3.3 国外智能制造装备产业发展经验
3.3.1 美国智能制造装备产业的成功经验
美国是当今世界头号经济强国，更是装备制造业大国。自20世纪20年代起，美国以轿车制造业、军工产品制造业为标志，一度处于世界装备制造业的领军位置，使得美国在第二次世界大战与苏联的军备竞争中立于不败之地。但自20世纪70年代后期至80年代初期，美国受“第三次浪潮”的影响而强调发展第三产业，削弱了装备制造业对国民经济健康发展的保障作用。美国曾一度将制造业称为“夕阳工业”，制造业不像以前那样受重视，政府转而支持第三产业和信息产业。在此期间，美国政府对制造业的科技研发投入、产业扶持的力度明显减弱，致使制造业水平明显落后，国际竞争力严重下降，其制造业领先地位遭到国际竞争者的严峻挑战。
1973年，全球出现石油危机，日本节能型轿车乘机大举进入美国市场，这是美国传统机械制造业衰退的标志。1983年，日本轿车产量首次超过美国，从而取代了美国轿车制造业的霸主地位。与此同时，美国的机床等其他装备制造产品在国内市场的竞争力也明显低于日本、德国乃至韩国。由此带来的影响是，美国的物质生产受到削弱，对外贸易赤字也持续攀升。
面对现实，美国政府认识到经济霸主地位正在受到威胁，由政府亲自出面组织、协调并支持产业的发展。从20世纪80年代起，美国组织了各专门委员会，从农业、科技、教育等各个方面对美国制造业和制造技术进行了深刻反省。美国国家安全局对61个国家的数据研究表明，“机械的积聚是国家生产力增长的主要决定因素”。美国辛辛那提大学的研究报告指出，“美国的主要工业在国际上保持竞争优势取决于在国际上最早获得新一代的机器设备”。着眼于21世纪制造业的发展，美国政府积极支持并参与学术界和企业界制定的“21世纪制造企业战略”，期望以此改变制造业的衰退局面。从此以后，美国政府强调发展制造技术，将其列为国家关键技术前六大领域之一。同时，美国政府改变了技术政策，第一次由政府出面组织、协调和支持产业技术的发展，成立了国家制造科学中心和制造信息资源中心，并相继出台了促进制造技术发展的“先进制造技术计划”和推动制造技术推广应用的“制造技术中心计划”。1994年是美国的制造技术年，先进制造技术是唯一重点支持的科技领域。
2005年，美国国家标准与技术研究所（NIST）提出了“聪明加工系统（ smart machining system，SMS）”研究计划，包括：①系统动态优化。即将相关工艺过程和设备知识加以集成后进行建模，进行系统的动态性能优化。②设备特征化。即开发特征化的测量方法、模型和标准，并在运行状态下对机床性能进行测量和通信。③下一代数控系统。即与STEP-NC兼容的接口和数据格式，使基于模型的机器控制能够无缝运行。④状态监控和可靠性。即开发测量、传感和分析方法，在加工过程中直接测量刀具磨损和工件精度的方法。2009年4月，刚刚出任美国总统的奥巴马发表演讲，提出将重振制造业作为美国经济长远发展的重大战略。同年12月，美国政府出台《重振美国制造业框架》，详细分析了重振制造业的理论基础及优势，成为美国发展制造业的战略指引。随后奥巴马政府从战略布局、发展路径到具体措施，逐步展开，完成了制造业创新计划部署。2011年6月，美国正式启动“先进制造伙伴计划（Advanced Manufacturing Partnership Plan）”，同日发布“实现21世纪智能制造”的文件，旨在加快抢占21世纪先进制造业制高点。2012年2月进一步推出“先进制造业国家战略计划”，通过积极政策，鼓励制造企业回归美国本土。上述计划包括两条主线，一是调整、提升传统制造业结构及竞争力，二是发展高新技术产业，提出发展包括先进生产技术平台、先进制造工艺及设计与数据基础设施等先进数字化制造技术。意图通过采用21世纪的数字信息技术和自动化技术，加快对20世纪的工厂进行现代化改造过程，以改变以往的制造方式，借此获得经济、效率和竞争力方面的多重效益。2012年3月，奥巴马首次提出建设“国家制造业创新网络”，建立最多45个研究中心，加强高等院校和制造企业之间的产学研有机结合。2012年8月，美国政府和私营部门联合出资8500万美元成立了“国家3D打印机制造创新研究所”。2013年1月，美国总统执行办公室、国家科学技术委员会和高端制造业国家项目办公室联合发布了《国家制造业创新网络初步设计》报告，投资10亿美元组建美国制造业创新网络（NNMI），集中力量推动数字化制造、新能源以及新材料应用等先进制造业的创新发展，打造一批具有先进制造能力的创新集群。2013年5月，美国政府宣布提供2亿美元联邦资金，成立“轻型和当代金属制造创新研究所”“数字制造和设计创新研究所”和“下一代电力电子制造研究所”三个制造业创新中心。这一创新网络的重点研究领域包括：开发碳纤维复合材料等轻质材料，提高下一代汽车、飞机、火车和轮船等交通工具的燃料效率、性能以及抗腐蚀性；完善3D打印技术相关标准、材料和设备，实现利用数字化设计进行低成本小批量的产品生产；创造智能制造的框架和方法，允许生产运营者实时掌握来自全数字化工厂的“大数据流”，以提高生产效率，优化供应链，并提高能源、水和材料的使用效率等。据美国智库威尔逊中心发布的《全球先进制造业趋势报告》，美国研发投资量位于世界首位，其中3/4投向制造业，在合成生物、先进材料和增材制造等先进制造业领域优势明显。分析人士认为，在政府和私营部门的大力推动下，美国很有可能出现以无线网络技术全覆盖、云计算大量运用和智能制造大规模发展为标志的新一轮技术创新浪潮，美国智能制造技术产业保持高水平发展。
从美国装备制造业的成功经验中可以看出，一贯实行“加强竞争和开放市场”经济战略的典型市场经济国家，在发展制造业中也离不开政府的支持，政府在产业竞争力提升中起到“催化剂”的作用，装备制造业更是如此。但是，美国政府支持的侧重点与日本有所不同，美国一直把技术作为政府支持的重点，通过促进提高技术创新能力来达到产业竞争力提升的目的。
3.3.2 日本智能制造装备产业的振兴之路
日本是较为成功地运用法律、政策等手段实现装备制造业振兴的国家，为装备制造业的现代化发展提供了良好的制度环境。日本振兴装备制造业始于20世纪50年代中期。其标志是1955年的《石油化学工业扶持政策》，1956年的《机械工业临时措施法》，1957年的《电子工业临时措施法》，后两个法规以基础机械、通用零部件和出口机械等三十多种机械产品为振兴对象，由日本开发银行和中小企业金融公库根据合理化计划进行特别贷款。
1. 立法保障和长远规划
1970年，日本为振兴计算机产业，制定了《关于信息处理振兴事业协会的法律》，重点发展计算机硬件。1971年，日本在原有《机械工业临时措施法》《电子工业临时措施法》的基础上修改制定了《振兴特定电子工业及待定机械工业临时措施法》，重点扶持汽车和计算机产业。1978年，为了促进软件产业的发展，日本制定了《振兴特定信息产业临时措施法》。日本在为机械信息产业立法的同时，规定了相应的国家补贴和财政补贴等措施，为企业的发展提供了大量的资金。
1999年3月，日本政府颁布了《制造基础技术振兴基本法》，日本政府认为，即使在未来的信息社会，制造业始终是基础战略产业，必须持续加强和促进制造业基础技术的发展。该法案通过改善税收政策、提高福利待遇等措施，以确保有丰富经验的技术工人不会流失，并加强了企业、大学和科研院所的合作。
2. 技术创新导向的政策保障
日本在加入OECD（经济合作与发展组织）之前，对于3万美元以上的技术引进合同，制定了严格的审查标准，其主要包括：防止引进妨碍本国技术发展和产业化的技术，防止由于垄断性地引进广为利用的技术，而阻碍国内重要产业的健康发展等。随着日本产业竞争能力的增强，日本政府认为有必要减少对技术进口的限制，于1968年制定了《关于引进技术自由化法》，除了飞机、武器、火药、原子能、宇宙开发、电子计算机、石油化工技术仍然需要个别审查以外，一般技术实行引进自由化。
3. 均衡发展的企业政策
1963年，日本通产省产业结构调查会提出了“新产业体制论”，即为适应战后科技革命对产业大型化的影响，针对日本企业生产规模和经营规模小，企业在价格、设备投资、技术开发等方面过度竞争的状况，加强企业的联合和兼并，制约过度竞争，通过扩大企业的规模经济效益，增强了企业的国际竞争力。
为了防止产业结构二元化，日本政府在20世纪60年代后期，通过了《中小企业指导法》《中小企业现代化扶持法》等法规来促进中小企业的发展，并促进中小企业和大企业建立密切的协作关系，成为大企业的转包企业，纳入以大企业为中心的企业系列，为中小企业开辟产销渠道，并提高技术和管理水平，增强竞争能力和产品的市场占有率。大企业也通过参与资本、提供设备、派遣技术和管理人员等途径大力扶持零部件企业，建立专业化协作生产体制。到20世纪70年代，日本产业结构二元化现象基本消除。
4. 积极鼓励的财税政策
1957年，日本政府实施的《租税特别措施法》，对企业符合要求的设备提供特别折旧。1958年，制定了《新技术企业化用机械设备特别折旧制度》，对实验设备的改造提供补贴。1966年制定的《扣除试验研究费的税额制度》规定，如果企业在该制度的适用年度进行试验研究需要的费用，超过以前每年试验研究的最高额，超额部分按一定比率扣除税额（20%）。
日本开发银行和中小企业金融公库为日本制造企业提供贷款，日本开发银行于1964年设立“重型机械开发”贷款，1968年设立“新机械企业化”贷款，这两个政策和1951年的“新技术企业化贷款”一起形成“国产技术振兴资金贷款制度”。1970年，中小企业金融公库实行《国产技术企业化等贷款制度》，对新技术的企业化以及新机械的商品化试验提供低息贷款。
日本政府为企业提供直接的研发补贴和委托研发拨款，引导企业开展重点领域的研发活动。1966年，日本制定“大型工业技术委托研发费”，主要促进新技术和新产品开发，在尖端领域中选定题目，委托企业进行研究；1967年制定《技术改善补助金制度》；1968年制定《国际竞争力制度》；1972年制定《保护扶植产业制度》；20世纪70年代，日本政府拨款资助三菱、东芝、日立公司开发超临界火电机组；20世纪80年代，日本政府又拨款资助开发超导实用技术。据统计，为高技术产品研制提供政府拨款的费用，在日本全年研发费用中最高比例达到40%。
5. 银行支撑的金融政策
以全国性都市银行和地方银行为代表的商业银行体系，为企业提供短期贷款为主的金融业务，以长期信用银行、债券信用银行为代表的信用银行体系，则为企业提供中长期的贷款。在企业融资的过程中，通产省的金融政策发挥了重要作用。通产省在引导金融机构向企业注入资金时，根据企业的素质、市场占有率、经济规模、产品水平等方面，严格规定了获得优惠贷款的条件，并在争取政策优惠贷款方面，鼓励企业公平竞争。
6. 适当的关税保护政策
战后的日本对产品进口采取了进口配额限制和高关税壁垒，以保护本国产业，日本加入GATT（关税和贸易总协定）后，逐步取消了数量限制，但是在贸易自由化中加强了关税抑制进口的作用。1961年和1962年，日本对当时执行的关税体制进行了改革，一方面随着产业竞争力的提高，逐步降低相关产品的关税；另一方面将部分商品由从价税改为从量税，制定紧急关税制、关税配额制、混合关税制等灵活的保护关税制，更重要的是建立了针对不同的产业实行生产资料低关税、消费资料高关税，针对不同的生产加工阶段实行初级产品、原材料低关税，最终产品高关税的“倾斜的关税结构”。这种新的保护结构，大大提高了保护的有效性。
7. 巧妙的非关税保护措施
制定国内税法，使国外产品在日本市场处于不利地位。日本对汽车曾征收过物品税，小型乘用车15%，中型乘用车30%，高级乘用车50%。由于日本在战后初期只生产小排量汽车，与欧美相反，实际上对欧美车的销售起到了遏制作用。出口到日本的产品要符合日本政府规定的复杂技术标准，通过长时间的检查。日本政府各个部门都可以制定一些行业规定，这些规定明显不利于外国商人进入日本市场，如日本建设省制定了很多参加投标的建筑标准。比如要在日本参加多少年的建设经历才可以投标，实际上排挤了外国的建筑商。文化、习惯因素的保护作用是无形的非关税壁垒，日本人在经济活动中有很多独特文化形成的交易方式，使外国人摸不着头脑，形成所谓的“弄不清的销售网络”。日本在使用非关税保护手段时，尤其在制定有关的国内法规时，有法律专家参与，十分讲究技巧。
8. 严格谨慎的外资开放政策
日本于1955年加入GATT，1964年加入OECD。OECD在资本自由化原则上要求100%的资本自由化，日本加入OECD后，自然必须履行资本自由化的义务。迫于压力，日本政府不得不宣布分步骤地开放资本市场，分别于1967年、1969年、1970年、1971年和1973年5次逐步增加对外资开放的产业，但是仍然保留了石油工业、矿业等产业，并推迟了电子计算机产业的开放时间。
9. 教育为本的人才政策
日本从20世纪50年代的20多年里，始终把教育计划作为经济计划的重要组成部分，提出了很多具体的目标和要求，为经济目标的实现发挥了重要作用。1958年，日本通过了《职业训练法》，对企业教育产生了良好的影响，很多企业采取了学校的形式对职工进行有计划的培训。同一年，日本发布《新长期经济计划》在“振兴科学技术”部分提出，“为促进引进先进技术和发展本国技术，在整顿研究开发体制的同时，要加强以高中、初中、小学的科学技术教育及充实研究为根本”。1961年，日本《国民收入增倍计划》的第三章“提高人的能力和振兴科学技术”中包括：经济发展和人的能力、振兴科学技术、确立教育及职业训练制度三个问题，并提出了普及高中等教育、充实科学技术教育、扩充职业训练、增设工业高中、扩充公共职业训练机构、加强职业指导、增招理工科大学生、培养科技人员等发展目标和具体措施。1964年，日本《中期经济计划》的第6章“提高人的能力和振兴科学技术”中指出，鉴于熟练劳动力的供应不足和国际竞争的加剧，在此条件下发展经济必须采取如下政策：提高人的能力，提高科学技术水平，丰富国民生活的内容，提高文化水平，充实后期中等教育，普及提高国民的能力水平，要充实研究生院和大学，培养高才能的人，要整顿充实职业训练制度，增招理工科大学生，增设工业高中，以培养科学家、技术员和技工，并强调为振兴科学技术而制定科学技术长期综合计划的重要性。1979年，日本发布《新经济社会七年计划》，在此计划的5项具体目标中，教育文化和学术研究占有很大比重，是实现具体目标的有机组成部分，计划要求：改善充实学校教育，谋求提高大学质量，有计划地培训人才，振兴文化，振兴学术研究，谋求发展独立的、先导的学术研究，整顿学术研究机关，努力培养优秀的科研人员。
3.3.3 德国智能制造装备产业的发展经验
德国是高度发达的欧洲头号经济强国，是位居美国、日本之后的世界第三大装备制造业强国。其中，在装备制造业中处于核心地位的机器和设备制造业是德国就业人数最多、销售额位居各工业部门第二的四大工业支柱产业之一。20世纪70年代，德国制造业的高速发展带动了机器和设备制造的快速发展。
到了20世纪80年代，由于劳动成本高、公司治理结构缺陷以及企业太重视技术层面、忽视用户偏好等原因，逐渐削弱了德国制造业的竞争力，从而制约了机器和设备制造业的发展，德国机器和设备制造业在全球市场的份额一直停滞不前，包括机器和设备制造业在内的整个制造业都存在着加大技术创新力度和调整结构的问题。
面对这一困境，德国政府积极扮演倡议者和催化剂的角色，在充分发挥企业的主体地位下，开辟了企业之间、科研机构之间以及企业和科研机构之间就“21世纪的德国制造业”“产品开发与产品制造”“企业员工素质与技术创新”等热门问题进行对话的渠道。
在联邦政府的倡议下，来自工业界、科技界、行业协会、工会和政府机构的众多专家就“21世纪德国制造业发展战略”等主题进行了广泛深入的讨论。在此基础上，联邦政府于1995年出台了《制造技术2000年框架方案》，确定了关系到21世纪德国制造业发展的六大研究重点。依照该框架方案，联邦政府在1995—1999年的五年间投入资金4.5亿马克，对没有足够自有资金进行自主研究开发的中小企业给予经济上的资助。研究开发的重点集中在机床结构优化技术、微切削加工技术、制造过程中的信息技术等七个方面。
为了21世纪继续保持装备制造业强国的地位，在后金融危机时代，德国日益感受到一些隐忧，从而提出“工业4.0”方案来加以应对。德国“工业4.0”是由德国产学研各界共同制定、以提高德国工业竞争力为主要目的的战略。德国“工业4.0”这一概念问世于2011年4月在德国举办的汉诺威工业博览会，成型于2013年4月德国“工业4.0”工作组发表的名为《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》的报告，进而于2013年12月19日由德国电气电子和信息技术协会细化为“工业4.0”标准化路线图。目前，“工业4.0”已经上升为德国的国家战略，成为德国面向2020年高科技战略的十大目标之一。
之所以称为“工业4.0”，是因为德国认为迄今为止人类已经经历了三次工业革命：18世纪末引入机械制造设备的“工业1.0”，20世纪初以电气化为基础导入大规模生产方式的“工业2.0”，始于20世纪70年代建立在IT技术和信息化之上的“工业3.0”。而支撑“工业4.0”的则是物联网技术和制造业服务化倾向的兴起。虽然技术进步是启动“工业4.0”的催化剂，但“工业4.0”的实质是德国版的发达国家“再工业化”战略，是德国2006年提出的《德国高技术战略》和2010年《德国高技术创新战略2020》的升级版。在全球制造业竞争加剧的背景下，尽管德国因其强大的制造业传统而表现较好，但依然能感受到产业空心化和传统制造业向外转移的威胁，因而未雨绸缪地提出了这一工业升级的战略。
“工业4.0”的核心是“智能+网络化”，即通过信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）构建智慧工厂，实现智能制造的目的。CPS系统建立在信息和通信技术（ICT）高速发展的基础上。基于CPS系统，“工业4.0”通过采用双重战略来增强德国制造业的竞争力。一是“领先的供应商战略”，关注生产领域，要求德国的装备制造商必须遵循“工业4.0”的理念，将先进的技术、完善的解决方案与传统的生产技术相结合，生产出具备“智能”与乐于“交流”的生产设备，为德国的制造业增添活力，实现“德国制造”质的飞跃。该战略注重吸引中小企业的参与，希望它们不仅成为“智能生产”的使用者，也能化身为“智能生产”设备的供应者。二是“领先的市场战略”，强调整个德国国内制造业市场的有效整合。构建遍布德国不同地区、涉及所有行业、涵盖各类大、中、小企业的高速互联网络是实现这一战略的关键。通过这一网络，德国的各类企业就能实现快速的信息共享、最终达成有效的分工合作。在此基础上，生产工艺可以重新定义与进一步细化，从而实现更为专业化的生产，提高德国制造业的生产效率。除了生产以外，商业企业也能与生产单位无缝衔接，进一步拉近德国制造企业与国内市场以及世界市场之间的距离。
总的来说，德国装备制造业制度变迁的显著特征是政府始终为其创造一个开放与竞争的市场体制环境。如果说创新是德国装备制造业的灵魂，那么开放与竞争性的市场体制则是德国装备制造业发展的基石。历史和现实地看，德国装备制造业的兴起、发展壮大和竞争力提升都是市场良性竞争的结果，既没有过多的壁垒与行政垄断，也没有严格的贸易和投资保护以及政府的财政补贴，更没有不公平的竞争秩序。即使在面临困境的20世纪80年代，仍然坚持以企业作为主体地位，政府只是充当倡议者的角色，建立起企业与科研机构之间的沟通渠道。然而，政府始终没有放松对中小企业的技术支持，这是因为，作为组装式工业的装备制造，其持续竞争力离不开发达的中小企业所提供的零部件、元器件等。当其他欧洲国家逐步失去了生产性，深陷“主权债务危机”的时候，德国凭借雄厚的装备工业实力支撑，在此次经济危机中受到的冲击较轻。