日本智能制造产业发展的经验借鉴与启示①
王立岩 李晓欣
摘 要： 近年来，日本在智能制造产业上实施了一系列行之有效的战略举措，《日本制造业白皮书》构建出智能制造的顶层设计体系，科学技术创新综合战略提供了坚实的规划支撑，辅之以工业价值链计划、机器人新战略、互联工业战略等重要举措，不断强化日本智能制造的国际领先地位。日本在智能制造产业上的发展经验对我国具有启示意义，借鉴日本的成功经验，通过构建完善的智能制造顶层设计体系、提升智能制造核心技术支撑、完善和强化创新平台建设、建立完备的智能制造服务体系、构建智能制造产业生态体系、补齐智能制造企业发展短板等举措，推进我国智能制造产业加速发展。
关键词： 日本 智能制造 经验借鉴 启示
作为国民经济的主要支柱，日本制造业在二战以后经历了广泛而深刻的变革，逐步占据全球先进制造业产业链高端位置，在精密机械、电器、微电子、汽车制造等领域都具有很强的国际竞争力。
作者贡献声明 邹文军：收集数据及撰写论文；参与选题、设计及资料的分析和解释；修改论文中关键性结果、结论；根据编辑部的修改意见进行核修。武志峰、张洁：参与选题、设计和修改论文的结果、结论。孟小妹、陆水：收集数据，参与资料的分析和解释
一、日本智能制造发展历程
日本强调自动化和智能化技术应用，推进精益生产与智能技术结合，工业结构向技术密集型和节能节材方向发展，成为全球先进制造业最为发达的国家之一。按照推演规模和战略特征划分，日本智能制造可以分为布局规划、整合发展和突破引领三个发展阶段。
(一)布局规划阶段(1990-1999 年)
1990年日本制定并实施了智能制造发展十年计划，成立智能制造系统国际委员会推进计划的实施，开启了日本制造业的“智能化”时代。1994年启动先进制造国际合作研究项目。1995年提出构建智能制造系统降低先进制造技术的研发风险，日本从此进入了智能制造大规模发展阶段。同年，日本提出“科技创新立国”，并从1996年开始每隔5年发布一份《科学技术基本计划》，按年度推出《科学技术创新综合战略》，为支撑智能制造的阶段性发展提供了强有力的政策体系保障。
(二)整合发展阶段(2000-2014 年)
2000年以来，日本便逐渐放弃已成为低端制造业的家电类产品的研发，并将其转变为现代信息、新材料、新能源、人工智能、高科技硬件和资源再利用等新兴领域的创新研究，智能制造开始稳步发展。与此同时，日本共有16人获得诺贝尔奖，全部是在新兴产业领域做出巨大贡献，奖项数量仅次于美国位列世界第二；每年新增近20万件的专利产出，连续十几年名列全球前三位(1) 谈力：《日本创新驱动发展轨迹与政策演变及对广东的启示》，《科学管理研究》2016年第5期。 。2001年出台的第2期和2006年出台的第3期《科学技术基本计划》将生物技术、信息技术、环境技术和纳米技术等新兴产业作为重点发展领域，并强调智能制造在科技挑战、产业融合等领域的引领作用，同时加强对智能制造的基础研究投入(2) 胡智慧：《日本第三期科学技术计划》，《2006科学发展报告》2006年3月版。 。在第4期和第5期《科学技术基本计划》中，立足于国际视野，大力推行以制造业为核心的创造新价值服务体系，致力于智能制造的“高精尖”发展和广泛应用，全力打造“超智能社会”(3) 王玲：《日本发布〈第五期科学技术基本计划〉欲打造“超智能社会”》，《光明日报》2016年5月8日。 。
(三)突破引领阶段(2015 年至今)
2015年以来，日本先后实施一系列推进智能制造发展的重磅举措，在核心技术领域取得了全面突破，通过智能制造引领先进制造业的快速发展，同时在智能制造领域形成了明显的国际优势。2015年1月，日本政府为了巩固其机器人大国地位以及适应产业变革的需求，发布了机器人新战略。2015年6月，日本机械工程学会启动工业价值链计划，在日本经产省支持下该计划已经构建了“官产学研”一体化合作的重要工业创新网络，成为日本工业智能化升级的新生民间力量。日本科技政策研究所发布的《科学技术指标2018》显示，2016年日本研发支出总额为18.4万亿日元，仅次于美、中两国；2017年日本研究团队人数为66.6万人，仅次于中国、美国，排在世界第3位(4) 科学技術·学術基盤調査研究室：「科学技術指標2018」、文部科学省科学技術·学術政策研究所「調査資料-274」2018年8月22日。 。2017年3月，日本正式提出实施“互联工业”，大力推动日本工业的物联网应用，也是日本国际外交的一部分。同年，日本还发布了《制造业白皮书2017》，并公布了人工智能产业化路线图，有效推进智能制造的快速发展。2018年底，摩根士丹利发布报告提出，2018-2020年日本大型企业在自动化、人工智能、机器人和物联网等领域的支出将从现在的10.6%增加到22.8%。
提出互联工业概念后，日本发布了最具代表性和影响力的“汉诺威宣言”和“东京倡议”，推进互联工业的实施。德日联合声明“汉诺威宣言”提出要发展通过连接人、设备、技术等实现价值创造的互联工业，在物联网相关技术的国际标准规格上进行共同提案、促进日德在人工智能、电动交通、自动驾驶等领域的技术合作(9) 朱启超,王姝：《日本“超智能社会”建设构想:内涵、挑战与影响》，《日本学刊》2018年第2期。 。日本经济产业省提出的“东京倡议”，将提供移动服务的无人驾驶技术、生产制造领域的机器人技术、生物学领域新材料技术、工厂的基础设施安全技术和智慧生活等五个领域确定为未来关键发展领域。“东京倡议”实施了三类横向政策交叉式推进互联工业实施，大力推广工业大数据的实时共享与使用，加强基础设施建设与促进工业数据的有效利用，引导企业和行业的国内外技术、业务的各种横向合作与推广等。(见表2)
二、日本智能制造发展战略举措
(一)工业价值链计划
选用抗(耐)病品种、药剂拌种、种子包衣防病技术，增施有机肥，清沟排渍，提高油菜抗病能力；推广使用生物、物理以及生物农药防控技术。安装使用杀虫灯、黄板、性诱剂杀害虫，开展专业化统防统治，适期开展防治，提高防治效率、效果和效益。
2016年12月，工业价值链计划发布了智能工厂的工业价值链参考架构，将智能制造单元作为微观生产活动的基本单位，通过一个类似数字解读单元实现的连接，最后形成一个通用的能够满足企业生产需求的功能模块，确立了日本智能工厂互联互通的基本模式，与美国工业互联网联盟和德国工业4.0的参考框架具有同样的功能和地位，对日本智能制造战略正式落地具有里程碑式的意义。工业价值链参考架构是日本智能制造独立的顶层框架，充分发扬了日本智能制造领域长期以来积累的优势，具有日本制造业显著的特征，如在精益制造管理、现场执行力和执行人员等方面都有重点关注，尤其是从现场管理、生产活动和资产整合三个维度融入PDCA全面质量管理思想更加体现日本的精细化优势(6) Industrial Value Chain Initiative：Eco-system framework，Industrial Value Chain Reference Architecture(IVRA). 。
2018年3月，工业价值链计划对工业价值链参考架构进行了优化，提出了新一代工业价值链参考架构，对产业价值链或关联产业的战略实施进行了更进一步、更深层次、更加实用的研究。工业价值链参考架构将执行智能制造的基本单元确定为智能制造单元，是拥有专业管理人员且具备自主决策能力的企业或更小的单元，强调通过动态循环实现生产现场、组织架构、工作流程等方面的改进，通过一系列的循环往复、迭代升级实现主体、物品、信息、数据等要素在不同单元间准确、安全传递， 最
日本的科学技术创新综合战略是对国家创新战略的阶段性规划，相继对智能制造发展实施了战略性措施。2014年提出完善领先世界的下一代基础设施，重点推进面向下一代城市建设的智慧城市建设。(13) 日本内閣府：「科学技術イノベーション総合戦略2014」、日本内閣府「閣議決定」2014年6月24日。 2015年在大学、研究资金改革方面通过多元化融资手段来加强国立大学的自主性经营，突出通过物联网和大数据领域新技术培育新产业。(14) 日本内閣府：「科学技術イノベーション総合戦略2015」、日本内閣府「閣議決定」2015年6月19日。 2016年致力于超智能社会的深化和推进，构建超智能社会的平台和超智能社会技术体系。(15) 日本内閣府：「科学技術イノベーション総合戦略2016」、日本内閣府「閣議決定」2016年5月24日。 2017年在构建智能社会基础上建设世界领先的超级智能社会，通过最大限度活用信息通讯技术、融合网络世界和现实世界，通过加强基础技术、推进实施“关联产业”等相关措施实现各部委的措施从基础研究到产业化的一体化贯彻实施。(16) 日本内閣府：「科学技術イノベーション総合戦略2017」、日本内閣府「閣議決定」2017年6月2日。 2018-2019年度《综合创新战略》凸显人工智能领域的重点措施，要加速发展IT及理工科教育，解决信息技术及人工智能领域的人才短缺问题。(17) 《日本提出2018-2019年度〈综合创新战略〉》，中华人民共和国科技部，2018年7月3日。http://www.most.gov.cn/gnwkjdt/201807/t20180702_140381.htm/.
(二)机器人新战略
互联工业可以是工厂内部技术、流程、管理等的连接，也可以是同行业公司、合作伙伴、客户或市场等的对接，甚至拓展现有技术创新网络、发展模式在不同产业领域构建新兴产业结构，它在不同行业背景下、不同业态和IT化不同阶段中灵活应用着，有效推动了日本智能制造的发展。
人才培养模式上，养老服务机构可通过与职业院校建立“校企合作”机制进行定向培养，也可委托专业教育培训机构进行短期专业培训并定期进行职证考试，促进专业人才的高效产出。目前广西财政安排专门用于就业人才培训方面的支持资金每年都有较大节余，资源浪费比较严重，有关部门应该充分利用好此类资源，以促进广西营利性养老服务机构及相关产业更好更快地发展，最终服务于广西老龄化社会。
2015年发布的机器人新战略，提出了机器人制造工业的三大核心战略。一打造世界机器人先进技术研发基地，是通过促进“官产学研”合作，充分对接客户、厂商、研发与政府等各参与主体，不断推出新技术、新产品、新模式，与此同时，持续提升机器人制造工业培育能力，加快人才培养与新一代技术研发、推进国际标准化认证等工作。二是建设全球机器人应用范围最广的国家，全面推进在基础设施建设、制造业服务、农业生产、医疗卫生、灾害应急等领域使用机器人技术，提升全社会的智能化水平，推进机器人研发与推广战略。三是创造领先世界的机器人日本时代，以物联网发展为基础，万物通过网络实现互联，大数据应用应运而生，数据即将成为人类生活附加值的重要来源，拥有机器人研发制造领先优势的日本很有可能创造出领先世界的机器人日本时代。
(三)互联工业战略
互联工业与2016年日本提出的“制造+企业”一脉相承，是一个通过各种联系创造新附加值的工业社会，利用企业、数据、人员和机械面向众多行业互相连接创造新价值，同时形成新的产品和服务，以提高生产力。
针对现有的药品转运箱无法分层摆放药品、摄像系统无法清晰地识别每个药品、分零注射剂无固定存放容器等问题，本项目组充分运用PDCA循环法中“大环套小环”模式，开展头脑风暴，不断总结与改进，自主创新设计了药品转运车：该药品转运车的第一层为口服药品、冷链药品和分零注射剂药品（该区域内壁均使用泡沫海绵进行包裹）；第二层和第三层均用于放置瓶装药品。该药品转运车设计方案能够有效解决药品查对准确性低和药品转运过程中易破损的问题。此项持续性改进工作的开展，兼具创新性和实用性，具有较好的临床推广价值。
为了推进互联工业的实施，日本致力于物联网、人工智能、机器人等领域的核心技术突破，通过产业升级引领不同行业快速发展，融入人们生活并带来一场深刻的社会变革。但是，由于人口老龄化、人力资源匮乏、社会环境等因素严重制约着日本社会的发展，日本尝试发挥自身强大的创新优势，逐步构建一个引领未来社会发展的超级智能社会“社会5.0”，以缓解这些迫在眉睫的社会问题。“社会5.0”历经工业社会、信息社会等社会形态，从产业相对独立发展过渡到融合发展，形成以人工智能为引领，信息高度集成的超智能社会。(见表1)
2.2.1 ACS组 ACS组患者接受阿司匹林肠溶片（50～150 mg/次，qd）+通心络胶囊（2～4粒/次，tid）连续治疗4周。
表 1(8) 経済産業省、厚生労働省、文部科学省：「ものづくり基盤技術の振興施策」、経済産業省製造産業局ものづくり政策審議室「2018年版ものづくり白書」2018年5月29日。 社会 5.0形成过程的工业互联演化
最后，这种区别适用理论与根据商品与专利的关系进行区别适用理论一样，将使得中国专利法的权利用尽条款很容易被绕开，例如，当事人只要在买卖合同中约定了限制性条款，专利权用尽规则条款就不再适用了。这将大大削弱这一条文的立法目的的实现。
工业价值链计划通过制造业顶层框架体系设计，以大企业为核心，纳入中小企业，通过一定的接口形成互联耦合的创新网络，从而形成一种积木式的创新。这一计划是在日本意图解决智能制造中小企业低端重复性技术开发问题而提出的一种策略。工业价值链计划的实施秉承互联制造、耦合创新和以人才为核心的三个理念，寻求智能制造领域的技术突破，通过“宽松耦合”优化现有的先进制造系统，为互联会员企业的转型升级提供一个生态协同创新运营平台，减少构建复杂目标模型的时间、人力和资金成本。这种模式具有快速、柔性等特点，便于评估生产流程，有利于实现弹性开发，可持续有效应对多变的未来市场需求，保持企业核心技术竞争优势不会受到技术特性调整的影响(5) Industrial Value Chain Initiative：Cyber Physical Manufacturing Platform，Industrial Value Chain Reference Architecture(IVRA). 。
日本是全球发展智能制造较早的国家，通过构建坚固的网络化创新环境、完善多层次人才培育体系和突破下一代智能制造核心技术等三项重要举措不断强化日本机器人产业的全球竞争优势。
表 2“东京倡议”提出推进互联工业的五个重点领域
资料来源： 作者根据相关资料整理。
(四)制造业白皮书
《日本制造业白皮书》是日本政府针对本国支柱产业制造业实施相关政策和举措的研究报告，由经济产业省、厚生劳动省、文部科学省等三个部委联合制定，自2002年始每年第二季度发布一期，现已发布17期。
《日本制造业白皮书2016》为应对第四次产业革命中生产现场的工序改革和商业模式自身变革，对日本制造业进行顶层体系设计，机器人、物联网和工业价值链构成了日本智能制造的核心运作体系。为了推进实现生产性革命的研究开发，让制造业企业获得新的价值，日本利用“官产学研”合作推进本国先进的计算测试分析技术和机器制造领域的技术开发，提倡以制造服务解决方案为目标的“制造+企业”变革，依靠智能制造技术为产品添加新价值，提高制造效率和高附加价值化，支撑制造产业的国际竞争力。(10) 経済産業省、厚生労働省、文部科学省：「ものづくり基盤技術の振興施策」、経済産業省製造産業局ものづくり政策審議室「2016年版ものづくり白書」2016年5月20日。 《日本制造业白皮书2017》聚焦国际环境威胁，致力于缓解由于日元升值引起的日本制造业发展缓慢问题，采取了制造业回归的战略性撤退，同时加强国内智能制造的整体布局，提升智能制造创新能力。(11) 経済産業省、厚生労働省、文部科学省：「ものづくり基盤技術の振興施策」、経済産業省製造産業局ものづくり政策審議室「2017年版ものづくり白書」2017年6月6日。 《日本制造业白皮书2018》明确将互联工业作为制造业发展
战略目标，突出工业核心地位，与美国工业互联网建立不同的定位。(12) 経済産業省、厚生労働省、文部科学省：「ものづくり基盤技術の振興施策」、経済産業省製造産業局ものづくり政策審議室「2018年版ものづくり白書」2018年5月29日。
(五)科学技术创新综合战略
终实现并提升智能制造效率(7) Industrial Value Chain Initiative：Strategic Implementation Framework of Industrial Value Chain or Connected Industries，Industrial Value Chain Reference Architecture-Next(IVRA-Next). 。
三、日本智能制造发展经验对我国的启示
(一)构建完善的智能制造顶层设计体系
从《日本制造业白皮书》到《科学技术创新综合战略》都对日本未来高科技产业、智能制造产业发展方向进行了动态规划，构建了完善的顶层体系，决定了日本未来智能制造产业的发展方向，奠定了其在智能制造领域全球领先优势。一是对智能制造系统进行整体规划，结合制造企业的现状、业务痛点等共性问题，通过智能制造评估定位企业智能化水平，制定合理的实施计划，也可以引进第三方合作，为企业提供规划、评估等咨询服务。二是按照“试点突破、全局发展”的原则，由点带面推动智能制造全生态链发展。对智能制造企业进行全面评估，选取在技术领域具有发展潜力的试点企业，大力支持其在研发、集成应用和生产服务等领域先行先试，实现突破式创新，形成可复制推广的新技术、新模式，带动智能制造发展的根本性突破。三是探索政策创新，成熟一批推广一批。探索实施智能制造应用的梯度扶持，按照企业自动化、智能化和智能制造示范等三个层次，实施分类培育，满足不同层次企业发展需求。
(二)提升智能制造核心技术支撑
以物联网为核心的智能制造体系、互联工业战略、机器人新战略、工业价值链计划等战略举措能够顺利实施都得益于日本强大的核心技术支撑。一是推进联合协作创新。按照积木式创新理念做好人工智能技术创新的规划和设计，明确产业智能化在不同行业领域、不同研发阶段和不同技术需求所具备的不同特征，有规划地组织和引导人工智能企业、科研机构和研发团队通过合理的分工协作开展差异化研究，推进创新成果的有效对接，避免出现大面积重复性低质化创新。二是加快智能制造共性关键技术研究及生产线智能化提升改造，构建自动化、柔性化、智能化开放式制造平台，鼓励开展具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的边缘计算领域研究，优化工业云数据精准度和可靠性，减少集中的大众化基础研究，提高人工智能研究层次，提升智能化技术创新效率。三是加大工业软件产业扶持力度，鼓励具有一定实力的投融资机构和企业与软件企业开展合作，引导软件企业结合云计算、边缘计算等先进技术实现工业软件产品的研发创新，与上下游企业组成供应商联合体，形成能力互补的解决方案，构建工业软件生态体系。
(三)完善和强化创新平台建设
日本智能制造每个发展阶段都贯穿着“官产学研”合作，通过企业间的互联实现资源共享，在政府参与下为智能制造产业发展构建技术、生产、运营和服务平台，推进新一代智能制造技术、产品和模式持续创新。一是培育人工智能产业示范区，选择一批“两化融合”发展基础好的特色产业园区，构建“互联网+”集聚区新业态、新模式，建立园区综合智能系统，实现园区运行管理和服务数字化、智能化。二是推进互联网工业平台建设，夯实较早推进工业互联网发展行动计划的基础和优势，抢抓“互联网+先进制造业”新一轮发展机遇，充分发挥工业互联网产业联盟的桥梁作用，带动企业智能化升级改造、工业互联网平台建设和企业云上平台。三是推进智能工厂自动化集成商建设，加快智能设备、智能控制系统及工业互联网等各个层级的互联互通与系统集成，满足制造业设计研发、生产制造、运营管理、精准服务和物流调度等不同细分需求。
策略：根据题意确定电路的连接方式，滑动变阻器的控制作用，电压表、电流表要注意量程的选择，电流要“正进负出”。有电压表的最后并联在所测电路两端。
(四)建立完善的智能制造服务体系
日本的智能制造发展战略都融入了完善的服务体系，机器人新战略将构建完善的机器人应用环境作为重要内容，工业价值链参考架构提出了制造业全面质量管理体系，互联工业将服务体系作为企业互联的桥梁和纽带。一是打通上下游产业链与服务链，支持面向人工智能领域的服务定制和服务交易，支持各种环节实时在线服务，构建覆盖人工智能整个行业、贯通产业全流程、全要素的全方位服务体系。二是组织开展智能制造专业论坛与培训，针对制造企业对智能制造涉及的新技术和新理念，如边缘计算、工业大数据、CPS、工业APP等，为制造企业更准确理解和推进智能制造提供学习交流平台。三是建设一批行业级、企业级工业大数据与工业云服务平台，依靠云计算、大数据、物联网等新兴信息技术，把研发、生产、物流、市场和销售等环节都统一到智能数据平台上，全面构建人工智能全产业链服务体系，培育社会化、共享化、网络化的人工智能产业新模式，促进社会多元化生产资源协作和产业链资源有效整合。
(五)构建智能制造产业生态体系
日本智能制造不仅拥有十分完善的产业链，还拥有在全球占有明显优势的领军企业，不断推进智能制造产业模式创新、业态创新和产品创新，有效带动智能制造的整体提升。一是打造一批智能制造领军企业，引进、培育和扶持一批智能制造骨干企业，重视单项技术的研发以及智能制造小微企业的发展。二是通过产业链加快智能制造落地。有针对性地在智能制造行业和产业链相关行业领域的智能制造骨干企业实施以产业转型升级为目的的智能制造全面提升工程，带动智能制造产业链上下游企业和配套行业开展针对性的智能化升级，形成良性循环。三是加快制造模式和业态创新。围绕机械装备制造、信息电子、医药生物等智能制造重点融合行业，鼓励企业探索推广离散型、流程型的大规模个性化定制、远程运维服务和网络协同制造等智能制造新模式，可探索在机械装备制造领域实施远程运维服务模式、在石化领域推广全生产过程能源优化管理模式等。
(六)补齐智能制造企业发展短板
自日本开始实施智能制造发展计划以来，在人工智能、机器人、智能化精益生产等高技术领域取得了突破性发展，实现了传统制造业与先进技术的深度融合。一是重视智能制造企业的收益率指标情况。在加速发展智能制造企业科技研发的同时，强调净资产收益率指标的重要性，充分反映了制造企业的附加价值。二是构建完善的商业模式。智能制造企业所生产的产品仍然是以国际、国内市场终端消费、客户服务作为主要目标，技术创新、产品研发需要以市场需求为导向，加强捕捉市场机会的敏锐性，不要单纯偏执于技术创新，有效满足市场需求的创新创造才能最大限度发挥智能制造的商业价值。三是建立运行高效灵活的现代企业制度。以应用智能技术为核心实现产业升级转型的同时，也要实现企业制度的现代化。当面临技术改进和技术革新的选择时，如何跨越这道“创新陷阱”，打破因循守旧的固有思维，开拓进取的现代企业制度将起到积极的作用。
①本文是天津社会科学院重点项目《高质量发展视角下天津智能制造发展路径及对策研究》(19YZD-10)阶段性研究成果。
本文作者： 王立岩 天津社会科学院经济分析与预测研究所 研究员；李晓欣 天津社会科学院经济分析与预测研究所 助理研究员
责任编辑：张 倩
DOI： 10.19498/j.cnki.dbyxk.2019.06.012
标签：日本论文; 智能制造论文; 经验借鉴论文; 启示论文; 天津社会科学院经济分析与预测研究所论文;