能化程度不断加深，制造业的智能 " 智造 " 目标正不断实现。那么，以智能 " 智造 " 为核心的 " 工业 4.0" 是什么？我国 " 工业 4.0" 发展水平如何？未来的突破方向又有哪些？

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何谓 " 工业 4.0"

" 工业 4.0" 的概念源于 2011 年德国汉诺威工业博览会，又称为第四次工业革命，是指将包括工业物联网、人工智能、大数据、机器人和自动化等一系列智能数字化技术集成到制造和工业流程，帮助企业实现智能 " 智造 "，提高生产力、效率和灵活性，同时在制造和供应链运营中实现更智能的决策和定制。

" 工业 1.0" 到 " 工业 4.0"（图片来源：德国人工智能研究院）

具体来看，" 工业 4.0" 由嵌入式系统、系统安全、健壮性网络、云计算、智能工厂 5 大技术板块支撑，本质是基于 " 信息物理系统 " 实现智能化生产，从而大幅提升生产效率、并降低生产成本。据国际权威机构测算，进入 " 工业 4.0" 后，制造业企业的效率会提高大约 20%，成本可以下降 20%。

" 工业 4.0"5 大支撑技术板块（图片来源：德国信息产业、电信和新媒体协会）

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国内 " 工业 4.0" 发展现状

以全球视角来看，我国已成为全世界 " 灯塔工厂 " 最多的国家，工信部已培育 421 家国家级示范工厂，包括全球光通信行业首座 " 灯塔工厂 " ——亨通光纤光棒智能制造工厂，全球重工行业首座 " 灯塔工厂 " ——三一重工北京桩机工厂，全球光伏行业首个 " 灯塔工厂 " ——隆基绿能嘉兴秀洲基地。同时，我国在工业互联网配套方面领先全球，建成全球最大的光纤和移动宽带网络，算力总规模全球第二，具有一定影响力的工业互联网平台超过 340 家。

全球光通信行业首座 " 灯塔工厂 " ——亨通光纤光棒智能制造工厂

将目光聚焦国内，中国电子技术标准化研究院最新数据显示，全国已有 101351 家企业在智能制造评估评价公共服务平台上开展了智能制造能力成熟度自诊断，其中，江苏省企业数量最多，达 47972 万家，是全国唯一数量过万的省份，上海、河南、山东企业数量也在 5000 家以上。

全国智能制造能力成熟度自诊断企业分布图（图片来源：中国电子技术标准化研究院）

从智能化水平角度来看，目前，全国 8 成企业智能化仍以数字化改造的二级及以下为主，也即 " 工业 3.0" 和 " 工业 2.0"，仅有 15% 的企业可以实现 " 工业 4.0" 的网络化集成和智能化升级。

全国智能制造能力成熟度自诊断企业等级分布图（图片来源：中国电子技术标准化研究院）

企业等级评定标准（图片来源：中国电子技术标准化研究院）

从行业分布看，国内 4 大智能制造领域中，电子信息行业智能化水平最高，网络、产品服务、设备管理等各评价维度评分在各行业中均居首位，装备制造行业整体水平次之，受产品及行业特点影响，在能源管理、安全与环保方面智能化弱于原材料行业，原材料行业、消费品行业整体水平相差不大。

四大行业各维度评估评价水平图（图片来源：中国电子技术标准化研究院）

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我国 " 工业 4.0" 的破局方向

目前，我国智能制造的 " 智能 " 整体还处于 "automatic" 向 "smart" 进化的层次，智能制造系统基本实现了数据采集、数据处理、数据分析、准确执行指令等功能，但距离真正实现自主学习、自主决策，不断优化的 "intelligent" 层次还有很大差距，制造业的数字化、自动化向智能化改造升级，也即 " 智造 "，将是未来我国 " 工业 4.0" 发展的必然方向，具体如下：

1、实现全流程智能化的 " 智造 " 大脑。

" 工业 4.0" 并不是简单的追求工业制造的自动化，数字化，而是全流程的协调，在实现自动化的基础上，还要应对客群定制化、个性化生产的需求，并实现智能生产、智能设计、智能设备、智能物流、智能园区、智能决策六大维度智能系统的升级。想要实现这一目的，就必须 " 让生产线学会自我思考 "，打造工业 " 智造 " 大脑。

具体来看，" 智造 " 大脑的发展主要分为两大方向。一是应用于数据中心、园区网、物联网、5G 网络、边缘计算、安全态势感知及工业物联网平台等的各类智能硬件的生产制造，以控制器为心脏，以传感硬件为皮肤。二是工业系统的设计开发，主要有制造执行系统、仓库管理系统、发货管理系统、订单计划与排产、供应商协同、数字化工艺、质量管理系统、数据集成等系统软件，是工业智能化的神经和血液，是实现仿真、产线、仓储和物流的自动化的关键。

" 智造 " 大脑效果示意图

2、实现智能化的载体——智能产线。

目前，国内以汽车、钢铁为代表的不少行业已经基本实现了生产线的自动化，但大部分企业以离散制造的自动化生产为主，尚未具备整体的集合化、智能化生产能力。

从产线的需求特点来看，智能产线的发展将主要集中在两大板块。一是对现有自动化产线的柔性整合改造，通过物联网技术，进行 " 万物互联 "，将离散的自动化生产线连接成一个整体。二是利用物联网、互联网、3D 打印、人工智能等技术，开发利用定制型生产线，对工厂客群的各类定制化生产需求进行 " 无人化 "" 智能化 " 响应处理及智能化生产。

海尔沈阳冰箱互联工厂的全流程智能化生产线

3、智能化生产的上游支撑，主要分为 " 智研 "" 智物 "" 智母 " 三大细分方向。

其中，" 智研 " 即智能研发，工业制造企业将更多地使用 CAD、CAM、CAE、CAPP、EDA 等工具软件和 PDM/PLM 系统进行研发，带动仿真软件、虚拟现实软件、样机、仿真实验及相关技术的培训等领域快速发展。

" 智物 " 即智能物流，" 工业 4.0" 的智能化已经不局限于生产过程，制造企业内部的采购、生产、销售流程都伴随着物料的流动，物流的智能化已成为实现全流程智能化的关节，越来越多的制造企业在重视生产自动化的同时，也越来越重视物流的智能化。在此需求下，自动化立体仓库建设，无人引导小车 ( AGV ) 、智能吊挂系统、智能分拣系统、堆垛机器人、自动辊道系统等智能化设备的制造，以及智能化物流管理系统的开发将成为这一板块的发展热点。

全流程物流智能化场景图

" 智母 " 即智能化工业母机。工业母机是指制造生产机械和设备的机器，有着 " 制造机器的机器 " 之称，习惯上简称机床。目前，国内工业机床已经形成了较为完整的产业体系，但数控化、智能化水平有待提高，高端、智能化机床国外依赖性较大。为加快我国工业母机国产化进程，2023 年 9 月，国家财政部等四部门发布《关于提高集成电路和工业母机企业研发费用加计扣除比例的公告》，明确规定从 2023 年 1 月 1 日至 2027 年 12 月 31 日期间，将工业母机企业开展研发活动中实际发生的研发费用税前加计扣除比例提高至 120%，大幅降低了相关企业科研资金的压力。而随着我国制造业逐渐向 " 智造 " 迈进，工业母机作为支撑智能 " 智造 "、" 工业 4.0" 的关键设备，叠加价格、国际摩擦等因素的刺激，其国产化替代市场将会持续扩大。

智能化工业母机效果图