基于智能制造環(huán)境下的裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級研究

吳光浩

摘要：智能制造是現(xiàn)階段加強(qiáng)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的要求，是智能制造業(yè)發(fā)展的主要方向，發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃都有明確規(guī)定。通過裝備設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向和信息技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化的深度融合，加快裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級，保證生產(chǎn)效率，提高技術(shù)水平與質(zhì)量，降低成本，加快智能化和綠色化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能制造;裝備制造業(yè);產(chǎn)業(yè)升級

前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能制造技術(shù)得以普及，經(jīng)過技術(shù)積累，不斷出臺新措施，提高產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)實(shí)力，提高產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。2011年，美國實(shí)施了“先進(jìn)制造伙伴關(guān)系”戰(zhàn)略，2013年開始“印度4.0”計(jì)劃，2014年開始“High-Value Maufacturing”戰(zhàn)略，從2015年開始新機(jī)器人戰(zhàn)略，到2016年開始的數(shù)字產(chǎn)業(yè)計(jì)劃，智能制造浪潮開始在世界范圍內(nèi)開展，我國的智能制造也開始出現(xiàn)。2015年我國發(fā)表了《中國制造2025》，智能制造是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級的重點(diǎn)，以智能制造為核心的系統(tǒng)正在完善，已經(jīng)成為新的生產(chǎn)管理方式、經(jīng)營模式和產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，對全球產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加快了第四次產(chǎn)業(yè)革命的到來。

一、智能制造發(fā)展領(lǐng)域

（一）工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器、人工智能系統(tǒng)為一體的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)，機(jī)身由機(jī)身裝置、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和感應(yīng)裝置組成，具有擬人化、自動(dòng)控制和反復(fù)編程的特點(diǎn)。隨著人工智能技術(shù)、多功能傳感器技術(shù)及信息采集、傳輸及分析技術(shù)的快速發(fā)展和完善，工業(yè)機(jī)器人的影像處理和智能控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出智能化、服務(wù)化的趨勢。通過物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器與設(shè)備的相互作用，人與機(jī)器可以獨(dú)立地對環(huán)境進(jìn)行評價(jià)和決策，從而減少生產(chǎn)過程中對人的依賴。該服務(wù)需要未來機(jī)器人和網(wǎng)絡(luò)的合作，實(shí)現(xiàn)積極的線下、在線服務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)化是為了方便工業(yè)機(jī)器人的使用，降低制造成本，調(diào)整和推廣機(jī)械產(chǎn)業(yè)者的各種零部件[1]。

（二）智能數(shù)控機(jī)床

智能型數(shù)控機(jī)床是高端數(shù)控機(jī)床的一種形式，結(jié)合先進(jìn)的制造技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)，具備自我學(xué)習(xí)能力，可以推測加工能力，利用履歷數(shù)據(jù)可以推測裝置部件的壽命。可以觀察大家的處置狀態(tài)，監(jiān)視偏差，診斷，修改，智能評價(jià)加工零件質(zhì)量的不同功能模塊實(shí)現(xiàn)不同的處理流程，提高處理效率和控制能力。其趨勢是智能化、多功能化、小型化。

（三）3D打印

3D打印技術(shù)基于使用粘性材料的數(shù)字模型文件，覆蓋連續(xù)的物理層，在各層添加材料，形成三維固體，因此，被稱為附加制造，是數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)械控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)和先進(jìn)化學(xué)、綜合應(yīng)用技術(shù)知識的結(jié)合體。今后的生物醫(yī)學(xué)和航空宇宙產(chǎn)品等可以抑制幽靈產(chǎn)品和少量產(chǎn)品的成本，有望在產(chǎn)業(yè)彈藥等領(lǐng)域使用，未來的三維印刷將發(fā)展成成熟的浮游生物三維印刷和高速激光內(nèi)視鏡等非兼容性研究。

（四）智能傳感器

智能型傳感器是將工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的感知參數(shù)進(jìn)行數(shù)值化和整合的新傳感器，具有高性能、高可靠性、多功能性，這與微處理器系統(tǒng)、信息采集與診斷處理兼容，是傳感器與微處理器的集成產(chǎn)品。今后的智能傳感器將結(jié)合表面硅微加工三維微機(jī)械結(jié)構(gòu)等更多新的工藝材料和微處理器，提高傳感器的精度和環(huán)境適應(yīng)性。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)連接、收集和傳輸，不僅可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)生活服務(wù)的廣泛應(yīng)用。

（五）智能物流倉儲

在工業(yè)用智能工廠4.0的框架下，智能物流倉庫位于生產(chǎn)線的末端，是連接工廠和客戶的核心部分，由硬件（智能物流倉庫設(shè)備）和軟件（智能物流倉庫系統(tǒng)）兩部分構(gòu)成。其中硬件主要包括三維自動(dòng)軸承、多層輪渡車、牽引起重機(jī)、自動(dòng)裝載機(jī)、自動(dòng)感應(yīng)運(yùn)輸車（AGV）等。軟件將信息及產(chǎn)業(yè)IoT根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)要求事項(xiàng)、公司人力、材料管理進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)生產(chǎn)有效運(yùn)行。智能化物流野倉儲在人工成本和空間消費(fèi)方面具有優(yōu)勢，大幅提高管理效率，降低物流成本是解決問題的最終方法，無人是智能物流運(yùn)輸系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢，根據(jù)系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)指南，準(zhǔn)確查找資產(chǎn)并記錄在指定位置。今后，常見軌道將被無軌搬運(yùn)機(jī)器人取代。

（六）智能監(jiān)測與裝配裝備

隨著智能型傳感器的不斷發(fā)展和各種算法的優(yōu)化，智能型測量和組裝技術(shù)廣泛應(yīng)用于航空宇宙、汽車零部件、半導(dǎo)體電子、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。基于多功能的機(jī)械視覺自動(dòng)檢測裝置，準(zhǔn)確分析目標(biāo)物的各種缺陷和缺陷，確定目標(biāo)物的大小和正確位置，自動(dòng)檢測和組裝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的高效穩(wěn)定管理，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率的靈活性和可靠性。數(shù)字智能組裝系統(tǒng)可以根據(jù)產(chǎn)品及流程的結(jié)構(gòu)性和交貨期，制定出最大限度地利用組裝裝置的綜合計(jì)劃。除了航空宇宙和汽車應(yīng)用外，智能檢查、組裝裝置對農(nóng)產(chǎn)品檢查和環(huán)境保護(hù)也有很大的可能性。

二、智能制造環(huán)境下的裝備制造業(yè)存在的問題

（一）自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)

目前，我國制造業(yè)整體創(chuàng)新能力不強(qiáng)，設(shè)備工業(yè)產(chǎn)品和核技術(shù)在國際上缺乏競爭力。在智能化過程中，海外尖端制造設(shè)備、重要零部件和重要材料必須強(qiáng)烈依賴于這些。另外，智能型控制器技術(shù)、在線分析技術(shù)、高速精密軸承等尖端技術(shù)自給率低，對外依存度高。另外，中國國內(nèi)智能設(shè)備的性能和穩(wěn)定性不能滿足裝備行業(yè)智能化發(fā)展的要求，工業(yè)機(jī)器人約90%，汽車生產(chǎn)核心設(shè)備的70%，大型石油化學(xué)工廠、原子能發(fā)電等主要項(xiàng)目的自動(dòng)化配套控制系統(tǒng)，高性能的轉(zhuǎn)換技術(shù)的40%依賴進(jìn)口，這些核技術(shù)和設(shè)備的不足增加了建設(shè)成本，增加了我國智能型設(shè)備生產(chǎn)的難度。

（二）智能裝備制造標(biāo)準(zhǔn)普及不夠

各種信息集成軟件、重要設(shè)備組件的接口、信息網(wǎng)絡(luò)的端口等都是生成調(diào)試的智能化過程中必不可少的，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的順暢信息對接，需要統(tǒng)一的連接參考。另一方面，許多中國企業(yè)非常重視技術(shù)開發(fā)，輕視設(shè)備和技術(shù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化。由于制造企業(yè)的差異，中國制造業(yè)傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)與設(shè)備之間存在著模式不同的嚴(yán)重問題。智能制造的發(fā)展帶來了新的生產(chǎn)模式，但企業(yè)對智能制造的生產(chǎn)組織和業(yè)務(wù)運(yùn)營沒有統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)。2015年工業(yè)信息化部和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會發(fā)布了《智能制造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)指南》，但中國制造業(yè)發(fā)展不平衡，標(biāo)準(zhǔn)化普及度不高，仍存在標(biāo)準(zhǔn)不足、滯后、重復(fù)等問題。

（三）工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值未充分挖掘

裝備生產(chǎn)智能化的過程需要大量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，企業(yè)挖掘有價(jià)值的數(shù)據(jù)，完善企業(yè)服務(wù)，改變企業(yè)以往的模式是企業(yè)智能化發(fā)展的動(dòng)力。政府為了改善產(chǎn)業(yè)信息中的產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，設(shè)立了數(shù)字創(chuàng)新中心，投入了很多資金，但是這些數(shù)據(jù)由傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)及外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)組成，由于龐大的量和分散的源文件、多種形式，很難有效地利用。另一方面，中國工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用剛剛起步，核技術(shù)體系不完善，數(shù)據(jù)集成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)不足，專業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)不足等問題[2]。

（四）智能裝備制造相關(guān)的現(xiàn)代服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后

良好的現(xiàn)代服務(wù)是推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?，完善的系統(tǒng)在制造業(yè)智能化中發(fā)展有著重要作用。智能監(jiān)控技術(shù)以及智能信息集成管理需要現(xiàn)代技術(shù)的支持，以實(shí)現(xiàn)智能型設(shè)備的制造。另一方面，與發(fā)達(dá)國家相比，中國先進(jìn)生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)的附加價(jià)值和技術(shù)水平還有一定的差距。第一，智能制造服務(wù)業(yè)尚未完全開放，相關(guān)政治制度不完善，市場化水平較低。第二，與制造業(yè)相比，傳統(tǒng)服務(wù)業(yè)的比重太大，供給超過需求，先進(jìn)生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)比重小，供過于求問題嚴(yán)重。第三，智能制造專業(yè)教育服務(wù)體系發(fā)展滯后，附帶的先進(jìn)制造服務(wù)公司無法滿足智能制造技術(shù)模式的需求。

三、智能制造環(huán)境下的裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)升級措施

（一）深入產(chǎn)教研結(jié)合

作為一個(gè)大規(guī)模系統(tǒng)，智能制造貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)全壽命周期的各個(gè)階段，支持相關(guān)制造系統(tǒng)的優(yōu)化和集成，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)智能化。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中先進(jìn)的制造技術(shù)和智能技術(shù)的深度整合和技術(shù)轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了制造企業(yè)在產(chǎn)品創(chuàng)新、生產(chǎn)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新和整合創(chuàng)新方面的全面進(jìn)步。為了實(shí)現(xiàn)中國制造企業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型和升級，必須從創(chuàng)新計(jì)劃、制度規(guī)劃、可持續(xù)發(fā)展等方面考慮。另一方面，積累傳統(tǒng)制造技術(shù)的創(chuàng)新，對所屬企業(yè)具有根本意義和堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，利用技術(shù)創(chuàng)新社區(qū)提供的技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的智能技術(shù)，改善制造技術(shù)和綜合創(chuàng)新能力。創(chuàng)新包裝適用于所有行業(yè)，面對當(dāng)前科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，制造業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展必須打好基礎(chǔ)，堅(jiān)持創(chuàng)新發(fā)展的理念。同時(shí)要積極適應(yīng)和改革相關(guān)教育和科研體系，適應(yīng)智能制造發(fā)展的大趨勢。該公司擁有金融實(shí)踐、人才培養(yǎng)和技術(shù)研究的平臺。雙方要利用各自的優(yōu)勢進(jìn)行合作，學(xué)校根據(jù)工業(yè)發(fā)展的要求，設(shè)置科學(xué)的課程和實(shí)踐，以實(shí)用化為方向，致力于培養(yǎng)創(chuàng)新人才。之后，將技術(shù)和人才引進(jìn)企業(yè)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用研究，繼續(xù)發(fā)揮人才和技術(shù)的作用，逐步建立堅(jiān)實(shí)的創(chuàng)新研究基礎(chǔ)，重點(diǎn)發(fā)展自主創(chuàng)新技術(shù)，進(jìn)一步推進(jìn)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。大學(xué)要有效地發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)和牽引作用，必須根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合智能制造的發(fā)展，切實(shí)推進(jìn)智能設(shè)備制造所需要的高水平復(fù)合應(yīng)用模式的研究，提高產(chǎn)品和技術(shù)的核心競爭力。

（二）大力推行智能裝備制造相關(guān)技術(shù)與管理的標(biāo)準(zhǔn)化

在設(shè)備制造業(yè)中，智能化和尖端標(biāo)準(zhǔn)的普及高度生產(chǎn)的智能設(shè)備，結(jié)合尖端信息技術(shù)和制造技術(shù)，比較完善新的生產(chǎn)組織，新的事業(yè)模式，開發(fā)智能化標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)設(shè)備，推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)體系的完善，完善包裝，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化。在實(shí)施行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，政府要根據(jù)實(shí)際發(fā)展，把握建設(shè)的整體要求、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)內(nèi)容和組織實(shí)施。另外，為了設(shè)計(jì)智能功能和系統(tǒng)水平，還準(zhǔn)備了生活周期和多階段系統(tǒng)框架等參考模型。從生產(chǎn)、研究和研究的角度，共同開發(fā)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的重要組成部分、系統(tǒng)軟件端口等重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。政府逐步引導(dǎo)和實(shí)施產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈各方面，建立一系列完善、智能、規(guī)范的技術(shù)體系，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)和先導(dǎo)作用，引領(lǐng)當(dāng)前和未來智能設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

（三）建設(shè)數(shù)字服務(wù)中心，加強(qiáng)工業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用

要加強(qiáng)工業(yè)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，可以從兩個(gè)方面著手：一是提高工業(yè)大數(shù)據(jù)的基本計(jì)算性能，第二是集成數(shù)據(jù)庫，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫的多種產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件和詳細(xì)的評價(jià)數(shù)據(jù)集成平臺。另外，標(biāo)準(zhǔn)全生命周期計(jì)劃將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、物流、流通、售后服務(wù)等大數(shù)據(jù)應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)由技術(shù)、安全、管理等各方面組織，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系和行業(yè)規(guī)模持續(xù)改善。二是將實(shí)際應(yīng)用與推廣結(jié)合，標(biāo)準(zhǔn)化完成后，結(jié)合云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以國家主導(dǎo)建設(shè)產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)共享平臺引導(dǎo)企業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，促進(jìn)重點(diǎn)領(lǐng)域大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢測、示范企業(yè)培育、多重經(jīng)營、大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展[3]。

（四）發(fā)展現(xiàn)代智能裝備制造服務(wù)業(yè)

隨著智能制造技術(shù)的進(jìn)步和普及，對裝備制造服務(wù)的需求越來越大，對智能制造和制造設(shè)備的世代交替的要求也越來越高。在現(xiàn)代服務(wù)業(yè)中，生產(chǎn)智能設(shè)備的服務(wù)業(yè)所占的比例正在上升到發(fā)達(dá)國家的70%，我國還應(yīng)重視相關(guān)高級服務(wù)業(yè)的發(fā)展，加強(qiáng)對智能制造服務(wù)業(yè)的支持。為解決我國智能設(shè)備制造服務(wù)業(yè)發(fā)展滯后問題，建立智能設(shè)備制造網(wǎng)絡(luò)平臺，促進(jìn)企業(yè)間信息資源共享和生產(chǎn)優(yōu)化配置。為保障智能設(shè)備生產(chǎn)服務(wù)業(yè)的發(fā)展，提供適當(dāng)?shù)恼擢?jiǎng)勵(lì)，獲得更多企業(yè)的加入，擴(kuò)大現(xiàn)代服務(wù)業(yè)相關(guān)市場的先進(jìn)施工設(shè)備和良好的生產(chǎn)服務(wù)開發(fā)區(qū)。其次，建設(shè)先進(jìn)的制造服務(wù)生態(tài)園區(qū)，全面推進(jìn)和管理人本投資，發(fā)展智能化制造服務(wù)管理企業(yè)，為產(chǎn)業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)研發(fā)提供全方位的智能化技術(shù)支持體系，將生態(tài)園區(qū)科技成果轉(zhuǎn)化為尖端生產(chǎn)服務(wù)提供足夠的服務(wù)。再者，發(fā)展高水平創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，建立培訓(xùn)服務(wù)體系，制定促進(jìn)相關(guān)人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略，適當(dāng)輸送制造業(yè)的先進(jìn)專業(yè)人才。智能數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用為企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)階段提供了全面的增值和增值機(jī)會，加速了高附加值產(chǎn)業(yè)鏈的上下延伸，快速推進(jìn)企業(yè)從“產(chǎn)品中心”向“以用戶為中心”的轉(zhuǎn)變。建設(shè)操作設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，為客戶提供個(gè)性化、系統(tǒng)化的能量轉(zhuǎn)換解決方案，智能型運(yùn)行維護(hù)服務(wù)系統(tǒng)，為客戶提供智能型風(fēng)力發(fā)電監(jiān)控和智能型運(yùn)行維護(hù)單元故障的智能診斷和預(yù)警服務(wù)，企業(yè)通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信息和傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的結(jié)合，從產(chǎn)品制造商迅速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)解決方案提供商和服務(wù)提供商。

結(jié)語

進(jìn)入“十三五”后，我國以智能制造為主導(dǎo)，推動(dòng)制造業(yè)的創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型、升級和發(fā)展，取得了良好的成績。在新形勢下，我國智能制造業(yè)的發(fā)展需要長期的努力和不斷的進(jìn)步，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的高度化為方向，在不同行業(yè)、不同地區(qū)進(jìn)行差別化，加速智能制造在中國的應(yīng)用和普及，加速智能制造的發(fā)展。結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)，重視研發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)等重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)智能制造，加快第五代移動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)和制造業(yè)的高度化，重視產(chǎn)品創(chuàng)新、生產(chǎn)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、制造系統(tǒng)集成創(chuàng)新，提高智能制造的整體水平，提高質(zhì)量和效率，發(fā)展裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈。

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