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信息化推动我国制造业绿色化转型发展策略研究
2017-08-18 09:40:00  来源:江苏长江经济带研究院  作者:刘小林

  信息化推动我国制造业绿色化转型发展策略研究

  摘要

  当前,我国已成为世界第一制造业大国,“中国制造”正加速走向全球。但另一方面,我国工业发展高投入、高消耗、高排放、低产出、少循环、不可持续的特征依然明显,生态资源保护和环境污染治理所面临的形势日益严峻。“十三五”时期是我国经济结构调整和制造强国建设的重要战略机遇期。随着新型工业化、城镇化、信息化、农业现代化新“四化”的同步推进,超大规模内需潜力不断释放,我国工业将迎来广阔发展空间,绿色工业将成为我国工业转型发展的必由之路。从信息化发展的视角,深入分析绿色制造、绿色工业与新一代信息技术革命融合发展的核心机理与发展趋势,综合研判国内外信息化推动绿色制造发展战略的最新动态,剖析我国当前信息化推动绿色制造发展面临的突出问题,从加快实施智能制造战略和优化绿色工业发展环境两大方面给出具体的发展策略建议。

  关键字:绿色化;智能制造;绿色工业

  当前,全球正处于第四代信息技术革命浪潮的前沿,以云计算、大数据、人机交互、移动互联网等为代表的新一代信息技术体系快速突破,并不断与新能源、新材料、先进制造、生物技术等技术族群深度融合、协同进化,成为引领产业技术体系和发展路径创新、进而引发产业革命的核心动力。另一方面,受全球经济复苏缓慢、资源环境压力持续增大等外因的共同作用,全球各制造强国纷纷制定数字化转型发展战略,积极布局智能制造生产体系,谋求占领新一轮产业经济发展的制高点。我国作为最大的发展中国家,正遭受日益严重的环境资源挑战和全球政治博弈压力。因而,推动工业节能减排、构建绿色可持续发展的生产体系,已经成为政府施政纲领中的重要攻关课题。

  一、绿色制造是信息技术与传统制造业深度融合产生的新型发展模式

  新一代信息技术从工业基础技术创新、车间、行业三个维度创新传统制造业发展模式。

  从工业基础技术创新来看,工业云、增材制造、平台操作系统等技术的运用将有效提升工业基础材料、工艺、核心元件的设计和加工制造能力,推动核心基础零部件(元器件)、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础即“工业四基”不断突破,创新制造行业基础技术体系。

  从车间来看,工业互联网、传感网络、工业APP、工业大数据应用等一批信息技术规模化渗透,将推动现有工业设计、加工、组织流程产生深刻变革。在设计环节,基于虚拟制造模拟产品设计和生产过程,能够大幅降低产品在研发和实验阶段的试验品生产成本和测试成本,缩短开发周期,实现生产废料最少化。在生产和组织加工环节,依托互联网络协同制造优化生产组织关系,科学制定生产计划,从而提升资源配置效率,降低生产过程中的原材料、元件库存率和无效运输,消除对环境潜在的负面影响,从而减少产品生产过程中的污染物排放。例如美国波音公司在波音787项目中采用产品生命周期管理(PLM)技术搭建了完善的数字化设计、仿真和制造环境,对飞机零件设计、生产、装配和测试各个环节进行3D虚拟仿真建模,最大化避免产品、元件的不可制造性,极大地减少了波音787项目中的返工现象,同时将787飞机开发周期较777飞机压缩整整一年。

  从行业来看,基于互联网络能够实现产业链上下游各环节之间的紧密配合和联动,消除地缘因素影响,在网络空间重构一个高度协同、分布式运转的智能制造生态系统,协同设计、网络制造、个性化定制、远程维护等创新生产和服务模式将得到规模化应用,能够有效降低企业与企业、企业与用户的交互成本。根据中国两化融合服务平台(CSPIII)的监测数据,开展远程在线服务、产品全生命周期管理与服务、网络精准营销的企业比例分别为19.1%、12.1%、7.9%(见图1、图2)。

  图1:企业信息化与企业按期交货率的关系

  数据来源:2016年中国两化融合发展数据地图

  图2:企业信息化与企业库存资金周转率的关系

  数据来源:2016年中国两化融合发展数据地图

  图3:信息技术与企业产能利用率的关系

  数据来源:2016年中国两化融合发展数据地图

  二、以信息化推动绿色制造是实现制造强国的战略目标与重要方向

  从实现路径来说,绿色制造包括两大方向:一是生产原材料、设备和科技工艺的升级换代,即行业本身核心技术体系的不断突破。如《中国制造2025重点领域技术路线图》中提出:要加快结构-功能一体化建筑材料等先进建筑材料研发,实现保温、隔热、防水、防火、装饰等功能一体化。二是在各行业领域内部,通过信息技术的深度利用,推动生产和应用各部件、各环节、各行业之间信息的快速流通和交换,从而使得企业生产流程简化和服务模式创新成为可能。例如目前广泛应用于钢铁冶炼环节的“一罐到底”集中管控系统,通过物联网技术实时监测高炉和铁水罐的运行状态,动态调整物料平衡和热平衡,转换转炉装入模式和操作模式,从而减少生产环节,大幅降低因为转炉带来的温度损耗,减少冶炼废物排放。

  而信息化对于制造业的影响和变革体现在四个方面:一是基于生产流程的数据采集和数据分析,实现生产制造全流程、全生命周期、全价值链的动态优化,最大限度提高各类生产要素的综合利用效率。二是实现市场供需的精准匹配,实现大规模个性化定制。三是提供基于网络平台的远程运维与售后服务,实现制造行业的服务化转型。四是基于信息技术开展工业生产全流程的数据采集与分析建模,驱动行业基础工艺和原材料取得创新突破。

  从信息化视角来看,信息技术与工业生产全流程的深度融合,能够引发一系列生产和服务模式变革,由此带来的必然结果是提高企业产能利用率,推动企业生产成本和污染排放量不断降低。绿色制造与制造业数字化转型殊途同归,信息技术的深度利用将成为绿色制造发展的必由之路。

  三、欧美等国先后制定国家战略,加速制造业绿色、智能化转型升级

  纵观全球,当前各国无论是发达国家还是新型经济体,都把发展绿色制造作为赢得未来产业竞争的关键领域,纷纷出台国家战略和计划,强化实施手段,而以新一代信息技术为核心驱动力的信息产业,以及由信息技术催生和不断壮大的绿色技术体系成为各国绿色制造战略布局的重点。

  欧盟作为全球绿色经济发展的倡导者和领先者,早在2006年就开始启动一系列绿色化转型发展战略。2006年3月,欧盟委员会正式发布了题目为《获得可持续发展、有竞争力和安全能源的欧洲战略》,提出加大对能效提升、清洁和可再生能源的研究和开发投入等措施建议。2008年,出台《欧盟能源气候一揽子计划》,明确温室气体排放量、清洁能源消费占比等量化指标。2010年10月,欧盟委员会发布《未来十年能源绿色战略》,提出 7大计划,而最引人关注的就是“欧洲数字化议程”计划。该计划明确了数字化是今后欧盟经济发展的主要推动力,并从提升成员国公民网络带宽、网民比例、电子政务服务普及率、电子商务等方面提出一系列具体目标,为产业绿色化转型发展提供了良好的信息基础和发展环境。

  美国以先进制造为切入点,通过构建技术创新研发体系和加强高技术人才培育等举措,推动本国庞大的制造产业数字化转型发展。绿色制造作为其中的一个重要发展方向,被纳入重点攻关技术体系框架。2014年,美国总统科技顾问委员会(PCAST)发布《提速美国先进制造业》的报告(又称“先进制造伙伴计划2.0”),首次将“可持续制造”列入11项振兴制造业的关键技术,强调在包括增材制造、先进复合材料、数字化制造和设计、智能制造、生物工程、生物打印等在内的国家创新网络重点领域研究过程中,突出可持续化发展技术研究,目标是实现产品生产过程中减少能源消耗、温室气体排放、废物产生、不可再生或有毒物质的使用,凸显环境友好性。

  法国政府于2013年9月推出了《新工业法国》战略,旨在通过创新重塑工业实力,使法国处于全球工业竞争力第一梯队。该战略聚焦三大问题,即能源、数字革命和经济生活,其中共包含34项具体计划。在能源方面,包括可再生能源、低能耗汽车技术及产业(百公里油耗2升以内)、充电桩、绿色船舶、回收和绿色材料、建筑物节能改造、智能水管理、生物燃料和绿色化学等,涵盖机械加工制造、电力、建筑、城市供水等多个行业和应用领域。时隔不到两年的2015年5月18日,法国政府又推出《新工业法国II》。该战略以“德国工业4.0”为样本,大幅调整战略布局,以数字制造、智能制造为核心,部署九大战略支点,环保汽车、新资源开发、可持续发展城市、智能电网等绿色化发展方向被再次纳入其中,成为未来一段时间指引法国工业转型重点发展方向。

  从具体实践来看,各国政府和企业先后推动一批应用落地实践,并且取得了积极成效。如Google将自行设计的DeepMind AI系统部署在内部数据中心中,通过人工智能控制数据中心服务器和制冷系统等多个组件高效运行,其2014年全年节省耗电量达到440万千瓦时,相当于近37万户美国家庭用电量,其数据中心能源使用效率(PUE)值因此而下降了15%,达到1.12,相当于所有电能都用于计算领域,能耗减排已经被压缩到极致。再如英国伦敦政府以贝丁顿社区为试点,推动低碳可持续发展社区建设,通过积极采用多种可再生能源,以信息技术优化能源循环体系设计,辅以新型建筑材料,平均可节约81%的社区总供热能耗以及45%的电力消耗。

  四、我国积极跟进,先后出台相关战略举措,抢抓战略转型机遇

  从我国产业结构来看,制造业是我国国民经济主体,是立国之本、兴国之器、强国之基。2015年,我国制造业产出占世界比重达到22%,连续6年保持世界第一大国地位。制造业领域创新要素总量接近世界前列,创新能力不断增强。

  但相较发达国家来看,我国工业总体粗放式生产模式仍占主导地位,资源问题成为严重制约因素,能源利用效率偏低。此外,工业循环利用体系不健全,绿色制造法律法规和标准规范体系不完善。

  我国高度重视工业制造绿色化转型发展基本要求。“十二五”以来,国家层面先后编制出台了工业节能、清洁生产、资源综合利用和环保装备发展等专项规划,指导各地工业产业向清洁生产模式转型。2015年5月,国务院正式印发《中国制造2025》,首次体系化地明确我国工业绿色制造发展目标和路径。当年12月,由工信部牵头,联合工程院、发改委能源研究所等单位,启动我国首批11个区域工业绿色转型发展试点城市建设,推动资金、技术、规划、培训等资源整合,探索建立联动机制推进工业绿色转型发展。2016年4月,工信部印发《绿色制造2016专项行动实施方案》,逐年制定工业绿色化改造重点任务和具体分工,将绿色制造战略分解落实到各相关单位。同时,工信部还联合国家开发银行等单位,启动一批绿色发展重点示范项目建设和成效评估,领域覆盖工业节能节水技术改造、数字能效提升、重点行业企业清洁生产改造、资源综合利用、节能环保产业等方面。

  五、我国绿色制造发展环境不完善,企业面临技术、成本多重压力

  我国制造业当前仍未能改变高能耗发展特征,工业领域耗能占全社会比例达到70%左右。从细分领域来看,近年来我国钢铁、有色金属冶炼、建材、石化、化工、电力六大高能耗行业能耗占比不降反增,从侧面反映了受当前宏观经济下行影响,工业制造主导行业依然还在延续高能耗发展模式,技术改造作用有限。其背后有两个方面的原因。

  一方面,当前我国制造业绿色化转型普遍存在技术瓶颈,部分行业关键生产环节和用能环节能效与国际先进水平差距依然很大。工信部发布的《全国工业能效指南(2014年版)》显示,我国钢铁、金属冶炼、化工、电力等行业生产环节多项能效指标低于发达国家水平。例如粗钢生产的烧结工序、球团工序、高炉工序等环节,单位产品能耗普遍低于发达国家先进水平20%~30%;粗铅冶炼等环节能效指标差距达到35%左右。

  另一方面,截至2016年年末,我国工业企业总数达到37.91万家,其中小型工业企业总数达到31.57万家,占全国工业企业数量的83.3%,主营业务收入占工业企业收入总量的37.9%,成为支撑我国工业产业发展不可或缺的生力军。但与此同时,中小企业普遍面临投融资难、融资成本高等问题。具体说,对工业增加值贡献率不到30%的国有企业占用了70%以上的银行贷款,但创造了70%的国民生产总值的非国有企业只获得30%的银行贷款。因此,导致中小工业企业绿色化转型缺乏基本的资金支持和转型发展空间。2017年1月渣打发布的中国中小企业信心指数(SEMI)显示,我国当前中小企业增长动能指数已由12月的14.3降至10.1,中小企业经营现状指数下降2.5个百分点至55.3,表明中小企业实际经营活动放缓。1月银行对中小企业放贷意愿指标降至50.5,为自2014年12月以来最低水平,表明银行授信支持力度减弱,预计2017年我国中小企业银行贷款难度将进一步增大且融资成本维持高位。

  六、对我国加快推动制造业绿色化转型发展的几点建议

  1、推动落实工业智能制造发展战略,加快能耗监测体系建设,持续推进清洁能源替代进程

  (1)持续推进智能制造、绿色产业试点示范工程建设及试点效果跟踪。具体包括:形成一批智能制造改造标杆项目,推进信息技术在传统工业企业尤其是高耗能企业中的普及应用,推进传统高耗能企业节能减排工作,并及时向社会公布试点成效,为行业以信息化推动绿色化转型提供模式借鉴;加快构建绿色工业体系,限制“三高”(高耗能、高污染、高排放)产业发展,淘汰电力、煤炭、钢铁、水泥、有色、焦炭、造纸、制革、印染等重点行业的落后产能;大力发展绿色金融、绿色物流、节能环保服务业等绿色服务业,促进传统服务业绿色转型。

  (2)加快推动重点地区、重点行业主体用能能耗监测体系建设。具体包括:搭建国家级能耗监测平台,重点针对高能耗企业和建筑单位部署水、电、气、煤等能耗监测点,加强能源消费主体用能监测水平,为政策制定和实施提供基础数据支撑;建立区域能耗评估模型和能耗评估数据库,合理设置地区能源消耗评价指标体系,研究制定东、中、西部各地区能耗利用及废弃物排放指数,以评促改,分级分类推动我国工业绿色化发展;推动煤炭清洁计划不断落实,细化和完善企业和个人清洁煤炭使用考核办法,创新清洁煤炭使用补贴机制,提高企业和个人清洁煤炭使用积极性。

  2、降低企业投融资成本,优化工业绿色化发展环境

  (1)加强工业绿色化转型装备升级替代的资金支持,完善企业绿色发展投融资服务体系,拓展服务手段。具体来说包括:机构建设方面,国家层面设立中国生态发展银行,引导地方积极研究设立绿色银行,创建绿色投资基金和环境友好型对外投资机构,为企业提供绿色化改造资金支持; 政策扶持方面,为企业提供包括绿色贷款贴息、绿色债券和绿色IPO等专项政策扶持;融资支持方面,建立绿色生产的多元化投融资机制,鼓励企业开展合同能源管理等方式,通过市场渠道筹集节能减排资金,积极引导和鼓励风险投资、股权投资、融资担保、商业银行、证券、基金以及互联网金融等各类投资参与。

  (2)完善行业绿色化发展管理制度体系,强化政策引导作用。具体来说包括:在制度机制方面,加快推动绿色评级、绿色指数、绿色投资者网络等机制和评价制度建设,强化制度规范和保障支撑,推动企业绿色化发展;在市场机制方面,深化排污交易试点改革,推动建立碳交易市场,加快出台排污交易及碳交易管理条例,建立健全污染排放交易机制;法律基础方面,建立违法违规强制披露、银行环境责任等法律规范,加强对于违规行为的惩治力度;标准体系方面,完善绿色技术、绿色产品标准体系,强化绿色技术和绿色产品的核查认证,实施绿色技术、绿色产品标识制度。

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  参考文献

  [1]. 欧阳劲松,刘丹,汪烁,丁露. 德国工业4.0 参考架构模型与我国智能制造技术体系的思考[J],自动化博览,2016(3):63-66.

  [2]. 张陶新,曾熬志.中国交通碳排放空间计量分析,城市发展研究[J].2013,20(10):14—20.

  [3].王拴虎.可持续发展与绿色制造[J],机械制造,2004,42(7):25-27.

  出版源

  《世界电信》2017年01期:17-22

  ———— 作者简介 ————

  刘小林:北京邮电大学工学硕士,现就职于中国信息通信研究院产业与规划研究所信息化应用研究部,主要从事信息化应用、互联网、智慧城市等领域相关政策研究、规划咨询和产业研究工作。

(转载需注明来源:江苏智库网)
  编辑:徐晓冬