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讓工廠變得更聰明

  • 發(fā)布時間:2015-03-12 05:32:52  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  當傳統(tǒng)制造遇上互聯(lián)網(wǎng),信息與生產(chǎn)互聯(lián)的網(wǎng)絡在這里形成并創(chuàng)造價值。

  新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合發(fā)展,激活了傳統(tǒng)工業(yè)過程,使工廠設備“能說話,能思考”,并同時實現(xiàn)了降低制造業(yè)對勞動力的依賴,滿足用戶個性化需求,以及減少流通成本。

  我國目前已具備發(fā)展智能制造的產(chǎn)業(yè)基礎,掌握了一些智能制造技術(shù),如機器人技術(shù)、感知技術(shù)等,初步形成了以新型傳感器、工業(yè)機器人為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系。未來20年,中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至少可帶來三萬億美元左右GDP增量。選擇以機器人為主導的智能制造模式成為實現(xiàn)中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要路徑。

  兩張圖可以清晰呈現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”給制造帶來的變化。

  第一張圖描繪一個工業(yè)生產(chǎn)場景,一個機器人從貨架上抓一個貨物裝進一輛卡車。這張圖展示的是機器設備的數(shù)字化、智能化。

  第二張圖依然是同一個場景,但是在貨架、機器人、汽車上都畫了一條小的弧線,以表明這三者互相都通過無線、寬帶、移動、泛在的網(wǎng)絡聯(lián)系起來。

  3月6日,工業(yè)和信息化部部長苗圩在接受中央媒體集體采訪時,用這兩張圖講述了“互聯(lián)網(wǎng)+制造”的工業(yè)場景。他說,“這就很直觀的表明,將來智能化的設備、產(chǎn)品之間,通過有線無線的通訊方式能夠連接在一起,也就是我們經(jīng)常說的物聯(lián)網(wǎng)或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念”。

  當傳統(tǒng)制造遇見物聯(lián)網(wǎng)

  在數(shù)字化的工廠里,流水線上的每一個零部件都有專屬的身份標識:條形碼。通過掃描條形碼,它的位置、狀態(tài)等信息一覽無余。加工環(huán)節(jié)里所產(chǎn)生的和它相關(guān)的數(shù)據(jù)會實時上傳到工廠的數(shù)據(jù)庫里,被機器所感知。眼前的機器正在給它擰緊螺絲,下一臺負責組裝的機器已經(jīng)精準掌握它的動態(tài),提早開始熱身,縮短流水線上的停頓時間。

  這是賽迪智庫裝備工業(yè)研究所所長左世全向科技日報記者介紹“互聯(lián)網(wǎng)+制造”時描述的一個生產(chǎn)場景。在他看來,“互聯(lián)網(wǎng)+制造”的核心理念是新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合發(fā)展。“將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計算等貫穿于包括設計、生產(chǎn)等在內(nèi)的制造業(yè)的各個環(huán)節(jié),形成具有實時感知、優(yōu)化決策、動態(tài)執(zhí)行等功能的新型制造模式”。

  2008年金融危機爆發(fā)后,全球經(jīng)濟結(jié)構(gòu)面臨深刻調(diào)整,世界各國都在尋找新的工業(yè)發(fā)展路徑。與此同時,新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速,尤其是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)開始改造傳統(tǒng)制造業(yè)的面貌。

  “互聯(lián)網(wǎng)+制造”也被稱為工業(yè)4.0。

  德國西門子安貝格電子制造廠(EWA)被稱作德國工業(yè)4.0模范工廠。通過實現(xiàn)零部件與生產(chǎn)設備的通信、優(yōu)化信息技術(shù)控制系統(tǒng)和流程等,在EWA,75%的工作由生產(chǎn)設備和計算機自主處理,剩下的25%由工人來完成,產(chǎn)品合格率高達99.9988%。自動化和信息控制技術(shù)的引入,使得工廠在保持原有規(guī)模和員工數(shù)量的基礎上,產(chǎn)能比數(shù)字化之前提高了8倍。信息與生產(chǎn)互聯(lián)的網(wǎng)絡在這里形成并創(chuàng)造價值。

  2013年4月,德國工程院向德國政府提交了《保障德國制造業(yè)的未來——關(guān)于實施工業(yè)4.0戰(zhàn)略的建議》。工業(yè)4.0是德國學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界將人類工業(yè)生產(chǎn)劃分為4個階段的基礎上提出的。他們認為,工業(yè)4.0是以信息物理融合系統(tǒng)(CPS)為基礎的智能化、網(wǎng)絡化的工業(yè)時代。“所謂CPS,其實質(zhì)也是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)廣泛應用于制造業(yè)”左世全表示。

  不只是德國,美國也積極在CPS技術(shù)領域謀篇布局。中國科學信息技術(shù)研究所戰(zhàn)略研究中心副研究員劉潤生介紹,近年來CPS一直是美國政府先進制造領域和信息技術(shù)領域的研發(fā)重點。美國工業(yè)巨頭通用電氣公司力推的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”,同樣也是注重數(shù)字網(wǎng)絡世界與機器世界的深度融合。通用和思科、英特爾等公司聯(lián)合創(chuàng)建了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟,聯(lián)盟成員已經(jīng)發(fā)展到了90個。

  東方證券分析師余煒超指出,與前三次工業(yè)革命相比,工業(yè)4.0較大的進步在于利用互聯(lián)網(wǎng)激活了傳統(tǒng)工業(yè)過程,使工廠設備“能說話,能思考”,同時實現(xiàn)三大功能:較大程度地降低制造業(yè)對勞動力的依賴,較大程度滿足用戶個性化需求,將流通成本降到最低。

   中國制造離“智造”有多遠

  福建晉江某知名鞋服品牌工廠的生產(chǎn)線上,一臺臺電腦花樣車飛速運轉(zhuǎn)著,工人們只需簡單地在模板的相應位置裝上材料,機器就會自動縫制。今年1月底,該工廠在已經(jīng)用上了不少智能設備的情況下,又再次引入了智能無刀模切割機。

  在鞋服等傳統(tǒng)制造業(yè)悄然邁入智能化的同時,時髦的3D打印企業(yè)正在為縮短產(chǎn)品的設計周期出力。北京一家3D打印行業(yè)的龍頭企業(yè)制作的樣品模型遠銷海內(nèi)外。以燈飾樣品為例,過去從開模到成型可能需要半個月甚至更久,而3D打印則只需一兩天的時間。

  總體上看,我國目前已具備發(fā)展智能制造的產(chǎn)業(yè)基礎,掌握了一些智能制造技術(shù),如機器人技術(shù)、感知技術(shù)等,初步形成了以新型傳感器、工業(yè)機器人為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系。然而,與德國、美國相比還存在較大的差距。

  左世全認為,差距主要體現(xiàn)在:一是智能制造基礎理論和技術(shù)體系建設滯后。目前,我國主要側(cè)重智能制造技術(shù)追蹤和引進,而基礎研究能力相對不足。二是智能制造裝備及其關(guān)鍵部件受制于人。目前,我國90%的工業(yè)機器人、80%的集成電路芯片等依賴進口。三是高端工業(yè)軟件缺乏。四是制造業(yè)整體自動化、數(shù)字化程度低,地區(qū)、行業(yè)和企業(yè)之間存在嚴重的不平衡?!拔覈胁痪邆淙嫱茝V智能制造的基礎與條件,但要發(fā)揮其引領作用,在試點示范的基礎上,作進一步的推廣應用”。

  在苗圩看來,互聯(lián)網(wǎng)跟工業(yè)的融合應用還有很大的空間?,F(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)應用多半是在營銷、售后服務、采購等環(huán)節(jié),以后在制造環(huán)節(jié)以及企業(yè)與企業(yè)之間會有更多的應用,將會給現(xiàn)有的生產(chǎn)方式帶來顛覆性或者革命性的變化。中國有一批互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)成為國際競爭的領跑者,把這些企業(yè)發(fā)動起來,和工業(yè)企業(yè)密切融合,搭建好工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的框架,將為企業(yè)未來的發(fā)展提供更多的機會?!皳?jù)國際權(quán)威機構(gòu)估算,在未來20年中,中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至少可帶來三萬億美元左右GDP增量”。

  談及互聯(lián)網(wǎng)將帶來的顛覆性變化,苗圩舉例道,現(xiàn)在通常是一個企業(yè)大批量制造出產(chǎn)品,通過分銷環(huán)節(jié)到達用戶手中。將來隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及,每個人都可能成為設計師,還可以在網(wǎng)上采購所需的原料和零部件,把自己的設計生產(chǎn)出來?!斑@是最好的滿足個性化需求的生產(chǎn)方式”。

  在智能彎道實現(xiàn)超車

  事實上,無論提出工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),還是智能制造,對各國而言都是旨在搶在新一輪產(chǎn)業(yè)競爭的制高點。但由于工業(yè)基礎不同,各國的戰(zhàn)略出發(fā)點有所不同。

  左世全分析到,德國擁有強大的裝備制造業(yè),在自動化、嵌入式工業(yè)軟件系統(tǒng)方面具有很高技術(shù)水平,工業(yè)4.0戰(zhàn)略是為了鞏固其既有優(yōu)勢所做出的戰(zhàn)略部署,他們更關(guān)注生產(chǎn)制造過程,圍繞過程打造“智能工廠”;美國在信息技術(shù)領域的優(yōu)勢明顯,他們更側(cè)重于從價值鏈、服務增值的角度去考量,通過收集分析產(chǎn)品在使用過程中反饋的數(shù)據(jù)信息,進而改善用戶體驗和提供增值服務。

  我國尚未完成工業(yè)化,總體還處于工業(yè)2.0時代,信息化基礎較為薄弱,工業(yè)發(fā)展在地區(qū)、行業(yè)和企業(yè)間存在嚴重的不平衡性。同時,制造業(yè)正面臨著轉(zhuǎn)型升級的迫切需求?!霸谶@種背景下,我國將智能制造確立為推進兩化深度融合的主攻方向,相關(guān)部門正在論證‘國家智能制造重大工程’,目的是實現(xiàn)智能制造技術(shù)及裝備的自主可控,推動制造業(yè)由大變強”。

  當全球制造業(yè)競爭焦點匯聚在智能制造時,工業(yè)化和信息化都相對落后的中國該如何奮起直追呢?左世全認為,作為制造大國,中國擁有全球最大的市場,對智能裝備和相關(guān)軟件有著旺盛的需求,隨之產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)和龐大的服務需求,這是其他國家所不具備的優(yōu)勢,也是我們在這場國際競爭中贏得話語權(quán)的重要砝碼?!袄硐氲臓顟B(tài)是,我們能將德國和美國兩者的優(yōu)勢吸收借鑒過來,提升我國智能制造的硬件和軟件實力,引領我國制造業(yè)的華麗轉(zhuǎn)身,力求實現(xiàn)‘彎道超車’”。

  事實上,推進智能制造有著強烈的現(xiàn)實需求。左世全在地方調(diào)研時了解到,東部沿海制造業(yè)密集的地區(qū)招工困難,90后的年輕人難以忍受相對惡劣的工作環(huán)境。現(xiàn)實困境迫使當?shù)刂圃炱髽I(yè)不得不轉(zhuǎn)型升級,部分的采用機器來替代人工。

  曲道奎也表達了相同的觀點。他認為,隨著“人口紅利”的到期,勞動力短缺和人力成本急劇上升,使得勞動力密集和低人力成本的制造模式在中國難以持續(xù)。在這種背景下,選擇以機器人為主導的智能制造模式是實現(xiàn)中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型的重要路徑。技術(shù)進步極大地提升了機器人的速度、精度、負載等性能指標,物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應用使其更為柔性和智能化,同時,機器人成本近10年來下降了約50%。

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