中国工业智造的现状及未来发展趋势
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中国工业智造的现状及未来发展趋势
　　在党的十九大即将召开之际，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平9月 25日前往北京展览馆，参观&砥砺奋进的五年&大型成就展。本文引用地址：
　　世界上下潜深度最大的作业型载人潜水器&蛟龙号&模型，中国自主研制的首台400马力无级变速拖拉机，强军征程扬帆远航武器装备模型&&一件件反映我国制造业成就的实物模型亮相展厅。
　　5年来，一件件&大国重器&横空出世，作为七大战略性新兴产业之一的高端装备制造业拿出了耀眼的成绩单：
　　采用国际最高安全标准的百万千瓦级自主三代核电装备&华龙一号&，亮出了中国制造的又一张&名片&;
　　国产航空发动机突破瓶颈，运20、歼20服役，国产大飞机C919首飞成功，我国航空工业取得历史性突破;
　　世界最大水泥运输船圆满交船，全球最大集装箱船将在上海开建，第一艘国产航母和新型万吨级驱逐舰相继下水，世界第一造船大国正向造船强国大踏步迈进&&
　　成绩的背后，是党的十八大以来，众多高技术、高附加值、顺应转型升级趋势的新产业，已成长为推动我国制造业发展的新引擎，有力拉动着经济增长。
　　2013年至2016年，我国高技术制造业和装备制造业增加值年均增速分别高于规模以上工业增加值增速3.8个和1.4个百分点。今年1&7月，这一优势更是扩大为5.3个和4.1个百分点。
　　新产业快速成长，关键在于党中央、国务院的高瞻远瞩和战略谋划。
　　2015年，我国出台了《中国制造2025》，明确提出分&三步走&建设制造强国的战略目标、主要任务和重大举措，为制造强国建设第一个十年描绘了蓝图。
　　5年来，中国制造业规模全球领先，增加值和产品出口占全球的比重均居世界第一，目前已经建成了门类齐全、独立完整的体系。
　　我国无疑已经成为制造业大国。&大国&之后，制造业&强国&成为新的目标。那么，从&大国&到&强国&，路径是什么?
　　信息化与工业化深度融合是&牛鼻子&。《中国制造2025》中明确提出，&以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线&。
　　为做好&两化&深度融合这篇大文章，我国制定并组织实施了50个规划及专项行动计划，形成推动&两化&深度融合的顶层设计、政策体系、组织保障和工作机制。
　　在&两化&融合这一&主线&之下，我国以智能制造为主攻方向，实施智能制造专项和智能制造试点示范专项行动，建立了国家智能制造标准体系，打造了一批数字化车间，初步形成了若干可复制可推广模式。5年来，智能工厂在许多企业落地生根。
　　其中，在民用领域，颇具代表性的便是已建成8个互联工厂的。目前，在的一家智能工厂生产线上，每15秒钟就会诞生一台洗衣机。互联工厂中，工人人数减少一半，而产能增加2倍。在柔性生产线上，可以安排50多个型号的产品，是以前的5倍。互联工厂生产效率提升60%，用户定制占比达10%以上，其中，中央空调互联工厂已实现100%的产品由用户远程定制并监控。
　　日，中共中央政治局就实施网络强国战略进行第三十六次集体学习。习近平总书记在主持学习时强调，世界经济加速向以网络信息技术产业为重要内容的经济活动转变。我们要把握这一历史契机，以信息化培育新动能，用新动能推动新发展。要加大投入，加强信息基础设施建设，推动互联网和实体经济深度融合，加快传统产业数字化、智能化，做大做强数字经济，拓展经济发展新空间。
　　在全国人大常委会原副委员长、中科院原院长路甬祥看来，21 世纪前半叶，工业制造文明将进化为网络协同智造文明。&中国制造业发展转型正迎来与新科技革命和全球制造服务转型交汇的新机遇、新挑战。&
　　什么是智能制造?目前学界的主流观点是：智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。
　　多位受访人士向《中国经济周刊》记者表示：将制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化，是智能制造区别于&流水线、机器化生产&的主要特征。
　　而在工信部部长苗圩看来，智能制造更明确、更直接，就是要研发出一批智能化的产品。比如现有的工业机器人只是程序控制的装备，下一代机器人应该是具有一定&人工智能&的机器人。他举例说，&比如说有一个人如果误操作了，很可能被机器人伤到。如果将来在机器人身上实现人工智能，那么它发现附近安全距离内有人的话就不会去操作，这就是智能化产品的标志。&
　　西北大学经济管理学院院长任保平分析认为，作为《中国制造2025》核心的智能制造，主要包括三个方面内容：一是研发出一批智能化产品;二是将信息技术应用于制造业生产经营管理的全过程，使生产和管理过程实现智能化;三是在微观的企业层面，实现信息的充分交流和共享，建立工业互联网或物联网。
　　&中国智造&背后的国家意志与现实需求
　　日，国务院发布《中国制造2025》，也正是从2015年开始，&中国制造2025&连续3年出现在政府工作报告中。2015年政府工作报告首次提出&中国制造2025&，2016年则是进入到&启动实施&阶段，2017年则提出&深入实施&。
　　《中国制造2025》包括&1+X&的规划体系，截至目前已全部发布，其中&1&指《中国制造2025》，&X&指11个配套文件，11个配套文件中，有一份专门针对智能制造，即《智能制造工程实施指南()》。
　　中国工程院院长周济认为，制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术，应该作为&中国制造2025&的制高点、突破口和主攻方向。工业和信息化部消费品工业司司长高延敏说，&加快推进智能制造是贯彻落实《中国制造2025》的主攻方向。&
　　《中国制造2025》明确提出，着力发展智能装备和智能产品，推进生产过程智能化，培育新型生产方式，全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平。
　　&顶层设计&之下，各地陆续出台相关行动计划，全面对接《中国制造2025》。江苏、广东、福建、四川、安徽等省份分别出台《&中国制造2025&江苏行动纲要》《广东省智能制造发展规划()》《福建省实施&中国制造2025&行动计划》《&中国制造2025&四川行动计划》《中国制造2025安徽篇》等文件，以加快制造强省的建设步伐。
　　河北提出，未来5年要建成1500个智能工厂、车间;江苏的目标则是到2025年，建成1000个智能工厂，研制并应用1000个首台(套)重大装备，其中50%以上填补国内空白;浙江计划到2020年全省在役工业机器人数量超过10万台。
　　今年2月，《成都市建设&中国制造2025&试点示范城市实施方案》获批，成都继宁波市、苏南城市群和珠江西岸城市群之后，成为全国第三批、西部第一批&中国制造2025&试点示范城市。
　　各地智能制造的专业园区建设也如火如荼，&全国已建成和拟建的3D打印、机器人、无人机、数控机床、智能装备等智能制造产业园区，总量预计已有百家。&中国电子学会副理事长兼秘书长徐晓兰介绍说。
　　国家意志下的&中国智造&前景广阔。《2016中国制造业竞争力调研报告》预测，到2025年，我国智能制造能够完成超过50%的进程;2035年，能完成70%的进程;2045年，能够完成90%的进程。在2049年时，智能制造水平与发达国家并驾齐驱，甚至在若干领域引领发展。
　　&风口&之上的智能制造产业想象空间巨大，正受到各路资本的青睐。中投顾问发布的《年中国智能制造行业深度调研及投资前景预测报告》认为，2015年我国智能制造产值在1万亿元左右，2020年有望超过3万亿元，年复合增长率约20%。
　　苗圩部长表示，通过智能化或者说信息化的生产过程，可以实现全流程的优化，各个环节被监控，可以大大降低不良产品率，顺应中国劳动力成本不断上升的趋势，大大提高效率和效益。
　　路甬祥则认为，智能制造可实现复杂零件的高品质制造;可促进绿色制造;可适应客户个性化、定制需求;可促进向智能服务型制造转型;是提升我国制造业劳动生产率的必由之路。
　　以航空航天、船舶车辆等精细工业为例，许多结构复杂、加工质量要求高的零部件，采用在线监测、工况实时智能控制，显著提升制造品质和效率。而智能手机、超极本、智能电视、机器人等产品也正是由于智能生产线对精密化部件的高品质、大批量制造，得以工业化生产。
　　从&制造&到&智造&，中国的&并联式&发展道路
　　中国已是名副其实的&制造大国&，220多种工业品产量居世界第一位，制造业净出口居世界第一位，制造业增加值在世界占比达到20.8%。
　　然而数据显示，智能制造仍是现阶段我国制造业的短板之一。国务院发展研究中心携手德国著名工业企业博世，在今年3月发布的一份研究报告称：中国制造业整体尚处于由工业2.0向工业3.0过渡的阶段。
　　《年中国智能制造行业深度调研及投资前景预测报告》称，大部分中国企业处于研发阶段，仅16%的企业进入智能制造应用阶段;从智能制造的经济效益来看，52%的企业智能制造收入贡献率低于10%，60%的企业智能制造利润贡献率低于10%。
　　据《世界经理人》&2015中国制造业信息化现状调研&结果显示：我国近九成制造企业信息化处于初、中级水平，信息化覆盖业务较窄，而且各系统信息处于割裂状态，集成度低。2015年，我国制造业关键工序的数控化率仅三分之一，大中型制造企业也刚超过50%。而美德日等国制造业数控化率已达80%~90%。
　　此外，工业软件也是我国智能制造的制约之一。以智能制造的核心环节&&嵌入式软件为例，2016年中国软件业务收入4.9万亿元，其中嵌入式系统软件为7997亿元，仅占六分之一。
　　从产业发展阶段的对比来看，德国工业4.0是在成功完成&工业1.0&&工业2.0&，基本完成&工业3.0&之后提出的发展战略，是自然的&串联式&发展。
　　相比之下，中国制造业走的是&工业2.0&补课、&工业3.0&普及、&工业4.0&示范的&并联式&发展道路，&所以我们的任务就比德国实现工业4.0更加复杂、更加艰巨。&中国工程院院长周济表示。
　　如周济所言，&中国制造&面临的形势并不乐观：一方面是外部竞争市场，国际高端和低端两头挤压，制造压力过剩;一方面是内部环境诸多约束，&脱实向虚&依然明显，制造动力不足。
　　在此背景下，完成从&制造&向&智造&的系统跨越，政商各界需要做的事还有很多。
　　政府层面需要创新和联动。工信部部长苗圩表示，从制造业发展规律看，推进制造业由大变强需要政府在支持手段、社会化服务等方面开展深入持续的政策创新;《中国制造2025》的实施涉及多个部门，如何真正实现部门间政策资源的联动，仍需进行不懈的努力和探索。&这需要一个不断探索、试错的过程，难以一蹴而就，更不能急于求成。&
　　企业作为创新决策、研发投入、科研组织和成果应用的主体，需要在产业转型升级过程中对智能解决方案提出本土化需求。中央政策研究室经济局原巡视员兼副局长、中国经济研究院院长白津夫认为，在&中国制造2025&的战略指引下，企业转型需求迫切，但目前面临两个主要问题：一是转型方向和模式不清晰，&简单的上自动化和机器换人&;二是标准不统一，&企业要面临各种领域、各种层次的解决方案，难以整合和集成。&
　　暨南大学经济学院教授刘金山正在进行题为《中国智造业竞争力调研分析》的国家自然科学基金项目研究。他也有同感：目前智能制造缺乏统计口径和产业标准，缺少系统完善的统计数据;产业分类目录尚未建立。&亟须建立智能制造产业划分标准、分类目录以及质量认证机构，制定统计工作实施方案和统计管理办法。&
　　企业书写的变革故事
　　企业是实现&中国制造2025&蓝图的主角和市场主体。
　　9月18日，电动工具制造商宝时得科技(中国)有限公司(下称&宝时得&)在苏州总部召开了一场&智能制造业务变革项目启动大会&。公司通过发展互联工厂，逐步实现线上下订单、线下制造定制化产品。目前，公司已建立起从接单到计划到生产运营的端到端的智能化管理和实施系统。
　　而帮助宝时得在更高水平实现智能制造的是美的集团(50.720, 0.00, 0.00%)旗下云服务商美云智数，美的空调南沙工厂的数字化转型成果吸引了宝时得：提升制造综合效率33%，改善产品品质10%，生产耗损减少68%、物流损失工时减半&&
　　美云智数方面表示，将构建全价值链的计划协同、供应链管理、生产执行信息系统平台，帮助宝时得最终实现企业业务的互联互通和智能制造业务变革。
　　除了苏州和深圳这样的中国制造重镇，宝时得的变革故事正在当下中国不断上演。
　　服装制造商红领集团运用数字化、人体和版型大数据、智能信息物流等技术，实现客户个性化精准定制，生产周期缩短至7天。在青岛，家电巨头集团已实现了智能家电的客户个性化定制与服务，仅以其旗下的沈阳冰箱工厂为例，单线产能提高80%，用工减少60%，库存减少80%&&
　　工信部公布的智能制造试点示范项目数量或可佐证智能制造的&增量&。 2015年示范项目有46个，其中第二产业39个、第三产业7个;2016年有63个，其中第一产业1个、第二产业61个、第三产业1个。
　　互联工厂取代传统工厂
　　&中国智造&的海尔探索
　　截至目前，海尔在全国已建成8个互联工厂，图为海尔郑州空调工厂
　　几年前，海尔集团董事局主席、首席执行官张瑞敏坦言，&海尔一直在思索，互联网时代，中国制造业企业可不可以闯出一条引领世界制造业发展方向的管理理论和管理模式&。
　　截至目前，海尔在国内已建成8个互联工厂，包括沈阳的冰箱工厂、郑州和胶州的空调工厂、佛山的洗衣机工厂、青岛的热水器工厂、中央空调互联工厂和两家模具工厂，并将逐步在全球108个工厂内复制推广。
　　今年4月的德国汉诺威国际工业博览会上，海尔实体冰箱互联工厂制造示范线吸引了德国工业4.0鼻祖人物齐尔克教授驻足。汉诺威官网甚至评价说，&现在对工业4.0最有&威胁&的，一个是机器人公司，一个是海尔!&
　　海尔为何让工业4.0的发源地感到&威胁&?
　　日前，《中国经济周刊》记者独家探访海尔总部和中央空调互联工厂，探究互联网思维的基因怎样注入传统工厂的升级换代，海尔互联网工厂对中国智造的具体改变是什么，以及海尔自身在这场制造业革命中的涅槃。
　　&& 智能制造平台之争
　　从世界范围看，美国推出&工业互联网计划&，德国推进&工业4.0&，日本发表《制造业白皮书》提出重振制造业战略，法国发布&新工业法国&战略，韩国实施&制造业创新3.0战略&等，智能制造无一例外成为这些工业强国制造业变革的核心内容。
　　一些国家在发展本国智能制造的同时，还积极将本国的智能制造解决方案向其他国家输出，积极参与全球产业再分工，力图在全球制造业智能化大潮中谋求一席之地。
　　业内认为，互联网工业平台是智能制造的核心之一，工业巨头也都在这一新的领域密谋布局，激烈竞争。当前全球工业平台领域有3家企业知名度较高，即德国工业4.0的代表西门子，美国工业互联网的代表GE，中国智能制造的代表海尔。
　　德国以工业化带动信息化，推出以西门子MindSphere为代表的工业平台，构建的是面向工厂管理与服务的工业生态系统，主要在于提高生产效率、能源管理效率等，希望以后端的精益的&智造&掌握前端的信息化。
　　美国则以信息化带动工业化，推出以GE Predix为代表的工业平台，构建的是面向资产制造与管理的工业生态系统，主要在于垂直地从设备到设备数据的挖掘和云的应用，希望通过前端的信息化掌握后端的&智造&。
　　&中国需要有适合自己的工业互联网平台，构建起自己的工业生态，把工业大数据沉淀在自己的平台上，自己运营和管理，避免受制于人。&海尔家电产业集团副总裁陈录城接受《中国经济周刊》记者采访时说。
　　陈录城所言的便是海尔首创的COSMOPlat平台，它构建的是社群经济下以用户为中心，面向大规模定制的新工业生态，它完全和用户连接在一起，以用户的体验和需求来驱动内部智能制造的迭代升级。
　　与GE和西门子都是To B的平台相比，海尔COSMOPlat平台既可以To B也可以To C，是用户全流程参与的智能制造物联网平台，也是全球唯一实现用户终身价值的大规模定制解决方案平台。
　　据陈录城介绍，COSMOPlat通过在交互、定制、研发、采购、制造、物流、服务全流程节点的业务模式变革，输出七类可社会化复制的应用模块，实现产品生产高精度下的高效率。同时，可以为企业智能制造转型升级提供软硬一体的大规模定制整体解决方案和增值服务。
　　具体来说，COSMOPlat平台可以提供两类服务：一是可以提供软硬一体、虚实融合的智能制造解决方案，如新工厂建设、老工厂升级、企业管理等。二是通过平台上沉淀的数据，提供基于大数据的增值服务，如预测性维护、全产业链的协同优化、资源共享集约、信用和金融服务等。
　　&COSMOPlat平台代表了全球智能制造的未来趋势，更符合中国国情，同时区别于美德，已经形成全球第三极。&陈录城表示。
　　那么，作为&全球第三极&的COSMOPlat平台如何诞生的?对于用户与企业而言，它又意味着什么?
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摘要：中国植物工厂将迎来产业蓬勃发展新阶段，相关领域的产业发展也将迎接巨大的机遇与挑战，植物工厂也随之成为了业界关注的焦点。本期将带领大家看看业界专家在谈论植物工厂时，都在谈论什么。
日，中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平参观国家“十二五”科技创新成就展，对中国农业科学院自主研发的智能LED植物工厂给予了高度重视，并指出“智能LED植物工厂颠覆了传统的农作方式，为未来食物保障提供了新思路，成果意义重大，应进一步加大智能LED植物工厂的研发力度，加快产业化步伐，以惠及更多民生。”这标志着中国植物工厂将迎来产业蓬勃发展新阶段，相关领域的产业发展也将迎接巨大的机遇与挑战，植物工厂也随之成为了业界关注的焦点。本期将带领大家看看业界专家在谈论植物工厂时，都在谈论什么。
1 谈概念：到底什么才能称之为植物工厂？
根据日本学者古在丰树教授的《人工光型植物工厂》和中国学者杨其长研究员的《植物工厂概论》给出的植物工厂定义，植物工厂是一种通过设施内高精度环境控制，实现作物周年连续生产的高效农业系统，是由计算机对作物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液等环境要素进行自动控制，不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式。植物工厂充分运用了现代装备工程、生物技术、设施园艺技术、植物生理、植物栽培工程与环控信息技术等手段，属于技术高度密集型产业，多年来一直被国际公认为设施园艺的最高级发展阶段，是衡量一个国家农业高技术发展水平的重要标志之一。
分析而言，起源于日本学者的植物工厂概念均存在一定的不足，主要表现在定义概括性过强，边界条件较为模糊，未涉及设施类型、设施密闭性和控制因素及其精度的差异性。这阻碍了人们对植物工厂的统一认识，混淆了系统技术研发方向和产业化应用方向。植物工厂应具备“工厂”的基本属性。密闭式植物生产系统与自动化程度是衡量植物工厂现代化和工厂化生产潜力的核心指标。从定义概括性和权威性角度，植物工厂环境控制本质上包括三类：水肥自动化控制、环境因素自动化控制、植物产品生产流水线自动化平台。植物工厂应是具有一定自动化程度的流水线式植物生产设施。自动化的流水线分为产前（育苗）、产中（移栽定植、栽培与运移）、产后（采收、包装）三个阶段，重点是产前与产中阶段。
植物工厂的本质特征为生产要素的自动化控制，但植物工厂的自动化水平是有层次的，设施智能化水平是有划分的。植物工厂的推荐定义应着力阐述其设施内的自动化控制本质特征。先前定义着眼于植物工厂最高阶段和理想形式，而忽略了植物工厂发展过程赋存的多种形态，难以囊括当前所有植物工厂的过渡模式，建议进行修正。在此建议，植物工厂应是指植物生长发育直接相关的部分或全部生产要素（环境因子、水肥供给等）全程可自动化调控，并具有一定的植物生产流程的空间自动管理功能，实现植物规模化高效生产，较少或不受外界环境干扰的设施植物生产系统。基于这一定义，日光温室、多层建筑形式的设施模式均可看作植物工厂，只要它具备定义的本质特征。
2 谈技术：植物工厂的关键技术有哪些？
植物工厂的核心技术装备包括四个方面，即立体多层无土栽培技术装备、人工光照明技术装备、智能环境控制技术装备、植物生产空间自动化管控技术装备。近几年，这些核心技术装备得到了很大的发展，正在被逐渐地标准化和大规模应用。植物工厂的外围护结构设计、功能分区、各区域密闭性保证都很重要，直接关系到植物工厂初装成本和运行成本及能耗，也关系着生产效率。
2.1 立体多层无土栽培技术装备
立体多层无土栽培技术装备是指采用无土栽培方法，借助栽培床和层架管路装备，实现植物在多层立体栽培架上进行生产的技术装备。立体多层无土栽培技术装备是人工光植物工厂必要的本质装备，也是太阳光植物工厂需要迫切发展的技术装备。当前，以NFT和DFT技术为基础的多种立体多层无土栽培技术装备已经开发出来，适合叶菜、根茎类植物生产。立体多层无土栽培技术装备主要包括营养液储存供给系统（营养液池、泵动系统、供液回液管路、定植床、控制系统等）。
2.2 人工光照明技术装备
人工光照明技术装备是人工光植物工厂核心技术装备，为植物生产提供光合能量和光照信号。荧光灯是传统光源，LED是新型光源。两种光源的植物生理响应机制已经被广泛揭示，两种光源应用的生物学基础已非常明确。
但是，LED作为新型固态半导体光源具有荧光灯无法比拟的光电优势，包括：（1）可按植物生长发育需求调制光谱，按需用光，生物光效高；（2）冷光源，可贴近植物照射，提高空间利用率；（3）可控性好，可精准调控光强、光质和光周期等，适宜工厂化生产；（4）节能、环保、长寿命、体积小、质量轻；（5）LED光源装置多样（灯板、灯带、灯管和灯泡），适用于设施园艺各领域。目前，已有面板灯、条灯、灯管、灯带等植物工厂用灯被开发出来并推广应用。同时，太阳光植物工厂多款LED补光灯也被开发出来，包括行间冠层补光灯、花期灯、条灯等。人工光照明技术装备主要包括光源灯具、悬挂系统、控制系统、电源等。
2.3 智能环境控制技术装备
智能环境控制技术装备由执行机构、检测机构、控制机构组成，控制因子包括温度、湿度、光照、CO2浓度、气流、营养液供给等多种生产要素，在很大程度上环境控制智能化水平的高低决定着植物工厂的运行效率。智能环境控制以植物环境控制为基础，特别需要以环境因子耦合控制下的植物生理响应效应作为依据，尚需深入地
系统研究。在环境控制要素中，最重要的是养分和光照。养分和光照是两个既具有数量属性，又具有质量属性的环境要素，智能控制难度较大，其控制策略具有时间和空间要求，也需要和其他环境要素耦合统筹控制，是今后研究开发的重点。
2.4 植物生产空间自动化管控技术装备
植物生产空间自动化管控技术装备包括植物移栽定植技术装备、植物空间水平垂直移动传输技术装备、光源灯具水平垂直移动传输装备，以及机械化自动升降机、自动收获等生产管理技术装备等。植物生产空间自动化管控技术装备是植物工厂流水线作业的主体装备，有利于提高生产效率和管控水平。
3 谈产业：植物工厂产业发展历程知多少？
植物工厂的发展始于20世纪50年代欧美等一些发达国家。经过半个多世纪的发展，目前已经成为现代农业高技术产业的重要组成部分。植物工厂的基础主要来自于2项技术的突破：（1）营养液栽培技术。20世纪40年代以来以“矿质营养学说”为理论基础的植物营养学、化肥工业快速发展，以水溶性肥料按照肥料配方勾兑成的植物生产营养液栽培技术装备大规模应用发展，为植物工厂提供了重要的技术支撑。（2）环境感知与控制技术。以传感器与控制器为核心的环境控制技术的突破，使人工环境调控成为可能。植物工厂正是以这2项技术为基础，实现了植物的周年连续生产。到2000年后，伴随LED植物照明技术的进步，LED光源植物工厂问世，成就了植物工厂智能光环境调控技术，极大提升了植物工厂自动化水平和节能效率。
目前，植物工厂主要分布在东亚和欧美国家，以日本、荷兰、中国最具代表性。其中，日本在人工光植物工厂方面研发与产业化较快，居领先水平。目前，日本大约有100余座人工光植物工厂在运营。荷兰在太阳光植物工厂方面实力最强，最高产量高达90 kg/㎡。荷兰的植物工厂结构形式比较单一，90％以上的温室为Venlo型玻璃温室，Venlo型温室结构的基本特征是立柱支撑跨间桁架，桁架上支撑天沟，镶嵌屋面玻璃。不同年代建设的Venlo型玻璃温室的跨度和高度均在不断变化之中。中国是目前全球植物工厂研发与产业化最活跃的国家，在两类植物工厂研发方面均有建树，处于均衡发展中，目前已有人工光植物工厂近百座。
世界范围内，植物工厂研发与产业化存在几种模式，包括企业主导型、科研院所主导型、政府主导型。我国植物工厂的应用模式包括社区模式、公共场所模式（医院、商场、饭馆、宾馆等）、家庭模式、特殊场所（海岛、沙漠）、企业模式（照明企业、农业企业等）。植物工厂的功能包括植物产品生产、生态景观、科普体验、科学研究、高技术展示等，其中现存主流模式是科学研究和商业化生产。植物工厂的产业模式未来将是以政府、企业、科研院所和用户企业协同主导建立、运营的多种创新模式。
粗略估算，全球植物工厂市场总规模在数千亿元以上，我国植物工厂市场规模在1 000亿元以上。2000年后，我国植物工厂产业蓬勃发展，仅2016年上半年，投入运行的人工光植物工厂就有20座以上，太阳光植物工厂数千公顷。但是，我国植物工厂规模偏小（多小于200 m2），生产植物单一（叶菜为主），环控技术装备水平参差不齐，而且示范展示性和研究性植物工厂居多，商业化运行的植物工厂较少，亟待大力推进。植物工厂生产技术装备成熟化后，高效生产得以实现，成为盈利运营的基础。植物工厂的盈利商业模式内涵首先要探讨植物工厂主打植物产品、产品受众、销售方式、价格优势等产品盈利点并使之最大化；其次，把植物工厂盈利途径多样化，广泛接收社会支持。
世界上绝大多数植物工厂建立在城市，是城市农业重要组成部分。世界各植物工厂强国均在努力开发海外市场，进行技术装备的输出，竞争愈演愈烈。
4 谈问题：植物工厂面临的问题及解决思路
4.1 植物工厂发展面临的问题
植物工厂是未来设施园艺发展的趋势，是现代农业发展的重要目标， 市场前景广阔。而且， 植物工厂应用无所不在， 应用功能多种多样，近些年的普及率大幅度提高。诚然，当前植物工厂的发展亦面临诸多问题，需要认真对待， 逐一解决。
首先， 植物工厂初装成本高。植物工厂初装成本较日光温室、连栋温室高出很多，一般在6 000元/㎡以上，一个100㎡的人工光植物工厂，初装成本在60万元以上。其二，植物工厂植物产品成本高。以生菜为例，人工光植物工厂生产生菜成本在10～30元，在我国菜价市场决定机制下盈利空间较小。第三，植物工厂运行成本较高，能耗和人工成本高。一方面植物工厂光源、环境控制系统运行（空调、气流、营养液供给等）都需要消耗电能，能耗偏高；另一方面，自动化程度低，移栽定植、育苗、收获劳动力成本高。第四，标准化程度低，缺乏政府补贴政策。最后，商业化模式日渐成熟，但盈利点需要进一步探索。盈利是推动产业发展的最终驱动力，应努力挖掘符合市场需求的植物工厂商业化应用的盈利方式。
总体而言，植物工厂盈利程度不仅与本身生产能力有关，也与社会背景、行业发展水平、国家政策有关，是系统的社会实践。
4.2 植物工厂发展对策
植物工厂产业是新兴产业，需要系统研究技术装备、运行策略，并且探讨新型运营模式、盈利途径，才能实现可持续发展。面对当前问题，植物工厂的发展对策概括如下。
（1）研发节能高效的植物工厂生产技术装备，实现周年优质高产。农业生产系统的优质高产是植物工厂盈利发展的基础，植物工厂持续稳定地生产出高质量、高商品价值的植物产品必须攻克相应的关键技术。应着力在植物工厂核心技术层面开发高效的立体多层无土栽培技术装备、人工光照明技术装备、智能环境控制技术装备、植物生产空间自动化管控技术装备，推出优化组合集成系统。其中，智能环境控制技术装备更为重要，直接关系到植物生长发育、产量品质和植物工厂运行能耗等效益制约因子。
（2）研发高附加值植物的工厂化生产技术参数，提高盈利空间。加快高附加值植物（药用植物、保健植物、珍稀特蔬菜等）的植物光质生物学规律研究，拓展植物工厂生产的植物种类，探明功能性活性物质合成代谢累积的环境调控机制，增加可使用部位生物量和有益化合物的含量。
（3）建立品牌战略，加快植物工厂农产品和技术装备的社会认知度和认可度。着力发展植物工厂植物产品品牌，夯实品质保证机制，加大品牌宣传推广力度，使植物工厂产品深入民心，进而提高销售量和产值。
（4）构建多种植物工厂类型、产品，拓展盈利模式。着力开发家庭型、商用型、社区型等植物工厂类型，丰富植物工厂商业化产品，扩大购买人群；增加植物工厂生产的植物种类，充分利用植物工厂的多种功能实现可持续盈利。
5 谈前景：植物工厂的未来在何方
植物工厂发展前景广阔，未来5～10年将达到普及应用水平。植物工厂发展的推动力主要来源于以下几个方面。
首先，国家和企业加大了对植物工厂研究与开发的投入与力度，业界信心倍增。植物工厂是现代农业的重要标志，它的发展在一定程度上反映了一个国家和地区农业高技术发展的水平，同时也是未来国际农业高技术竞争的重要方向。植物工厂是一项高投入、高技术、高产出的生产方式，在发展初期，离不开国家政策的扶持。因此，国家在“十二五”和“十三五”期间加大了科技研发力度，进行多学科的协同攻关，降低成本，提升效益，提速了植物工厂的产业化速率。
其次，企业界加大了对植物工厂的资金投入力度。日本发展的经验充分证明了这一点，企业一直是推进植物工厂发展的主要动力。我国照明企业界正积极推动植物工厂产业的发展，利用自身光源制造优势，产学研结合，发展迅速。
国家层面对植物工厂发展十分认可，具体体现在以下三个事件上。其一，2013年国家“十二五”863计划项目“智能化植物工厂生产技术研究”在中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所立项启动，表明了国家层面对植物工厂研发与产业化前景的认可，具有里程碑式的意义。该项目共设立7个课题，涉及植物工厂LED节能光源、立体无土栽培、光温耦合节能环境控制、营养液调控、基于网络的智能管理以及人工光植物工厂、自然光植物工厂集成示范等方面，全国共有20多个优势科教单位和企业的160多位专家参与，项目总经费达4 611万元。其二，日，由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所“设施植物环境工程团队”自主研发的“智能LED植物工厂”成果亮相国家“十二五”科技创新成就展，受到了党和国家领导人的高度关注，这对植物工厂产业化具有积极的推进作用。其三，日农业照明专业委员会成立，成为以LED植物工厂照明为主导的植物工厂推进的全国性组织平台。以上三件大事均突出表现了国家层面对植物工厂及其相关技术装备研发的认可和持续支撑，奠定了植物工厂及其相关技术研发的可持续性。
其次，植物工厂产业发展恰逢其时，需大力促进。以植物工厂LED照明为主导的植物照明产业发展迅速，成为LED照明应用新蓝海，成为产业发展的新增长点。以植物照明产业为依托的智能控制、栽培工程等产业发展迅速。植物工厂能够提供无污染、高品质的植物产品，对保障城乡居民饮食安全具有重大意义。
最后，植物工厂发展的基础技术储备已经成熟，产业雏形已经形成，将很快进入产业快速发展期。目前，已有200家以上的企业涉猎到植物工厂产业领域，推出了整体或部分组件产品。因此，在众多利好条件的推动下，在社会发展迫切需求的促进下，在跨界创新的不断创造中，我国的植物工厂研发与产业化发展必将大放异彩，跻身世界植物工厂产业强国之列。
来源：业界观察
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