建设制造强国背景下先进制造业技术与产业发展现状与创新路径.docx

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1、建设制造强国背景下先进制造业技术与产业发展现状与创新路径周明生首都经济贸易大学经济学院在分析先进制造技术的内涵、体系架构、典型特征与主要分类的基础上，总结了国内外先进制造业发展态势和战略部署；综述了美国、德国、日本3个制造强国在先进制造技术前沿布局、企业应用与产业发展状况；结合国内外发展趋势，提出了推广智能制造、强化基础科学研究，布局具有国际领先的国家实验室和创新中心，建设自主性龙头制造产业集群等建议。基于大国竞争的背景下,先进制造技术是支撑和发展国民经济基石和动力保障，成为各国科技创新的主战场。近年来，制造领域提出了现代集成制造、增材制造、智能制造等一系列先进制造模式，例如以满足大规模需求和

2、个性定制的柔性制造模式，以生物体机能进行大规模物质加工与物质转化的生物制造模式，这些先进制造模式在生物医药、新材料、航空航天等核心制造领域的基础研究、技术研发和扩散、产业应用和孵化方面实现重大突破和快速发展，对中国制造业高质量发展起到巨大的推动作用。从2012-2023年，制造业增加值从16.98万亿元增加到31.4万亿元,中国制造业占全球比重从22.5%提高到近30%,12年保持世界第一制造大国地位。2023年上半年,中国装备制造、原材料、电子信息等25个先进制造业集群完成产值6.2万亿元，有效支撑区域经济发展。在建设制造强国背景下探讨、分析先进制造前沿技术的发展状况，并据此提出未来进一步推

3、进制造业高质量发展路径具有一定理论和现实意义，也是当前研究者关注的热点问题。先进制造技术概述概念与内涵20世纪80年代末，美国国家竞争力大幅度减弱、贸易逆差过大，许多具有优势的产业逐渐失去竞争力，为重振制造业、改变国内制造业衰退状况，美国投入大量资金研究先进制造技术，早期提出先进制造技术主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程、机器人及柔性制造技术、自动控制系统、数控技术及装备等信息技术，随后在世界各国得到认同与延伸，并进行了相关理论和实践应用方面的研究。纵观4次工业革命的历史进程，从机械化生产、电力化生产、自动化生产到智能化生产，先进制造技术也是伴随着工业革命进程而发展。因此，

4、先进制造技术是在传统制造技术基础上充分吸收机械、电子、信息、材料、能源以及现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工装配、检验测试、经营管理、售后服务乃至产品报废回收，以实现高效、清洁、灵活的生产，提高企业对动态市场的适应性和竞争能力。体系架构先进制造技术涵盖内容复杂广泛,在各个国家的技术演进过程中有不同的体系架构，但其本质是自然科学、社会科学、经济学及管理科学的有机融合体。成立于1880年的美国机械工程师学会(AmericanSocietyofMechanica1Engineers,ASME)较早提出了基础制造技术、新型单元制造技术和系统集成技术构成先进制造技术体系架构，被大多数研究者

5、所认可(1)基础制造技术。是指至今仍然大量采用，且传统、经济的基础技术,如精密铸造、精密加工、精密测量等，以及包括铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等在内的制造工艺，这些基础工艺经过优化而形成的优质、高效、低耗、清洁的基础制造技术是先进制造技术的核心及重要组成部分。(2)新型的制造单元技术。随着科技快速发展和市场需求，传统的制造技术与信息、新材料、医药、新能源等领域结合，形成了增材制造技术、微纳制造技术、仿生制造技术等新兴产业和制造模式，这些产业(模式)归属于新型制造单元技术层。(3)系统集成技术。这一层级强调集合，即先进制造模式/系统，由先进制造单元技术和组织管理等融合而成的现代集

6、成制造模式，涉及机械、电子、信息、生物等多个学科交叉，也融合社会学和经济学，并实现商业化应用和产业化发展。目前是以新一代信息技术为代表的高新技术作为支撑的组织制造活动，例如智能制造。典型特征与分类先进制造业具有制造技术前沿、产品附加值高、管理水平领先、整体竞争优势明显等显著特征，包括高新技术产业化形成的新业态，以及利用先进制造技术、发展理念、组织形式、管理模式等转型升级后的传统制造业，注重集约化、智能化、绿色化的发展模式，突出与服务深度融合。先进制造技术的分类多种多样，涉及的学科门类众多、技术内容广泛，国内外研究者对其应用层次的分类展开了研究和总结。AdIer较早地提出先进制造技术主要用于设计

7、(design)、制造(manufacturing)和管理(administrative)活动，在此基础上研究者对其进行细化和拓展。Ghani等提出因为先进制造技术的集成性特点，要求产品计划和执行的集成度高、纵向与横向合作紧密，所以灵活、具有高度适应性、分权决策的有机型组织结构更有利于提高先进制造技术的绩效水平。Thomas等认为先进制造技术是一系列具有复杂功能的制造技术，并将其分为信息技术、工程技术和生产技术3大类。Obi等从技术维度出发，认为先进制造技术因计算机、微电子、信息与管理学科的融合发展打破制造技术的孤立边界。王桂莲等认为先进制造技术是一个多维概念，包括从市场需求、产品设计、工艺规

8、划到制造过程与市场反馈的人-机-物系统工程。总体上，将先进制造技术分为3个类别：（1）设计类先进制造技术。通过先进技术降低产品设计成本、缩短设计周期和时间从而占领市场、提高生产效率的技术，例如计算机辅助设计。（2）制造类先进制造技术。是指通过控制制造流程从而提升产品质量和生产效率，例如数控技术、机器人技术、快速成型技术等。（3）管理类先进制造技术。通过市场研究、产品设计、产品制造、质量控制、物流直至销售与用户服务等一系列活动，确保企业内部以及整个供应链之间更快捷、有效地进行沟通交流的技术，包含制造资源计划、精益生产和全面质量管理等。国内外先进制造业战略部署随着全球创新实力格局不断加快重塑，围绕

9、制造业创新的竞争已成为新焦点。中国制造业依靠人口、资源、制度等传统的发展模式的优势已成历史，低端制造业的低成本优势也越来越淡去。特别是国际金融危机之后，世界各国纷纷加紧部署发展先进制造业，通过技术创新提升制造业竞争水平。2008年美国提出再工业化战略，2012、2013年又启动了美国先进制造业国家战略计划和制造业创新国家网络计划，以高新技术为依托,发展高附加值的制造业；2018年10月发布国家先进制造业领导战略，提出一系列发展与推广技术和措施，以扩大国内制造业供应能力；2023年10月7日，美国白宫国家科学与技术委员会发布先进制造业国家战略开发和应用先进制造技术，制定了之后4年美国先进制造业发

10、展的3大战略目标、11个战略子目标和37项具体建议，旨在强化美国制造业全球竞争力，确保美国先进制造业在全球的领先地位。英国2019年5月发布国际研究和创新战略、德国2019年2月出台国家工业战略2030以便在未来产业中占据主导地位。先进制造技术承载着技术创新与经济效率收敛的重大期待。近年来，新一代信息技术与制造业深度融合成为产业发展的催化器和孵化器，促进人工智能、物联网、大数据与制造业的融合发展。各国为寻求新的产业发展业态和利益增长点，抢夺发展先机，目前已经有多个国家跟进并制定了自己的新型工业化战略（表1）。表1世界主要工业国家的智能制造和生产网络化的新工业战略（平台）世界典型国家先进制造技术

11、创新路径在先进制造技术特定领域，美国、德国、日本等国家拥有技术领先优势，制造前沿技术是其保持制造业优势和国家竞争力的核心元素。总体上，现有研究主要聚焦于3个方面：一是先进制造业战略部署与发展实践，二是先进制造技术整体领域的发展趋势,三是各国先进制造技术优势对比与发展策略。因此，聚焦于这3个方面对美国、日本、德国3个制造强国在先进制造技术前沿布局、企业应用、产业发展等方面进行综述。美国美国制造业主要是集中在生物医药、新能源、新材料等价值链高端的先进制造业。紧密联系国家级研发力量与关键技术突破的结合，在计算机辅助设计技术、仿生制造技术、工业机器人、增材制造技术等保持世界领先地位。这与美国为先进前沿

12、技术战略配套建立的多个先进制造技术创新中心和国家实验室的研究贡献密切相关。1)创建国家先进制造技术中心。为推动先进制造技术成果转化、重塑美国制造业的领导地位，2012年，美国政府宣布启动国家制造创新网络计划以振兴美国制造业。美国先进制造国家项目办公室协同美国国防部、能源部、航空航天局等联邦政府部门建设45家制造创新机构，促进技术孵化、并快速推广，形成从基础研究、技术研发到应用推广、规模化生产的制造创新网络。2012年8月创建了国家增材制造创新中心Nationa1AdditiveManufacturingInnovationInstitute),其成为美国国家制造业创新网络计划下的首家研究院，是

13、奥巴马政府推动美国再工业化的重要举措。20142017年，相继建立了数字制造与设计创新中心(Digita1ManufacturingandDesignInnovation,DMDII)x轻量级现代金属制造中心(1ightweightandModernMeta1sManufacturing,IACMI)x基于宽禁带半导体技术的新T弋电子电力制造中心(NextGenerationPowerE1ectronicsManufacturing,GPEMII)等7所国家先进制造技术中心，成为美国国家制造创新网络的组成部分。2)创建国家重点实验室。20世纪30至80年代，为满足军方对先进技术的需要，美国联邦

14、政府在美国能源部、国防部和国家航天航空局等联邦部委下建立庞大的国家实验室体系，运行了超过100个国家实验室。其中，美国能源部在国家实验室的建设和管理上已有70多年的经验，下属共17个国家实验室，有10个归属能源部科学办公室管理，3个由能源部下属的美国国家核安全管理局(NNSA)管理，其余4处则归属能源部直接管理，分布在多个地区，执行长期的、挑战性的科研任务，发展跨领域的科学研究，形成了完善的国家实验室体系。在基础科学领域有费米国家加速器实验室、S1AC国家加速器实验室(原名斯坦福直线加速器中心)、洛斯阿拉莫斯国家实验室(1osA1amosNationa11aboratory,1AN1)、布鲁克

15、海文国家实验室、橡树岭国家实验室等，在先进计算领域有阿贡国家实验室、劳伦斯伯利克国家实验室、橡树岭国家实验室,在环境能源领域西北太平洋国家实验室、S1AC国家加速器实验室，均有着雄厚科研实力和研发贡献。例如国家能源技术实验室(Nationa1EnergyTechnoIogy1aboratory,NET1)主要是以研究科学、技术与能源为主，也是美国针对矿物燃料技术的唯一一所国家实验室。埃姆斯实验室(AmeS1aboratory)主要致力于新材料的设计、合成与制备,材料的表征，计算化学，凝聚体物理学理论等方面的研究，特别在稀土研究方面一直处于世界领先地位，其近期开发框架建立在目前最先进的化合物实验

16、和理解化学不稳定性的方法之上。位于美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室是美国承担核子武器设计工作的2个国家实验室之一，最初负责原子弹的制造、基础科学研究、粒子加速器的发展等。这些国家实验室有的是由私营企业管理，有的是由研究型大学运营，在一定程度上可以很好地将研究方向与产业应用相结合，通过政府力量，汇聚产业界、高校、科研机构，成为了美国科研系统最重要的一环。德国德国是全球重要工业国之一,工业领域尤其是制造业拥有全球领先的地位和优势。在机械制造业31个部门中，德国有17个占据全球领先地位，2023年德国的工业增加值已经占据国民经济收入23%,不仅是欧盟体系国家中最高的，而且处于全球领先地位。目前，德国工业始终处于领先地位的关键领域包括机械设备、汽车、光学、医疗器械、绿色技术、国防、航空航天、增材制造等领域，这与德国出台并实施的制造业计划密切相关。1）出台实施各类产业计划。德国为应对其他国家低劳