The website uses cookies. By using this site, you agree to our use of cookies as described in the Privacy Policy.
I Agree

走向新一代智能製造

2020-11-11 10:36:52, Engineering


走向新一代智能製造

一、引言

面對新一輪工業革命,《中國製造2025》明確提出,要以新一代信息技術與製造業深度融合為主線,以推進智能製造為主攻方向。世界各國都在積極採取行動,美國提出“先進製造業夥伴計劃”、德國提出“工業4.0戰略計劃”、英國提出“英國工業2050戰略”、法國提出“新工業法國計劃”、日本提出“超智能社會5.0戰略”、韓國提出“製造業創新3.0計劃”,都將發展智能製造作為本國構建製造業競爭優勢的關鍵舉措。

新世紀以來,新一代信息技術呈現爆發式增長,數字化網絡化智能化技術在製造業廣泛應用,製造系統集成式創新不斷發展,形成了新一輪工業革命的主要驅動力。特別是,新一代智能製造作為新一輪工業革命的核心技術,正在引發製造業在發展理念、製造模式等方面重大而深刻的變革,正在重塑製造業的發展路徑、技術體係以及產業業態,從而推動全球製造業發展步入新階段。

二、智能製造的三個基本範式

綜合智能製造相關範式,結合信息化與製造業在不同階段的融合特徵,可以總結、歸納和提升出三個智能製造的基本範式(圖1),也就是:數字化製造、數字化網絡化製造、數字化網絡化智能化製造——新一代智能製造。

圖1 智能製造三個基本範式演進

(一)數字化製造

數字化製造是智能製造的第一個基本範式,也可稱為第一代智能製造

數字化製造的主要特徵表現為:第一,數字技術在產品中得到普遍應用,形成“數字一代”創新產品;第二,廣泛應用數字化設計、建模仿真、數字化裝備、信息化管理;第三,實現生產過程的集成優化。

(二)數字化網絡化製造

數字化網絡化製造是智能製造的第二種基本範式,也可稱為“互聯網+製造”,或第二代智能製造。

数字化网络化制造主要特征表现为:第一,在产品方面,数字技术、网络技术得到普遍应用,产品实现网络连接,设计、研发实现协同与共享;第二,在制造方面,实现横向集成、纵向集成和端到端集成,打通整个制造系统的数据流、信息流;第三,在服务方面,企业与用户通过网络平台实现连接和交互,企业生产开始从以产品为中心向以用户为中心转型。

(三)新一代智能制造——数字化网络化智能化制造

数字化网络化智能化制造是智能制造的第三种基本范范式,也可称为新一代智能制造。

智能制造的三个基本范式体现了智能制造发展的内在规律:一方面,三个基本范式次第展开,各有自身阶段的特点和重点解决的问题,体现着先进信息技术与先进制造技术融合发展的阶段性特征;另一方面,三个基本范式在技术上并不是绝然分离的,而是相互交织、迭代升级,体现着智能制造发展的融合性特征。对中国等新兴工业国家而言,应发挥后发优势,采取三个基本范式“并行推进、融合发展”的技术路线。

三、新一代智能制造引领和推动新一轮工业革命

(一)发展背景

新一代人工智能技术与先进制造技术的深度融合,形成了新一代智能制造技术,成为了新一轮工业革命的核心驱动力。 

(二)新一代智能制造是新一轮工业革命的核心技术

新世纪以来,数字化和网络化使得信息的获取、使用、控制以及共享变得极其快速和普及,进而,新一代人工智能突破和应用进一步提升了制造业数字化网络化智能化的水平,其最本质的特征是具备认知和学习的能力,具备生成知识和更好地运用知识的能力,这样就从根本上提高工业知识产生和利用的效率,极大地解放人的体力和脑力,使创新速度大大加快,应用范围更加泛在,从而推动制造业发展步入新阶段,即数字化网络化智能化制造——新一代智能制造。如果说数字化网络化制造是新一轮工业革命的开始,那么新一代智能制造的突破和广泛应用将推动形成新工业革命的高潮,将重塑制造业的技术体系、生产模式、产业形态,并将引领真正意义上的“工业4.0”,实现新一轮工业革命。

(三)愿景

新一代智能制造中,产品呈现高度智能化、宜人化,生产制造过程呈现高质、柔性、高效、绿色等特征,产业模式发生革命性的变化,服务型制造业与生产型服务业大发展,进而共同优化集成新型制造大系统,全面重塑制造业价值链,极大提高制造业的创新力和竞争力。

四、新一代智能制造的技术机理:“人-信息-物理系统”(HCPS)

智能制造涉及智能产品、智能生产以及智能服务等多个方面及其优化集成。从技术机理角度看,这些不同方面尽管存在差异,但本质上是一致的,下面以生产过程为例进行分析。

(一)传统制造与“人-物理系统”

(二)数字化制造、数字化网络化制造与“人-信息-物理系统”

(三)新一代智能制造与新一代“人-信息-物理系统”

五、新一代智能制造的系统组成与系统集成

新一代智能制造是一个大系统,主要由智能产品、智能生产和智能服务三大功能系统以及工业智联网和智能制造云两大支撑系统集合而成(图8)。

图8 新一代智能制造的系统集成

新一代智能制造技术是一种核心使能技术,可广泛应用于离散型制造和流程型制造的产品创新、生产创新、服务创新等制造价值链全过程的创新与优化。

(一)智能产品与制造装备

(二)智能生产

(三)智能服务

(四)智能制造云与工业智联网

(五)系统集成

六、并行推进、融合发展——中国推进智能制造的技术路线

在西方发达国家,智能制造是一个“串联式”的发展过程,他们是用几十年时间充分发展数字化制造之后,再发展数字化网络化制造,进而迈向更高级的智能制造阶段。在中国,制造业对于智能升级有着极为强烈的需求,近年来技术进步也很快,但是总体而言,中国智能制造的基础非常薄弱,大多数企业,特别是广大中小企业,还没有完成数字化制造转型。面对这样的现实,中国如何推进制造业的技术改造、智能升级?

首先,必须实事求是,中国企业在推进智能升级的过程中要踏踏实实地完成数字化“补课”,夯实智能制造发展的基础;同时,不必走西方发达国家“顺序发展”的路径,努力探索一条智能制造跨越式发展的新路。

近几年,中国制造业界大力推进“互联网+制造”。一方面,一批数字化制造基础较好的企业成功转型,实现了数字化网络化制造;另一方面,部分原来还未实现数字化制造的企业,则采用并行推进数字化制造和数字化网络化制造的技术路线,在完成数字化制造“补课”的同时,成功实现向数字化网络化制造的跨越。这给我们提供了成功的经验。

中国推进智能制造应采取“并联式”的发展方式,采用“并行推进、融合发展”的技术路线:并行推进数字化制造、数字化网络化制造、新一代智能制造,以及时充分应用高速发展的先进信息技术和先进制造技术的融合式技术创新,引领和推进中国制造业的智能转型。

未來若干年,考慮到中國智能製造發展的現狀,也考慮到新一代智能製造技術還不成熟,中國製造業轉型升級的工作重點要放在大規模推廣和全面應用“互聯網+製造”;同時,在大力普及“互聯網+製造”的過程中,要特別重視各種先進技術的融合應用,“以高打低、融合發展”。一方面,使得廣大企業都能高質量完成“數字化補課”;另一方面,盡快盡好應用新一代智能製造技術,大大加速製造業轉型升級的速度。

再過若干年,在新一代智能製造技術基本成熟之後,中國製造業將進入全面推廣應用普及新一代智能製造的新階段。

我國在推動三個基本範式“融合發展”時,必須制定統一的標準。未來數十年,我國企業在智能升級過程中,將普遍面臨多次範式轉化和技術升級,必須高度重視制定和實行智能製造的相關標準,為後續發展做好準備,避免企業的低水平重複建設,有利於我國推進智能製造的分階段實施和不斷升級。

在實施“並行推進、融合發展”這一技術路線的過程中,要強調“五個堅持”的方針。

一是堅持“創新引領”。

二是堅持“因企制宜”。

三是堅持“產業升級”。

四是堅持建設良好的發展生態。

五是堅持開放與協同創新。

(作者:Engineering來源:中國工程院院刊)

詳細內容請閱讀原文

Measure
Measure
Summary | 2 Annotations
數字化製造是智能製造的第一個基本範式,也可稱為第一代智能製造
2021/04/07 23:22
(一)數字化製造數字化製造是智能製造的第一個基本範式,也可稱為第一代智能製造數字化製造的主要特徵表現為:第一,數字技術在產品中得到普遍應用,形成“數字一代”創新產品;第二,廣泛應用數字化設計、建模仿真、數字化裝備、信息化管理;第三,實現生產過程的集成優化。(二)數字化網絡化製造數字化網絡化製造是智能製造的第二種基本範式,也可稱為“互聯網+製造”,或第二代智能製造。數字化網絡化製造主要特徵表現為:第一,在產品方面,數字技術、網絡技術得到普遍應用,產品實現網絡連接,設計、研發實現協同與共享;第二,在製造方面,實現橫向集成、縱向集成和端到端集成,打通整個製造系統的數據流、信息流;第三,在服務方面,企業與用戶通過網絡平台實現連接和交互,企業生產開始從以產品為中心向以用戶為中心轉型。(三)新一代智能製造——數字化網絡化智能化製造數字化網絡化智能化製造是智能製造的第三種基本范范式,也可稱為新一代智能製造。智能製造的三個基本範式體現了智能製造發展的內在規律:一方面,三個基本範式次第展開,各有自身階段的特點和重點解決的問題,體現著先進信息技術與先進製造技術融合發展的階段性特徵;另一方面,三個基本範式在技術上並不是絕然分離的,而是相互交織、迭代升級,體現著智能製造發展的融合性特徵。對中國等新興工業國家而言,應發揮後發優勢,採取三個基本範式“並行推進、融合發展”的技術路線。三、新一代智能製造引領和推動新一輪工業革命
2021/04/07 23:22