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信息化后才能智能化 而中国自动化还没走完
 

 

    《中国制造2025》发布近一年来截穗五,概念层面可谓异彩纷呈桐某,从工业4.0屯、工业信息化到智能制造脯赴、无人工厂胯,目前更延伸到无人驾驶汽车侨、无人驾驶船舶很、无人化医疗装备等热门领域敞,似乎工业智能化绰獭钞、无人化时代近在眼前菊。
  华为科技创始人任正非对此所做的判断很客观舱晴,他认为胸剃棉,这是人工智能时代仆郡甘,首先要强调工业自动化;工业自动化以后论骨,才可能走进信息化;只有信息化后络灌部,才能智能化玻杏。中国工业现在还没有走完自动化袭涸乏,还有很多工业连半自动化都做不到剧。
  因而卞颈般,探究工业4.0身抨、工业无人化之前掸趁,有必要了解相关概念的历史渊源急、技术本源和经济意义疾。
  自动化是智能化的前奏
  20世纪80年代垮祥,美国汽车产业正担心会被日本竞争者击垮泡钙撑。在底特律辅漆缝,很多人展望以熄灯式生产打败对手揉继。熄灯式生产就是工厂高度自动化迪,灯关着辜,机器人自己在制造汽车逛漏铆。当时破篡,这种想法是不切实际的呵旦,日本车企当年的竞争优势也不在于自动化生产摩,而在于精益生产技术册探,而精益生产在大多数情况下要依赖人力恐。
  现今吨,自动化技术的进步已经使熄灯式生产逐渐变成现实栖案。日本机器人制造商发那科(FANUC)已能将其部分生产线置于无人值守的环境中谰,自动运行数周不出状况拿季畔。
  德国大众旨在称雄全球伍垦鸽,这家汽车工业集团制定了新的生产战略朗:模块化横向矩凶奖咳。大众汽车想借助这一全新的工艺光驴沽,在同一条生产线上生产所有型号的车深。这一工艺最终将使大众在世界各地的工厂因地制宜擂防恳,生产出当地市场所需的任何车型巴。


  很多年前扔,钱学森曾说过纹畔:只要自动控制做好了瓦,即使元器件差一点项社盆,导弹也能打上天评。
  现今急榷,自动化将在很大程度上模仿人的智能腺陈,机器人已在工业生产泼刷话、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用斤,专家系统在医疗诊断苏糖、地质勘探等方面取得显著效果趴裳。工厂自动化跨、办公自动化努谅辟、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容赣艰,并得到迅速发展层。
  从整体上看泻,中国传统产业在技术装备谭、能源和原材料消耗鹤角、产品品质和管理水平等方面与工业强国相比仍有很大差距无狙,尤其是技术装备(比如高端数控机床)的差距有扩大趋势帕怯。大范围设备更新恳少,国家承受不了;维持设备现状缎缎箔,则后果不堪设想奉狄,唯有应用自动化技术改造传统产业景痴,才能最有效地提高企业素质祈版。
  日本和德国的经济起飞搞娟响,就是从这里开始的洛。1986年之前砂,美国对自动化技术的应用不够重视济认,以至于在汽车衔瞪、机械抽祈、原材料工业解摆奇、计算机朔弛橡、电子元器件等传统行业完全丧失优势地位秦尽。后来美国急起直追皆酱,高度重视工业自动化技术蔬涟,用自动化技术改造传统产业漠椿,产生了巨大效益宦。
  中国各个行业的自动化现状远远落后于工业强国膘迹藩。对于任何一个企业来说唉娇,没有强大川好、先进的自动化系统的支持臼,其产品的质量和产量都难以达到世界水平刑聘处。比如焊接工序舱,由人工操作的质量不易控制傲帆,仅凭外观也看不出质量好坏讽答稀。如果由工业机器人来操作效物,各个工艺细节都能标准化痛锯纫,焊接质量宿使斥、效率都会更高俏砰粱。
  这就是为什么即使中国经济增速出现下滑薪沛,中国国内市潮鸦禾浮,尤其是制造业领域焊兼眯,对于工业自动化技术的需求有增无减狮烩。自动化技术能给中国制造补钙驮,助推中国产业振兴昂绍。
  人工智能与无人工厂
  无人工厂是自动化技术全面升级跨越的结果触酒擒,其基本特征就是全部生产活动由电子计算机进行控制魄祁,生产第一线配有机器人而无需配备工人炔拨岁。
  世界上第一座实验用的无人工厂在日本筑波科学城次韧,建成于19844月搬。日本比较缺少人力海深热,因而很早开始重视机器忱,率先建造了可以提高生产效率的无人工厂凛集次。
  在运用了人工智能的无人工厂中碑饥,所有工作都是由计算机控制的机器人耍挡虹、数控机床富、无人运输小车和自动化仓库来实现的嫉豢惋,人不直接参加工作舞恢敦。工人成了指挥员医生朴,白天触饱寒,工厂内只有少数工作人员做一些核查完,修改一些指令;夜里凄陕,只留两三名监视员谋痊核。
  现今剃,无人工厂在汽车及飞机制造等领域已相当普及裁。这些生产线几乎都是机器人在操作蘑倍宋,人在旁边起辅助作用题烈。
  不过磨,将人工智能真正转化为工业应用并非易事咖倍,这是一个繁杂的系统工程适视。无人工厂要突破很多关键性技术届健馈,包括柔性化的生产技术患、工业机器人的控制技术锑骡累、整体安全和监控的技术珊勺、所有机器系统安全的监控等汉问期。每个机器人的状态坍投、每个仪器的状态镁购,有什么问题都要提前预警疼。
  无人工厂中的核心装备是工业机器人搁歉盘,经历近半个世纪的迅速发展石虐,机器人技术日趋成熟母详,已在诸多工业领域得到广泛应用蟹盟寂,诸如汽车制造滩泊、机械制造簇妓贿、电子器件欧卑不、集成电路彼貌信、塑料加工等较大规模生产企业都涉及工业机器人的应用婚惯短。
  工业机器人及其他自动化技术代表工业自动化的高阶应用及魄葛,而最终实现工业智能化贝谱、无人化操盘等,还有很长一段距离敛滤达。
  工业价值链的系统整合是工业无人化的关键宦。工业价值链主要包括产品设计小伍舅、生产规划勾、生产工程戊纽师、生产执行和服务等几个部分刚,以前这些都是单独实施的朔。如今莱敛,各种新技术把这些独立的部分整合起来稗坞。制造业的未来在于巢话碎,从这些技术当中找到最佳结合点火技,并学会将它们作为一个完整系统运用起来衰扫蓟。这样就能获得整合系统的整体优势溜,从而推动制造效率的大幅提升睦曙毛。
  要做到这一点鼓女龋,需要制造厂商把手头的所有高科技工具汇合起来苟鞠兽,这非常考验综合技术能力锑褂。
  如果说工业无人化的关键在于工业价值链的系统整合弯婪克,在于智能制造娄凌,那么智能制造的核心就是从智眼智人杰陷。
  未来制造业必定向着越来越精致化晶力、人性化尉箔、个性化的方向发展匙焙,必定要走向无人生产澜模粪、灵动制造之路薯搞棚。这都要靠智能制造来实现考,其核心竞争力比的是快速和精准围晶巴。智能制造核心是沛贝嫌,就是信息获取的快和准败、信息处理的快和准翁。如同武功高手之间的对决恫冕涸,拼的是手眼身法步扫醚,而眼力招法是核心关键酮。
  工业价值链的系统整合宠,需要视觉与图像技术相结合秘导硷,就是给工业设备安装一双超级智眼窟武拾。未来的工业生产将以智眼为核心苫,装备在千千万万挟、形形色色的设备上僻腥,指挥各种各样的手扫、脚逆、身体动作亩茂,实现深度感知狗簿哄、智慧决策晤、自动执行护然,成为智人蹈斜。
  设想一下谩,在一个电子产品的生产车间罚钞巨,各种芯片和元器件的尺寸已经从几毫米几十毫米缩小到几微米几十微米栋牟氰,元器件的焊接和组装在视觉系统的引导下由机器人进行精密操作局葡蜂,由于器件的尺寸和质量都减小了几百倍哩控,装配速度大幅提高傻镶蕉,每秒钟可以完成上百次动作钒,生产效率提高了百倍哭。
  视觉系统实现多角度立体成像侣,大范围毫米级成像和超精密微米级成像相结合滤扔沽,整个系统同时获取的图像信息都可以实时处理忍苍,并综合完成目标定位乌但境,精确测量殴惊把,发出精确动作指令穷。一旦某个产品的一个焊点出现问题了姜牧,比如合格焊接面积2微米放墙,实际只达到了0.85微米餐翻换,这将导致信号传输的阻抗增大而使工作频率达不到正常范围险赋獭,视觉系统立即导引检验机器人惰僻,剔除废品至分支工序进行修复枫五拇。组装车间各个成像单元监控各种环境指标汹挡,并把全部图像数据和其他数据综合到中央信息服务器闲轻。问题找到了魄,立即进行故障隐患排除蜡笔,系统飞速运转如常邦。
  智能制造需要快速和精准的视觉成像娄,实现智能识别届垦另、智能测量髓、智能检测和智能互联匆涟绦。
  智能识别是为下一步操作找到目标赦喂,目标识别要从大量信息中找到关键特征势氯暖,需要把海量信息快速收敛努芳搪,其智能程度要求高苯显厢,准确度和可靠度是关键沃顶,这取决于智能测量的精准度腔浮。在测量的基础上完成响。
  智能检测捐岁坑,根据测量结果和目标之间的偏离度搅诚眷,判断合格与否木炬汗,但是检测往往不是单一指标的结果比较档柔,需要多信息多指标综合分析判断罐际。
  智能互联垄,或者说万物互联(工业物联网)茧,是基于大数据而来的嗓列咯。数据互联就像人的大脑神经元呻不十,当信息和节点超过一定数量曝篮划,就能产生自主学习楼、自主创造能力凡牧。工业大数据很大一部分源于视觉成像铆孙,当图像的海量数据在多节点采集互联妮题仕,同时将人员掸、设备掂贿冻、生产物资韩、环境拟蔷、工艺等数据互联潮蒋,就会衍生出深度学习仙哗、智能优化告、智能预测等创新能力檀抵点,显示出大数据和智能制造的真正威力羡身煌。
  低成本的产品定制化
  德国产业界将200年工业革命的历史进程划分为四个阶段海:以蒸汽机为标志的机械化工业革命1.0傻,使人的体力被解放和大幅提升;以电力为标志的电气化工业革命2.0实现了大规模流水线作业擎,开创了产品批量标准化生产的新模式;以微电子和计算机为标志的自动化工业革命3.0实现了程序化自动化生产挎,不但解放了体力劳动叛,还部分接管了脑力劳动惠茨,工业迈入少人化;工业4.0则是向两大方向深度推进诡体,产品端是定制化统瘟,制造端是智能化辣懊掏、无人化崔继嘿。
  不要简单以为在生产车间内用一款机器人代替车间工人的流水化操作就是智能工厂幂疟徐,或是工业无人化赖。
  真正的智能制造和工业无人化远远不止如此换按羡。它们是制造企业从单一产品制造向智能制造生态系统构建嗣、向产品加服务转型的探索仁薄帽。通过智能化肺涩貌、无人化改造木泥皑,客户个性化产品单个生产的费用可以变得和大批量生产的费用一样埂。
  将传统工业生产与现代信息技术相结合的高级阶段朵句欧,是在未来工厂中每个生产环节清晰可见邻惕恋、高度透明男,整个车间悄然高效地运转的浑匡悔,工业机器人与其他自动化设备不仅彼此协作杜甜,还与遍布全球的员工霜、客户以及智能分析动态系统进行协作却。
  信息技术的改造已经实现了产品的智能制造潦森,更大的变化是生产组织方式躺:通过对客户历史采购量和中长期需求等数据进行分析辣窝岁,依据产出能力自主安排生产时间和数量恢,客户经理拾闪、操作工人以及原料供应商在同一条信息链上息丹杠。
  未来的工厂即无人化的智能工厂奉盖,就是代表高效率的乐园凭腹极:次品僚、停机渴、浪费和等待这些问题统统不复存在蚊江。工厂经理和CIO(首席数据官)们齐心协力亢疾硕,确保数据和生产猛砷忍、IT和制造无缝结合起来谩,每个机器的每次转动搽拔、每个刀具的每次切割以及全球交付链上每个部件的每次运输缸还,都一览无遗甫祭辈。
  建立体系优势苔,应对国际挑战
  工业无人化实质上是工业制造智能化报、高端化的一个缩影痢垫,前提是工业自动化的持续跨越升级裴秃饱。迈入工业4.0能汗,先要经历2.0败好、2.5还有3.0之路斗彼。其间要思考羡垒,一个企业耙匪、一个团队梆衫,能否掌握信息革命的这些工具半,能否攻克工业革命的堡垒?
  制造业经过智能化改造之后久,人员结构将会从原来的一线产业工人占主要比重的金字塔形并,向中间的技术工人越来越多的倒梯形转变椽。无人工厂也并非完全无人戒,而是追求一种人与机器之间的有机互动与平衡聘。
  近些年来翟,国内劳动密集型的万人工厂越发逼近薄利甚至零利表遣。企业和政府往往基于成本压力附垢,以机器换人推动产业升级的角度去看待工业信息化和无人化汐纬孪。而真正应该深入思考的礁芯凡,是如何利用智能装备来改变工艺生产流程咎,解决制造周期巫适、成本以及整个工艺流程的问题感萎,让产品更有竞争力驹淘霓,从而实现全体系的转型升级炮。
  制造业的转型升级馆嗅吉,除了国内高度关注的工业4.0或者是说信息化和工业化深度融合之外吹佩,还有一个维度是全球化匡固。
  宏观层面模,政府正在推进走出去战略饰歪,鼓励一些中国有优势的传统制造业恼弘笛,把产能向海外转移;微观层面赡抡巷,国内大型制造业企业高度强调要打造成国际化公司肃巾。
  可是信息化和工业化深度融合之后裴挛,必然会冲击国内企业的全球化思维瓮卜。工业4.0模式基本上可以做到无人化磐丛和,工业无人化必将冲击全球制造业格局毕适癸。不管在美国痊稠蔫、欧洲傻汹、中国或是东南亚鞘捶、南亚国家都是一样的灵宝,基于劳动力成本的差距消失了檄柑,整个世界的制造业格局将被改写和刷新挞。
  工业4.0或者中国制造2025妙,都会带来一个新的刷屏时代舌。新形势下凯,怎么促进全球化羞狙霓,利用什么优势来实现全球化?
  制造业的智能化改造已经成为政府和企业家的共识吹料瞳。机器换人推动产业创新升级叹酥镀、自动化进程亢懂孟,就必须在政策制定和实施过程中全面考虑到包括机器人技术发明家芜袜靡、企业创业家攀绥搏、产业资本家通、应用先行者缸蓖、基地服务员和产业组织者六大人群的实际需求坚。整合资源微醛,在系统层次(系统框架灿豁隋、发展方向)上寻求创新突破幸。
  面向智能制造的产业升级不是某项单一技术徘、甚至某个产业的升级咳睫伍,而是以新的运行方式和更紧密的产业互动重塑整个工业体系楷搁素。这个转型升级不是升级几条生产线告上蛋、或是新一代产品设计这么简单硼。它对于从系统层次把握工业全局(即顶层设计)的能力提出了更高要求瓦泵。而中国制造业未来的信息化氦坡、无人化转型升级茬拼,在于营造全链条生态环境和产业体系休,建立体系优势戳掠,应对国际挑战鞍昆娃。

 

 
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