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深度探讨智能制造关键技术应用与发展路径
发布日期 : 2018-10-29 浏览次数 : 编辑:admin

  近日,碧桂园集团全资子公司——广东博智林机器人公司与顺德区政府举行机器人谷项目签约仪式,并与香港科技大学、浙江大学、中国科技大学等9所知名高校达成战略合作,宣告碧桂园正式进军智能制造领域;同一天,2018中德智能制造高峰论坛在四川绵阳举行,深度探讨智能制造关键技术应用与发展路径。

  以新一代信息通信技术与制造业深度融合为特征的新一轮工业革命蓬勃兴起,智能制造正成为未来制造业发展的重大趋势和核心内容,也是加快转变发展方式、促进工业向中高端迈进、建设制造强国的重要举措。新一轮工业革命背景下,制造业的转型升级无论采取怎样的实现路径,根本上都是在促进信息化与工业化深度融合,最终实现智能制造。

  发展智能制造是建设制造强国的主攻方向。2015年以来,通过加强顶层设计,以试点示范、标准体系建设和系统解决方案供应商培育为抓手,智能制造发展取得了明显成效,全社会推进智能制造的氛围逐渐形成,国际合作稳步推进,有力推动了制造业的高质量发展。

  中国经济高质量发展,离不开制造业质量效率提升的支撑。加快发展智能制造,推进信息化和工业化深度融合,实现制造业质量变革、效率变革和动力变革,是推动中国制造迈向高质量发展的必然要求。

  第一,加快发展智能制造,有利于提高供给体系质量,推动制造业质量变革。高质量发展阶段要有高质量的供给体系。一方面,历经四十年高速发展,我国模仿型、排浪式消费已走入尾声,个性化、多样化、高端化消费渐成主流,低端过剩、高端不足已成为我国制造业发展中十分突出的结构性矛盾。另一方面,我国制造业无论是劳动生产率、资源利用效率,还是投资回报率、全要素生产率,与国际先进水平相比都有相当大的差距。要改变这一局面,智能制造是一个重要路径。发展智能制造,推动从设计、研发、生产、管理到服务的全价值链优化提升,能有效提高生产效率和产品质量,满足个性化、多样化、定制化需求,带动制造业供给体系整体质量效益的提升。

  第二,加快发展智能制造,有利于优化升级要素结构,推动制造业效率变革。在过去相当长一段时期,我国制造业发展主要靠的是劳动力、资本、土地等传统生产要素的投入,产业规模快速扩张的背后,存在着发展方式粗放、质量效益偏低等诸多深层次结构性矛盾。随着新一轮科技产业革命孕育兴起,制造业加速向数字化、网络化、智能化方向演进。在这一进程中,数据、信息、知识作为新型生产要素,不仅自身成为创造新价值的重要源泉,也为传统生产要素赋能,大大提升了制造业的生产效率和质量效益。可以预见,未来制造业的质量发展,将越来越多地取决于新型生产要素投入。顺应这一重大趋势,根本的就是推进工业化和信息化深入融合,大力发展智能制造,优化升级制造业要素结构,推动制造业加快向更多依靠新型生产要素的增长模式转变。

  第三,加快发展智能制造,有利于构建创新生态系统,推动制造业动力变革。创新是引领制造业发展的第一动力。当前,创新活动不断突破地域、组织、技术界限,演化为创新生态系统的竞争。技术和产品的创新已经很难再依靠单个创新主体独立完成,需要整合产学研用等各方面的力量,发挥企业主体作用,打造网络化协同创新机制。智能制造并不是某一项或某几项技术的简单组合,而是装备、软件、网络、标准等相关要素的系统集成。发展智能制造,打通全产业链条,坚持应用导向,以用促新,将有效推动制造业创新生态系统的构建和完善,促进制造业创新发展。

  近年来,制造业智能转型已成大势所趋,世界主要经济体纷纷作出战略布局。在此背景下,中国要以智能制造为重要抓手,推动制造业转型升级、提质增效,进而支撑经济高质量发展。

  一是在着力补齐短板上下功夫。把提升智能制造供给能力放在更为突出的位置,加快突破智能制造核心装备及工业软件系统,特别尽快补齐关键短板装备、基础零部件、系统软件等卡脖子问题。建立完善多层次协同推进机制,积极营造良好环境,围绕产业链部署创新链,围绕创新链配置资金链,推动“产学研用金”等多方协同发展,建设智能制造生态体系。

  二是在着力促进应用上下功夫。大力培育智能制造系统解决方案供应商,支持企业从应用出发,打造细分行业系统解决方案,强化集成创新。完善用户、系统集成商、软件开发商、装备供应商等协同创新推进机制,开展更大范围、更深层次的应用推广。加快打造一批公共服务平台,进一步降低企业发展智能制造的技术门槛和成本,推动区域和行业智能制造发展。

  三是着力在夯实基础上下功夫。加快智能制造标准制修订与推广应用,完善智能制造标准。夯实工业互联网和信息安全基础,在重点领域建设实验网络,建立信息安全机制,并开展应用创新。充分发挥5G、IPv6、工业大数据、人工智能等新一代信息技术的引领作用,深化与先进制造技术的融合,为智能制造向高级阶段发展奠定基础。

  从全球制造业发展趋势看,无论是美国的“工业互联网”、德国的“工业4.0”还是日本的“下一代制造”,都是为了应对全球科技产业革命挑战,促进本国制造业转型升级。我们要进一步加强智能制造领域的国际合作,欢迎更多外资企业积极参与到中国智能制造发展中来。还要依托现有双边、多边对话机制,开展中美先进制造交流,加强与德国工业4.0战略对接,并与日、法、英、韩广泛开展智能制造合作。(作者为工业和信息部部长苗圩)

  进入新世纪之后,智能制造的技术、成本条件逐渐成熟,并且,随着资源环境压力加大、劳动力成本上升等制造业制约因素的增强,智能制造市场近年来在全球出现了快速增长趋势并呈现新的特征。

  一方面,互联网企业开始投资实体经济,充分发挥自身信息技术领域的优势。例如,谷歌公司自2013年以来陆续收购人工智能公司DeepMind、智能家居公司Nest 以及8家与机器人有关的公司。

  另一方面,传统制造企业适应环境变化也大力投资智能制造实现改造升级。例如,富士康启动实施了“百万机器人”计划,规划提出在未来3年内由自动化设备、机器人取代7成左右的人力劳动。

  随着人工智能技术、新材料技术以及信息存储、传输和处理技术的快速发展,工业机器人逐渐呈现出智能化发展态势。装配传感器和具备人工智能的机器人能够自动识别环境的变化,从而减少对人的依赖。未来的无人工厂能够根据订单要求自动规划生产流程和工艺,在无人参与的情况下完成生产。高速网络和云存储使得机器人成为物联网的终端和结点。随着信息技术的进步,工业机器人将更有效地接入网络,组成更大的生产系统,多台机器人协同实现一套生产解决方案成为可能。

  基于互联网、大数据、智能制造装备的智能制造具有更快和更准确的感知、反馈和分析决策能力,更加能够满足个性化的市场销量,进行柔性化的产品生产。与当前全球制造业普遍采用的大规模订单生产方式不同,智能制造使个性化产品的大规模定制成为可能,且这种方式即将成为现实。例如,大众汽车已经制定了一项全新的生产战略——模块化横向矩阵,通过标准化部件参数,最终达到通过一条生产线生产出市场所需的任何款型汽车的目的。

  智能制造将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个生产过程,使得企业能够在全球范围配置和优化资源。新一代互联网技术将催生虚拟产业集群,促使全球供应链管理向网络化和虚拟化转变。3D 打印(堆积制造)的广泛应用可以使消费者通过互联网将其所需要的产品就地“打印”出来,由此可以预计,传统的大型生产厂商将面临数以万计的小型社区生产者的挑战。

  智能制造贯穿产品制造的全过程,消费者不仅能够获得个性化的定制产品,还可以从产品设计阶段就参与其中,监督和指挥加工制造、销售物流环节,实现随时参与和决策自由配置各个功能组件。相应地,制造企业也可以在线生产所需要的各种制造服务,实现生产要素的优化配置。在这种情况下,智能制造生产商不仅提供产品或“产品+附加服务”,而且提供一揽子的“产品服务包”,角色由产品提供者转变为服务提供者。

  智能制造使得生产工艺和供应链管理更具有效率,能源消耗程度明显降低,通过系统的自我纠正还能够降低产品的不合格率,产品从设计到投入市场的周期也将缩短,快捷化、服务化的产品为企业创造更多的市场价值,这些都使制造企业的成本投入结构发生明显变化。

  近日举行的2018世界机器人大会,发布了《中国机器人产业发展报告2018》,综合分析了机器人产业发展趋势及特征。

  该报告预测,2018年我国机器人市场规模将达87.4亿美元。其中,工业机器人62.3亿美元、服务机器人18.4亿美元、特种机器人6.7亿美元。2013年到2018年,我国机器人市场的平均增长率预计将达29.7%。

  我国是全球第一大工业机器人应用市场,约占全球市场份额的三分之一。2017年我国工业机器人销量超13.8万台,同比增长58%,占全球销量的36%;工业机器人使用密度达88台/万人,首超全球平均水平。

  据IFR预测,伴随产业转型升级需求、人力成本上升以及国家政策的扶持,2017-2022年我国工业机器人的增速可达30%以上,到2022年我国工业机器人销售量超过27万台。用不了多久,我国将在全球工业机器人领域起主导地位。

  由于医疗、教育需求的持续旺盛,我国在服务机器人领域存在巨大发展空间。报告预测,2018年我国服务机器人市场规模有望达18.4亿美元,同比增长约44%。而到2020年,随着停车机器人、超市机器人等新兴应用场景机器人的快速发展,我国服务机器人市场规模有望突破40亿美元。

  特种机器人由于可替代人类在复杂环境中从事消防、救灾、安防等工作而取得了快速发展。报告预测,2018年我国特种机器人市场规模将达6.7亿美元,增速将达23.2%,高于全球水平。到2020年,特种机器人国内需求规模有望达10.7亿美元。

  不过,尽管我国机器人产业发展势头迅猛,产业规模与市场空间不断扩大,整个产业链呈现较为良好的发展态势,但与发达国家仍存在一定差距,在核心技术研发、价值链分工、人才培养等领域面临瓶颈。

  近年来,中德双方在制造业创新发展方面取得了不少共识,开展了一系列互利合作。鉴于德国制造业的全球领先地位,全面认识和观察德国工业4.0发展理念、推进机制、实践效果等,对我国推动制造业转型升级有着重要的借鉴意义。

  2013年4月,德国政府在汉诺威工业博览会上首次提出工业4.0战略。通过实地调研,我们感到,德国工业4.0的理念接受度和技术成熟度都相对较高,其全球领先供应商战略目标很可能实现。

  原因在于,一是工业4.0理念因其前瞻性和延续性而易于得到国际认同。总体看,工业4.0发展前沿基本体现了先进信息技术的广泛渗透和融合,发展演进体现着向智能化、网络化转型发展的连贯思路,自然更易于得到国际社会的普遍认同。二是德国企业不少技术及解决方案已相对成熟。总的看,在理念被接受的前提下,又能提供相关的技术及解决方案,德国企业“走出去”自然空间广阔。

  无论何种产业发展战略,最终还是要落脚到企业层面,落脚到能否提高竞争力。一些德国企业已经清晰地感受到工业4.0在效率改进等方面的效果。

  以目前最具代表性的工业4.0样板工厂之一——博世集团洪堡工厂为例。作为老牌传统企业,该工厂在持续开展精益生产基础上,近年着力进行了工业4.0升级:2012年与高校、科研院所合作研究智能工厂架构,2013年启动智能自动化和数据挖掘工作,2015年建立了基于价值链分析的工业4.0组装线。改造升级的成效是显著的,产品质量持续改善,生产效率明显提高,客户认可度不断提升,市场空间也更为广阔。

  洪堡工厂的实践说明,在技术研发、质量控制特别是整体的精益生产达到较高水平后,工业4.0解决方案已成为进一步提高竞争力的重要手段。

  德国虽然对实现工业4.0战略目标持乐观态度,但也清醒地认识到其在数字化转型过程中依然面临着诸多挑战。建立工业4.0平台,就是解决数字化转型挑战的一个重要抓手。

  工业4.0平台建设始于2013年汉诺威工业博览会,目前已开始发挥实质性作用。一是成为知识和信息传播节点。在线图书馆汇集了政府相关战略文件以及平台各工作组的研究成果等内容;用户案例地图集中展示了德国各类型企业应用工业4.0解决方案的实例。二是为企业开展测试提供多方面支持。平台详尽列出全德国500多处能够开展生产前测试的地点,以便企业获取相关资源。三是广泛开展国际合作。平台与美、中、法、日等主要国家建立了联系或提出了合作计划,为本土企业走向国际市场提供了便利。

  “隐形冠军”被普遍认为是德国制造业保持竞争力的重要支撑。但在这次技术和产业变革中,基本都是大企业特别是跨国企业做主导,相当一部分中小企业对数字化转型还抱持观望和怀疑态度。对此,在政府支持下,平台尤其重视为中小企业提供公共服务。做法主要包括:保障中小企业参与;为中小企业提供信息、测试、资金等多方面支持;以应用实例化解中小企业顾虑。

  产业发展实践已反复证明,制造业越往高端发展遇到的难度越大。先进制造业基本都是人才、技术、知识、资金密集型行业。一定条件下,人才、资金、设备等还相对容易解决,但技术成熟、知识积累、市场认可等在短期内很难实现跨越式发展。尽管我国具备超大规模多层次国内市场等优势条件,不少产业在发展初期比较容易实现规模快速扩张,但我们需认识到在关键领域和环节实现突破的巨大难度,切实摒弃盲目乐观和过度自信,脚踏实地做好自己的事情。

  在现有工厂特别是水平不高工厂的基础上,如何对接智能制造或工业4.0,是国内很多企业关注的问题。坚持问题导向对现有工厂进行持续改造,是一条经济可行的道路。一方面,多数制造业企业难以承受新建工厂的高昂成本;另一方面,持续改善是制造业发展的基本规律。洪堡工厂始建于1965年,其能够在50多年发展历史中长期保持竞争力,靠的就是坚持一套持续改善的理念并不断深入实践。该工厂近年来与工业4.0相关的实践及成效,只是对此一个新的注解。

  主要国家中高端制造业的竞争是多个维度的竞争,一国政策环境是其中的一个重要维度。跨国比较来看,我国还需要提高政策协调性,不然再好的政策执行中也会打折扣;需要提高政策精准度,通过科学评估重点抓住那些政策灵敏度高的关键问题;需要不断完善政策细节,综合心理、行为科学等多学科最新研究成果,从细枝末节处着手提高政策效能。

  来源综合新华网、人民网、光明网、中国报告网、腾讯研究院、前瞻产业研究院、每日经济新闻等

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