智能制造與協(xié)同創(chuàng)新

◎ 中國(guó)工程院院士、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng) 盧秉恒西安交通大學(xué)教授

智能制造與協(xié)同創(chuàng)新

◎ 中國(guó)工程院院士、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng) 盧秉恒西安交通大學(xué)教授

制造業(yè)已經(jīng)從電氣化時(shí)代、數(shù)控化時(shí)代走向智能化時(shí)代。3D打印處于技術(shù)發(fā)展的井噴期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期，正在從專業(yè)化走向社會(huì)化，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工具轉(zhuǎn)為批量生產(chǎn)制造的手段。要認(rèn)清有哪些優(yōu)勢(shì)、有哪些劣勢(shì)，通過(guò)協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》規(guī)劃的宏偉藍(lán)圖。

大數(shù)據(jù)已經(jīng)形成了當(dāng)前科學(xué)研究的第四范式。數(shù)據(jù)密集型的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中雜亂無(wú)章的圖形，用人眼看不出什么，但是經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)的解析，就會(huì)對(duì)其有深入的發(fā)現(xiàn)?；跀?shù)據(jù)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，將是今后我們科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)非常重要的手段。但是現(xiàn)在制造大數(shù)據(jù)，一方面具有社會(huì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，當(dāng)然也有制造的特點(diǎn)，突出表現(xiàn)在，數(shù)值型、非數(shù)值型數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)性或者非結(jié)構(gòu)性的數(shù)據(jù)，連續(xù)的和離散的都是并存的。當(dāng)然，我們制造大數(shù)據(jù)比起社會(huì)大數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，還更有規(guī)律可循。制造大數(shù)據(jù)可能有更多的結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，甚至更多的經(jīng)過(guò)科學(xué)定義、經(jīng)過(guò)人為收集，一些典型的結(jié)構(gòu)化的甚至結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，以及比社會(huì)大數(shù)據(jù)更方便的應(yīng)用。所以，建議做大數(shù)據(jù)研究的專家，應(yīng)該多關(guān)注制造大數(shù)據(jù)。

大數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)、制造、實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行和服務(wù)都有非常大的支撐。建議，在制造大數(shù)據(jù)方面盡早加強(qiáng)戰(zhàn)略的謀劃和前瞻性部署，做一些基礎(chǔ)的理論研究，攻克大數(shù)據(jù)的核心技術(shù)，逐步建設(shè)并且逐步完善制造大數(shù)據(jù)的體系平臺(tái)，尤其是要關(guān)注數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研究。這個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，可能以后關(guān)系到中國(guó)的話語(yǔ)權(quán)，關(guān)系到我們的硬件和軟件能不能進(jìn)入世界市場(chǎng)，甚至包括國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占領(lǐng)度。

對(duì)于增材制造，大家并不陌生，它其實(shí)就是3D打印。3D打印的核心就是把原來(lái)的減材制造、等材制造變成材料增加型制造。增材制造鑄鍛焊我們已經(jīng)發(fā)展了3000多年了，我們?cè)谌嵌巡┪镳^都可以看到精美的銅器鑄造。減材制造，從電動(dòng)機(jī)發(fā)明以后到現(xiàn)在有三百年歷史，而增材制造起源于八十年代中期，整整30年，這是一個(gè)新發(fā)展的技術(shù)，是個(gè)突破性的、革命性的技術(shù)。麥肯錫預(yù)測(cè)，12項(xiàng)顛覆性技術(shù)中，3D打印排第九，這是2013年的預(yù)測(cè)。而且預(yù)測(cè)今后將會(huì)形成萬(wàn)億美元的產(chǎn)值。這樣一來(lái)，3D從概念上可能占有價(jià)值鏈的三分天下。它對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是顛覆性的技術(shù)，使原來(lái)開(kāi)發(fā)的周期和費(fèi)用降為原來(lái)的1/2以下，在各個(gè)領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用。3D打印是把減材變成增材，而在航空航天、很多大型柔性件，加工要切削95％的材料。如果用3D打印去做，材料的利用率提高到80％以上，而且可以把很多的結(jié)構(gòu)集成為一體。這樣一來(lái)，將會(huì)使飛機(jī)的重量大為減輕，甚至變?yōu)樵瓉?lái)的2/3就夠了。在制造中，從研發(fā)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證的一體化打印，逐漸走向飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)這樣復(fù)雜的產(chǎn)品。

3D打印帶來(lái)的很多裝備和產(chǎn)品再設(shè)計(jì)。這個(gè)制造的理念擺脫了以前加工方法給設(shè)計(jì)者帶來(lái)的約束，給創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來(lái)非常巨大的空間。包括兩萬(wàn)多個(gè)零件的汽車，也可能變成幾十個(gè)件，這樣一來(lái)，大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，節(jié)約了成本，也可能提高制造的速度。

3D打印開(kāi)辟了一個(gè)新的生產(chǎn)模式。就是有可能把批量化制造變成個(gè)性化定制，而且制造成本和周期都提升不多，同時(shí)為廣泛的創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來(lái)了非常好的驗(yàn)證手段。今后的創(chuàng)新工作者可以不再受單位工作職位的約束，他可以設(shè)計(jì)新的服裝，設(shè)計(jì)新的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，用自己的3D打印機(jī)在家里就可以進(jìn)行驗(yàn)證，這樣一來(lái)我們就可以有很多創(chuàng)新的東西就會(huì)不斷涌現(xiàn)。用網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，用3D打印去支撐萬(wàn)眾創(chuàng)新和萬(wàn)家創(chuàng)業(yè)，是個(gè)非常好的工具。同時(shí)，也開(kāi)辟了科研的新手段，就是用3D打印做材料基因組計(jì)劃的驗(yàn)證平臺(tái)，不需要那么復(fù)雜的熔煉設(shè)備，不需要消耗那么多能源，用一缸材料粉，就可以達(dá)到幾千度的高溫來(lái)冶煉出超高強(qiáng)度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕的一些優(yōu)異的合金材料。同時(shí)，我們也可以進(jìn)一步通過(guò)細(xì)胞打印、器官再創(chuàng)以及基因再創(chuàng)，用3D打印的辦法支撐生命科學(xué)的高速發(fā)展。

3D打印的趨勢(shì)正在從專業(yè)化走向社會(huì)化，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工具，轉(zhuǎn)為批量生產(chǎn)制造的手段，有可能在航空航天方面首先獲得突破。另外，從控形的制造走向控形控性，從3D打印走向4D打印、智能材料，打印之后還能改變形狀。5D打印，改變以后還可以賦予它生命，人體的活性器官可以用3D打印的辦法快速的定制。以后從技術(shù)概念的三足鼎立走向產(chǎn)業(yè)效益的三分天下?？茖W(xué)家甚至設(shè)想，今后可能把制造業(yè)的一部分搬到太空中去，因?yàn)樵谔罩羞M(jìn)行3D打印有很多的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)在3D打印正在處于技術(shù)發(fā)展的井噴期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期，很多企業(yè)都在跑馬圈地。怎么樣推廣這些先進(jìn)制造技術(shù)，《中國(guó)制造2025》作出了部署，正在加緊推進(jìn)。我們要認(rèn)清有哪些優(yōu)勢(shì)、有哪些劣勢(shì)，必須通過(guò)全社會(huì)的協(xié)同創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)《中國(guó)制造2025》規(guī)劃的宏偉藍(lán)圖。要做好協(xié)同，例如科技研發(fā)計(jì)劃，怎么樣很快地推新工業(yè)應(yīng)用。像我們高端數(shù)控機(jī)床做出來(lái)以后，還有一些問(wèn)題，可靠性還不夠高，但是如果不給機(jī)會(huì)，就老是做不到應(yīng)用方面去。實(shí)際上現(xiàn)在我們很多方面生產(chǎn)能力不夠，例如我們的航空航天，任務(wù)壓力很大，我們的機(jī)床企業(yè)，有些非常積極地愿意去給他們做加工工廠、做代工工廠，可以不可以?這是非常好的主意和愿望，但是還存在一些體制性的障礙。

產(chǎn)學(xué)研協(xié)同方面，企業(yè)是主體，但是我們發(fā)現(xiàn)個(gè)別企業(yè)把爭(zhēng)取國(guó)家的科研經(jīng)費(fèi)當(dāng)作企業(yè)困難的一種補(bǔ)貼，而不是把自己當(dāng)作一個(gè)研發(fā)的主體、成果應(yīng)用的主體和集成創(chuàng)新的主體。怎么才能使我們的科技研發(fā)和企業(yè)的發(fā)展協(xié)同起來(lái)？我們的人才培養(yǎng)模式，應(yīng)該倡導(dǎo)更多地把論文寫(xiě)在產(chǎn)品上、寫(xiě)在裝備上，尤其是工科學(xué)科，我認(rèn)為應(yīng)該有正確的評(píng)價(jià)機(jī)制。高校的教師怎么樣到企業(yè)中去發(fā)揮作用，可以探索一種模式。例如高校的老師在搞好科研的同時(shí)，到一個(gè)企業(yè)兼職，你能夠做到主任設(shè)計(jì)師，就有資格升講師或者升教授，你能做到企業(yè)副總這一級(jí)，而且確實(shí)發(fā)揮了作用，你就可以升教授。像德國(guó)的教授，都要有四五年的企業(yè)工作經(jīng)歷。德國(guó)弗朗霍夫研究院領(lǐng)袖也是大學(xué)的教授，但是這個(gè)教授是在大企業(yè)作過(guò)副總一級(jí)的管理人員的。在新的信息化時(shí)代，信息化和工業(yè)化兩化融合，我們更需要?jiǎng)?chuàng)新，需要更多的極客或創(chuàng)客做創(chuàng)新。所謂極客，就是那些癡迷科研的人，他們1/3在大學(xué)，1/3在自家的車庫(kù)里，1/3在高新區(qū)的孵化器里。我們應(yīng)打破單位圍墻對(duì)創(chuàng)新力量的束縛，讓知識(shí)流動(dòng)起來(lái)，尤其是我們高校的一些科研力量，讓他們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)化、智能化這些服務(wù)平臺(tái)上，為制造業(yè)釋放更大的能量，作出更大的貢獻(xiàn)。

（本文摘編自作者在第十八屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)上所作的大會(huì)特邀報(bào)告）