高錫榮，任嬌嬌，溫平川

（重慶郵電大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，重慶 400065）

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)需要大量的現(xiàn)場人力操作，柔性差、響應(yīng)慢、效率低，因而亟待向新型制造系統(tǒng)變革。當(dāng)前，隨著第五代移動通信技術(shù)逐漸進入商用，社會將邁向萬物互聯(lián)、虛實融合的新時代，在智能制造成為全球范圍內(nèi)制造業(yè)發(fā)展新趨勢的背景下，我國加快發(fā)展智能制造，推動形成新一代生產(chǎn)方式——智能制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)的建造過程就是生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的感知化、網(wǎng)絡(luò)化和鏡像化過程。生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的感知化、網(wǎng)絡(luò)化和鏡像化，一方面將會產(chǎn)生高昂的建造成本，使得智能制造系統(tǒng)的建造會遠遠超出單個企業(yè)的承受能力；另一方面又會帶來生產(chǎn)能力的劇增，使得單個企業(yè)無力消化巨額的產(chǎn)能，從而造成產(chǎn)能浪費。智能制造系統(tǒng)的投入成本和生產(chǎn)能力皆遠超傳統(tǒng)制造系統(tǒng)，但具體超出到什么程度尚需要構(gòu)建專門的量化模型進行測算。本文擬通過構(gòu)建投入產(chǎn)出模型，對智能制造系統(tǒng)的投入產(chǎn)出增幅進行量化測評，并基于測評結(jié)果提出智能制造系統(tǒng)的公共化建造及使用策略。

1 文獻回顧

中文文獻對于智能制造系統(tǒng)的研究大致分為兩個方向，一是對于智能制造的理論探討和政策解讀。張曙［1］指出智能制造具體指通過感知條件下的信息化制造，和信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合與集成，從而實現(xiàn)從產(chǎn)品設(shè)計過程到生產(chǎn)過程及企業(yè)管理服務(wù)等全流程的智能化和信息化。劉強［2］從制造技術(shù)的發(fā)展變遷和面臨的新挑戰(zhàn)出發(fā)，分析了針對智能制造內(nèi)涵及特征的認知發(fā)展過程，提出了智能制造理論體系總體架構(gòu)，包括理論基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)、支撐技術(shù)、使能技術(shù)、核心主題、發(fā)展模式、實施路徑和總體目標。臧冀原等［3］在綜合研究智能制造范式的基礎(chǔ)上，提出了智能制造的三階段范式：數(shù)字化制造、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造。孟凡生等［4］通過實證分析研究了傳統(tǒng)制造向智能制造發(fā)展的影響因素模型，并提出了相關(guān)的政策建議。湯臨佳等［5］指出智能制造是新一輪產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化變革的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，促使制造業(yè)的發(fā)展理念、競合關(guān)系等產(chǎn)生根本性轉(zhuǎn)變。二是對于構(gòu)建公共智能制造系統(tǒng)的研究。王和龍［6］在探究智能制造系統(tǒng)標準化發(fā)展時，提出通過互聯(lián)網(wǎng)和云平臺等技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)企業(yè)之間信息共享的智能制造模式。呂文晶等［7］厘清了智能制造的內(nèi)涵與主要維度，結(jié)合技術(shù)平臺相關(guān)理論，深度剖析了中國企業(yè)的智能制造實施模式、企業(yè)平臺建設(shè)過程與治理體系，為中國制造業(yè)企業(yè)實施智能制造、搭建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)級平臺提供了依據(jù)。

英文文獻對于智能制造體系的研究主要集中于相關(guān)技術(shù)對于提高智能制造系統(tǒng)效果的作用，提出了若干解決智能制造系統(tǒng)目前現(xiàn)存問題的方案。Bai［8］分析了智能制造系統(tǒng)的特點和意義，指出了智能制造系統(tǒng)面臨的問題，提出結(jié)合智能制造系統(tǒng)SDN 的概念模型。Cai 等［9］在比較制造系統(tǒng)和生物有機體系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出并描述了智能制造系統(tǒng)的概念。Huang［10］結(jié)合目前智能生產(chǎn)線遠程監(jiān)控的需求，建立一個具有無線網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)平臺。Wang等［11］針對工業(yè)4.0，提出了一種基于云計算和裝配制造過程的柔性輕質(zhì)板智能制造系統(tǒng)（LPIMS），該系統(tǒng)可以優(yōu)化自動化生產(chǎn)制造工藝、節(jié)約原材料、提高生產(chǎn)效率。Zhu 等［12］提出了一種基于事件觸發(fā)的動態(tài)實時調(diào)度機制，該機制與制造系統(tǒng)的軟硬件分層兼容，便于系統(tǒng)的動態(tài)重構(gòu)。Xu 等［13］鑒于目前的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)容易出現(xiàn)單點故障，無法提供穩(wěn)定的服務(wù)，提出了一種基于區(qū)塊鏈的智能制造安全模型。

現(xiàn)有文獻對智能制造系統(tǒng)的研究集中在探討相關(guān)技術(shù)對建造智能制造系統(tǒng)的作用。目前還沒有文獻對5G 時代智能制造系統(tǒng)的投入成本和產(chǎn)能情況進行量化分析，也沒有文獻明確提出智能制造系統(tǒng)的建造及使用策略。

2 研究設(shè)計

2.1 核心概念

2.1.1 智能制造

智能制造，系指完全依靠智能機器而非人力來完成產(chǎn)品生產(chǎn)過程。智能機器是智能傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工業(yè)自動化技術(shù)的集成體，在產(chǎn)品生產(chǎn)功能方面具有完全取代人的能力。

2.1.2 智能制造系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)，系指由無人生產(chǎn)車間、遠程鏡像監(jiān)控平臺、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)輸入輸出接口組成的產(chǎn)品制造體系。其中，無人生產(chǎn)車間是由一系列智能機器組成的產(chǎn)品生產(chǎn)線，包括支持智能制造的邊緣計算系統(tǒng)；遠程鏡像監(jiān)控平臺是對無人生產(chǎn)車間的遠程投影，主要功能是對無人生產(chǎn)車間進行實時動態(tài)監(jiān)視，必要時進行遠程干預(yù)；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)對生產(chǎn)設(shè)備實施的網(wǎng)絡(luò)鏈接；相關(guān)輸入輸出接口連接到生產(chǎn)訂單、定制指令、產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量檢驗、物流倉儲、客戶服務(wù)等環(huán)節(jié)。

2.1.3 公共智能制造系統(tǒng)

公共智能制造系統(tǒng)，系指對社會開放的智能制造系統(tǒng)。這里的開放，包括系統(tǒng)建造上的社會眾籌，以及系統(tǒng)使用上的社會共享。

2.1.4 爆炸效應(yīng)

爆炸效應(yīng)，系指一個變量相對于其基期的一個巨量膨脹式增長，增長倍數(shù)達到一個充分大的正數(shù)。

2.2 研究方法

2.2.1 投入分析方法

將智能制造系統(tǒng)的建造劃分為若干階段，測算各階段的建造成本，加總得到智能制造系統(tǒng)的投入成本函數(shù)；與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的建造成本進行比較，度量智能制造系統(tǒng)的投入爆炸效應(yīng)。

2.2.2 產(chǎn)出分析方法

構(gòu)建智能制造系統(tǒng)生產(chǎn)函數(shù)，分析智能制造系統(tǒng)的單要素產(chǎn)出效率和多要素匹配效率；與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的產(chǎn)出進行比較，度量智能制造系統(tǒng)的產(chǎn)出爆炸效應(yīng)。

2.2.3 爆炸效應(yīng)度量方法

投入產(chǎn)出爆炸效應(yīng)采用比值度量法，即用智能制造系統(tǒng)的投入（或產(chǎn)出）量，除以傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的投入（或產(chǎn)出）量。如果該比值為一充分大的正數(shù)，則可認定為爆炸。

3 智能制造系統(tǒng)投入爆炸效應(yīng)

3.1 智能制造系統(tǒng)建造階段劃分

智能制造系統(tǒng)的建造過程，就是機器設(shè)備的感知化、網(wǎng)絡(luò)化和鏡像化過程。其中，感知化就是給機器設(shè)備嵌入足夠多的智能傳感器，賦予設(shè)備充分的智能感知功能；網(wǎng)絡(luò)化就是構(gòu)建工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，將機器設(shè)備全部聯(lián)網(wǎng)，使得設(shè)備之間建立緊密聯(lián)系；鏡像化就是運用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建制造系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)空間的虛擬鏡像，讓機器實體與其鏡像之間建立實時互動關(guān)系。上述過程可概括為圖1。

圖1 智能制造系統(tǒng)的建造階段劃分

3.2 智能制造系統(tǒng)三化成本測算

3.2.1 感知化成本

感知化是指為了使系統(tǒng)各部分機器設(shè)備具備感知能力，在設(shè)備中嵌入海量傳感器，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡(luò)。感知化成本主要表現(xiàn)為傳感器成本，具體由傳感器數(shù)量和傳感器平均價格決定。智能制造系統(tǒng)的感知化成本函數(shù)可表達為式（1）。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)化成本

網(wǎng)絡(luò)化是指為了系統(tǒng)各部分機器設(shè)備之間的數(shù)據(jù)互傳，構(gòu)建與實體系統(tǒng)相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)機器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)鏈接。網(wǎng)絡(luò)化成本主要表現(xiàn)為建網(wǎng)成本，具體包括公共傳輸網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本和專用物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本。其中，公共傳輸網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本是指本區(qū)域社會共用的5G 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本；專用物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本是指制造系統(tǒng)專用的5G 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)成本。制造系統(tǒng)專用的5G 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)不止1 張網(wǎng)，其數(shù)量由系統(tǒng)內(nèi)機器設(shè)備類型數(shù)量決定，原則上不同類型的機器設(shè)備都要單獨建網(wǎng)。智能制造系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化成本函數(shù)可表達為式（4）。

就公共傳輸網(wǎng)絡(luò)的成本而言，相比于4G 時代，5G 公共傳輸網(wǎng)絡(luò)的基站密度更大，兩個相鄰基站之間的距離縮小了約10 倍，每平方米基站數(shù)量增加了近100 倍。對于基站后續(xù)的維護成本，就同樣規(guī)模容量，5G 的功耗是4G 的3～4 倍，基站建成以后的用電成本，5G 相比于4G 增加了10 倍以上。因此，5G 公共傳輸網(wǎng)的基建成本至少要增加近3 000 倍。

專用物聯(lián)網(wǎng)成本由專用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建數(shù)量和單張專用物聯(lián)網(wǎng)平均基建成本決定。一方面，由于智能制造系統(tǒng)的環(huán)境條件變化眾多，每一類環(huán)境條件構(gòu)建一張物聯(lián)網(wǎng)，眾多類型的環(huán)境條件形成眾多的物聯(lián)網(wǎng)。此外，系統(tǒng)要根據(jù)機器設(shè)備、產(chǎn)品實體的種類和網(wǎng)絡(luò)空間位置構(gòu)建不同的物聯(lián)網(wǎng)，因此需要構(gòu)建的專用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)量是一個趨于無窮大的正數(shù)。另一方面，專用物聯(lián)網(wǎng)需要存儲和計算智能制造系統(tǒng)中的海量信息，單網(wǎng)成本是一個巨大的正數(shù)。

綜上，智能制造系統(tǒng)的公共傳輸網(wǎng)絡(luò)成本增加約3 000 倍，專用物聯(lián)網(wǎng)成本趨于無窮大，則智能制造系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化成本是一個趨于無窮大的正數(shù)。

3.2.3 鏡像化成本

鏡像是指實體系統(tǒng)的數(shù)字孿生。鏡像化是在感知化、網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，利用數(shù)字孿生技術(shù)將智能制造系統(tǒng)投影成為一個數(shù)字鏡像，并在虛實兩個系統(tǒng)之間建立實時的全息互動關(guān)系。鏡像化成本主要包括全息信息傳輸、鏡像投影、實時互動所產(chǎn)生的成本。智能制造系統(tǒng)的鏡像化成本函數(shù)可表達為式（8）。

綜上，由于全息信息傳輸、鏡像投影和實時互動都將產(chǎn)生極大的成本，智能制造系統(tǒng)的鏡像化成本是一個趨于無窮大的正數(shù)。

3.3 智能制造系統(tǒng)投入爆炸效應(yīng)度量

3.3.1 三化成本匯總

智能制造系統(tǒng)三個階段的建造成本測算匯總于表1。由表1 可知，智能制造系統(tǒng)的感知化成本、網(wǎng)絡(luò)化成本和鏡像化成本都是趨于無窮大的正數(shù)，因此，智能制造系統(tǒng)的三化成本皆為趨于無窮大的正數(shù)。

表1 智能制造系統(tǒng)的建造成本匯總

3.3.2 投入爆炸效應(yīng)分析

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的投入成本主要表現(xiàn)為機器設(shè)備的購置、安裝、調(diào)試及維護成本，而智能制造系統(tǒng)的投入成本除了機器設(shè)備成本，還包括感知化成本、網(wǎng)絡(luò)化成本、鏡像化成本。假設(shè)兩個系統(tǒng)的機器設(shè)備成本投入相同，則傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的投入成本、智能制造系統(tǒng)的投入成本可分別由式（11）、式（12）計算。

式（13）表明，相比于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)的投入成本會增加M倍。由于M為充分大正數(shù)，故可以認為智能制造系統(tǒng)將會發(fā)生成本投入爆炸。

4 智能制造系統(tǒng)產(chǎn)出爆炸效應(yīng)

4.1 智能制造系統(tǒng)生產(chǎn)函數(shù)構(gòu)建

4.1.1 傳統(tǒng)制造系統(tǒng)生產(chǎn)函數(shù)

生產(chǎn)活動是通過要素投入而獲得產(chǎn)出的過程。設(shè)共有n種生產(chǎn)要素，則生產(chǎn)函數(shù)可表達為式（14）：

4.1.2 智能制造系統(tǒng)生產(chǎn)函數(shù)

完全的智能制造系統(tǒng)是無人的。在智能制造系統(tǒng)中，智能機器整合了傳統(tǒng)的技術(shù)、資本、勞動三要素。首先，智能機器本身作為生產(chǎn)設(shè)備，直接體現(xiàn)了資本要素；其次，智能機器徹底取代人力，同時體現(xiàn)了勞動要素；最后，智能機器自主學(xué)習(xí)的智能特征，使其成為技術(shù)要素的載體。智能機器對傳統(tǒng)三要素的整合，使得傳統(tǒng)的多要素生產(chǎn)函數(shù)演變?yōu)閱我厣a(chǎn)函數(shù)?；谑剑?5），可推導(dǎo)得出智能制造系統(tǒng)的生產(chǎn)函數(shù)如式（16）：

4.2 智能制造系統(tǒng)產(chǎn)出效率增幅

4.2.1 勞動效率增幅

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中的勞動要素是指人的體力勞動。人的體力勞動受制于人類生物學(xué)屬性的限制，力量強度十分有限，操作精細度不夠，難以保持動作一致性，環(huán)境耐受性差，易出現(xiàn)肌肉疲勞和軀體損傷，需要足夠的休息和恢復(fù)時間。

智能制造系統(tǒng)采用智能機器取代人的體力勞動，在力量強度、操作精細度、動作一致性、環(huán)境耐受性、抗疲勞、抗損傷等方面都得到巨大的提升，工作時間不再受生物學(xué)恢復(fù)的制約。由此，智能機器代替人力，將帶來勞動效率的巨幅提升，提升幅度可表示為式（17）：

4.2.2 資本效率增幅

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中的資本要素是指生產(chǎn)工具，主要表現(xiàn)為生產(chǎn)用的機器設(shè)備。傳統(tǒng)機器設(shè)備是沒有智能的，缺乏自主性和靈敏性，運作中離不開人的操控，因而易受人為操作因素的影響，從而影響生產(chǎn)效率的發(fā)揮。

智能制造系統(tǒng)采用智能機器取代傳統(tǒng)機器設(shè)備，可大幅度提升機器的自主性和靈敏度，運作過程不再受人為操作因素的制約，因而生產(chǎn)效率得到巨大的提升。由此，智能機器代替?zhèn)鹘y(tǒng)機器設(shè)備，將帶來資本效率的巨幅提升，提升幅度可表示為式（18）：

4.2.3 技術(shù)效率增幅

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中的技術(shù)要素是指人的腦力勞動，技術(shù)應(yīng)用水平受限于人腦的學(xué)習(xí)能力。人腦受自身生物學(xué)屬性的限制，腦組織的生存及工作條件極其嚴苛，人腦細胞通常只適合在37℃、1 個大氣壓、地表大氣成分等條件下工作，條件稍微變動即會受損失活。并且人腦無力承受高速度、高強度的腦力活動，因為人腦若高速度、高強度活動會導(dǎo)致腦溫、腦壓升高，從而帶來不適、疲倦甚至不可逆性損傷。此外，因受生物學(xué)因素限制，人腦細胞的平均開發(fā)程度大約只有1%，而這1%當(dāng)中能夠同時激活的又不足1%，即人腦充其量只能同時激活不足1‰的腦細胞。因此絕大多數(shù)腦細胞被閑置浪費，且經(jīng)常會遺忘某些信息以緩解大腦壓力。此外，人腦極易受到主觀情緒的影響，從而大大降低學(xué)習(xí)決策的質(zhì)量和效率。

智能制造系統(tǒng)采用智能機器取代人的腦力勞動，能夠全方位彌補人腦的生物學(xué)缺陷，在各種嚴苛環(huán)境下都能實現(xiàn)高速度、高強度的智力活動，最大程度地克服腦力閑置浪費、信息遺忘及情緒干擾等負面效應(yīng)，從而極大地提升智力活動的效率。由此，智能機器代替人腦，將帶來技術(shù)效率的巨幅提升，提升幅度可表示為式（19）：

4.2.4 要素匹配效率增幅

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中的勞動、資本、技術(shù)三要素之間存在協(xié)調(diào)磨合問題，三要素之間一般很難達到完全匹配，相互之間總是存在摩擦成本（記為f摩擦），因而會造成要素匹配效率損失。

智能制造系統(tǒng)中，智能機器將傳統(tǒng)的勞動、資本、技術(shù)三要素整合為一體，不再存在要素間的協(xié)調(diào)磨合問題，要素間的摩擦成本無限趨于0，從而使得要素間的匹配效率達到最大化。以兩大制造系統(tǒng)要素間摩擦成本倒數(shù)之比，可定義智能制造系統(tǒng)要素匹配效率增幅N匹如式（20）：

4.3 智能制造系統(tǒng)產(chǎn)出爆炸效應(yīng)度量

4.3.1 產(chǎn)出效率增幅匯總

智能制造系統(tǒng)的產(chǎn)出效率增幅匯總列于表2。由表2 可知，相對于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)的單要素產(chǎn)出效率增幅和要素匹配效率增幅都是趨于充分大的正數(shù)。

表2 智能制造系統(tǒng)的產(chǎn)出效率增幅匯總

4.3.2 產(chǎn)出爆炸效應(yīng)分析

相比于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)，智能制造系統(tǒng)的產(chǎn)出效率增幅趨近于一個充分大的正數(shù)。對比式（15）和式（16），可定義智能制造系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的產(chǎn)出增幅，其算式如式（21）:

5 智能制造系統(tǒng)公共化建議

5.1 智能制造系統(tǒng)建造公共化

從以上分析可知，智能制造系統(tǒng)的投入成本遠遠高于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)。以鋼鐵行業(yè)為例，目前國內(nèi)該行業(yè)單個企業(yè)最大的固定資產(chǎn)規(guī)模約為147 萬億元；而即使只是初級的鋼鐵智能制造系統(tǒng)，其建造成本至少也要在105 萬億元水平，遠超現(xiàn)有企業(yè)的承受能力（參見表3）。

表3 鋼鐵行業(yè)制造系統(tǒng)的建造成本對比

智能制造系統(tǒng)在成本投入方面的爆炸式增長，使得單個企業(yè)再也無力獨自承擔(dān)智能制造系統(tǒng)的建造。有鑒于此，本文建議采用公共化的智能制造系統(tǒng)建造模式，即：以行業(yè)內(nèi)全體企業(yè)為主體，采用社會化眾籌模式，面向全社會開放籌資建造本行業(yè)的智能制造系統(tǒng)。

5.2 智能制造系統(tǒng)使用公共化

從以上分析可知，智能制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力遠遠高于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)。以鋼鐵行業(yè)為例，目前國內(nèi)該行業(yè)單個企業(yè)最大的粗鋼生產(chǎn)能力約為9 600 萬噸；而即使只是初級的鋼鐵智能制造系統(tǒng)，其粗鋼生產(chǎn)能力至少也達106 萬噸水平，遠超現(xiàn)有企業(yè)的產(chǎn)能極限（參見表4）。

表4 鋼鐵行業(yè)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力對比

智能制造系統(tǒng)在生產(chǎn)能力方面的爆炸式增長，使得單個企業(yè)再也無力獨自消化智能制造系統(tǒng)的產(chǎn)能。有鑒于此，本文建議采用公共化的智能制造系統(tǒng)使用模式，即：以行業(yè)內(nèi)全體企業(yè)為主體，采用社會化共享模式，面向全社會開放使用本行業(yè)的智能制造系統(tǒng)。

6 案例分析

6.1 案例來源

本研究案例分析中提及的公司內(nèi)部數(shù)據(jù)均由本研究項目組（以下簡稱“項目組”）深入企業(yè)調(diào)研獲得，本研究組于2021 年12 月共調(diào)研走訪了4 家企業(yè)，參觀了其智能車間、廠房，了解了其產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，并與公司的高層管理人員、技術(shù)人員進行了深度交流，探析了其企業(yè)智能化建設(shè)過程中的經(jīng)驗和卡點問題。

6.2 H 公司第一期項目簡介

H 公司是某市政府為了生產(chǎn)第8.5 代薄膜晶體管液晶顯示器件而與T 公司合資成立的項目公司，一期項目于2009 年11 月16 日簽約啟動，2010 年1月項目正式開工，并在9 月實現(xiàn)陳列廠房如期封頂，10 月份獲得銀團貸款后，繼續(xù)建設(shè)并于12 月主體廠房提前封頂，于2011 年陸續(xù)安裝生產(chǎn)設(shè)備后，正式投產(chǎn)。8.5 代線也是迄今為止國內(nèi)首條完全依靠自主創(chuàng)新、自主團隊、自主建設(shè)的高世代面板線。

6.3 H 公司的建造模式

6.3.1 項目投資額度增幅分析

以TFT-LCD 面板產(chǎn)業(yè)為衡量標準，將中國第一代生產(chǎn)線的投資額作為基礎(chǔ)參照，對比分析我國面板產(chǎn)業(yè)的投資增幅。中國TFT-LCD 產(chǎn)業(yè)起步于1998年，長春的吉林彩晶電子股份有限公司從日本DTI引進了第一代生產(chǎn)線，基片尺寸300 mm×400 mm，投資1.5 億美元［14］，按1998 年的匯率計算，第一代生產(chǎn)線的投資約為12.42 億人民幣。而H 公司第一期項目的預(yù)算總投資約是245 億元人民幣，是我國為了發(fā)展高世代液晶面板生產(chǎn)線而提出建設(shè)的項目，是某市有史以來的最大工業(yè)項目。對比分析，可知相比于第一代生產(chǎn)線，8.5 代生產(chǎn)線的成本提高了約20 倍，由于生產(chǎn)線貶值和貨幣貶值具有對沖性，并且生產(chǎn)線貶值一般會大于貨幣貶值，故此處可以不考慮時間因素對98 年投資金額的影響，則投資額度的對比可表示為表5。

表5 案例企業(yè)投資額度對比分析

總的來說，相比于第一代生產(chǎn)線，8.5 代生產(chǎn)線的投資成本發(fā)生了躍升，且據(jù)調(diào)研可知，目前H 公司生產(chǎn)車間的智能化水平仍處于初級階段，車間的傳感水平仍存在諸多缺陷，如粒子濃度的傳感不精確。為了克服現(xiàn)存的智能化缺陷，需進一步加大智能化建設(shè)，加大成本投入，因此在智能化升級的過程中，成本就會發(fā)生更大幅度的膨脹，到完全智能化則可能發(fā)生成本投入爆炸。

6.3.2 項目產(chǎn)能對比分析

在數(shù)據(jù)易得性的基礎(chǔ)上，利用市場占有率來衡量TFT-LCD 面板產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)能力，并進行對比分析，具體可表示為表6。從以上分析可知，1998 年我國第一代生產(chǎn)線的月生產(chǎn)能力為玻璃基板約3 萬張，年產(chǎn)10.4 英寸屏36 萬塊，在全國市場上的份額占比幾乎為0。而據(jù)H 公司統(tǒng)計，2020 年8.5 代生產(chǎn)線生產(chǎn)的55 寸電視面板市場占有率全球第一，國內(nèi)市場占有率約為28%，月產(chǎn)能達到14.5 萬片/月，超出了當(dāng)時的設(shè)計產(chǎn)能10 萬片/月。

表6 案例企業(yè)市場占有率對比分析

對比我國第一代生產(chǎn)線的產(chǎn)能情況，8.5 代生產(chǎn)線2020 年的市場占有率全球第一，且H 公司目前各種型號的面板市場占有率都位于全球前列，其產(chǎn)能不僅能夠覆蓋國內(nèi)市場，甚至廣泛出口于歐非等地區(qū)。而隨著智能化的進一步升級，生產(chǎn)線的產(chǎn)能就會發(fā)生更高程度的躍升，面板的產(chǎn)能增幅將會趨于爆炸。

6.3.3 公共化建造策略

正是基于上述8.5 代生產(chǎn)線的建設(shè)項目投資巨大，T公司自身不具備單獨投資建造的能力，故2009 年，T 公司董事長向某市領(lǐng)導(dǎo)提出組建團隊自主建線的建議。2010 年初，某市政府同意與T 公司聯(lián)合成立8.5 代線的項目公司H 公司，由政府出資50%，T 公司出資50%，共同投資100 億元組建。在實際的建設(shè)過程中，政府也承擔(dān)了資源整合和政策扶持的角色。8.5 代線是我國第一條自主建造的生產(chǎn)線，政府在建設(shè)過程中參與了技術(shù)溝通、人才引進等事項，也給予了H 公司從原材料供應(yīng)到后期生產(chǎn)銷售等活動的渠道支持。至此，8.5 代生產(chǎn)線建設(shè)項目不僅在建設(shè)模式上融合了政府參與，使資產(chǎn)帶有公共化性質(zhì)，在建設(shè)過程中，政府的扶持也給該項目貼上了公共化的標簽。因此，H 公司的建設(shè)模式完全符合于本文提出的在單個企業(yè)無力獨自承擔(dān)建造成本的背景下，采用公共化策略建造項目的建議，也證明了本文所述智能制造系統(tǒng)項目建設(shè)的現(xiàn)實性。故建設(shè)行業(yè)內(nèi)共同投資、產(chǎn)能共享的智能制造系統(tǒng)是解決成本過高、產(chǎn)能過剩問題的有效途徑。

6.4 非公共化建造存在的問題

6.4.1 生產(chǎn)線的通用性差

C 公司是國內(nèi)著名的家電生產(chǎn)廠商，以其產(chǎn)品—55 寸電視機的生產(chǎn)為例，在借助物聯(lián)網(wǎng)的背景下，基于成本收益的角度，C 公司建立了自己的智能生產(chǎn)線，但與其他生產(chǎn)55 寸電視機的廠商相比，他們生產(chǎn)線的差異較大，且設(shè)備的協(xié)議不通，這就導(dǎo)致了即使是生產(chǎn)相同型號的產(chǎn)品，廠商間的生產(chǎn)線也不能相互借用，生產(chǎn)線的通用性極差。

6.4.2 成本過高、剩余產(chǎn)能難消化

就投資成本而言，單以其中的機芯生產(chǎn)工藝為例，C 公司的機芯自動化生產(chǎn)車間就投資巨大。具體來說，該車間約有15 條自動化機芯生產(chǎn)線，180余臺設(shè)備，每臺設(shè)備的成本都在400 萬元～800 萬元不等，也就是說，單機芯自動化生產(chǎn)車間就需要投入10 億元左右。而目前的智能化水平下，車間中仍有人工進行輔助操作，并未完成打通制造環(huán)節(jié)的所有數(shù)據(jù)壁壘，把人從生產(chǎn)的前臺轉(zhuǎn)移到后臺。此外，企業(yè)目前的智能化設(shè)備大多是定制的，在成本的限制下，智能化設(shè)備的傳感維度也受到限制，如空氣中雜質(zhì)濃度無法測量。故若要進一步提高智能化水平，需加大成本投入。而隨著機芯車間智能化程度的進一步提高，需要投入的成本將會進一步膨脹，將給企業(yè)造成更大的壓力，且車間的產(chǎn)能也會膨脹，目前的產(chǎn)能已經(jīng)能夠出口國外市場，故若企業(yè)不能完全消化，將造成極大的浪費。

因此，在此背景下，生產(chǎn)完全相同產(chǎn)品的企業(yè)建造自身獨立的生產(chǎn)車間不僅會給企業(yè)造成巨大的資金壓力，也會造成資源的浪費。此外，更高等級的智能化水平下，企業(yè)間共建共享也有助于分攤成本、充分利用產(chǎn)能，進一步解決企業(yè)間目前存在的設(shè)備孤島問題，提高生產(chǎn)線的通用性。

7 結(jié)論

本研究以傳統(tǒng)制造系統(tǒng)為參照，運用成本函數(shù)和生產(chǎn)函數(shù)工具，分析了智能制造系統(tǒng)的投入產(chǎn)出特征，測度了智能制造系統(tǒng)的投入產(chǎn)出爆炸效應(yīng)，并提出智能制造系統(tǒng)公共化建議，運用具體案例進行了驗證分析。具體研究結(jié)論如下：

（1）將智能制造系統(tǒng)的建造過程劃分為感知化、網(wǎng)絡(luò)化、鏡像化3 個階段。其中，感知化是在生產(chǎn)設(shè)備中嵌入海量傳感器，賦予生產(chǎn)設(shè)備智能響應(yīng)功能；網(wǎng)絡(luò)化是構(gòu)建制造系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)，賦予生產(chǎn)設(shè)備互聯(lián)協(xié)同功能；鏡像化是構(gòu)建制造系統(tǒng)的數(shù)字孿生體，賦予生產(chǎn)設(shè)備虛實融合功能。

（2）構(gòu)建智能制造系統(tǒng)的感知化成本、網(wǎng)絡(luò)化成本、鏡像化成本函數(shù)，從多維成本擴張視角分析智能制造系統(tǒng)的成本膨脹來源；并與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的建造成本進行比較，得出智能制造系統(tǒng)發(fā)生了成本投入爆炸。

（3）構(gòu)建智能制造系統(tǒng)的單要素整合式生產(chǎn)函數(shù)，從要素嬗變與匹配視角分析智能制造系統(tǒng)的產(chǎn)出效率增幅來源；并與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力進行比較，得出智能制造系統(tǒng)發(fā)生了生產(chǎn)能力爆炸。

（4）基于智能制造系統(tǒng)的投入產(chǎn)出雙爆炸效應(yīng)，提出智能制造系統(tǒng)的公共化建造與使用策略，以此破解單個企業(yè)無力承擔(dān)智能制造系統(tǒng)天量造價、無力釋放智能制造系統(tǒng)天量產(chǎn)能的難題，進而推動智能制造系統(tǒng)早日進入實用階段。