智能制造工程驅(qū)動工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

□文/楊海成

智能制造工程驅(qū)動工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展

□文/楊海成

在9月9日舉行的“2016國家制造強國建設(shè)專家論壇”上，中國航天科技集團公司總工程師楊海成做了《智能制造工程驅(qū)動工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展》的主旨演講，并接受了《機器人產(chǎn)業(yè)》雜志社的專訪。工業(yè)創(chuàng)新究竟路在何方？智能制造又有哪些體系？智能工廠、機器人等，對于未來工業(yè)影響幾何？楊海成一一給出了答案。

傳統(tǒng)工業(yè)走向智業(yè)時代

當下，智能制造概念已經(jīng)被推到了風口浪尖，全國上下都在努力向智能制造邁進。那么，什么是智能制造？如何明確智能制造發(fā)展的重點目標和認識？如何進一步認識和利用智能制造，實現(xiàn)我國從工業(yè)大國走向工業(yè)強國的戰(zhàn)略和途徑？清晰地認識智能制造發(fā)展規(guī)劃，才真正有益于實現(xiàn)戰(zhàn)略發(fā)展目標，在大步邁向智能制造未來發(fā)展的路徑上走的更快，更遠。

工業(yè)改變了人類世界，那誰又將改變現(xiàn)有的工業(yè)體系呢？

工業(yè)創(chuàng)造了璀璨的文明

在漫長的人類歷史上，工業(yè)的出現(xiàn)像黎明的曙光，打破了延續(xù)千年的沉寂和昏暗，為世界帶來無限的創(chuàng)造和光明，在蒸汽機出現(xiàn)后的短短200多年間，工業(yè)文明所締造的社會財富，遠遠超越過去數(shù)千年的總和。它是人類文明的晶華，又創(chuàng)造了更璀璨的文明。

工業(yè)體系需要新的變革

今天，我們看到社會的發(fā)展如此迅猛，這正是工業(yè)創(chuàng)造帶給人類的財富和價值，工業(yè)也創(chuàng)造了科學技術(shù)和現(xiàn)在大量的國防民用裝備和產(chǎn)品。同時，我們也覺察到，工業(yè)給人類，社會也帶來了諸多困惑和迷茫。能源、生態(tài)、金融、經(jīng)濟危機都在警示和告誡著人類經(jīng)歷了三次工業(yè)革命所建立起的現(xiàn)代工業(yè)體系，迫切需要新的變革?，F(xiàn)在，世界各國都在思考，應(yīng)如何進行工業(yè)變革。

世界都在思考工業(yè)的變革

世界金融危機之后，美國人提出了再工業(yè)化，重塑美國制造業(yè)體系，奪回制造業(yè)的競爭力；德國人也在思考，如何能夠保持強大的工業(yè)優(yōu)勢，繼續(xù)引領(lǐng)世界工業(yè)的方向；我國歷經(jīng)30多年的改革開放，成為制造大國、網(wǎng)絡(luò)大國，但是我們還在走向世界強國的路上……

如今，全球都在走向新時代變革之路，目標都聚焦在互聯(lián)網(wǎng)時代的工業(yè)變革之上。

美國提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化”，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為美國，在推動工業(yè)發(fā)展方面非常明確的戰(zhàn)略方向。

德國人從工業(yè)轉(zhuǎn)型升級角度提出“工業(yè)4.0”，把網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造的數(shù)字空間和工業(yè)創(chuàng)造的物理空間高度融合，形成虛擬銜接，進一步對工業(yè)改造升級，邁上新工業(yè)臺階上的發(fā)展道路。

錯過三次工業(yè)革命的熱潮后，我國在這場工業(yè)變革中，終于走在了時代的前沿。多年來，我國一直在搞信息化建設(shè)。2008年，工業(yè)和信息化部成立后，確定了兩化融合的發(fā)展戰(zhàn)略?！爸袊圃?025”戰(zhàn)略目標，聚焦在進入制造強國行列，不管是德國“工業(yè)4.0”，還是美國“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)化”，還是我國的“兩化融合”，都從不同角度預示著，工業(yè)正朝著以新一代信息技術(shù)提供和工業(yè)深度融合的智能發(fā)展戰(zhàn)略道路上來。

新一代信息技術(shù)——云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能化，都為我們提供了龐大的數(shù)據(jù)支持，以及智慧的空間和網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)革命用機器建立了現(xiàn)代工業(yè)體系，在信息化時代，我們建立了現(xiàn)代數(shù)據(jù)，支持強大的平臺。

楊海成 中國航天科技集團公司總工程師、國家制造強國建設(shè)戰(zhàn)略咨詢委員會委員

圖1 ：云計算

云計算 智慧資源的不間斷大分發(fā)—

云計算是IT領(lǐng)域最核心最重大的變化趨勢，它是寬帶互聯(lián)網(wǎng)普及和并行計算、分布式計算等技術(shù)，不斷發(fā)展演進和商業(yè)模式創(chuàng)新等共同形成的產(chǎn)物。

物聯(lián)網(wǎng) 智慧的自由流淌—

數(shù)字化大師尼葛洛·龐帝教授曾說，人們經(jīng)常把物聯(lián)網(wǎng)與下一代手機聯(lián)系起來，但大部分認為自己已經(jīng)是融入物聯(lián)網(wǎng)時代的人，其實對物聯(lián)網(wǎng)存在很大誤解?！八麄兯斫獾奈锫?lián)網(wǎng)，諸如利用手機與門或烤箱的連接，遙控開門，或者開啟、關(guān)閉烤箱。這就是我認為人們被誤導了，或完全還沒入門的原因，因為他們只知道用手機遙控開關(guān)其它設(shè)備，或是把東西移來移去。”尼葛洛·龐帝說，“真正的入門玩家應(yīng)該是利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智力的流通?！?/p>

人類文明的變革

人類文明的變革，實際上就是從游牧到農(nóng)業(yè)，從農(nóng)業(yè)到工業(yè)，從工業(yè)到智業(yè)的過程！

圖2 ：物聯(lián)網(wǎng)

這次工業(yè)變革，實際上是用信息技術(shù)所創(chuàng)造的“互聯(lián)網(wǎng)+”、數(shù)字空間、網(wǎng)絡(luò)空間，特別是由數(shù)字知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起的龐大空間、平臺、手段來武裝工業(yè)，使得工業(yè)不僅用機器代替了人的體力，而且正在用網(wǎng)絡(luò)替代人的腦力，釋放人的智慧，讓人站在更高的臺階上，對工業(yè)進行開放的變革。

新一代信息技術(shù)本身開啟了人類進行智慧化、智能化處理的智慧精髓，智慧技術(shù)就像工業(yè)機器一樣，也進入了大規(guī)模生產(chǎn)階段。當年，蒸汽機使人類進入大規(guī)模生產(chǎn)，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)又使得我們進入了知識大規(guī)模生產(chǎn)。從這個角度來講，云計算提供的智慧資源無所不在，就像水電一樣隨時可用，利用知識資源極大的方便，物聯(lián)網(wǎng)使人類的知識，即可以在人和人之間流動，在物和物之間同樣也可以產(chǎn)生智慧和知識，從而推動人和物之間，高度的智慧流動。大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)成了用知識和數(shù)據(jù)來進行驅(qū)動產(chǎn)生價值最重要的資源，移動互聯(lián)使得知識和智慧在時間和空間上得到了高度的流動、高度的自由。

從某種程度上講，新一代信息技術(shù)提供的知識智慧無所不在、無所不處理，引發(fā)全方位的變革。走到哪兒，融合到哪兒，變革到哪兒。信息技術(shù)以其龐大的滲透力、變革力所帶來的知識和智慧處理強大的機器，使得各行各業(yè)都處在變革之中。實際上，工業(yè)正處在人類發(fā)展新的臺階上；也就是說，進步從游牧走到農(nóng)業(yè)，這是一個臺階；從農(nóng)業(yè)走到工業(yè)又是個臺階；當下的網(wǎng)絡(luò)使得工業(yè)又邁入到智慧工業(yè)、智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新時代。當今，制造業(yè)正處在以網(wǎng)絡(luò)所創(chuàng)造的龐大智能基礎(chǔ)上，正在對制造業(yè)進行全方位的變革、推進、調(diào)整和創(chuàng)新。

全球正處于以信息技術(shù)為核心的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中。 機器人、 數(shù)字制造、3D打印等技術(shù)的重大突破正在重構(gòu)制造業(yè)技術(shù)體系；基于信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System，CPS） 的智能工廠正在引領(lǐng)制造方式向智能化方向發(fā)展；云制造、網(wǎng)絡(luò)眾包、異地協(xié)同設(shè)計、大規(guī)模個性化定制、精準供應(yīng)鏈、電子商務(wù)等網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造模式正在重塑產(chǎn)業(yè)價值鏈體系。全球制造業(yè)孕育著制造技術(shù)體系、制造模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)和價值鏈的巨大變革，智能制造已初現(xiàn)端倪。

智能制造體系與發(fā)展

“中國制造2025”，明確了把推動智能制造作為我國主攻方向和落腳點，國務(wù)院已經(jīng)明確把智能制造工程作為新時代在工業(yè)轉(zhuǎn)型升級重大專項工程，并給予推動。這必將攻克我國工業(yè)當前所面臨的問題，從而推動我國真正走向世界工業(yè)的前沿。

“中國制造2025” 主要目標是推動制造業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，智能制造是系統(tǒng)化的工程體系，不是一個工廠就代表了智能，它是從基礎(chǔ)層面上進行部署，是對整個工業(yè)體系進行全方位改造提升和創(chuàng)新發(fā)展的過程。

智能制造工程體系

現(xiàn)在的工業(yè)體系，一是在企業(yè)層面，或者企業(yè)間合作層面；二是工廠生產(chǎn)層面；三是生產(chǎn)線和裝備層面；四是基礎(chǔ)支撐層面。智能制造是全方位從這四個層面進行企業(yè)、工廠、裝備、技術(shù)的工業(yè)體系全方位改造。不管是縱向、橫向產(chǎn)品全生命和使用服務(wù)周期，還是端到端系統(tǒng)化的工程體系，都是對工業(yè)體系和工業(yè)能力全方位改造的過程。

圖3 ：智能制造體系

智能制造重點任務(wù)

實際上，在“十三五”規(guī)劃中，對于推進智能制造重大工程目標，明確了六大重點目標和任務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)層面上、企業(yè)層面上進行智能化改造，也在工廠和車間生產(chǎn)線層面推進，還在關(guān)鍵裝備上能夠取得突破，掌握核心能力和競爭力，打造好中國工業(yè)強有力的新基礎(chǔ)，新四基和工業(yè)的基礎(chǔ)體系。

1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造

網(wǎng)絡(luò)層面，企業(yè)間不論是個性化定制、創(chuàng)客與眾包設(shè)計，還是敏捷生產(chǎn)、制造服務(wù)等先進的互聯(lián)網(wǎng)制造模式，都依賴協(xié)同制造。同時，我們還要開發(fā)產(chǎn)品創(chuàng)意創(chuàng)新設(shè)計、云服務(wù)、工業(yè)大數(shù)據(jù)決策支持平臺。實際上，構(gòu)建未來網(wǎng)絡(luò)的大平臺，要么是擁有平臺，要么被平臺所擁有。未來的制造在企業(yè)間，一定是在網(wǎng)絡(luò)上進行協(xié)同制造及運營，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造是未來制造業(yè)更大的發(fā)展體系和平臺。

我們要在制造業(yè)信息化科技工程的基礎(chǔ)上，開展應(yīng)用試點示范，促進制造業(yè)務(wù)模式、企業(yè)協(xié)作方式的創(chuàng)新，增強產(chǎn)業(yè)鏈整體的競爭力，改造提升傳統(tǒng)制造業(yè)和促進新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.智能工廠

智能制造是要通過智能工廠，提質(zhì)增效進行促進。智能工廠不管是從底層設(shè)備的物聯(lián)還是生產(chǎn)智能化的調(diào)度，還是和用戶按訂單的執(zhí)行，按需生產(chǎn)，智能工廠是網(wǎng)絡(luò)制造中最關(guān)鍵的制造節(jié)點和生產(chǎn)管理節(jié)點。

核心關(guān)鍵技術(shù)：研究IP化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場監(jiān)控、信息物理融合技術(shù)、工控過程信息安全與防護技術(shù)等；

智能系統(tǒng)集成設(shè)備：研制信息實時采集、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、過程監(jiān)控設(shè)備、安全保障與防護設(shè)備等。

構(gòu)建智能化車間/工廠：在鋼鐵、石化、冶金等行業(yè)，構(gòu)建高度智能化工廠示范，降低生產(chǎn)過程的能源消耗、排放；在航空航天、工程機械行業(yè)，構(gòu)建智能車間，提高生產(chǎn)產(chǎn)品個性化的響應(yīng)能力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.智能機器人

智能機器人是智能制造的核心裝備，未來在生產(chǎn)線上，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、智能機器人會代替人的體力作用，通過網(wǎng)絡(luò)智能調(diào)度，實現(xiàn)生產(chǎn)。

未來智能機器人的要求會越來越高，現(xiàn)在的機器人只是完成人的一些單一、結(jié)構(gòu)化、重復性高的任務(wù)，將來的機器人要協(xié)同，現(xiàn)在的車間所有的工人要和生產(chǎn)線協(xié)同，未來機器人也要和生產(chǎn)線協(xié)同。下一代機器人可以分析、判斷、決策，也就是說，智能機器人能夠在生產(chǎn)線上，自主地選擇判斷。

盡管機器人的發(fā)展會越來越智能化，但它還是在人類已掌握生產(chǎn)模式情況下，給機器賦予的智能，它還達不到人的直覺能力。

未來，人機協(xié)同趨勢會更加突出。把簡單的、重復的知識處理和動作處理交給機器，把更復雜的，需要人類做出智慧判斷的東西交給人類。在機器代替不了的情況下，還是要有人，人機協(xié)同要做好。

圖4 ：“231”創(chuàng)新框架

未來，在工業(yè)生產(chǎn)中，幾乎所有的生產(chǎn)狀態(tài)都會用機器人代替，只不過一種是執(zhí)行動作的機器，另一種是像人一樣進行生產(chǎn)調(diào)度，執(zhí)行知識和智慧調(diào)度。這兩種機器，一個網(wǎng)絡(luò)，一個是執(zhí)行動作機器，它會緊密地融合在一起，使得未來的工業(yè)形成龐大的機器支持的大腦，與生產(chǎn)線交融，構(gòu)建智慧生產(chǎn)、按需生產(chǎn)等模式。到時候，人類不光可以從繁重的體力勞動中解脫，還將從繁重的腦力勞動中解放出來。機器的價格越來越便宜，而人的價值應(yīng)該更多地體現(xiàn)在創(chuàng)造智慧，創(chuàng)造價值于新的工業(yè)發(fā)展的體系環(huán)境中。

除此之外，高端成套裝備、3D打印信息裝備，也是需要著重發(fā)展的領(lǐng)域。特別是3D打印裝備，他對于作為數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)個性定制，實現(xiàn)設(shè)計創(chuàng)新，全新的智能制造體系上發(fā)揮出重大的作用，科技部已率先啟動了3D打印專項，為智能制造未來的發(fā)展，提供了強有力的裝備支撐，這也是我國推動的熱點和重點。