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新聞動(dòng)態(tài)導航圖

智能制造是“中國制造2025”的主攻方向

2019-05-283947

“智能制造”的“智能”可以分別從“智”和“能”兩個(gè)方面理解,“智”的核心內涵是知識,“能”的核心內涵是獲取知識的能力和應用知識解決問(wèn)題的能力。

德國數學(xué)家、哲學(xué)家萊布尼茲認為人類(lèi)的理性思維是一種運算,并致力于用形式化的數學(xué)方法研究人類(lèi)的思維過(guò)程。1674年,他在巴黎科學(xué)院演示了可以完成四則運算的算術(shù)計算機,而在此之前,計算是人類(lèi)所特有的智能。

引發(fā)第一次工業(yè)革命的蒸汽機,曾經(jīng)是由操作者手動(dòng)控制的,蒸汽機運行速度是否平穩、是否按要求加減速,完全依賴(lài)于操作者的經(jīng)驗。當科學(xué)家揭示了蒸汽機的工作原理,設計了離心自動(dòng)調速機構,蒸汽機就可以自動(dòng)控制其運行速度了,機器似乎擁有了人類(lèi)的調速經(jīng)驗。

早期的手動(dòng)機床依靠操作者高超的技能和經(jīng)驗才能完成曲面的加工,而20世紀50年代發(fā)明的數控機床則實(shí)現了復雜曲面的自動(dòng)加工。數控機床已然超越了高級技師累積的技能和經(jīng)驗,并解決了復雜零件的加工問(wèn)題。

1997年5月11日,超級計算機“深藍”打敗了世界象棋大師卡斯帕羅夫,成為在國際象棋這一領(lǐng)域戰勝人類(lèi)的第一臺機器,而在此之前,推理是人類(lèi)所特有的智能。2016年3月,一款名為阿爾法圍棋(AlphaGo)的人工智能程序對戰世界圍棋冠軍、職業(yè)九段選手李世石,并以4∶1的總比分獲勝,成為人工智能發(fā)展史上的又一里程碑。

上述科技事件揭示了智能科學(xué)與技術(shù)研究的某種規律:智能科學(xué)的發(fā)展是不斷進(jìn)化的。每當科學(xué)家在深入研究的基礎上建立了人類(lèi)某項智能的數學(xué)模型,并發(fā)明一種算法或裝置去實(shí)現這一智能功能時(shí),人類(lèi)的這一智能就“物化”在機器中,智能科技就此向前邁進(jìn)一步。

我國與發(fā)達國家在20世紀80年代幾乎同時(shí)啟動(dòng)了智能制造理論與技術(shù)的研究并取得重要進(jìn)展,國家自然科學(xué)基金委先后啟動(dòng)關(guān)于智能制造的重點(diǎn)項目、重大項目的研究,科技部也啟動(dòng)了關(guān)于智能制造的“973”項目的研究。

智能制造旨在讓制造裝備和系統擁有智能,因而智能制造的核心內容是研究制造活動(dòng)中的信息感知與分析、知識表達與學(xué)習、智能決策與執行(感知—學(xué)習—決策—執行)。智能制造技術(shù)涉及產(chǎn)品全生命周期中的設計、生產(chǎn)、管理和服務(wù)等環(huán)節的制造活動(dòng),其技術(shù)體系主要包括制造智能技術(shù)、智能制造裝備技術(shù)、智能制造系統技術(shù)、智能制造服務(wù)技術(shù)。

智能制造技術(shù)體系

智能制造是實(shí)現知識的屬性和功能的重要手段,智能制造追求的目標是不斷擴展制造裝備和系統的智能。由于制造中的知識包羅萬(wàn)象,而且人類(lèi)關(guān)于制造的知識也在不斷深化、擴展,這就注定了智能制造的發(fā)展將是一個(gè)不斷進(jìn)化的過(guò)程,人們關(guān)于智能制造的概念也將是一個(gè)不斷向前推進(jìn)的過(guò)程。進(jìn)入21世紀以來(lái),新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起,全球科技創(chuàng )新呈現出新的發(fā)展態(tài)勢和特征。以智能制造為核心,信息技術(shù)、生物技術(shù)、新材料技術(shù)、新能源技術(shù)廣泛滲透,帶動(dòng)幾乎所有領(lǐng)域發(fā)生了以智能、服務(wù)、綠色為特征的群體性技術(shù)革命,這是新一輪的工業(yè)革命。

智能制造—制造業(yè)數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化,是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)。第一,使機械產(chǎn)品向“數控一代”乃至“智能一代”發(fā)展,從根本上提高產(chǎn)品功能、性能和市場(chǎng)競爭力。第二,使制造業(yè)向數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化集成制造發(fā)展,全面提升產(chǎn)品設計、制造和管理水平。第三,將催生產(chǎn)業(yè)模式轉變或創(chuàng )新:從大規模流水線(xiàn)生產(chǎn)轉向定制化規模生產(chǎn);從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉變;催生“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)+現代服務(wù)業(yè)”模式。

當前,智能制造已成為制造強國的主要競爭領(lǐng)域,美國、德國和日本等國家已先后啟動(dòng)智能制造研究計劃并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)戰略布局,智能制造產(chǎn)業(yè)處于全球領(lǐng)先地位。2015年,智能制造被確定為“中國制造2025”的主攻方向,主線(xiàn)是工業(yè)化和信息化兩化融合,著(zhù)力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品,推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程智能化,培育新型生產(chǎn)方式,全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平。

實(shí)施智能制造工程,應緊密?chē)@重點(diǎn)制造領(lǐng)域關(guān)鍵環(huán)節,開(kāi)展新一代信息技術(shù)與制造裝備融合的集成創(chuàng )新和工程應用。支持產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān),開(kāi)發(fā)智能產(chǎn)品和自主可控的智能裝置并實(shí)現產(chǎn)業(yè)化。依托優(yōu)勢企業(yè),緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機器人替代、生產(chǎn)過(guò)程智能優(yōu)化控制、供應鏈優(yōu)化,建設重點(diǎn)領(lǐng)域智能工廠(chǎng)/數字化車(chē)間。在基礎條件好、需求迫切的重點(diǎn)地區、行業(yè)和企業(yè)中,分類(lèi)實(shí)施流程制造、離散制造、智能裝備和產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)新模式、智能化管理、智能化服務(wù)等試點(diǎn)示范及應用推廣。建立智能制造標準體系和信息安全保障系統,搭建智能制造網(wǎng)絡(luò )系統平臺。

目前,我國正加快構建智能制造產(chǎn)業(yè)體系。但由于我國尚未完成工業(yè)化,大量企業(yè)仍處于自動(dòng)化進(jìn)程中,智能制造產(chǎn)業(yè)相對薄弱。高檔數控機床與工業(yè)機器人、增材制造設備(3D打印設備)、智能傳感與控制、智能檢測與裝備、智能物流與倉儲是智能制造產(chǎn)業(yè)體系中的關(guān)鍵的智能制造裝備,其性能決定著(zhù)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展水平。

工業(yè)機器人:我國已有若干初具規模的機器人公司,一些專(zhuān)用機器人達到世界先進(jìn)水平,但通用高端機器人主要依賴(lài)進(jìn)口。關(guān)鍵零部件如控制器、電機及伺服驅動(dòng)單元、傳感器等,其核心技術(shù)主要掌握在瑞士ABB、德國KUKA、日本安川(YASKAWA)等國際巨頭手中。

數控機床:我國已突破一些專(zhuān)用機床的關(guān)鍵技術(shù),如用于加工航空發(fā)動(dòng)機壓氣機盤(pán)的智能雙面車(chē)床等,但通用高端數控機床仍然須從美國、日本、德國等工業(yè)強國進(jìn)口,主要是數控系統、電機及伺服驅動(dòng)單元、主軸電機、精密光柵尺、刀具等關(guān)鍵部件與國外先進(jìn)產(chǎn)品還有差距。

增材制造設備(3D打印設備):我國在大型航空零件的3D打印領(lǐng)域已取得技術(shù)突破,但還沒(méi)有形成完善的配套產(chǎn)業(yè)。美國在3D打印領(lǐng)域擁有全球領(lǐng)先的金屬材料研發(fā)能力。歐洲的法國、德國、比利時(shí)都擁有技術(shù)較強的3D打印企業(yè),已實(shí)現數字化規模生產(chǎn)。

智能制造是信息化與工業(yè)化的深度融合。支撐智能制造的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:各種傳感技術(shù),從傳感器信息獲取知識的技術(shù)(機器學(xué)習、大數據分析等技術(shù)),推理決策技術(shù),智能控制技術(shù),工業(yè)操作系統技術(shù),工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),新一代人機交互技術(shù)等。

未來(lái)的制造是全方位感知的制造。傳感器分布在產(chǎn)品、生產(chǎn)系統、倉儲物流、管理系統中,能感知產(chǎn)品運行性能和客戶(hù)狀態(tài),感知生產(chǎn)狀態(tài),感知原材料和產(chǎn)品的存儲和運輸狀態(tài)。

未來(lái)的制造是數字化制造。產(chǎn)品設計數字化、生產(chǎn)過(guò)程數字化、倉儲物流數字化、客戶(hù)服務(wù)數字化、生產(chǎn)管理數字化。

未來(lái)的制造是網(wǎng)絡(luò )化制造。產(chǎn)品、生產(chǎn)系統、倉儲物流、管理系統中的傳感器、控制器等,通過(guò)網(wǎng)絡(luò )全部連接在一起,形成對產(chǎn)品全生命周期的監控,實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化和客戶(hù)服務(wù)的優(yōu)化。

未來(lái)的制造是充滿(mǎn)智慧的制造。在數學(xué)模型和智能算法的支持下,產(chǎn)品、生產(chǎn)系統、倉儲物流、管理系統既可以根據傳感器信息優(yōu)化自身運行,也可以進(jìn)行自診斷、自維護、自學(xué)習,還可以通過(guò)互動(dòng)實(shí)現全局協(xié)調和優(yōu)化。

智能制造的上述特點(diǎn),將使設計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)系統運行在最優(yōu)狀態(tài),降低能耗和原材料,實(shí)現綠色制造。使分散在世界各地的企業(yè)、研發(fā)人員、創(chuàng )客借助網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放資源,實(shí)現共享制造。使產(chǎn)品供應商實(shí)時(shí)、全面理解產(chǎn)品運行狀態(tài)和客戶(hù)體驗,實(shí)現服務(wù)型制造。使生產(chǎn)過(guò)程具有快速重組和快速響應能力,實(shí)現客戶(hù)定制制造。使產(chǎn)品、設備、用戶(hù)、生產(chǎn)管理人員互聯(lián)互通,實(shí)現全連通制造。

智能制造的發(fā)展前景廣闊,機遇巨大。智能制造的發(fā)展,將以國家重大戰略需求為導向,著(zhù)力攻破關(guān)鍵核心技術(shù),為中國制造業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。


文章來(lái)源:信息化和軟件服務(wù)網(wǎng)



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