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摘要:
在第四次工業(yè)革命的驅(qū)使下,智能制造產(chǎn)業(yè)正在全球范圍內(nèi)孕育興起,主要工業(yè)化國(guó)家發(fā)展智能制造立足本國(guó)的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì),并得到了一定的發(fā)展,其發(fā)展受制于各種因素的影響。本文分析了智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響因素、趨勢(shì)和我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,試圖探究我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈絡(luò)的理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:
智能制造;產(chǎn)業(yè)發(fā)展;互聯(lián)網(wǎng)
智能制造產(chǎn)業(yè)成為全球新一輪制造變革的核心內(nèi)容,世界各國(guó)紛紛加快謀劃和布局,積極參與全球產(chǎn)業(yè)再分工,智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)、智能協(xié)同效應(yīng)等方面都出現(xiàn)重大變革。全球智能制造的發(fā)展趨勢(shì)基本一致的,但影響因素卻不盡相同、錯(cuò)綜復(fù)雜,發(fā)展路徑和發(fā)展模式也各具特色。因此,結(jié)合我國(guó)實(shí)際分析智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響因素和趨勢(shì),可以推動(dòng)智能制造產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。
一、智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響因素
(一)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展影響。2015年,全球約有150億產(chǎn)品連入互聯(lián)網(wǎng),預(yù)計(jì)到2020年將增長(zhǎng)至300億。新一代信息技術(shù)所產(chǎn)生的龐大的科技動(dòng)力和新的能量促進(jìn)工業(yè)朝互聯(lián)網(wǎng)化方面發(fā)展,構(gòu)建起大的互聯(lián)網(wǎng)空間,正在和工業(yè)空間、企業(yè)和工業(yè)體系,互聯(lián)網(wǎng)催生的智能技術(shù)對(duì)工業(yè)進(jìn)行全方位的改造、提升和變革,一系列工業(yè)生產(chǎn)的新模式、新業(yè)態(tài)和新的價(jià)值鏈體系正在全方位形成,把虛擬世界和物理世界緊密融合在一起,發(fā)揮協(xié)同作用。
1.互聯(lián)網(wǎng)改變制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式。第三次工業(yè)革命使個(gè)性化定制成為可能,數(shù)字化制造、機(jī)器人、人工智能與新型材料技術(shù)的成熟和應(yīng)用使企業(yè)可以跨國(guó)中間商,直接響應(yīng)用戶的需求,并通過(guò)可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)或柔性生產(chǎn)線,按照用戶的個(gè)性化需求交付產(chǎn)品(C2M)。而且與大規(guī)模定制相比,個(gè)性化定制的成本并不顯著增加、交付時(shí)間也不會(huì)顯著延長(zhǎng),這就使具有個(gè)性化定制能力的企業(yè)獲得了顯著的優(yōu)勢(shì),這些都需要新型的智能制造業(yè)作為支撐。
2.互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)新的制造業(yè)業(yè)態(tài)的形成。現(xiàn)在制造業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)雙向融合的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,把產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展模式高度融合為一體,包括消費(fèi)環(huán)節(jié)、產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)、技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)流程和產(chǎn)業(yè)服務(wù)等全方位的融合。互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新一代智能產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),產(chǎn)品制造過(guò)程也不斷智能化,同時(shí),產(chǎn)業(yè)邊界和流程界限變得模糊。互聯(lián)網(wǎng)融合促使工業(yè)的生態(tài)環(huán)境、業(yè)態(tài)環(huán)境也發(fā)生了深刻的變化形成工業(yè)的智能生態(tài)系統(tǒng),成為一個(gè)分享經(jīng)濟(jì)、共享經(jīng)濟(jì)的時(shí)代,新的智能制造業(yè)的業(yè)態(tài)正在全方位形成。
3.互聯(lián)網(wǎng)改變工廠形態(tài)。如果說(shuō)第一代工廠是機(jī)械化、第二代工廠是升級(jí)版的機(jī)械化(電力驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模生產(chǎn))、第三代工廠是自動(dòng)化(IT技術(shù)),那么第四代工廠則是由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)連接而成的“信息物理系統(tǒng)”(CPS),即智能化。供應(yīng)商、生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間,原材料、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品之間,研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售之間,均被互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái),各個(gè)實(shí)體、單元、環(huán)節(jié)相互之間可以進(jìn)行高效、實(shí)時(shí)的通訊。原材料能感知生產(chǎn)設(shè)備的需求及自身的數(shù)量,及時(shí)供貨和備貨;生產(chǎn)工廠可以及時(shí)掌握用戶的需求采購(gòu)原材料,根據(jù)產(chǎn)品銷(xiāo)售情況調(diào)整生產(chǎn)進(jìn)度。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(人工智能系統(tǒng))的控制下,完全無(wú)人化的智能工廠將成為可能。同時(shí),互聯(lián)網(wǎng)提高了制造業(yè)生產(chǎn)效率,產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)加快研發(fā)設(shè)計(jì)流程、優(yōu)化供應(yīng)鏈、加快加工制造速度、改善產(chǎn)品質(zhì)量、減少庫(kù)存和原材料消耗、提高產(chǎn)品附加價(jià)值等手段,同樣能夠推動(dòng)生產(chǎn)效率的提高。
4.互聯(lián)網(wǎng)催生新的產(chǎn)業(yè)。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)其他產(chǎn)業(yè)的影響不僅表現(xiàn)在流程上,而且表現(xiàn)在對(duì)最終產(chǎn)品、服務(wù)的顛覆上。一方面,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用本身就會(huì)形成巨大的市場(chǎng)需求,從而產(chǎn)生新興產(chǎn)業(yè),譬如智能傳感器產(chǎn)業(yè)、智能機(jī)器人產(chǎn)業(yè)、智能工廠解決方案提供產(chǎn)業(yè)、云計(jì)算、云存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè);另一方面,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與其他產(chǎn)品、服務(wù)的結(jié)合也將形成新的產(chǎn)品和服務(wù),隨著市場(chǎng)需求的擴(kuò)大演變?yōu)樾碌漠a(chǎn)業(yè)部門(mén),譬如智能家居產(chǎn)業(yè)、可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)、大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)業(yè)及系列的服務(wù)型制造產(chǎn)業(yè)。
(二)《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略影響。《中國(guó)制造2025》明確了智能制造是建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的主攻方向。要在重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵領(lǐng)域推進(jìn)智能化升級(jí);促進(jìn)研發(fā)設(shè)計(jì)模式不斷創(chuàng)新,打破傳統(tǒng)的封閉式研發(fā)創(chuàng)新模式,加快推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈整體科技創(chuàng)新能力提升;推進(jìn)制造業(yè)服務(wù)化智能改造,實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控、工況分析、運(yùn)維服務(wù),工程機(jī)械聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的成功應(yīng)用提升了工程機(jī)械工作效率,在安裝、維修、培訓(xùn)、設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、工程總包、軟件開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域取得較快發(fā)展,通過(guò)加強(qiáng)大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用,不斷提升服務(wù)能力和效率。推進(jìn)智慧車(chē)間和工廠的建設(shè)運(yùn)營(yíng),打造線上企業(yè)資源充分共享、制造能力高度智能、產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)緊密協(xié)同的云端制服務(wù)體系。推進(jìn)《中國(guó)制造2025》與德國(guó)工業(yè)4.0合作試驗(yàn)區(qū)建設(shè),重點(diǎn)發(fā)展智能制造、高端裝備、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能服務(wù)等產(chǎn)業(yè)。
(三)裝備智能化與智能互聯(lián)的影響。工業(yè)4.0引領(lǐng)智能制造產(chǎn)業(yè)作為第四代工業(yè)革命的范式,其主要特征包括高度柔性制造環(huán)境下的大規(guī)模定制,以及工業(yè)流程的自我配置、優(yōu)化與診斷。在大數(shù)據(jù)支持下,智能服務(wù)提供商也能夠越來(lái)越準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)用戶的需求,智能服務(wù)根據(jù)不同客戶的特定需求提供特定服務(wù)。智能空間為互聯(lián)網(wǎng)嵌入式物品、設(shè)備等提供互聯(lián)的智能環(huán)境,依賴于底層高性能技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施,智能產(chǎn)品被嵌入至技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施層,形成網(wǎng)絡(luò)化物理平臺(tái)。而軟件平臺(tái)成為異質(zhì)性物理系統(tǒng)和服務(wù)的整合層,服務(wù)平臺(tái)作為業(yè)務(wù)集成層,營(yíng)造數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)。
二、智能制造產(chǎn)業(yè)研究演進(jìn)
(一)國(guó)外研究演進(jìn)。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金就著重資助有關(guān)智能制造的相關(guān)研究,包括制造過(guò)程中的智能決策、智能協(xié)作求解、智能并行設(shè)計(jì)、智能物流傳輸?shù)取?011年,奧巴馬宣布實(shí)施《先進(jìn)制造聯(lián)盟計(jì)劃》。日本于1990年首先提出為期10年的智能制造系統(tǒng)國(guó)際合作計(jì)劃。歐盟于2010年啟動(dòng)了第七框架計(jì)劃的制造云項(xiàng)目。2010年,德國(guó)推行《高技術(shù)戰(zhàn)略2020計(jì)劃》國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略,旨在奠定“工業(yè)4.0”的關(guān)鍵工業(yè)技術(shù),領(lǐng)先于國(guó)際地位。
(二)研究的焦點(diǎn)。主要是討論智能制造的概念、內(nèi)涵、模式、發(fā)展路徑及影響因素等方面。由于制造技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等不斷發(fā)展,關(guān)于智能制造的概念和內(nèi)涵,也處在不斷變化、充實(shí)和完善之中。楊叔子和丁洪從智能制造的研究背景和發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā),指出智能制造研究領(lǐng)域主要包括智能制造技術(shù)(IMT)與智能制造系統(tǒng)(IMS),同時(shí)強(qiáng)調(diào)了智能制造從屬于21世紀(jì)先進(jìn)制造范疇,雙I是其重要特征。朱劍英從科學(xué)、技術(shù)和產(chǎn)業(yè)三者關(guān)系的角度對(duì)智能制造進(jìn)行了研究,并指出在實(shí)現(xiàn)智能制造時(shí)要重視中小企業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化智能化,另外相比于機(jī)器設(shè)備的智能化而言企業(yè)管理的智能化更為重要。熊有倫從產(chǎn)業(yè)交叉融合的角度對(duì)智能制造進(jìn)行了闡述,指出智能制造是工業(yè)化和信息化深度融合的產(chǎn)物,并概括了智能制造的范圍的各類智能產(chǎn)品。雖然學(xué)界對(duì)智能制造理解的側(cè)重點(diǎn)不同,但總體上可概括為兩個(gè)層面,一是制造設(shè)備、產(chǎn)品的智能化,二是制造過(guò)程、管理的智能化。前者關(guān)注制造對(duì)象,后者關(guān)注制造主體,后者的研究正受到越來(lái)越多學(xué)者的重視。針對(duì)智能制造的模式、發(fā)展路徑以及影響因素,國(guó)內(nèi)學(xué)者大都是在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上展開(kāi)相應(yīng)研究。例如,張爽生以全球信息化為背景,分析了企業(yè)生產(chǎn)制造所面臨的新問(wèn)題,提出需借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn),對(duì)中國(guó)企業(yè)生產(chǎn)模式進(jìn)行改造。易開(kāi)剛和孫漪主要從要素環(huán)境、制度環(huán)境、產(chǎn)業(yè)環(huán)境等方面,探討了民營(yíng)制造企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型影響因素,并針對(duì)民營(yíng)企業(yè)“低端鎖定”問(wèn)題,提出了相應(yīng)突變路徑。智能制造與產(chǎn)業(yè)的關(guān)系,主要研究智能制造與制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的相互關(guān)系,以定性為主。丁純和李君揚(yáng)從德國(guó)“工業(yè)4.0”的動(dòng)因、內(nèi)容、前景等方面入手,介紹了德國(guó)制造業(yè)智能化的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì),并給出了中國(guó)應(yīng)對(duì)全球制造業(yè)變革的對(duì)策建議。杜曉君和張序晶研究了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)升級(jí)路徑,總結(jié)了國(guó)外經(jīng)驗(yàn)對(duì)中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的啟示和借鑒意義。陳雪琴針對(duì)高端制造向發(fā)達(dá)國(guó)家回流,低端制造向東南亞等國(guó)轉(zhuǎn)移這一新形勢(shì),指出中國(guó)制造業(yè)亟需從要素驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)為效率驅(qū)動(dòng)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),并強(qiáng)調(diào)需積極開(kāi)展智能制造試點(diǎn)示范,提升制造業(yè)的智能化,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。以上結(jié)果說(shuō)明,智能制造已成為發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域,中國(guó)也必須給予足夠的重視,積極開(kāi)展相關(guān)研究和實(shí)踐。智能制造與企業(yè)關(guān)系,主要探討智能制造環(huán)境下的企業(yè)集成、企業(yè)智能化升級(jí)、企業(yè)管理智能化、企業(yè)運(yùn)營(yíng)績(jī)效等問(wèn)題。例如,等人在分析制造業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和企業(yè)面臨問(wèn)題的基礎(chǔ)上,提出了智能制造環(huán)境下企業(yè)集成的總體目標(biāo)和原則,以及企業(yè)集成的信息模型和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。易開(kāi)剛和孫漪等論證了智能制造可有效打破民營(yíng)企業(yè)“低端鎖定”路徑依賴,并從外部政策支持及企業(yè)內(nèi)部變革兩方面,提出了民營(yíng)企業(yè)實(shí)施智能制造策略的路徑。蔡為民以輪胎制造企業(yè)為例,研究了智能制造與企業(yè)運(yùn)營(yíng)績(jī)效的關(guān)系,并從生產(chǎn)效率、節(jié)能減排、服務(wù)質(zhì)量等方面進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),分析表明智能制造可助力制造企業(yè)提質(zhì)增效。智能制造其它方面的研究,該部分主要探討了智能制造與管理創(chuàng)新、企業(yè)社會(huì)責(zé)任等其他方面的話題,研究?jī)?nèi)容較寬泛。例如,陳佳貴以國(guó)外管理學(xué)百年發(fā)展歷程為背景,研究了中國(guó)管理學(xué)創(chuàng)新發(fā)展問(wèn)題,并在文章中指出“大數(shù)據(jù)、智能制造、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)正在激發(fā)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、制造模式等一系列管理范式的變革”。云制造是近年來(lái)由李伯虎院士等借用云計(jì)算的思想,提出的一種基于知識(shí)、面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化智能制造新模式。更進(jìn)一步,姚錫凡等在云制造、制造物聯(lián)、企業(yè)2.0等基礎(chǔ)上,提出了智慧制造,并探討了從云制造到智慧制造的實(shí)現(xiàn)路徑。
(三)國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展。綜上,國(guó)內(nèi)智能制造理論研究主要是對(duì)制造業(yè)智能化現(xiàn)象的籠統(tǒng)描述、轉(zhuǎn)型路徑的淺層分析和發(fā)展模式的簡(jiǎn)單總結(jié),未見(jiàn)理論上的深層次探討,研究深度尚顯不足。主要表現(xiàn)為:對(duì)智能制造內(nèi)涵和外延的界定比較模糊、不夠清晰;對(duì)制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的影響因素沒(méi)有完整的分析;對(duì)智能制造發(fā)展路徑和模式的探討更多集中在現(xiàn)象描述層面,缺乏微觀機(jī)制和內(nèi)部動(dòng)力等視角的深入分析;對(duì)智能化轉(zhuǎn)型中企業(yè)的組織架構(gòu)、管理方式變革等方面只有少部分論述,未見(jiàn)系統(tǒng)的探討。因此,在今后的工作中,不僅需要對(duì)智能制造的內(nèi)涵、外延等進(jìn)行詳細(xì)闡述和研究,還要注意結(jié)合創(chuàng)新理論、運(yùn)營(yíng)管理理論、組織理論等對(duì)智能制造發(fā)展的路徑、模式、規(guī)律等進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究,為后續(xù)工作奠定扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。
三、智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
(一)國(guó)內(nèi)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。當(dāng)前,我國(guó)制造業(yè)尚處于機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化、信息化并存發(fā)展階段,對(duì)多數(shù)企業(yè)處在由工業(yè)2.0向工業(yè)3.0過(guò)渡階段。我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)落后,高端傳感器、重要操作系統(tǒng)和數(shù)字化基礎(chǔ)的智能化水平還有待提高,互聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)的融合發(fā)展還有很大空間;制造業(yè)自動(dòng)化水平存在區(qū)域、行業(yè)間、行業(yè)內(nèi)部的多層次不均衡,在自動(dòng)化及智能化裝備和生產(chǎn)線、生產(chǎn)加工的數(shù)字控制、企業(yè)信息管理方面基礎(chǔ)較為薄弱。《2016~2020年中國(guó)智能制造行業(yè)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)報(bào)告》中指出,我國(guó)智能制造處于初級(jí)發(fā)展階段,同樣也是大部分處于研發(fā)階段,僅16%的企業(yè)進(jìn)入智能制造應(yīng)用階段;從智能制造的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看,52%的企業(yè)其智能制造收入貢獻(xiàn)率低于10%,60%的企業(yè)其智能制造利潤(rùn)貢獻(xiàn)低于10%。
(二)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。
1.智能制造產(chǎn)業(yè)將與以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)產(chǎn)生深度融合。新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)向生產(chǎn)和消費(fèi)領(lǐng)域全面滲透,在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的支持下,制造業(yè)產(chǎn)品、生產(chǎn)流程管理、研發(fā)設(shè)計(jì)、企業(yè)管理乃至用戶關(guān)系將出現(xiàn)智能化趨勢(shì),互聯(lián)網(wǎng)重構(gòu)了產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈及價(jià)值鏈,生產(chǎn)組織方式、要素配置方式、產(chǎn)品形態(tài)和商業(yè)服務(wù)模式都發(fā)生變革,已成為撬動(dòng)智能制造的重要力量,將推動(dòng)“中國(guó)制造”向“中國(guó)智造”轉(zhuǎn)型。
2.大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下,智能制造產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)按需定制的制造模式變革。智能制造產(chǎn)業(yè)開(kāi)始走向個(gè)性化定制的一個(gè)新時(shí)代,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化和智能化的柔性和協(xié)同生產(chǎn),將出現(xiàn)網(wǎng)按需定制的制造模式變革。生產(chǎn)制造系統(tǒng)將具備高度柔性化、個(gè)性化以及快速響應(yīng)市場(chǎng)等特性。將出現(xiàn)消費(fèi)需求智能感知的制造模式變革,對(duì)制造業(yè)的生態(tài)和業(yè)態(tài)產(chǎn)生深刻的影響,從而重構(gòu)智能制造產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈,推動(dòng)智能制造產(chǎn)業(yè)集群在線上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
四、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述分析,智能制造業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)對(duì)發(fā)展趨勢(shì)的把握,要利用好有利因素,克服不利因素;借鑒美國(guó)GSP智能協(xié)同系統(tǒng),德國(guó)工業(yè)4.0的智能制造業(yè)的發(fā)展模式,充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能制造升級(jí)的引領(lǐng)、融合、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用,有針對(duì)性地選擇智能制造的創(chuàng)新路徑和重點(diǎn)突破口,實(shí)現(xiàn)智能制造的創(chuàng)新發(fā)展。
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作者:唐德淼 單位:無(wú)錫環(huán)境科學(xué)與工程研究中心