振興中國(guó)智能制造新路徑

□文/李正海

我國(guó)在推行多年的兩化融合基礎(chǔ)上，今年提出了《中國(guó)制造2025》。它成為實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)，也被外界解讀為中國(guó)版的工業(yè)4.0計(jì)劃。面對(duì)熱議，中國(guó)振興智能制造的路徑又在哪里？

智能制造是《中國(guó)制造2025》、德國(guó)工業(yè)4.0、美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的交會(huì)點(diǎn)，而這三者內(nèi)容都十分豐富，存在著大量的技術(shù)要素、眾多應(yīng)用領(lǐng)域、涉及價(jià)值鏈方方面面，在項(xiàng)目實(shí)施中也需要大量投入。因此，政府部門(mén)、制造業(yè)企業(yè)、相關(guān)軟硬件企業(yè)和集成企業(yè)都在積極思考，如何確立具有中國(guó)特色的智能制造發(fā)展路徑。

打造具有中國(guó)特色的智能制造

“智能制造”從字面上理解，可以分成幾個(gè)部分，首先是“智”，相對(duì)而言，“智”強(qiáng)調(diào)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)獲取信息、運(yùn)用知識(shí)的能力。“能”是一種使能技術(shù)，意味著決策、執(zhí)行。而“制造”可以理解成物理與化學(xué)的變化，涉及連續(xù)制造、間隙制造、離散制造，另外我們也可以把制造分成狹義的制造以及物流。我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)與德國(guó)、美國(guó)相比，可謂種類(lèi)全面、大而不強(qiáng)。工業(yè)的技術(shù)水平千差萬(wàn)別，可以說(shuō)工業(yè)1.0、工業(yè)2.0和工業(yè)3.0都存在。同時(shí)我國(guó)人口基數(shù)巨大，在工業(yè)領(lǐng)域，工程技術(shù)人員和產(chǎn)業(yè)工人眾多。因此，中國(guó)的智能制造需要有中國(guó)特色，而這種特色就是由智能裝備、人類(lèi)專(zhuān)家和廣大工人組成的人機(jī)一體化系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)在制造過(guò)程中能夠進(jìn)行信息的采集、傳遞、分析、運(yùn)算、可視化，再進(jìn)行決策，然后由裝備、機(jī)器人和人類(lèi)進(jìn)行控制與制造執(zhí)行。在其中的分析運(yùn)算中，充分利用人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)成果，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大運(yùn)算能力去擴(kuò)大、延伸人類(lèi)專(zhuān)家的腦力勞動(dòng)，而對(duì)于缺少人類(lèi)專(zhuān)家的場(chǎng)景，系統(tǒng)也可部分替代人類(lèi)專(zhuān)家的作用，從而實(shí)現(xiàn)制造的數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化。

智能制造覆蓋的內(nèi)容很多，各方強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容也不同。如德國(guó)工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)信息物理系統(tǒng)(CPS)系統(tǒng)，利用自動(dòng)化和軟件領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)將集中式控制變成分散式控制，促進(jìn)個(gè)性化、數(shù)字化和集成化；美國(guó)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)傳感采集、強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)分析、強(qiáng)調(diào)高級(jí)分析，也強(qiáng)調(diào)工作中與人的聯(lián)系，其技術(shù)核心是互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)；我國(guó)的《中國(guó)制造2025》則除了智能制造和兩化融合外，也在構(gòu)建創(chuàng)新中心、工業(yè)強(qiáng)基、綠色制造、重點(diǎn)裝備領(lǐng)域等方面，尤其強(qiáng)化總體的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模與結(jié)構(gòu)。

多樣化的智能制造產(chǎn)業(yè)格局

智能制造產(chǎn)業(yè)涉及的面比較寬，包括先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等。傳統(tǒng)意義的智能裝備制造業(yè)主要包括高檔數(shù)控機(jī)床、智能測(cè)控裝置、關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件以及重大智能裝備。而在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到新的時(shí)期，智能制造產(chǎn)業(yè)的內(nèi)涵也將發(fā)生變化，在原來(lái)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了細(xì)分的機(jī)器人行業(yè)。更加強(qiáng)調(diào)促進(jìn)智能生產(chǎn)的制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、信息物理系統(tǒng)(CPS)等，強(qiáng)調(diào)相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算系統(tǒng)，以及促進(jìn)智能發(fā)展的教育、各種標(biāo)準(zhǔn)制定、技術(shù)研發(fā)、咨詢(xún)服務(wù)等。智能制造產(chǎn)業(yè)主要包括如下部分：

高檔數(shù)控機(jī)床。分為大型、高精度數(shù)控母機(jī)與面向行業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵高精密數(shù)控機(jī)床。進(jìn)一步細(xì)化則包括通用行業(yè)的重型立臥車(chē)床、龍門(mén)銑床、落地鏜床、軋輥磨床、高速精密車(chē)床、加工中心、復(fù)合機(jī)床、各種數(shù)控磨床、大型滾齒機(jī)和磨齒機(jī)、數(shù)控線(xiàn)切割和成形機(jī)床、大型數(shù)控成形設(shè)備等；面向行業(yè)應(yīng)用的分為數(shù)控葉根槽銑床、數(shù)控轉(zhuǎn)子槽銑床、數(shù)控成型銑齒機(jī)、數(shù)控成型磨齒機(jī)、超重型深空鉆床、連桿加工機(jī)床等。

重大智能裝備。包括石油石化智能成套設(shè)備、冶金智能成套設(shè)備、智能化成形和加工成套設(shè)備、自動(dòng)化物流成套設(shè)備、建材制造成套設(shè)備、智能化食品制造生產(chǎn)線(xiàn)、智能化紡織成套裝備、智能化印刷裝備等。

測(cè)控設(shè)備。包括新型傳感器、智能控制器、可編程控制器、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)FCS、嵌入式系統(tǒng)、智能儀表、精密儀器、精密傳動(dòng)裝置、伺服控制機(jī)構(gòu)、液氣密元件及系統(tǒng)等。

工業(yè)機(jī)器人與特種機(jī)器人。包括焊接、涂裝、搬運(yùn)、裝配等工業(yè)機(jī)器人，以及安防、危險(xiǎn)作業(yè)、救援等特種機(jī)器人。

軟件系統(tǒng)及平臺(tái)。包括制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、信息物理系統(tǒng)(CPS)、計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)(CAE)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等。

在教育、技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)、咨詢(xún)等領(lǐng)域，智能制造不僅需要提升物理裝備的能力，更要提升軟能力，尤其是人的能力。因此，在智能制造的管理人員、技術(shù)人員、生產(chǎn)人員和系統(tǒng)服務(wù)人員都有大量的教育培訓(xùn)需求。而在技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定方面，也有大量的工作要做，并且在智能制造的方案制定、系統(tǒng)集成方面，更需要高速發(fā)展。

隨著《中國(guó)制造2025》的推出，我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，預(yù)計(jì)在2015年產(chǎn)值將突破1萬(wàn)億元，年均增長(zhǎng)率超過(guò)25%，工業(yè)增加值率達(dá)到35%。而一些重大智能制造產(chǎn)品也將實(shí)現(xiàn)突破，形成一批具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)內(nèi)影響力的制造企業(yè)。從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)完善的智能制造產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)裝備的智能化及制造過(guò)程的自動(dòng)化，使產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)效率、產(chǎn)品技術(shù)水平和質(zhì)量得到顯著提高，能源、資源消耗和污染物的排放明顯降低。但是我國(guó)的智能制造產(chǎn)業(yè)也面臨著創(chuàng)新能力不足、創(chuàng)新投入比例低、創(chuàng)新人才數(shù)量少、核心技術(shù)不掌握、自主品牌缺乏、重大技術(shù)裝備儀器儀表基本被國(guó)外壟斷以及機(jī)器人控制系統(tǒng)、高端傳感器、伺服電機(jī)、高檔數(shù)控機(jī)床絕大部分被國(guó)外產(chǎn)品占有等問(wèn)題。而在互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、高端服務(wù)器、存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)等領(lǐng)域，也大多被國(guó)外企業(yè)擁有，所以我國(guó)的智能制造之路，稱(chēng)得上任重道遠(yuǎn)。

發(fā)揮主體作用 提升發(fā)展質(zhì)量和內(nèi)涵

智能制造已經(jīng)成為我國(guó)的強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略，國(guó)家和地方政府推出各種扶持政策。作為具體執(zhí)行的企業(yè)和個(gè)人，需要及時(shí)掌握并利用國(guó)家政策，提升企業(yè)智能制造能力，提高個(gè)人智能制造的知識(shí)和技能，從而夯實(shí)工業(yè)基礎(chǔ)，提升制造能力與質(zhì)量，促進(jìn)制造創(chuàng)新，加快制造業(yè)與“互聯(lián)網(wǎng)+”的有機(jī)融合。

在國(guó)家層面，工業(yè)和信息化部實(shí)施啟動(dòng)了智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目，目標(biāo)是形成智能制造體系和公共服務(wù)平臺(tái)。在具體運(yùn)作方面，主要包括掌握我國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)狀態(tài)以及面臨的問(wèn)題，明確智能制造的思路和重點(diǎn)方向，引導(dǎo)新一代信息技術(shù)在制造業(yè)的集成應(yīng)用。包括云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬技術(shù)等。培育新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新模式，推進(jìn)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)，構(gòu)建智能制造標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化工作。發(fā)揮政策引導(dǎo)、推動(dòng)、財(cái)稅機(jī)制，促進(jìn)國(guó)際交流和合作。具體的智能制造試點(diǎn)項(xiàng)目，包括以智能工廠為代表的流程制造試點(diǎn)，以數(shù)字化車(chē)間為代表的離散制造試點(diǎn)，以信息技術(shù)深度嵌入為代表的智能裝備和產(chǎn)品試點(diǎn)，以個(gè)性化定制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同開(kāi)發(fā)、電子商務(wù)為代表的智能制造新業(yè)態(tài)試點(diǎn)，以物流信息化、能源管理智慧化為代表的智能化管理試點(diǎn)，以在線(xiàn)檢測(cè)，遠(yuǎn)程診斷和云服務(wù)為代表的智能服務(wù)試點(diǎn)等。

各地政府為促進(jìn)地區(qū)發(fā)展，推出大量的政府扶持項(xiàng)目，如浙江提出5年投入5000億元實(shí)施機(jī)器換人項(xiàng)目；天津發(fā)布智能制造重大科技專(zhuān)項(xiàng)，打造5—10家智能制造示范工廠，建設(shè)100家機(jī)器換人示范企業(yè)，同時(shí)計(jì)劃3年累計(jì)投入1億元，面向全國(guó)從事機(jī)器人科研生產(chǎn)的企業(yè)、高校和科研院所，征集智能制造重大科技項(xiàng)目。各地紛紛構(gòu)建智能制造、工業(yè)機(jī)器人園區(qū)以及智能制造聯(lián)盟。各地政府需要結(jié)合本地特色，加強(qiáng)地區(qū)統(tǒng)籌，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)宏觀指導(dǎo)，制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)布局與區(qū)域分工，促進(jìn)高水平創(chuàng)新；促進(jìn)服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、研發(fā)、中試、轉(zhuǎn)化等一系列公共平臺(tái)的建設(shè)；構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研研究轉(zhuǎn)化體系，形成產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，形成產(chǎn)業(yè)集群，實(shí)現(xiàn)規(guī)模發(fā)展，提升服務(wù)能力和競(jìng)爭(zhēng)力；加強(qiáng)人員培養(yǎng)，促進(jìn)創(chuàng)新，深化大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)綠色、安全、高速創(chuàng)新發(fā)展。

企業(yè)是實(shí)施智能制造最主要的主體。企業(yè)在實(shí)施智能制造過(guò)程中，一方面需要進(jìn)行新設(shè)備引進(jìn)，另一方面更需要對(duì)已有裝備進(jìn)行改造，在做好頂層設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能制造升級(jí)。在實(shí)施的過(guò)程中，確立自身的優(yōu)勢(shì)。在制造方面，按照產(chǎn)品裝配工藝、部件裝配工藝、零件生產(chǎn)工藝、工序、工步進(jìn)行細(xì)化分解，實(shí)現(xiàn)信息化、數(shù)字化、知識(shí)化、集成化、自動(dòng)化和智能化。而在此過(guò)程中需要強(qiáng)調(diào)，自動(dòng)化是在可以保證質(zhì)量穩(wěn)定基礎(chǔ)后才實(shí)施，智能化也是在實(shí)施自動(dòng)化以后實(shí)施。當(dāng)然對(duì)于引進(jìn)的智能化系統(tǒng)，不僅要看重其包含的硬件部分，更要看重其軟件部分，同時(shí)關(guān)注其中蘊(yùn)含的知識(shí)部分，也就是大數(shù)據(jù)部分。另外作為智能生產(chǎn)裝備，其學(xué)習(xí)能力、推理能力應(yīng)該作為重中之重進(jìn)行考察分析。智能制造的路徑有向上與向下兩種，向上是與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，向下是工業(yè)強(qiáng)基?；ヂ?lián)網(wǎng)結(jié)合的核心是實(shí)現(xiàn)與企業(yè)的客戶(hù)、供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，與行業(yè)信息實(shí)現(xiàn)集成，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘮?shù)據(jù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳遞、轉(zhuǎn)換、生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和云服務(wù)。而向下必須保證生產(chǎn)線(xiàn)的連續(xù)、穩(wěn)定地生產(chǎn)，因此需要有各種傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CPS系統(tǒng)，構(gòu)建設(shè)備的監(jiān)控、故障診斷和預(yù)防性維護(hù)。對(duì)于集團(tuán)性企業(yè)，更需要實(shí)現(xiàn)集團(tuán)間的數(shù)據(jù)集成、工作集成、管理集成和創(chuàng)新集成。比較典型的應(yīng)用，如利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各企業(yè)的數(shù)據(jù)之間的集成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)分析，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。或者如縱向分析設(shè)備的生命周期狀態(tài)，橫向監(jiān)控設(shè)備是否正常，從而減少設(shè)備的計(jì)劃外維修，保證生產(chǎn)的平穩(wěn)。

具體而言，企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造要分成智能的產(chǎn)品、智能的裝備、智能的生產(chǎn)、智能的物流、智能的組織和智能的管理與決策六大領(lǐng)域來(lái)實(shí)施。系統(tǒng)性地采購(gòu)智能裝備、工業(yè)機(jī)器人，構(gòu)建智能生產(chǎn)線(xiàn)、生產(chǎn)車(chē)間、應(yīng)用制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)(APS)、信息物理系統(tǒng)(CPS)等。結(jié)合人員教育和商業(yè)模式改進(jìn)，從而構(gòu)建智能工廠。

智能制造離不開(kāi)人，一方面需要利用軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人的知識(shí)顯性化管理，另一方面需要提升企業(yè)各級(jí)人員的智能制造水平，充分學(xué)習(xí)掌握軟件的應(yīng)用，提升智能制造的能力，掌握智能裝備的使用、維護(hù)和改進(jìn)，并控制新技術(shù)帶來(lái)的安全與風(fēng)險(xiǎn)。從而保證智能制造的落地有效運(yùn)行，促進(jìn)企業(yè)的智能能力的提升。由于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，企業(yè)人員流動(dòng)加大，因此實(shí)現(xiàn)智能組織和智能人員管理勢(shì)在必行，比較典型的是促進(jìn)創(chuàng)新，培育創(chuàng)客，企業(yè)改變績(jī)效考核制度，實(shí)現(xiàn)復(fù)合收益模式、長(zhǎng)效收益模式，以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的人員發(fā)展和企業(yè)創(chuàng)新需要。對(duì)于制造業(yè)的個(gè)人而言，充分學(xué)習(xí)智能制造知識(shí)，掌握智能制造技能，避免被機(jī)器人所代替，利用互聯(lián)網(wǎng)的高速傳遞能力和海量的用戶(hù)基礎(chǔ)，發(fā)揮自身潛能，創(chuàng)造自身價(jià)值。

最后需要提及的是，我國(guó)是個(gè)工業(yè)大國(guó)，普遍存在著信息不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象，因此在實(shí)施智能制造時(shí)，可以根據(jù)不同的應(yīng)用狀態(tài)采取不同的策略。如短期內(nèi)國(guó)內(nèi)不能生產(chǎn)供應(yīng)的，那么可以引進(jìn)。但要實(shí)施集成性引進(jìn)，也就是只引進(jìn)核心部分，加上國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品功能組件，從而形成解決方案。對(duì)于這部分產(chǎn)品，要逐步降低對(duì)外的依賴(lài)比例和進(jìn)口總額；對(duì)于國(guó)內(nèi)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)供應(yīng)的產(chǎn)品，要降低信息不透明性，作為生產(chǎn)企業(yè)，提升自身的宣傳策劃能力，加大宣傳力度；對(duì)于購(gòu)置企業(yè)，在條件基本相當(dāng)情況下，應(yīng)優(yōu)先選擇國(guó)內(nèi)企業(yè)。另外在政府引導(dǎo)下，構(gòu)建產(chǎn)業(yè)合作平臺(tái)，促進(jìn)信息溝通，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的合作；對(duì)于已經(jīng)達(dá)到量產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量可靠的智能制造相關(guān)產(chǎn)品，要普及性應(yīng)用，根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)工業(yè)2.0補(bǔ)課、工業(yè)3.0普及和工業(yè)4.0試點(diǎn)，從而形成中國(guó)強(qiáng)大的制造體系，做大制造業(yè)規(guī)模，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

智能制造引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展

智能制造的相關(guān)核心技術(shù)將會(huì)發(fā)生巨大的變化，比較典型的是人工智能技術(shù)。包括機(jī)器學(xué)習(xí)、感知技術(shù)、知識(shí)表達(dá)等。而專(zhuān)家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯將得到廣泛應(yīng)用。在智能裝備方面，設(shè)備的自感知、自省、自律和自維護(hù)將得到普遍應(yīng)用。另外虛擬制造技術(shù)和三維仿真技術(shù)也將對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生巨大影響。而3D打印則會(huì)促進(jìn)生產(chǎn)效率和材料利用水平的進(jìn)一步提高。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將發(fā)生突飛猛進(jìn)的變化。數(shù)據(jù)傳遞的速度、容量、可靠性和抗干擾性將大幅度提升、結(jié)合各自控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，裝備的控制執(zhí)行能力將會(huì)有革命性的變化，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)整合，從而改變整個(gè)世界制造信息和知識(shí)的傳遞模式。

隨著中國(guó)智能制造能力的提升，從制造大國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)，以創(chuàng)客為代表的大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新的時(shí)代到來(lái)，構(gòu)建出柔性的生產(chǎn)組織，通過(guò)泛在人機(jī)一體化，生產(chǎn)出海量的智能化產(chǎn)品和智能服務(wù)。人類(lèi)將享有數(shù)量更多、質(zhì)量更高的科技成果，從而獲得更多的幸福感。