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智能制造呼吁提升制造业基础能力和水平

来源:赛迪智库  作者:赛迪智库  投稿时间:2017-12-27

  2017年10月28日下午,工信部赛迪研究院装备工业研究所所长左世全在“中国企联--德稻智能制造领航班之青岛阶段”,给青岛班的学员讲授了《智能制造发展趋势与政策导向》。
 

  左世全在授课现场告诉中国工业报记者,当今世界新一代信息技术与制造业深度融合,即智能制造成为主要趋势,引领新工业革命。
 

  目前我国智能制造装置和部件主要靠进口,高端传感器、智能仪器仪表、高档数控系统等市场份额不到5%。建设数字化/智能工厂的软件系统主要依靠大规模引进,我国工业生产的信息安全存在诸多隐患。发达国家占据发展智能制造的所需软硬件产品的价值高端,最新研发生产的高端产品也不愿意轻易出口到我国。
 

  这意味着我国制造业在工艺技术、装备及产品质量等方面与发达国家仍有较大差距,即使没有智能制造,也需要加快创新驱动、产业转型。发展智能制造必须同时提升制造业的基础能力和水平。
 

  智能制造引领新工业革命
 

  左世全说,先进制造企业是指企业在产品全生命周期,通过使用数字和信息进行生产,创建灵活的制造流程,以较低成本来对需求及环境变化作出快速响应。随着新工业革命的加速孕育,人类的生产生活方式正在发生巨变。新兴技术(尤其是数字技术)的融合创新已经改变着与消费者直接接触的部分(B2C产业),物联网的兴起正在改变的是工厂以及B2B行业。
 

  如,宁夏共享装备公司在国内率先实现3D打印批量生产铸件产品,开创了“铸造3D打印等新技术+铸造智能工厂”的新型铸件生产方式,使铸件生产简单化,铸造车间用工数量从280人减少到50人,人均产量从36吨/年提升至200吨/年,产品合格率提高20-30%。
 

  美国国家标准与技术研究院指出:智能制造指的是全集成的协同制造系统,该系统可以作出实时响应,以满足工厂、供应链网络和客户不断变化的需求和条件。
 
为此,美国政府支持智能制造共性关键技术研发,推出“先进制造业伙伴计划”,成立“数字制造与设计创新研究院”、“智能制造创新研究院”。
 

  与此同时,美国的智能制造领导联盟搭建面向中小企业的智能制造系统平台,制定智能制造发展目标与路径。而企业联盟GE则牵头发起推动工业互联网联盟,发布Predix操作系统,帮助企业开发自身适用的工业互联网应用。
 

  2011年6月,美国正式推出先进制造业伙伴计划,旨在通过新兴技术创新应用和发展智能制造,确保美国在全球制造业的优势地位。围绕智能制造,美国政府宣布成立了“数字化制造与设计创新研究院”和“智能制造创新研究院”,2014-2016年共启动了30多个研发项目。
 

  智能制造领导联盟于2011年6月发表《实施21世纪智能制造》报告,提出将信息技术与供应商、经销商、顾客和业务系统相互联系在一起打造智能工厂。2015年在美国自然科学基金和能源部支持下着手搭建智能制造开放平台(Open Platform for Smart Manufacturing),旨在集成制造业中的工厂层数据、仿真与系统,实现与企业经营层的实时无缝协同。
 

  2012年11月,美国GE公司发布《工业互联网——打破智慧与机器的边界》白皮书,提出工业互联网理念,包括智能机器、智能系统和智能决策核心要素。2014年3月,GE公司与AT&T、思科(Cisco)、IBM和英特尔(Intel)发起成立工业互联网联盟。同年10月宣布2015年向所有企业开放Predix操作系统,帮助企业开发自己的工业互联网应用,Predix可能成为工业互联网事实标准。
 

  截至2014年底,GE已推出24种工业互联网产品,涵盖石油天然气平台监测管理、铁路机车分析、医院管理系统、电力公司配电系统优化等领域。每天共监控和分析来自1万亿设备资产上的1000万个传感器发回的5000万条数据。
 

  德国“工业4.0”:旨在保持全球领先的装备制造供应商地位
 

  为了保持全球领先的装备制造供应商地位,德国提出“工业4.0”战略,并将其确定为《高技术战略2020》十大未来项目之一。
 

  《德国高技术战略》指出,随着互联网的发展,现实世界和虚拟世界正日益融合,形成一个“物联网”。未来工业生产的关键特征包括:在高度柔性的生产环境,生产大量个性化产品;在设计及价值创造过程实现用户与商业伙伴的早期整合;与生产和高质量服务的连接,产生“混合产品”。
 

  工业4.0,指的是第四次工业革命,描绘的是贯穿产品全生命周期的全价值链在组织管理方式上的一次巨大飞跃现象。产品全生命周期面向用户日益增长的个性化需求,涵盖从最初的产品概念、订购、开发和制造到交付给最终用户和最终回收以及所有相关服务。
 

  工业4.0的基础是实时获取全价值链网络的相关信息以及随时进行价值链优化的能力。通过将人、物和系统网络连接,使得企业内部及企业之间形成动态的、自组织的和可实时优化的智能工厂通过交互接口,与外界智能产品、智能物流、智能交通和智能电网等结合成为未来基础设施的重要组成部分。
 

  智能生产通过CPS系统对生产流程提供强有力的支持和优化。价值网络。该价值网络可以依照成本、可用性和资源消耗进行不同层面的优化。
 

  要求传感器、控制器从现场设备采集的数据与制造执行系统(MES)、企业资源管理系统(ERP)有机集成,实现生产过程的自主控制与优化,提升生产柔性化水平和效率。
 

  要求产业链上下游企业在产品开发、生产制造、经营管理等方面实现实施交流和业务协同。
 

  目前,价值链主导企业和第三方服务型企业已经开始探索。如端对端系统工程:在所有终端数字化基础上,面向个性化产品需求,实现用户(端)与制造企业(端)之间以及产品研发设计、生产计划、生产工程到生产过程和服务等各个环节(端)之间实现有效连接与实时互动,进而实现自组织生产,推动生产组织方式向个性化、定制化转变。
 

  德国工业4.0可应对美国信息技术对本国制造业的入侵,一旦制造业各个环节都被IT接管,那么美国就是最大的赢家。德国电信副总裁莱昂贝格尔称,假如制造商不能掌握这些核心数据,那么谷歌就会成为赢家,云端平台和云社区将使工厂沦为信息的附庸。
 

  准确把握智能制造内涵特征
 

  左世全认为,智能制造是面向用户个性化需求,在新一代信息和通信技术基础上,与先进制造技术融合发展形成的新型生产方式。
 

  其特征是:实时响应工厂、供应链网络和客户不断变化的需求和条件。智能产品由物理部件、智能部件和联接部件构成。智能部件能加强物理部件的功能和价值,而联接部件则进一步强化智能部件的功能和价值,使信息可以在产品、运行系统、制造商和用户之间联通,并让部分价值和功能脱离物理产品本身存在。
 

  典型智能产品包括:智能手机、智能汽车、智能家电、智能机器人、无人机、无人船等。
 

  智能产品具有监测、控制、优化和自主等功能。每类功能都以前一类功能为基础。例如一个产品要拥有控制能力,它首先要具备监测能力。
 

  智能产品扩展行业本身的范围,除了产品自身,还将包含一系列相关产品,这些产品组合到一起能满足更广泛的潜在需求。单一产品的功能会通过相关产品得到优化。
 

  例如,将智能农业设备联接到一起,包括拖拉机、旋耕机和播种机,这些设备的整体性能就会提升。约翰迪尔公司(John Deere)和爱科公司(AGCO)合作,不仅将农机设备互联,更连接了灌溉、土壤和施肥系统,公司可随时获取气候、作物价格和期货价格的相关信息,从而优化农业生产的整体效益。
 

  智能(网联)汽车指的是,搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,并融合现代通信与网络技术,实现车与X(人、车、路、云等)智能信息交换、共享,具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能,可实现“安全、高效、舒适、节能”行驶,并最终可实现替代人来操作的新一代汽车。
 

  近日国家发改委正牵头起草《国家智能汽车创新发展战略》,或将推动我国汽车产业在新一轮国际竞争中“换道超车”。
 

  智能制造被确立为《中国制造2025》的主攻方向
 

  为全面落实《中国制造2025》和推进供给侧结构性改革部署,我国将发展智能制造作为长期坚持的战略任务,分类分层指导,分行业分步骤持续推进,“十三五”期间同步实施数字化制造普及、智能化制造示范引领,以构建新型制造体系为目标,以实施智能制造工程为重要抓手,着力提升关键技术装备安全可控能力,着力增强基础支撑能力,着力提升集成应用水平,着力探索培育新模式,着力营造良好发展环境,为培育经济增长新动能、打造我国制造业竞争新优势、建设制造强国奠定扎实的基础。
 

  左世全认为,中国是世界上最大的消费市场,随着城镇化的快速推进,居民收入增加带动消费水平的提升,工业转型升级将进一步提速,对智能制造发展需求巨大。如,到2020年,传统制造业基本实现数字化制造,重点产业全面启动并逐步实现智能转型;到2025年,构建新型制造体系,重点产业基本实现智能转型。
 

  到2020年,聚焦5大智能制造新模式,建成300个以上智能制造试点示范项目。2015-2016年已遴选了109个示范项目。2017年部署了90个以上示范项目。
 

  围绕企业产品全生命周期,将遴选150个以上智能制造标杆企业。2015年共支持智能制造专项项目94个,其中综合标准化试验验证项目43个,重点领域智能制造新模式应用项目51个。2016年共支持40个综合标准化试验验证项目和104个重点领域智能制造新模式应用项目,共144个。2017年拟支持43个综合标准化试验验证项目,165重点领域智能制造新模式应用项目,共208个。
 

  当前,我国制造业总体仍处于电气自动化(2.0)、数字化(3.0)并存的阶段,大部分企业尚未完全实现数字化(3.0),而德国已经基本完成数字化(3.0),正迈向智能化(4.0)。
 

  因此,我国推行智能制造不可能一步到位,必须从国情出发,走电气自动化(工业2.0)补课、数字化(工业3.0)普及、智能化(工业4.0)示范的“并联式”发展道路。
 

  如,依托市场规模应用,强化支撑能力,确立“双轮驱动”发展模式=硬件进化(+补课)X软件革命(+人工智能),依托现有产业,推动智能转型;遴选示范企业给予支持,争取国家智能制造项目;搭建智能制造开放平台(创新中心/研究院),服务当地企业智能转型;聚焦重点优势领域,着力培育智能制造支撑产业;搞清出发点,根据行业特点,是着眼于降低运营成本、提高产品一致性,还是满足个性化定制要求或谋求服务增值;结合行业特点不要盲目进行,立足核心智能产品(装备),提升系统集成与软件开发能力,力争成为客户服务的系统解决方案提供商;建立企业大数据分析平台、知识共享平台与产品开发平台,推动研发与服务的数字化转型;确立产品即服务思维,以客户为中心重新部署管理流程;加强IT部门与研发设计部门的协作,将IT团队融入研发设计部门或建立IT代表的跨部门研发设计团队;统一数据管理,探索建立专门的数据管理部门(设立CDO);成立研发运营部,管理产品的升级和修补工作,负责产品离开工厂之后的性能管理与优化。

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