作者:周济 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2018/2/11 20:35:20
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科观中国:走向新一代智能制造

 

习近平总书记在党的十九大报告中号召:“加快建设制造强国,加快发展先进制造业。”近期,他又指出:“继续做好信息化和工业化深度融合这篇大文章,推动制造业加速向数字化、网络化、智能化发展。”这些重要论述为我国智能制造发展指明了主攻方向。

数十年来,智能制造在实践演化中形成许多不同范式,包括精益生产、柔性制造、并行工程、敏捷制造、数字化制造等,这些范式在指导制造业智能转型中发挥了积极作用,但也因不利于形成统一的技术路线,给企业在推进智能升级实践中造成许多困扰。面对智能制造不断涌现的新技术、新理念、新模式,迫切需要提炼出基本范式。

综合智能制造相关范式,结合信息化与制造业在不同阶段的融合特征,可以总结归纳出三个智能制造的基本范式:数字化制造、数字化网络化制造、数字化网络化智能化制造——新一代智能制造。这三个基本范式次第展开、迭代升级,既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,又体现着智能制造发展的融合性特征。

数字化制造是智能制造第一种基本范式,可以称之为第一代智能制造,是智能制造的基础。数字化网络化制造,是智能制造第二种基本范式,也可称之为“互联网+制造”或第二代智能制造。德国工业4.0和美国工业互联网完善地阐述了数字化网络化制造范式,精辟提出了实现数字化网络化制造的技术路线。过去几年,我国工业界大力推进“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,大量原来还未完成数字化制造的企业,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,完成了数字化制造的“补课”,同时跨越到数字化网络化制造阶段。今后一个阶段,我国推进智能制造的重点是大规模地推广和全面应用数字化网络化制造,即第二代智能制造。

新世纪以来,新一代信息技术呈现爆发式增长,特别是新一代人工智能技术实现了战略性突破,数字化网络化智能化技术在制造业广泛应用,制造系统集成式创新不断发展,形成了新一轮工业革命的主要驱动力。新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合,形成了新一代智能制造技术,成为新一轮工业革命的核心技术,正在引发制造业中发展理念、制造模式等方面重大而深刻的变革,正在重塑制造业的发展路径、技术体系以及产业业态,从而推动全球制造业发展步入新阶段。

新一代智能制造系统最本质的特征是其信息系统增加了认知和学习的功能,人将部分认知与学习型的脑力劳动转移给信息系统,人和信息系统的关系发生了根本性的变化,即从“授之以鱼”发展到“授之以渔”,信息系统不仅具有强大感知、计算分析与控制能力,更具有学习提升、产生知识的能力。在这一阶段,新一代人工智能技术将使“人-信息-物理系统”发生质的变化,形成新一代“人-信息-物理系统”(HCPS)。新一代“人-信息-物理系统”揭示了新一代智能制造的技术机理,能够有效指导新一代智能制造的理论研究和工程实践。

新一代智能制造是一个大系统,它主要由智能产品、智能生产、智能服务三大功能系统以及智能制造云和工业智联网两大支撑系统集合而成。

智能产品是主体,新一代人工智能和新一代智能制造将给产品与制造装备创新带来无限空间,使产品与制造装备产生革命性变化,从“数字一代”整体跃升至“智能一代”;智能生产是主线,智能产线、智能车间、智能工厂是智能生产的主要载体;以智能服务为核心的产业模式变革是主题。在智能时代,市场、销售、供应、运营维护等产品全生命周期服务,均因物联网、大数据、人工智能等新技术而赋予其全新的内容。制造业产业模式将实现从以产品为中心向以用户为中心的根本性转变,完成深刻的供给侧结构性改革。

同时,随着新一代通讯技术、网络技术、云技术和人工智能技术的发展和应用,智能制造云和工业智联网将实现质的飞跃,为新一代智能制造生产力和生产方式变革提供发展的空间和可靠的保障。

智能制造在西方发达国家是一个“串联式”的发展过程,数字化、网络化、智能化是其顺序发展智能制造的三个阶段。中国不能走西方顺序发展老路,而应采取“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。

针对我国大多数企业尚未完成数字化转型这一现状,各个企业都必须补上数字化转型这一课,补好智能制造基础。当然,在“并行推进”不同基本范式过程中,各个企业可以充分运用成熟的先进技术,根据自身发展的实际需要,“以高打低、融合发展”,在高质量完成数字化补课同时,实现向更高的智能制造水平的迈进。

在实施“并行推进、融合发展”这一技术路线的过程中,必须强调“五个坚持”的方针,即坚持“创新引领”、坚持“因企制宜”、坚持“产业升级”、坚持建设良好的发展生态、坚持开放与协同创新。

我们要和世界制造业的同行们共同努力,共同推进新一代智能制造,共同推进新一轮工业革命,使制造业更好地为人类造福。

(作者系中国工程院院长,此文英文版发表于中国工程院院刊《Engineering》)

 
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