二、智能制造对经济的影响

（一）概述

1．智能制造在促进经济发展方面的作用

（1）发达国家依靠智能制造实现制造业回归。美国《华盛顿邮报》网站于2012年1月发表题为《为什么说现在轮到中国担心制造业了？》的文章，声称未来20年美国将在制造业上“打败中国”。文章说，过去“美国一直十分担心他们在制造业方面输给中国”，但“这一局势很快将会改变”，而重塑制造业竞争面貌的“利器”，将是3种以指数方式快速发展的技术——人工智能、机器人以及数字化制造。过去由于低工资国家的竞争，特别是中国的崛起，使美国制造业大量流出，造成美国许多传统工业城市萧条甚至破产。美国对智能制造寄予厚望，希望通过智能制造实现制造业的回归，提高美国制造业的竞争力和就业率。

英国《经济学人》2012年4月发表的《第三次工业革命：制造业与创新》专题报道中阐述了目前由技术创新引发的制造业的深刻变化，其中，数字化与智能化的制造技术是“第三次工业革命”的核心技术，并认为中国崛起将被第三次工业革命所终结。

（2）中国依靠智能制造实现转型升级。智能制造主要通过以下两个方面促进中国经济的持续发展：

1）通过智能制造，促进传统制造业的转型升级，带动经济的发展。我国的制造业目前主要是以环境污染型、资源消耗型和劳动密集型企业为主，一方面由于环境保护的巨大压力，另一方面由于资源有限，以环境污染型、资源消耗型制造业为主的发展模式是不可持续的。同时，由于低工资国家的竞争，劳动密集型企业也面临发展危机，许多跨国公司在中国的代工厂纷纷转移到更低工资的国家。还有，我国劳动力人口总数在2015年起开始下降，人口红利逐渐消失，劳动力成本大幅增加。因此，我国制造业当前处于转型升级的重要关口。智能制造可以有效带动转型升级，促进经济的发展。

2）通过智能制造，促进新的智能产业的成长，带动经济的发展。智能制造本身对软件和硬件有许多新的需求，这些需求将导致新的智能产业的发展，如传感器、控制系统、智能制造软件等。

总之，智能制造能够带动经济的发展。智能经济的建设与发展需要强大的智能制造的支撑，否则，智能经济就没有竞争力。

本章主要对传统制造业转型升级展开讨论。

2．智能制造3个阶段对经济发展的影响

智能制造主要通过产品价值链的3个阶段提升制造企业的竞争能力，促进经济的发展，如图2.2所示。

（1）智能设计对经济发展的影响。通过产品智能设计，能够开发出新的产品，有助于企业进入所谓的“蓝海”，获得高额的利润；能够快速设计出多样化和个性化的产品，满足市场的需求，使企业获得较大的利润；能够设计出低成本、低能耗的产品，在帮助用户节省成本的同时，也使企业和社会获利。

智能设计的支撑工具包括：

1）专业智能设计软件。每个产品都有自己的特点，有自己的领域知识。通用的设计软件一般只能在产品设计的后期发挥作用，不能真正解决产品创新问题。所以国外大企业都有自己的专用软件和模型，这是他们长期研究的成果，是他们的核心竞争能力。这种软件凝聚和固化了企业长期的产品开发和设计中获得的结构化知识，具有很强的针对性和智能性，可以进行大量的基于知识和仿真的设计，提高计算机辅助设计能力，特别是可以使企业年轻的设计人员快速进入角色。这种软件一般是买不到的。即使买到，也很难使用，因为只有具有很好的专业背景的人才能建立适用的模型，并正确使用系统。

2）智能设计知识库。在专业智能设计软件中，知识可以转变为程序，并包含可以由推理机控制的知识库内容。而智能设计知识库中的知识主要是凌乱、不断更新、来自不同学科的显性知识。这些显性知识需要通过专家的学习，转变为专家头脑中的隐性知识，提高专家的设计能力，最终由专家进行创新设计，因此，许多知识难以在较短的时间内转变为设计程序。智能设计知识库所涉及的知识很多，鱼龙混杂，需要进行甄别；知识库需要员工经常发布新的知识；需要对知识的价值和关系进行评价。

3）协同产品开发和设计平台。产品开发和设计涉及许多学科，需要许多企业内外员工的协同。协同产品开发和设计平台为这种协同提供了方便，可以帮助快速找到掌握某些知识的员工，可以开展企业与用户的协同设计，了解用户的需求，甚至让用户自己设计；可以开展企业与合作伙伴、产品价值链的上下游企业的协同设计。这里所涉及的设计知识主要是隐性知识。

（2）智能加工对经济发展的影响。产品智能加工也可称为智能制造。为避免大制造和小制造的概念混淆，这里采用“智能加工”这一术语。

产品智能加工主要是加工方法的智能化，可以代替原先工人的技巧性的工作。

产品智能加工的应用范围主要是：

1）通过产品智能加工，能够加工出工人难以加工的复杂、精密的产品及零部件；

2）通过产品智能加工，能够在恶劣环境下替代工人进行复杂、精密的产品及零部件的加工；

3）以智能的方法，快速制造出多样化和个性化的产品，满足市场的需求，使企业获得较大的利润；

4）以智能的方法，以较低成本、能耗和其他资源消耗，加工出产品，在帮助用户节省成本的同时，也使企业和社会获利。

智能加工的支撑工具包括：

1）智能加工装备（亦称智能制造装备）。智能制造装备是具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称，包括智能生产线、智能制造单元、智能加工中心、智能工业机器人等。智能加工装备可以扩大、延伸和部分地取代人类专家在加工过程中的脑力劳动，甚至在局部工作范围内实现无人化，提高加工水平与生产效率；可以实现有害环境（如高浓度有害物质、强辐射、高温等）中的无人化智能加工，减轻对员工身体健康的不良影响；可以实现对一些超大尺寸产品、超精密和极微小产品的加工，这些加工超出了人的控制能力范围；可以实现高效率、高柔性的智能加工。

2）智能加工控制软件。智能加工的核心之一是控制软件，控制软件凝聚、固化了专家的加工经验，实现了加工的自动化。

3）智能加工知识库。在加工中还需要大量的知识支持员工进行智能加工。智能加工知识库类似智能设计知识库。

（3）智能制造服务对经济发展的影响。制造企业通过智能制造服务，可以有效支持企业拓展以下服务：

1）高度个性化的服务。个性化服务不但节省资源和时间，更重要的是，个性化服务能为个别情况提供特有的解决方法，提高解决问题的成功机会。

2）产品租赁共享服务。例如汽车的租赁服务，可以减少汽车的总量，减少资源浪费。用户需要租车时，系统将迅速获取用户的历史资料，知道用户最熟悉的车型、驾驶习惯等，从最近的地方调配汽车；用户在租车使用时，系统实时掌握汽车的各种性能，为用户提供各种安全保障服务；用户还车时，系统立即派遣最近的服务人员取车。日本预测其电动汽车共享服务收入到2020年可达1500亿日元。

3）产品再制造服务。例如汽车发动机的再制造服务，再制造的发动机具有同新的发动机一样的使用效果和寿命，但价格只有后者的一半，所消耗的资源更是后者的10%以下。

4）能耗产品的节能服务。通过智能远程监控等方法，对能耗产品（如空调、冰箱等）的能耗进行监测，发现产品能耗增加到一定值后，就派员进行维修，保持产品的低能耗状态。

5）产品的增值服务。通过产品模块的更换或提供新的软件，使用户在原产品的基础上获得新的服务，如面向手机用户的新服务、汽车导航服务、商品拍照比价服务等。

6）产品生命周期管理服务。对产品生命周期各个环节提供管理服务，如维修、回收服务等。

制造企业在智能制造基础上，通过为智能城市提供优质制造服务，达到以下目标：

1）促进制造服务业的发展，增加城市的绿色GDP，因为服务所消耗的资源和能源要少于产品的制造。

2）制造企业向服务方向拓展，通过服务增加企业收入，提高企业的竞争能力。

3）制造企业通过服务提高产品用户的满意度，并了解用户的需求，提高企业的产品创新能力。

发达的服务业是与发达的制造业相联系的。处于价值链低端的传统制造业不会导致发达的服务业的出现，除非城市拥有特殊的自然景观和人文景观，靠旅游发展。

图2.3描述了智能制造为智能城市提供优质制造服务的概念。

通过产品智能制造服务，能够创造出大量低资源消耗、低环境污染的工作岗位，能够延长产品的生命周期，或使能耗产品在其生命周期中处于较低的能耗水平，在帮助用户节省成本的同时，也使企业和社会获利。

智能制造服务的支撑工具主要是：

1）智能制造服务设备和装置。制造服务状态/环境的智能感知与传感设备和装置可以帮助企业了解用户手中的产品的运行情况，可以进行远程监控；可以通过服务机器人等为用户提供服务；可以通过再制造设备进行产品的再制造，延长其服役时间；可以提供整体解决方案服务。

2）智能制造服务软件。帮助企业为用户提供基于泛在网络的远程“一对一”的产品使用和维护服务；提供各种新的专业化的增值服务。

3）智能制造服务知识库。在制造服务中还需要大量的知识支持员工进行智能制造。智能制造服务知识库类似智能设计知识库。

（二）智能制造提高企业竞争能力

智能企业是智能城市的重要组成部分。城市的智能化自然要求制造业的智能化。制造业智能化是手段，通过智能化提高企业的竞争能力是其主要目标之一。智能城市的竞争能力主要是企业的竞争能力。智能制造是企业竞争能力的主要组成部分。

企业竞争能力对智能城市的影响主要是：

（1）企业竞争能力是智能城市的基本需求。我国的制造企业大多处于价值链低端，依靠大量的低素质的劳动力，依靠大量资源的消耗，并对环境产生不良影响。目前这类制造企业面临国外低工资国家的竞争，只能依靠压低员工工资生存。这就不可避免地会降低人民的平均生活水准。当城市中大多数人还在为基本生存而奋斗的时候，对满足高层次需求的智能城市就没有迫切的需求。

智能制造是企业智能化的主要内容。智能制造能够提升企业的竞争能力，如产品创新能力、管理创新能力、大批量定制能力等，使企业朝价值链高端发展，提高企业的档次，同时也提升城市的智能化程度和竞争能力。城市的智能水平高低很重要的表现是其创新力的高低。

（2）智能制造促进了人的创新能力的提升。社会是由人组成的。人的创新能力的高低，也影响了所在社会的智能化程度。智能城市是许多高素质的人所组成的。智能制造促进了人的创新能力的提升。

（3）智能制造企业是智能城市的经济基础。我国城市的财政收入主要依靠制造企业。如果企业制造与设计手段落后，利润微薄，甚至亏损，就会导致政府的财政收入减少，智能城市基础建设就会缺少资金来源。所以智能城市需要将智能制造企业列入重点建设内容。而智能制造是智能制造企业的主要内容。否则，智能城市将成为无源之水、无本之木。

因此，智能城市建设首先要瞄准提高企业竞争能力这一方向，以智能制造为抓手，通过推动制造企业的智能化，促进城市的智能化。智能制造对提高智能城市的竞争能力的影响如图2.4所示。

智能制造，可以提高企业员工的知识水平和创新能力，促进企业的转型升级，向产品的高端化、高技术化、新颖化方向发展，为企业和城市发展奠定厚实的经济基础；提高人民的科学素质和人文素质，建立学习型城市；提高人民的生活水平，提高社会的文明程度。

（三）智能制造对智能城市基础设施建设的影响

从某种意义上说，没有智能制造，就没有智能城市的基础设施建设。智能制造是智能城市的基础设施的基础。图2.5描述了智能制造与智能城市的其他系统间的关系。

1．需要制造业参与建设的智能城市的基础设施（童明荣，2010）

（1）智能的电网——智能电表、智能发电设备、智能输配电设备等。

（2）智能的建筑——家庭自动化设备、智能防盗系统、管线咨询系统、智能环境调控系统等。

（3）智能的供排水系统——智能供水设备、管道智能监测系统、智能排水监控系统等。

（4）智能的医疗系统——医学影像存档、智能医疗信息系统、远程医疗救助系统、智能医院运营系统、植入体内监视人体健康的仪器等。

（5）智能的金融系统——智能交易系统、智能结算系统、智能金融后台管理系统、银行智能调配设备、证券智能调配设备等。

（6）智能的交通系统——高精度道路感应器、智能铁路系统、智能公路系统、智能航空系统、智能航运系统、智能交通调配系统、出租车智能服务管理系统、自动售票及检票系统等。

（7）智能的物流系统——集装箱智能标识系统、智能货物分拣系统、智能物流决策协调系统等。

（8）智能的气候气象系统——智能环境监控系统、天气实况警示系统、智能灌溉系统等。

（9）智能的零售系统——智能供应链管理系统、智能客户管理系统、智能零售系统、智能交易系统等。

（10）智能的食品——智能食品追踪系统、智能食品安全监测系统、智能冷链管理系统、智能冰箱等。

（11）智能的油气供应系统——智能汽油及天然气供应监控系统、智能天然气管道监测系统等。

（12）智能的通信系统——智能手机、云服务平台等。

（13）智能的安全保障系统——智能城市监控系统、智能应急决策支持系统等。

2．面向智能城市基础设施建设的智能制造

在智能城市的基础设施建设方面，我国与发达国家还有一定的距离，需要做的工作主要是：

（1）面向智能城市基础设施的智能设计原理。我国在引进、学习、应用国外先进技术方面取得了很大成功，但对引进技术的基本原理的理解和掌握方面还有较大距离。需要在引进技术的基础上进行再创新，并进一步开展自主创新。

（2）面向智能城市基础设施关键零部件的智能设计制造。我国智能城市基础设施中的一些关键零部件技术还掌握在国外企业手中，如超大规模集成电路、液压控制系统、燃气轮机的燃烧室和叶片等。需要对这些关键零部件进行智能设计制造，获得自主知识产权，实现国产化。

（3）智能城市基础设施的集成优化。智能城市基础设施将越来越复杂，并随着环境变化需要不断更新，因此，智能城市基础设施的集成优化就越来越重要，需要加强这方面的研究。

虽然在全球化环境中，不必所有的技术和产品都是自己的，但我国作为一个占世界人口约20%的大国，应该有自己的关键产品和关键技术。

图2.6描述了智能制造带动智能城市的基础设施建设的过程。

（四）智能制造对经济发展的负面影响及对策

如同其他新技术一样，智能制造也是双刃剑，有可能对企业和经济产生负面作用。

1．成本失控的风险及对策（尼古拉斯·卡尔，2008）

智能制造初期投资巨大，维护投资也像个无底洞，后继的服务费用十分惊人，服务费用动辄几千元/（人·日），并且一些硬件和软件生命周期短，几年就要更换或升级。所以需要注意控制智能制造的成本和风险。具体方法如下：

（1）智能制造成本和人工成本的权衡。开展智能制造时一定要核算智能制造系统代替人工系统或原有的信息系统所创造的价值。在许多情况下，人工成本或原有的信息系统成本会大大低于智能制造的成本。在这种情况下，企业最好利用人工或原有的信息系统，不要盲目地追求智能化。

（2）对智能制造系统投资的预期回报进行更严格的评估。例如，企业成本智能管理本身需要成本，应分析这些成本是否会超过智能成本管理实施后所节约的成本。如果是的话，就不必开展成本的智能管理，因为这样做得不偿失。

（3）从整体角度分析智能制造的成本和产出。对局部的智能制造系统可能是成本高于产出，但许多个局部的智能制造系统联成网络，组织成一个更大的智能制造系统时，就可能获得较大效益，使产出远大于所有局部系统的成本之和。所以分析成本要从全局考虑。

（4）更多关注风险而不是机会。企业中智能制造应用越深入和普及，对智能制造系统越依赖，则智能制造系统所带来的风险就越大。对这些风险要提早防范，要有对付这些风险的预案。

节约智能制造成本的具体措施是：

（1）利用SaaS（软件即服务）模式，减少智能制造成本。

（2）对于外包和其他的合作方式抱着更开放的心态。

（3）杜绝浪费，节约成本。

（4）对于一个具体的智能制造项目，尽可能不要打持久战。

2．技术失控的危险及对策（蔡自兴，徐光祐，2010）

任何新技术的最大危险莫过于人类对它失去了控制，或者是它落入那些企图利用新技术反对人类的人手中。有人曾担心机器人威胁人类的安全。为此，著名的美国科幻作家阿西莫夫（I. Asimov）提出了“机器人三守则”：

（1）机器人必须不危害人类，也不允许它眼看人类受害而袖手旁观。

（2）机器人必须绝对服从人类，除非这种服从有害于人类。

（3）机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它做出牺牲。

如果把这个“机器人三守则”推广到智能制造系统，成为“智能制造三守则”，那么，人类社会就会更容易接受智能制造。

智能制造系统中越来越多、越来越复杂的控制功能，可能使得操作工变成智能制造系统的辅助，如果智能制造系统出现重大的技术失控问题，就可能导致重大事故。所以智能制造中的技术失控防范将变得非常重要。

智能制造技术是一种容易实施和推广的技术。我们必须保持高度警惕，防止智能制造技术被用于反对人类和危害社会的犯罪（有的人称之为“智能犯罪”）。同时，人类有足够的智慧和信心，能够研制出防范、检测和侦破各种智能犯罪活动的智能手段。

典型案例：2013年5月10日，《星期日邮报》的两名卧底记者将一支他们根据设计图自行制作的3D打印塑料手枪藏在衣服中，竟顺利通过了伦敦火车站的安检，将其带上了开往法国巴黎的“欧洲之星”列车。如果这两名记者真是图谋不轨的犯罪分子，后果将不堪设想。

3．信息安全失控的危险及对策

智能制造往往是基于泛在网络基础上的，因此，存在信息失控、数据丢失和泄密等危险，信息安全问题将变得十分突出，硬件故障、软件故障、网络故障、黑客、病毒、机密信息窃取、网页仿冒等都可能对企业智能制造系统造成很大的破坏，进而直接影响企业生产和服务的能力，影响企业的声誉。

因此，还需要专人监督智能制造系统的运行，及时备份数据，防止黑客、病毒的危害，防止内部泄密；避免使用不当造成的损失；防止因内部因素而造成的信息、数据的修改和丢失；防止因外部因素造成信息、数据的泄露和篡改。

对于中小企业，没有能力来购买所需要的所有安全产品，包括攻防体系、防火墙等。在这方面可以利用阿里云等云服务平台，它提供了完整的产品安全、安全运维的体系，保障了各个层次的安全，包括物理层次、网络攻击以及系统安全层次，可以保护硬件安全和数据安全，使企业的信息化系统处于完整的云盾的保护之下（喻思成，2014）。