夯實工業(yè)自動化基礎(chǔ) 化解AI創(chuàng)新焦慮

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中國的工業(yè)發(fā)展錯過了大航海時代和兩次工業(yè)革命，改革開放四十多年來，總算接軌上了工業(yè)革命的中后階段。加入了WTO，中國逐步在工業(yè)制造端以巨大的產(chǎn)能和消費市場，走上了快速發(fā)展之路，同時，也在互聯(lián)網(wǎng)的信息化時代，不斷與世界最發(fā)達的國家縮小差距，甚至在工業(yè)制造方面迅速趕超，在很多領(lǐng)域掌握了一些主動權(quán)，尤其在全工業(yè)流程領(lǐng)域，我國取得了一些優(yōu)勢。

根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù)，在具體的工業(yè)制造領(lǐng)域，我國的工業(yè)數(shù)據(jù)和美國的工業(yè)數(shù)據(jù)對比如下：

2023年造船業(yè)：中國4232萬噸，美國60萬噸；

2023年水泥：中國20.23億噸，美國1億噸左右；

2023年鋼鐵：中國13.6億噸，美國0.7億噸；

2023年發(fā)電量：中國9.2萬億千瓦時，美國4萬億千瓦時；

2023年汽車：中國年產(chǎn)3016萬輛，美國年產(chǎn)1000萬輛；

2023年肉類：中國產(chǎn)量9641萬噸，美國產(chǎn)量4600萬噸；

但是，2023年中國GDP僅相當(dāng)于美國的65.36%。

2024年春節(jié)，在中國人還在過新年的時候，openAI最新的AI軟件Sora推出，震驚了全球科技界。各大媒體都在驚呼，似乎下一代的新的AIGC智能人工智能的時代就要到來。而高端芯片領(lǐng)域，英偉達、AMD的GPU被美國限制進口到中國，在一定程度上影響了算力，甚至可能會帶來中國大模型的研究及其他AI進步被重新拉開距離。

在科技浪潮洶涌澎湃的當(dāng)下，人工智能（AI）正迅速而廣泛地滲透到我們生活的每個角落，人們的“AI創(chuàng)新焦慮”也與日俱增，夯實工業(yè)自動化成為化解“AI創(chuàng)新焦慮”的重要路徑。

作為工業(yè)自動化后來者，一些領(lǐng)域，我們通過努力學(xué)習(xí)往往能夠迎頭趕上，然后利用規(guī)模優(yōu)勢、人海戰(zhàn)術(shù)實現(xiàn)精準(zhǔn)突破，再利用成本優(yōu)勢、價格優(yōu)勢，讓部分行業(yè)進入我們的節(jié)奏。中國高鐵制造就是個很好的例子。某個國家要造高鐵，中國、日本、法國、德國競標(biāo)，那中國一定是性價比最高的，技術(shù)也是最成熟的。國家統(tǒng)計局2023年的數(shù)據(jù)已經(jīng)充分證明了這一點。

面對最前沿的AI人工智能科技的到來，要夯實工業(yè)自動化，除了加強基礎(chǔ)科學(xué)研究，發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，還要加大整體大模型的創(chuàng)新支持，加快高新芯片的追趕速度。事實上，通過四十多年追趕，中國已經(jīng)在工業(yè)化全產(chǎn)業(yè)鏈上形成了整體優(yōu)勢。我們除了需要補足高端研發(fā)創(chuàng)新，其實，更需要的是在我們整體工業(yè)化制造優(yōu)勢上繼續(xù)加大創(chuàng)新，不斷升級工業(yè)化制造，使其走向智能制造，讓整體工業(yè)化創(chuàng)新走向不斷創(chuàng)新的工業(yè)自動化、智能化。

在工業(yè)制造全產(chǎn)業(yè)鏈上，我們的工業(yè)制造主要包括儀器儀表智能化、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、工業(yè)通信無線化、物聯(lián)網(wǎng)與自動化、云計算與自動化、低碳經(jīng)濟自動化、安全生產(chǎn)自動化、節(jié)約降耗自動化、模擬仿真普適化和工控軟件的發(fā)展。

作為物聯(lián)網(wǎng)與自動化這個領(lǐng)域的研究者，我參與了一些與之相關(guān)的項目，并獲得了中國造船工程科學(xué)技術(shù)一等獎和山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才等榮譽。以該領(lǐng)域的現(xiàn)代造船技術(shù)為例，在船體制造中，切割、卷板、剪板、折彎等工藝已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，唯獨復(fù)雜曲面的加工成型仍然處于手工作業(yè)階段，該工藝被稱為“水火彎板工藝”，其效率低、成型質(zhì)量差、嚴(yán)重依賴高級技工的個人經(jīng)驗且污染環(huán)境。復(fù)雜曲面工件在現(xiàn)代造船中必不可少，因為，復(fù)雜形狀的拼接可以保證船體的流線型結(jié)構(gòu)，減少船舶行進過程中的阻力，其加工難度大、耗時長，已經(jīng)成為制約船體制造的“瓶頸難題”。

早在20世紀(jì)60年代至90年代，美國、日本、韓國的專家學(xué)者就對該難題進行廣泛和深入的研究。其中，日本石川島播磨重工業(yè)公司（IHI）開發(fā)了ALPHA System，韓國首爾大學(xué)研制了iCAM 自動水火彎板自動加工系統(tǒng)，美國麻省理工學(xué)院Hardlt教授提出了可重構(gòu)模具（Reconfigurable Die）的概念。以上研發(fā)都停留在研究階段，均未投入工程化應(yīng)用。

為了解決這一難題，我們從可重構(gòu)模具的理念出發(fā)，構(gòu)建了“軟件驅(qū)動、硬件互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)成型體系，讓方形壓頭矩陣在控制系統(tǒng)的控制下任意升降和造型，取代了變化萬千的模具，其主要的創(chuàng)新點有以下幾個方面：1、發(fā)明了一種新的板材成形方法：方形壓頭可調(diào)活絡(luò)模具板材曲面成形裝置，解決了壓痕與皺褶問題。2、提出了非對壓地成型的新方法，解決了板材起皺問題。3、提出了上?？梢苿友b置：不僅降低了彎板機的高度與重心，增大了彎板機的穩(wěn)定性，同時視覺空間增大，更有利于實時激光三維測量，方便了板料的安放與起吊和對上、下模具的維護和保養(yǎng)。4、提出了上模聯(lián)動施壓方法：使用并聯(lián)油路油缸驅(qū)動的上模群壓頭對船板施壓的技術(shù)，具有先壓住板材受壓縮變形部位的功能，能進一步防止板材截面受壓發(fā)生失穩(wěn)的情況。5、提出了基于在線實時檢測的快速逐步逼近彎曲成形法，無須進行復(fù)雜的回彈計算和曲面重構(gòu)，即可簡單方便地解決船板成形加工的回彈難題，為船舶三維數(shù)控冷彎機的研制奠定了基礎(chǔ)。6、提出了基于中型PLC的組網(wǎng)并行控制方法，由伺服電機、驅(qū)動器、減速機驅(qū)動螺桿精確運動，伺服電機群組組網(wǎng)可任意延展，實現(xiàn)可重構(gòu)模具的任意造型。此外，通過集成創(chuàng)新，我們開發(fā)了船舶三維數(shù)控彎板機控制系統(tǒng)。包括基于非均勻有理B樣條（NURBS）的曲面成型技術(shù)、自動調(diào)形控制；通過集成創(chuàng)新，我們還開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的船舶三維數(shù)控彎板機的智能控制系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上形成了技術(shù)成熟的三維船體外板加工流程。

以上關(guān)鍵的創(chuàng)新點解決了很多難題，包括工件加工的表面問題、工件成型的精度難題、工件加工的效率難題、工件加工的速度難題、工件加工的能力難題、工件加工過程中的污染難題、工件加工過程中對加工工藝依賴的難題等。

以上技術(shù)已經(jīng)在中國造船、航空、醫(yī)療等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用，并于2020年被中國造船工程學(xué)會吳優(yōu)生院士為首的專家組鑒定為中國首創(chuàng)和世界領(lǐng)先。隨著工程化應(yīng)用帶來的技術(shù)進步，以上技術(shù)得到了更加充分的提升，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)功能可以記錄每一個不同高級技師的操作和彎板習(xí)慣，并進行學(xué)習(xí)模仿，大數(shù)據(jù)庫可以記錄每一個不同工件的材料特性和成型辦法，并進一步輔助生產(chǎn)，提高效率。

作為這個行業(yè)的創(chuàng)新者、參與者，通過我們智能化的工業(yè)自動化不斷創(chuàng)新，不但讓我們的全產(chǎn)業(yè)工業(yè)制造可以在全球繼續(xù)保持絕對的領(lǐng)先，同時，在人口老化及勞動力優(yōu)勢不斷降低的趨勢下，在全球競爭中，還能讓我們的工業(yè)制造形成一個工業(yè)自動化、智能化的高效率制造優(yōu)勢，讓最好的AI出現(xiàn)，讓終端產(chǎn)品制造形成具備量產(chǎn)和普及的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

就像特斯拉，全球最好的電動汽車量產(chǎn)工廠最終還是在我們的上海特斯拉工廠實現(xiàn)。同樣，蘋果手機不斷在全球轉(zhuǎn)移制造業(yè)，但其最高端、最新的產(chǎn)品量產(chǎn)依然離不開中國的制造工廠。我們擁有全球最大數(shù)量的全產(chǎn)業(yè)制造工程師，同時，這也是我們中國全產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)自動化、智能化在不斷進化的結(jié)果。