走向新一代智慧製造

2018年02月12日 10:23:47
來源: 中國科學報 作者: 周濟

  習近平總書記在黨的十九大報告中號召:“加快建設製造強國,加快發展先進製造業。”近期,他又指出:“繼續做好信息化和工業化深度融合這篇大文章,推動製造業加速向數字化、網路化、智慧化發展。”這些重要論述為我國智慧製造發展指明瞭主攻方向。

  數十年來,智慧製造在實踐演化中形成許多不同範式,包括精益生産、柔性製造、並行工程、敏捷製造、數字化製造等,這些範式在指導製造業智慧轉型中發揮了積極作用,但也因不利於形成統一的技術路線,給企業推進智慧升級實踐造成許多困擾。面對智慧製造不斷涌現的新技術、新理念、新模式,迫切需要提煉出基本範式。

  綜合智慧製造相關範式,結合信息化與製造業在不同階段的融合特徵,可以總結歸納出三個智慧製造的基本範式:數字化製造、數字化網路化製造、數字化網路化智慧化製造即新一代智慧製造。這三個基本範式次第展開、迭代升級,既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,又體現著智慧製造發展的融合性特徵。

  數字化製造是智慧製造第一種基本範式,可以稱之為第一代智慧製造,是智慧製造的基礎。數字化網路化製造,是智慧製造第二種基本範式,也可稱之為“網際網路+製造”或第二代智慧製造。德國工業4.0和美國工業網際網路完善地闡述了數字化網路化製造範式,精闢地提出了實現數字化網路化製造的技術路線。過去幾年,我國工業界大力推進“網際網路+製造”,一方面,一批數字化製造基礎較好的企業成功轉型,實現了數字化網路化製造;另一方面,大量原來還未完成數字化製造的企業,則採用並行推進數字化製造和數字化網路化製造的技術路線,完成了數字化製造的“補課”,同時跨越到數字化網路化製造階段。今後一個階段,我國推進智慧製造的重點是大規模地推廣和全面應用數字化網路化製造,即第二代智慧製造。

  新世紀以來,新一代信息技術呈現爆髮式增長,特別是新一代人工智慧技術實現了戰略性突破,數字化網路化智慧化技術在製造業廣泛應用,製造系統整合式創新不斷發展,形成了新一輪工業革命的主要驅動力。新一代人工智慧技術與先進製造技術深度融合,形成了新一代智慧製造技術,成為新一輪工業革命的核心技術,正在引發製造業中發展理念、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、技術體系以及産業業態,從而推動全球製造業發展步入新階段。

  新一代智慧製造系統最本質的特徵是其資訊系統增加了認知和學習的功能,人將部分認知與學習型的腦力勞動轉移給資訊系統,人和資訊系統的關係發生了根本性的變化,即從“授之以魚”發展到“授之以漁”,資訊系統不僅具有強大感知、計算分析與控制能力,更具有學習提升、産生知識的能力。在這一階段,新一代人工智慧技術將使“人—資訊—物理系統”(HCPS)發生質的變化,形成新一代“人—資訊—物理系統”。新一代“人—資訊—物理系統”揭示了新一代智慧製造的技術機理,能夠有效指導新一代智慧製造的理論研究和工程實踐。

  新一代智慧製造是一個大系統,它主要由智慧産品、智慧生産、智慧服務三大功能系統以及智慧製造雲和工業智聯網兩大支撐系統集合而成。

  智慧産品是主體,新一代人工智慧和新一代智慧製造將給産品與製造裝備創新帶來無限空間,使産品與製造裝備産生革命性變化,從“數字一代”整體躍升至“智慧一代”;智慧生産是主線,智慧生産線、智慧車間、智慧工廠是智慧生産的主要載體;以智慧服務為核心的産業模式變革是主題。在智慧時代,市場、銷售、供應、運營維護等産品全生命週期服務,均因物聯網、大數據、人工智慧等新技術而被賦予全新的內容。製造業産業模式將實現從以産品為中心向以用戶為中心的根本性轉變,完成深刻的供給側結構性改革。

  同時,隨著新一代通信技術、網路技術、雲技術和人工智慧技術的發展和應用,智慧製造雲和工業智聯網將實現質的飛躍,為新一代智慧製造生産力和生産方式變革提供發展的空間和可靠的保障。

  智慧製造在西方發達國家是一個“串聯式”的發展過程,數字化、網路化、智慧化是其順序發展智慧製造的三個階段。中國不能走西方順序發展老路,而應採取“並聯式”的發展方式,採用“並行推進、融合發展”的技術路線,並行推進數字化製造、數字化網路化製造、新一代智慧製造,以及時充分應用高速發展的先進信息技術和先進製造技術的融合式技術創新,引領和推進中國製造業的智慧轉型。

  針對我國大多數企業尚未完成數字化轉型這一現狀,企業必須補上數字化轉型這一課,補好智慧製造基礎。當然,在“並行推進”不同基本範式過程中,各個企業可以充分運用成熟的先進技術,根據自身發展的實際需要,“以高打低、融合發展”,在高品質完成數字化補課的同時,實現向更高智慧製造水準的邁進。

  在實施“並行推進、融合發展”這一技術路線的過程中,必須強調“五個堅持”,即堅持“創新引領”、堅持“因企制宜”、堅持“産業升級”、堅持建設良好的發展生態、堅持開放與協同創新。

  我們要和世界製造業的同行共同努力,共同推進新一代智慧製造,共同推進新一輪工業革命,使製造業更好地造福人類。

  (作者:中國工程院院長,此文英文版發表于中國工程院院刊Engineering)

標簽 - 智慧製造技術,新一代,智慧産品,智慧製造系統,製造裝備
網站編輯 - 孫思清