《"智能制造"的高风险与高收益》

  • 来源专题:数控机床与工业机器人
  • 编译者: 杨芳
  • 发布时间:2015-10-08
  •   目前,就全球智能制造 的发展现状来看,只有少数制造业国家,如美国、德国、日本、中国和韩国等正在进行智能制造的模型建构和实体实验,而无论是美国重回制造业的“国家制造创新网络”,还是德国的工业4.0,抑或是中国制造2025,总体上看,智能制造还处于起步的前期阶段,真正产业化的智能制造还只是凤毛麟角。在这个意义上,中国介入智能制造几乎与发达国家是同时的。

      

      不过,众多业内人士更指出,在这几个国家中,中国实施智能制造的底子却是最弱的,因为底子太弱,所以,中国要想在智能制造与其它几个国家一较高下,非得采取弯道超车的方式不可。一个原因在于,智能制造必须基于工业自动化,也就是说,实施智能化改造的生产车间应当是已实现高度自动化生产的车间,在此基础上,通过完善网络系统和智能控制,再加上信息处理的升级和物联网的全域化,最初级的智能制造才是可能的。而在中国,除了少数电子信息产业的制造车间和汽车产业的组装车间,其它行业的大部分生产车间,还处于半自动化甚至人工操作的水平上。因此,发展中国的智能制造,从3C产业和汽车制造产业进入,目前是成本最低廉的路径。东莞推动3C产业实施智能制造的示范工程,原因也正在于此。

      

      而从智能制造技术成熟度来看,虽然各国提出的智能制造谋划文件几乎都是前景美好的描述,但实验层面的成功案例说明,智能制造技术 还远远不是成熟的方案,其中的关键节点还需要进行反复的探索。另外,智能制造是一个需要企业外部环境支撑有力的技术经济,就目前情况来看,几乎所有国家都不具备支撑智能制造的完美环境。因此,智能制造是一个高风险和高收益并存的新兴产业模式。

      

      世界几个先行试水智能制造的国家,都不约而同地提出了国家支持的政策体系,即尝试智能制造的企业,可得到国家财政补偿性的援助,而国家的这种支持,其实就是建构一个风险共担的机制。因为这些率先尝试智能制造的企业无疑将承担失败的风险,而可能获取的成功经验又可为整个社会所共同分享,所以,给予尝试企业以一定的财政支持符合社会公益。

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    • 编译者:杨芳
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    •  国家信息化专家咨询委员会常务副主任周宏仁在《论智能制造》系列中的“论智能制造的三个阶段”中,谈到了对三个阶段的基本认识。而如何实施智能制造,则需要考虑智能制造的三个支点:产品、装备和过程。   第一个需要考虑的是推动智能制造的目标是什么。显然,企业追求的是产品,而不是要把企业搞的有多时髦。企业销售产品的时候,不是要宣传企业的生产线有多漂亮、多现代,而一定要说明这个产品的价值何在。产品是企业面向社会的表现。智能制造的目标是产品,而不是智能制造本身。   因此,产品的智能化是企业必须考虑的首要问题之一。智能制造如果不能生产出智能的产品,智能制造就失去了时代的意义。而且,企业的产品如果不是智能化的,产品和企业今后被淘汰的可能性就很大。   第二个支点是装备,生产过程(包括研发、设计)中的每一个关键环节上的装备,一定要智能化。如果这个智能化实现不了,劳动生产力和劳动效率就不可能得到很大提高,企业可能就没有竞争力。不是数字化、网络化和智能化的生产装备,就不是这个时代的先进制造装备。而且,如果设备没有智能化,也可能无法生产出企业想要生产的智能化产品。   第三个支点是企业生产过程的智能化问题。装备智能化解决的是生产过程中“点”的智能化问题;企业只有实现生产全过程的智能化,才能实现企业全局的智能化,才能够实现智能化效益的最大化。   智能制造是第一支点   一个机床生产厂,生产装备和过程如果都是智能化的,而它生产出来的机床却是一般的机床,没有智能化的要素,那么这个机床厂的前途就非常堪忧。因为,他自己都不会去购买这样不够智能化的机床。   因此,任何一个企业在考虑其智能制造如何发展的时候,首先应该想到的是自己的产品怎么实现智能化。即使生产过程没有部分或全部实现智能化,能够把智能的产品做出来,那么企业还是应该首先考虑产品的智能化问题。   产品智能化是当今计算技术发展的一个新的重大趋势。计算技术发明的初衷是为了科学计算。而后,发展为支持人类各种业务活动的信息处理和传播,即业务计算。上世纪90年代以后,随着互联网的发展,QQ、微信、Facebook等开始崛起,计算技术渗入了人们的社会生活,大大地推动了社会计算的发展。现在,计算技术开始向各种产品领域渗透,提升产品的智能化水平,因此,计算技术应用的下一个热点,是产品计算。   智能装备是最大难点   装备是智能制造最大的难点。   生产装备一般都比较复杂,而且批量可能不大,所采用的工业软件也往往非常复杂。这使得生产成本很高,市场很小,因此愿意或有实力从事智能装备制造的企业并不多。而且,由于装备的开发周期长,导致企业经营的风险很大。另外,装备制造的难点很大程度上是在软装备上面,没有软装备,就不可能有“数字化、网络化、智能化”。抽去软件,信息化的一切成果都不复存在。工业软件首先是一个工业产品,而且往往是高端工业产品。这是中国制造2025主要的难点,而工业界对这一点的认识,还很不充分。   过程智能化   发达国家的制造业在生产装备智能化这一点上,已经非常领先。尤其是日本和德国,已经基本上垄断了全球重大制造业生产装备的市场。而智能制造的下一步的发展,就是要实现过程的智能化,完成从装备这个“点”向过程这条“线”的发展。   过程智能化最典型的代表,正是工业4.0和工业互联网的奋斗目标。工业4.0提出,企业的信息系统要走向一体化,包括纵向一体化和横向一体化。纵向一体化就是《三论智能制造》的系列之一中提到的企业的内部网,而横向一体化正是企业的外部网。现在,要把内部网和外部网完全整合在一起,将数据完全打通。      内部网和外部网的一体化   过程智能化的实现   工业4.0或者工业互联网的目标,不仅要把内部网、外部网连起来,而且要变成一个智能物理系统。二者都可以通过一个“5C(五层)”结构来表述。   最下面一层是智慧的连接层,第二层是数据转换成信息,第三层是企业的云计算数据中心。在这里,需要把第二层处理所得的有效数据,与企业计算机系统中相对应的期望值做对比分析。第四层是认知层,根据对比差异,找到问题之所在及解决问题的方法。因此,这一层实际上是一个决策层。第五层是配置层,可以按照决策要求,通过计算机网络,对人、对物、对计算机进行重新配置或更改。   这样的一个五层结构,构成了一个标准的反馈控制系统,可以对企业的控制对象,即:人(员工)、机器、计算机系统、各种物理实体等,进行实时的反馈和控制。这样的一个反馈系统,其各层次所对应的技术支撑,如图所示。正是利用这些当下最时髦的先进技术,工业互联网实现了企业整个业务活动全过程的的智能控制。      工业互联网和工业4.0的“5C(五层)”架构   这个架构设计描述了工业互联网系统的内外三层结构。从边缘层,到平台层,再到企业层。在边缘层上主要是边缘的网关,采集各种各样的数据;送到平台层之后,平台层对数据做必要的处理和分析;分析完之后,再送达企业层,送到企业的应用系统。企业会根据不同的应用做不同的分析,做出判断和决策,将数据再往回传送到平台层和边缘层,直至送达企业内外联接的各个部门和单位。   显然,数据分析和处理在工业互联网系统中极为重要,包括:端点数据的获取、从数据中提取信息的先进数据处理技术,各种决策模型的分析计算,以及系统结果的输出。其中,大量使用的是计算科学的办法:需要建模,需要算法,需要数据等等,最后产生的是决策数据。当然,安全、可信、隐私等,在结构中也有详细的考虑。   智能制造与工业互联网   工业互联网平台,是一个以企业为中心的平台,而不是说在整个工业行业建一个大的所谓“工业互联网平台”。所谓平台化是发展的趋势,其实是指企业的平台化,每一个大企业都会有自己的一个企业平台,而不会把自己的业务搬到其他企业的平台上去。   如果把智能制造的全部资源和精力都投在工业互联网平台上,又把平台理解为产业的平台,可能就误判了智能制造的发展方向。当务之急,还是我们的产品和装备的智能化问题,这对当下的中国来讲,是智能制造的重点努力方向。
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    • 编译者:杨芳
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    •   为了确保美国先进制造业的未来竞争力,先进制造伙伴执行委员会(AMPSC)确立了构造美国先进制造未来领导权生态体系的三大支柱:促进创新、技术人才培养和改善商业环境,其中,先进制造技术创新是确保美国先进制造业未来领导力的根本保证。为确保创新的可持续性和收益性,AMP2.0提出两大工作重点以及优先发展的三大技术领域,对于我们贯彻《中国制造2025》国家战略,具有很强的借鉴意义。   我国正面临“三期叠加”期,经济转型和制造业结构升级过程中还会出现很多问题亟须解决。因此我们应该密切关注美国等发达国家的经济发展战略布局及变动方向,用发展的视角解决中国发展中突出的问题。   优先发展三大技术领域   AMP2.0确立优先发展的三大技术领域包括:先进传感器、控制和制造平台技术(ASCPM),可视化、信息化和数字化的制造技术(VIDM),先进材料制造(AMM)。   先进传感、控制和制造平台技术(ASCPM)是指数字设计的商业化、传感器和生产设备集成增加、机器人和自动化技术的发展及新型信息技术等因素推动制造业进入快节奏创新和变革时代,是ASCPM技术发展的根本驱动因素。   ASCPM技术的定义是环绕机器工厂企业供应链方面的传感、仪表、监测、控制和优化以及相关硬件和软件平台的制造业自动化;基于先进的互联网络基础设施,ASCPM技术可以帮助制造业实现智能制造过程中信息和机器设备的无缝操作,从而提高制造敏捷性和生产率,提升经济整体水平和美国制造业竞争力。   ASCPM技术未来发展的着力点是基于生物、纳米和微制造的传感器研发;多传感器数据的实时分析;智能化诊断、预测和维修;离散制造的先进控制器;过程控制集成;互联网基础设施;软件应用和软件开发;平台基础设施的设计和构建。   可视化、信息化和数字化的制造技术(VIDM)是一系列集成、尖端、企业层级的智能制造技术集合,包括制造业端到端集成的发展、供应链效率的提升、过程安全的改善、制造技术柔性化和智能化发展等。借助先进的信息技术系统和工具,VIDM技术可以通过提升端到端供应链效率、生产柔性化、最优能源管理等实现个性化定制生产的零次品率。借助稳健的网络安全架构和高计算性能的共享型网络基础设施,可视化、信息化和数字化的制造技术帮助美国制造业向消费者提供最优化服务(更快、更低价、更简洁、高质量、高能效和环境友好)。   VIDM包含三个子领域:数据线、集成信息系统、大数据及分析。数据线集成了供应链数据(产品全生命周期的数据,包括概念、生产、终端使用、维修服务),可以提供互联、可视化和最优化数字化设计;数据线技术进一步发展的着力点是数字化制造数据本体、制造业数据模型、先进的数据线工具(具备深度分析、仿真和模型化能力)、数据线的网络安全框架以及数据线人才的培养。   集成信息系统通过集成当前多样化和异质性信息孤岛,可以缩短前置时间,降低库存成本,提前且可视化地发现问题,并进行正确和预防性干预。集成信息系统进一步发展的着力点是制定并推广数据标准、模型和算法,建立实时分析/响应机制,打造异质性系统、基础设施和平台。大数据可以用大量、多种类、高速、准确、价值的5V特征描述,是实施VIDM技术的基础,其未来发展的着力点是元数据的管理,促进私有数据的交换和共享。   先进材料制造(AMM)是未来应对多部门、多行业高端材料研发的冲击,材料供给不稳定给国家安全和竞争带来的影响,降低某些生产必需的自然资源的压力等是促进先进制造材料技术发展的主要驱动因素。   对《中国制造2025》的几点启示   一是要创新共享基础设施。通过基础设施共享,可以缩短新技术应用推广时间,降低采用新技术的风险,并促进交叉技术的创新。先进制造研究院是技术共享基础设施的关键一步,也是构建美国制造创新网络的前提。每个先进制造研究院都集中研究一类先进制造技术,当前,美国已经建立包括美国制造研究院(研究3D打印和增材制造)、数字化制造与设计创新研究院(数字化设计、工程和制造等过程的技术和流程研发与应用)、先进复合材料制造创新研究院(比钢更轻更强的材料)等在内的九所研究院,并据此搭建国家制造创新网络,旨在提供技术创新基础设施共享,联合产学研等各界利益相关者,推动跨领域的技术和产品创新,支持中小企业创新等。   我们认为,《中国制造2025》在实施过程中,尤其是国家创新中心的建设中,应当高度重视促进内外部之间通信交流机制的建设,明确网络运营的利益分配,保护知识产权,制定先进制造技术领域的动态识别机制。   二是加强政府的有力引导,促进产学研一体化,推动大众创业、万众创新。包括为学术界和产业界牵线搭桥,促进真正的产学研一体化,加强在核高基领域的研发创新,缩短由科研成果向技术转换的时间,延长技术的生命周期。要以只争朝夕的紧迫感,切实推进创新,形成有利于出创新成果、有利于创新成果产业化的新机制。   三是完善顶层设计,积极引导和扶持关键产业与技术发展。与西方相比,我国的体制优势更能保证政策的连续性和稳定性,以推动经济发展。我国政府应该积极参与未来经济发展的蓝图规划,凭借其掌握的优秀人力资源和智力资本,制定更加切实可行又惠及各行各业的战略指导和行动指南,积极推动《中国制造2025》战略的落实和评估,培育我国动态比较优势,保证我国制造业在国际经济格局中的领导力和控制力。.