王燕萍,易 茜
(東南大學(xué)成賢學(xué)院,江蘇 南京 210088)
制造業(yè)是立國之本、財(cái)富之源,而智能制造是中國制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重要趨勢之一,2022 世界智能制造大會(huì)強(qiáng)調(diào)要將智能制造作為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主攻方向,歐盟委員會(huì)發(fā)布的《2030 數(shù)字羅盤:歐洲數(shù)字十年之路》強(qiáng)調(diào)加速推動(dòng)企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,到2030 年,四分之三的歐盟企業(yè)應(yīng)使用云計(jì)算服務(wù)、大數(shù)據(jù)和人工智能[1]。新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用離不開專業(yè)的人才,分析智能制造相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)和人才能力需求,有助于為產(chǎn)業(yè)建立更科學(xué)的人才培養(yǎng)體系。
《中國智能制造綠皮書》中對(duì)智能制造的定義為:智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合、貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié),具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式[2]。
智能制造概念中的新一代通信技術(shù)強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的深度融合,是國務(wù)院確定的七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一,也是“中國制造2025”的十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一。新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的融合創(chuàng)新,是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)力和競爭力提升的核心要素。
作為融合性的新型生產(chǎn)方式,智能制造關(guān)聯(lián)多種現(xiàn)代技術(shù),其關(guān)鍵技術(shù)涉及信息相關(guān)技術(shù)和智能制造設(shè)備兩方面,主要如以下所列。
傳感器是設(shè)備獲取外界信息的工具,傳統(tǒng)的傳感器檢測溫度、聲音、壓力、位移、亮度等信息后,將其轉(zhuǎn)換為電流或電壓等模擬量信號(hào)。智能傳感器在傳統(tǒng)傳感器的基礎(chǔ)上,與微處理器單元、總線接口等電路集成,實(shí)現(xiàn)信息檢測、數(shù)據(jù)處理、信息記憶和邏輯判斷等功能。
傳感器原材料、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微機(jī)電系統(tǒng))加工芯片、驅(qū)動(dòng)軟件和系統(tǒng)軟件是智能傳感器制造的關(guān)鍵。
《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書(2018 版)》中定義:人工智能是利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或者由數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器,模擬、延伸和擴(kuò)展人類的智能,感知環(huán)境、獲取知識(shí)并使用知識(shí)獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)[3]。從定義可以看出,對(duì)人工智能的預(yù)期的是:能夠像人一樣,甚至于比人更加理性地思考和行動(dòng)[3]。
支撐人工智能的核心技術(shù)包括機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺、生物識(shí)別技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物全面互聯(lián)的新型網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施,包含各種工業(yè)物理設(shè)備、傳感器、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)的互聯(lián)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)涵蓋了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng),但進(jìn)一步擴(kuò)展覆蓋了企業(yè)的信息系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)人員。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在智能制造中扮演著關(guān)鍵的角色,提供支撐智能制造的各種能力,包括位于服務(wù)和應(yīng)用支撐層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層的通用、專用能力,以及跨層的管理和安全能力[4]。信息通信技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù),大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)都是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的支撐技術(shù)。
大數(shù)據(jù)技術(shù)通常在海量數(shù)據(jù)內(nèi)容當(dāng)中挖掘富有價(jià)值意義的數(shù)據(jù)信息,并在后續(xù)對(duì)所獲取信息數(shù)據(jù)展開分析處理[5]。大數(shù)據(jù)技術(shù)具備“5V”的特點(diǎn),即量大(Volume)、多樣(Variety)、高速(Velocity)、低價(jià)值密度(Value)和真實(shí)(Veracity)。
大數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用4 個(gè)階段,對(duì)應(yīng)的支撐技術(shù)包括:(1)與數(shù)據(jù)采集相關(guān)的傳感器、RFID、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等;(2)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫技術(shù);(3)與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等;(4)與數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等。
云計(jì)算是一種基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方式,可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)數(shù)以萬計(jì)的數(shù)據(jù)的處理,達(dá)到強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[6]。
云計(jì)算融合了多項(xiàng)信息與通信技術(shù),其關(guān)鍵技術(shù)包括虛擬化技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、分布式資源管理、云平臺(tái)管理技術(shù)和信息安全技術(shù)等。
工業(yè)軟件是制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和發(fā)展智能制造的重要抓手。工業(yè)軟件按應(yīng)用場合一般分為研發(fā)設(shè)計(jì)類(如CAD、CAE)、生產(chǎn)調(diào)度和過程控制類(如MES、SCADA)和業(yè)務(wù)管理類(如ERP、PLM)三大類。
工業(yè)軟件的應(yīng)用和開發(fā)是技術(shù)人員的兩個(gè)方向,其中工業(yè)軟件開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)又包括數(shù)據(jù)建模與分析技術(shù)、應(yīng)用開發(fā)和微服務(wù)技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)、安全技術(shù)等。
智能制造裝備是指具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備,其可通過傳感器進(jìn)行感知,在無人干預(yù)的條件下,進(jìn)行自主的規(guī)劃計(jì)算,給出決策指令,控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作。
智能機(jī)床是典型的智能制造設(shè)備,融合自適應(yīng)控制、智能識(shí)別、加工過程控制、智能診斷和修正偏差等功能,為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化創(chuàng)造條件。智能機(jī)床的發(fā)展依賴于數(shù)控機(jī)床、智能傳感、機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)控制等技術(shù)。
工業(yè)機(jī)器人是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置[7],具有柔性好、自動(dòng)化程度高、可編程性好、通用性強(qiáng)等特點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于搬運(yùn)、焊接、噴涂、裝配、加工等場合。工業(yè)機(jī)器人由機(jī)械、傳感和控制三大部分組成,對(duì)應(yīng)涉及的技術(shù)包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感技術(shù)、微電子技術(shù)、伺服控制、自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。
數(shù)字化車間以信息技術(shù)、自動(dòng)化、測控技術(shù)為手段,通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各類設(shè)備接入信息化系統(tǒng),對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)資源、生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品質(zhì)量等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行過程進(jìn)行規(guī)劃、管理、診斷和優(yōu)化。數(shù)字化車間和生產(chǎn)線的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)在減少人為干預(yù)下,自動(dòng)完成產(chǎn)品的全部或部分制造過程。
數(shù)字化車間與流水線依據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的不同,需要虛擬現(xiàn)實(shí)、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、智能傳感器技術(shù)、工業(yè)軟件等技術(shù)支持。
數(shù)字孿生是一種將現(xiàn)實(shí)世界鏡像化到虛擬世界的技術(shù),基于現(xiàn)實(shí)世界,創(chuàng)造一個(gè)虛擬數(shù)字版“孿生體”。數(shù)字孿生通過各種傳感器提供的信息反饋,在虛擬模型中模擬現(xiàn)實(shí)世界的各種行為和狀態(tài),甚至模擬在現(xiàn)實(shí)中難以操作的環(huán)境下的行為,還可預(yù)測性能發(fā)展和潛在故障,應(yīng)用數(shù)字孿生可以大大控制研發(fā)成本,提高研發(fā)效率。
數(shù)字孿生的技術(shù)架構(gòu)包括:感知、建模和仿真,其關(guān)鍵技術(shù)包括傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD(Computer Aided Design,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))技術(shù)、CAE(Computer Aided Engineering,計(jì)算機(jī)輔助工程)技術(shù)、仿真技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)等。
增材制造設(shè)備利用材料逐漸累加的方法制作出物品,具有快速成形、任意成型的特點(diǎn)。美國麥肯錫咨詢公司認(rèn)為增材制造是決定2025年經(jīng)濟(jì)發(fā)展的12大顛覆技術(shù)之一[8]。隨著各種新型材料、新原理、新工藝的出現(xiàn)和增材制造技術(shù)的快速發(fā)展,增材制造在越來越多的行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用,如航空航天、汽車行業(yè)、建筑業(yè)、醫(yī)療器械、生活消費(fèi)品制造等。
智能制造是制造業(yè)發(fā)展的重要趨勢之一,而它的發(fā)展離不開專業(yè)人才的支撐,人才短缺將成為制約其發(fā)展的瓶頸。美國在2018 年發(fā)布的《美國先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)戰(zhàn)略》中將培養(yǎng)先進(jìn)制造勞動(dòng)力作為發(fā)展先進(jìn)制造的三大支柱之一,提出要擴(kuò)大和豐富先進(jìn)制造業(yè)人才庫,并在2022 年的更新報(bào)告中更詳細(xì)地強(qiáng)調(diào)了將新工人帶入美國制造業(yè)勞動(dòng)力庫的緊迫性。歐盟“工業(yè)4.0”提出以來,智能制造、數(shù)字化、工業(yè)互聯(lián)等技術(shù)快速發(fā)展,而2021 年4 月歐盟公布的《工業(yè)5.0:邁向可持續(xù)、以人為本和富有彈性的歐洲工業(yè)》則確定了“工業(yè)5.0”的基本概念,帶來范式的轉(zhuǎn)變,將工業(yè)與社會(huì)發(fā)展更加緊密的結(jié)合起來,其中的“以人為本”強(qiáng)調(diào)突出工業(yè)中人的地位,提出要通過增加人與智能機(jī)器的協(xié)作來構(gòu)建富有彈性和韌性的產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈。日本2022 年發(fā)布的《統(tǒng)合創(chuàng)新戰(zhàn)略2022》中同樣強(qiáng)調(diào)人才的重要性,將人才培養(yǎng)列為科技創(chuàng)新的三大基礎(chǔ)之一;在其同年發(fā)布的《2022 科技創(chuàng)新白皮書》中提出多項(xiàng)人才培養(yǎng)和強(qiáng)化研究能力的措施,完善教育和人才培養(yǎng)。
近年來,中國政府相繼出臺(tái)的多項(xiàng)相關(guān)文件,如《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》《國家智能指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》,尤其人力資源和社會(huì)保障部與工業(yè)和信息化部于2021 年聯(lián)合制定了《國家職業(yè)技術(shù)技能標(biāo)準(zhǔn)——智能制造工程技術(shù)人員》,這些都顯示了政府對(duì)智能制造人才的重視,從政策層面推動(dòng)新技術(shù)在制造環(huán)節(jié)的深度融合與應(yīng)用,促進(jìn)制造業(yè)人才供給結(jié)構(gòu)改革,多措并舉打造高素質(zhì)專業(yè)技術(shù)人才。
獵聘大數(shù)據(jù)發(fā)布的《2022 智能制造中高端人才就業(yè)大數(shù)據(jù)報(bào)告》顯示,2022 年智能制造領(lǐng)域新發(fā)職位同比增長為77.45%,幾乎是整個(gè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域新發(fā)職位增速的2 倍[9]。
2023 年5 月通過前程無憂網(wǎng)站搜索“智能制造”相關(guān)招聘崗位,顯示崗位超10000 個(gè)。抓取搜索到的25 頁招聘條目,對(duì)合并重復(fù)數(shù)據(jù)后的1021 條崗位進(jìn)行分析,得到以下信息:
(1)1021 個(gè)崗位來自于311 家企事業(yè)單位,除4所高校和9 所研究機(jī)構(gòu)外,其余均為注冊公司,且91家公司名稱包含“智能”字段,72 家公司名稱包含“智能制造”字段,占23%。
(2)1021 個(gè)崗位的招聘單位中,招聘人員數(shù)量最多的為廣東省,再依次是江蘇省、上海市、福建省等。可以看出以珠三角和長三角發(fā)展最快,全國大部分地區(qū)都在跟進(jìn)發(fā)展,印證了智能制造的確是重要發(fā)展方向。
除了招聘網(wǎng)站,在各個(gè)省市針對(duì)智能制造所舉辦的招聘專場也越來越多。如無錫市人力資源和社會(huì)保障局于2020 年5 月舉辦智能制造行業(yè)專場招聘會(huì)、珠海市人才資源與就業(yè)服務(wù)中心2021 年6 月舉辦的智能制造人才專場招聘英才“智”造未來、浙江省2021 年11 月舉辦2022 屆高校畢業(yè)生智能制造類專場線上招聘會(huì)、南京市人才服務(wù)中心在2022 年6 月舉辦“智能制造”網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)專場招聘會(huì)和10 月舉辦的“2022 智能制造人才云上專場招聘會(huì)”等等。同時(shí),舉辦智能制造專場招聘會(huì)的高校也是不勝枚舉,如同濟(jì)大學(xué)、寧波工程學(xué)院、上海海洋大學(xué)、蘇州科技大學(xué)等等。由地方性和高校專場招聘的熱度,可折射出當(dāng)前企業(yè)單位對(duì)智能制造人才的需求度非常高。
美國MxD(Manufacturing times Digital)(原名“數(shù)字化制造和設(shè)計(jì)創(chuàng)新研究院”)與萬寶盛華集團(tuán)合作開發(fā)的制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型所需人才框架中,基于數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域及其領(lǐng)域角色分工,確立了由數(shù)字企業(yè)、數(shù)字線程、數(shù)字設(shè)計(jì)、數(shù)字生產(chǎn)、供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)字資源協(xié)調(diào)共享平臺(tái)構(gòu)成的7 個(gè)技術(shù)領(lǐng)域三層的數(shù)字化人才角色[10]。
教育部、人力資源和社會(huì)保障部和工業(yè)和信息化部印發(fā)的《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》中對(duì)制造業(yè)十大重點(diǎn)領(lǐng)域人才需求進(jìn)行了預(yù)測,并提出要重點(diǎn)培養(yǎng)先進(jìn)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵制造工藝、材料、數(shù)字化建模與仿真、工業(yè)控制及自動(dòng)化、工業(yè)云服務(wù)和大數(shù)據(jù)運(yùn)用等方面的專業(yè)技術(shù)人才。
智能制造自身的特點(diǎn)決定了其對(duì)專業(yè)人才要求有以下新的特點(diǎn)。
(1)基礎(chǔ)通用知識(shí)掌握程度要求高
依托所融合新技術(shù)、工業(yè)軟件和智能設(shè)備等的快速更新迭代,智能制造的發(fā)展迅速。但就像高樓大廈的需要穩(wěn)固的地基,作為基礎(chǔ)知識(shí)的信息與制造相關(guān)通用知識(shí),是智能制造人才應(yīng)對(duì)快速發(fā)展變革的支撐,并為創(chuàng)新保駕護(hù)航。
(2)學(xué)科知識(shí)的高融合性
學(xué)科交叉融合,工作界限模糊化是智能制造的特點(diǎn)之一,新型的制造方式將諸多傳統(tǒng)專業(yè)知識(shí)結(jié)合,如電子技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)、機(jī)械電子、電氣控制等學(xué)科。所以在人才技能需求上也不能再局限于具體傳統(tǒng)學(xué)科,而是要依托產(chǎn)業(yè),針對(duì)在智能制造背景下的崗位需求,強(qiáng)化融合的相關(guān)學(xué)科知識(shí)的專業(yè)性。
(3)工作方式的轉(zhuǎn)變帶來角色變化
智能制造將許多原本人工生產(chǎn)制造的崗位轉(zhuǎn)化為人、機(jī)結(jié)合的崗位,或者改變了原有人和機(jī)器合作的方式,工作人員的角色從生產(chǎn)者轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)人員、監(jiān)測人員、控制人員等。制造過程中工作方式的轉(zhuǎn)變帶來對(duì)人才技能要求的改變,要在智能化的場景中重新定位工作人員的工作內(nèi)容以及需求的技能。
綜上分析,智能制造帶來諸多人才需求的變化,對(duì)應(yīng)著對(duì)人才技能的要求也較高。
(1)知識(shí)層面
智能制造是一個(gè)融合信息技術(shù)的現(xiàn)代化制造方式,扎實(shí)的基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)必然是所需要人才必須具備的基礎(chǔ)素養(yǎng)。對(duì)交叉融合的基礎(chǔ)知識(shí)掌握要求較高,需掌握如信息技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣自動(dòng)化、電工電子、計(jì)算機(jī)編程語言等學(xué)科相關(guān)通用基礎(chǔ)知識(shí)。智能制造各崗位依據(jù)承擔(dān)工作的不同,對(duì)所需掌握的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)會(huì)有不同側(cè)重,結(jié)合各招聘平臺(tái)對(duì)相關(guān)職位的技能描述,智能制造崗位主要集中在研究、設(shè)計(jì)、開發(fā)智能制造相關(guān)技術(shù)、設(shè)備、生產(chǎn)線、控制系統(tǒng)等;部署、操作、應(yīng)用智能加工制造裝備、機(jī)器人、智能檢測和控制系統(tǒng)、生產(chǎn)線等;操作和應(yīng)用數(shù)字化管理系統(tǒng)或平臺(tái),如MES(Manufacturing Execution System,制造執(zhí)行系統(tǒng))、ERP(Enterprise Resource Planning,企業(yè)資源計(jì)劃)、PLM(Product Life-cycle Management,產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng))、WMS(Warehouse Management System,倉儲(chǔ)管理系統(tǒng))和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等;應(yīng)用工業(yè)軟件進(jìn)行虛擬仿真、數(shù)字化設(shè)計(jì)制造等。所以智能制造人才是復(fù)合型人才,要在掌握扎實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上,密切關(guān)注和學(xué)習(xí)行業(yè)的關(guān)鍵先進(jìn)技術(shù)。
(2)持續(xù)學(xué)習(xí)與實(shí)踐創(chuàng)新能力層面
伴隨制造過程數(shù)字化、智能化的提高,低端重復(fù)勞動(dòng)極易被機(jī)器人替代,智能制造人才要能夠快速接受和應(yīng)用新興的技術(shù)和裝備,所以對(duì)實(shí)踐能力的要求高。同時(shí),具備良好的創(chuàng)新能力的人才更易從傳統(tǒng)制造中找到智能化的切入點(diǎn),良好的學(xué)習(xí)能力能夠更易接受技術(shù)的快速發(fā)展和變化,將融合的專業(yè)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際制造過程。所以智能制造人才的培養(yǎng)要強(qiáng)化持續(xù)學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
(3)社會(huì)協(xié)作層面
智能制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、操作和實(shí)施往往涉及多學(xué)科知識(shí),而智能生產(chǎn)線,智能車間,乃至智能工廠,其中各職責(zé)的工作人員和機(jī)器協(xié)同工作,并調(diào)度各種資源,共同完成整個(gè)制造過程。整個(gè)體系的運(yùn)作,離不開參與者的協(xié)作,所以智能制造人才需要有良好的溝通和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。
智能制造是中國新一輪工業(yè)革命的關(guān)鍵點(diǎn)之一?!皵?shù)字賦能制造業(yè)轉(zhuǎn)型”已成為許多全國性會(huì)議熱議的話題,越來越多的中國企業(yè)積極向智能化、數(shù)字化方向發(fā)展轉(zhuǎn)型,在目前全球132 家“燈塔工廠”中,中國企業(yè)達(dá)到50 家。企業(yè)智能化改造需要專業(yè)人才和軟硬件資源齊頭并進(jìn),分析清楚智能制造的關(guān)鍵技術(shù)和人才技能需求,解決好人才缺口,中國智能制造將贏得跨越式發(fā)展。