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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》发布近一年来颗线,概念层面可谓异彩纷呈糖碎痛,从工业4.0憨、工业信息化到智能制造迟颧、无人工厂绰挥什,目前更延伸到无人驾驶汽车僵缅姆、无人驾驶船舶努播、无人化医疗装备等热门领域鬼荒,似乎工业智能化泛玩腑、无人化时代近在眼前霜哗。
  华为科技创始人任正非对此所做的判断很客观欠,他认为猎模,这是人工智能时代膘尘搂,首先要强调工业自动化;工业自动化以后拢抵绅,才可能走进信息化;只有信息化后捷环遣,才能智能化释。中国工业现在还没有走完自动化嘶侣,还有很多工业连半自动化都做不到碉托笑。
  因而局贿朝,探究工业4.0其丸、工业无人化之前嘶乖健,有必要了解相关概念的历史渊源变、技术本源和经济意义蒜屁。
  自动化是智能化的前奏
  20世纪80年代悼示,美国汽车产业正担心会被日本竞争者击垮庭贫恕。在底特律本降,很多人展望以熄灯式生产打败对手灭申氢。熄灯式生产就是工厂高度自动化挖汤芍,灯关着芦,机器人自己在制造汽车戊。当时想暑吩,这种想法是不切实际的酸握,日本车企当年的竞争优势也不在于自动化生产蝎刑,而在于精益生产技术铃犯,而精益生产在大多数情况下要依赖人力哥椒。
  现今捐滤,自动化技术的进步已经使熄灯式生产逐渐变成现实巩棠。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堆够,自动运行数周不出状况驹椒。
  德国大众旨在称雄全球锈,这家汽车工业集团制定了新的生产战略腑冗配:模块化横向矩玖寒。大众汽车想借助这一全新的工艺裤寸,在同一条生产线上生产所有型号的车怖孙铜。这一工艺最终将使大众在世界各地的工厂因地制宜堕帕挽,生产出当地市场所需的任何车型氰。


  很多年前哩贡康,钱学森曾说过饲:只要自动控制做好了磊杠,即使元器件差一点锤汉,导弹也能打上天释抱胚。
  现今胜岔播,自动化将在很大程度上模仿人的智能倘兜,机器人已在工业生产骑、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用娜,专家系统在医疗诊断曙清娠、地质勘探等方面取得显著效果揉卯颇。工厂自动化描扔橡、办公自动化修堪放、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容份撩,并得到迅速发展姬券。
  从整体上看病墟入,中国传统产业在技术装备颗、能源和原材料消耗补沪、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瞬,尤其是技术装备(比如高端数控机床)的差距有扩大趋势梅标怂。大范围设备更新淀,国家承受不了;维持设备现状理轿孔,则后果不堪设想棋陪吞,唯有应用自动化技术改造传统产业把,才能最有效地提高企业素质沛守厕。
  日本和德国的经济起飞乖咆蜂,就是从这里开始的迟佬互。1986年之前稻,美国对自动化技术的应用不够重视习媚箩,以至于在汽车亲焦监、机械动梗侥、原材料工业壕唉、计算机孺、电子元器件等传统行业完全丧失优势地位躲幻答。后来美国急起直追妻,高度重视工业自动化技术捞,用自动化技术改造传统产业程,产生了巨大效益侵侮。
  中国各个行业的自动化现状远远落后于工业强国梗捐辩。对于任何一个企业来说喉猫,没有强大傅拿纬、先进的自动化系统的支持宠普,其产品的质量和产量都难以达到世界水平鸥。比如焊接工序河,由人工操作的质量不易控制滦抡粮,仅凭外观也看不出质量好坏锯轨木。如果由工业机器人来操作淖京,各个工艺细节都能标准化氮,焊接质量慈缴、效率都会更高钎。
  这就是为什么即使中国经济增速出现下滑饱桔,中国国内市承ツ榷ぁ,尤其是制造业领域茫,对于工业自动化技术的需求有增无减烧。自动化技术能给中国制造补钙露矛鲸,助推中国产业振兴部。
  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挎,其基本特征就是全部生产活动由电子计算机进行控制堂览,生产第一线配有机器人而无需配备工人翔。
  世界上第一座实验用的无人工厂在日本筑波科学城辆校,建成于19844月凸烫。日本比较缺少人力伸捶开,因而很早开始重视机器庆,率先建造了可以提高生产效率的无人工厂壕浇。
  在运用了人工智能的无人工厂中贸,所有工作都是由计算机控制的机器人类甭、数控机床婚、无人运输小车和自动化仓库来实现的轻疤行,人不直接参加工作规娠巷。工人成了指挥员医生受,白天抵勘,工厂内只有少数工作人员做一些核查夹,修改一些指令;夜里绞,只留两三名监视员谋。
  现今蜂,无人工厂在汽车及飞机制造等领域已相当普及认。这些生产线几乎都是机器人在操作蜡,人在旁边起辅助作用伐遂歼。
  不过灰,将人工智能真正转化为工业应用并非易事婪刃趣,这是一个繁杂的系统工程狼梨漆。无人工厂要突破很多关键性技术娄睫岔,包括柔性化的生产技术陕莆、工业机器人的控制技术场灸歪、整体安全和监控的技术硅、所有机器系统安全的监控等袭确。每个机器人的状态砂私、每个仪器的状态谐究媚,有什么问题都要提前预警逼替恒。
  无人工厂中的核心装备是工业机器人莫俊,经历近半个世纪的迅速发展缮,机器人技术日趋成熟靶告,已在诸多工业领域得到广泛应用聚骡,诸如汽车制造乌吧、机械制造道、电子器件京仁便、集成电路寥、塑料加工等较大规模生产企业都涉及工业机器人的应用阔。
  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嘶芳,而最终实现工业智能化胯汹、无人化巳,还有很长一段距离袍狸。
  工业价值链的系统整合是工业无人化的关键恢。工业价值链主要包括产品设计奠诲韶、生产规划痕、生产工程素秀、生产执行和服务等几个部分凶纱,以前这些都是单独实施的陷封柬。如今疼沏,各种新技术把这些独立的部分整合起来笺试。制造业的未来在于粱蓖,从这些技术当中找到最佳结合点潮,并学会将它们作为一个完整系统运用起来仓桅评。这样就能获得整合系统的整体优势拣,从而推动制造效率的大幅提升帅。
  要做到这一点皖蔫瘫,需要制造厂商把手头的所有高科技工具汇合起来踏坚波,这非常考验综合技术能力编垮赣。
  如果说工业无人化的关键在于工业价值链的系统整合膜,在于智能制造辩囱缸,那么智能制造的核心就是从智眼智人惹。
  未来制造业必定向着越来越精致化工干拒、人性化慈瓷、个性化的方向发展羡,必定要走向无人生产几校巨、灵动制造之路口。这都要靠智能制造来实现什壬诧,其核心竞争力比的是快速和精准喘鞘撮。智能制造核心是懈,就是信息获取的快和准滇枚、信息处理的快和准德伍肺。如同武功高手之间的对决搔,拼的是手眼身法步汕,而眼力招法是核心关键躬。
  工业价值链的系统整合昧联,需要视觉与图像技术相结合鞭亮,就是给工业设备安装一双超级智眼秀恨。未来的工业生产将以智眼为核心善杰,装备在千千万万当途穆、形形色色的设备上堕,指挥各种各样的手钾、脚成、身体动作卉荆首,实现深度感知绒、智慧决策拳许、自动执行墨,成为智人幂潦沛。
  设想一下拼摹,在一个电子产品的生产车间亮,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边骑,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炉抬,由于器件的尺寸和质量都减小了几百倍害辨你,装配速度大幅提高慷腐,每秒钟可以完成上百次动作庐,生产效率提高了百倍案。
  视觉系统实现多角度立体成像徘,大范围毫米级成像和超精密微米级成像相结合沙,整个系统同时获取的图像信息都可以实时处理习冉盯,并综合完成目标定位拧麓称,精确测量驴焊渤,发出精确动作指令恰。一旦某个产品的一个焊点出现问题了吞林默,比如合格焊接面积2微米容巩粗,实际只达到了0.85微米告沫鼻,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泊沤几,视觉系统立即导引检验机器人记牡袭,剔除废品至分支工序进行修复甫溃。组装车间各个成像单元监控各种环境指标闺,并把全部图像数据和其他数据综合到中央信息服务器卑暗。问题找到了瓣屯,立即进行故障隐患排除拎,系统飞速运转如常腻棵。
  智能制造需要快速和精准的视觉成像闯虹,实现智能识别誊、智能测量毛骏萌、智能检测和智能互联艇。
  智能识别是为下一步操作找到目标烦,目标识别要从大量信息中找到关键特征酗贰,需要把海量信息快速收敛读阿屠,其智能程度要求高雌巫吗,准确度和可靠度是关键铜泌公,这取决于智能测量的精准度吝。在测量的基础上完成皖慷夹。
  智能检测店动赊,根据测量结果和目标之间的偏离度路券,判断合格与否咖镀,但是检测往往不是单一指标的结果比较团倡,需要多信息多指标综合分析判断绥甫绊。
  智能互联煽烘,或者说万物互联(工业物联网)翟搜,是基于大数据而来的苹竞。数据互联就像人的大脑神经元叼柬,当信息和节点超过一定数量绒恒潮,就能产生自主学习篡纫、自主创造能力绒局。工业大数据很大一部分源于视觉成像烁,当图像的海量数据在多节点采集互联孰款,同时将人员炯、设备连肉培、生产物资温侮登、环境淖碍、工艺等数据互联脾,就会衍生出深度学习诫饯、智能优化壁妇、智能预测等创新能力敲课搜,显示出大数据和智能制造的真正威力东块搅。
  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裤胆:以蒸汽机为标志的机械化工业革命1.0埂挟纪,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泌懦,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费,不但解放了体力劳动靡煎,还部分接管了脑力劳动捂,工业迈入少人化;工业4.0则是向两大方向深度推进计舰慰,产品端是定制化硕,制造端是智能化镜眉、无人化斑蛔矢。
  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遍溃赣,或是工业无人化娃陡窝。
  真正的智能制造和工业无人化远远不止如此庭荒。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病深灯、向产品加服务转型的探索坪陕。通过智能化亩、无人化改造苟温,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需兑。
  将传统工业生产与现代信息技术相结合的高级阶段佛敖,是在未来工厂中每个生产环节清晰可见涂偏、高度透明纱,整个车间悄然高效地运转的胺,工业机器人与其他自动化设备不仅彼此协作福希,还与遍布全球的员工钾、客户以及智能分析动态系统进行协作娶。
  信息技术的改造已经实现了产品的智能制造盖,更大的变化是生产组织方式缆:通过对客户历史采购量和中长期需求等数据进行分析欠囤,依据产出能力自主安排生产时间和数量斡,客户经理好舜、操作工人以及原料供应商在同一条信息链上篡。
  未来的工厂即无人化的智能工厂革旧筷,就是代表高效率的乐园籍雇:次品膛邪库、停机怖锣捻、浪费和等待这些问题统统不复存在妹笑。工厂经理和CIO(首席数据官)们齐心协力橇粹箱,确保数据和生产晦韧、IT和制造无缝结合起来浆袖,每个机器的每次转动灭醚、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墓,都一览无遗伦揉。
  建立体系优势泞吝谱,应对国际挑战
  工业无人化实质上是工业制造智能化淖、高端化的一个缩影羚点港,前提是工业自动化的持续跨越升级恕肩。迈入工业4.0烫邪僵,先要经历2.0话为、2.5还有3.0之路卤戌邻。其间要思考拦鞠汐,一个企业秋痴、一个团队目,能否掌握信息革命的这些工具嗽的,能否攻克工业革命的堡垒?
  制造业经过智能化改造之后疵,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酸阶什,向中间的技术工人越来越多的倒梯形转变道险衬。无人工厂也并非完全无人想尽,而是追求一种人与机器之间的有机互动与平衡嫩德。
  近些年来柿玻,国内劳动密集型的万人工厂越发逼近薄利甚至零利切惫讥。企业和政府往往基于成本压力僳芦咖,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咐。而真正应该深入思考的宦江焚,是如何利用智能装备来改变工艺生产流程俏,解决制造周期健笺协、成本以及整个工艺流程的问题忿币撇,让产品更有竞争力情得瓣,从而实现全体系的转型升级饥。
  制造业的转型升级恭革死,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扰袒盾,还有一个维度是全球化躬。
  宏观层面吭廉,政府正在推进走出去战略牢哇,鼓励一些中国有优势的传统制造业施嗡,把产能向海外转移;微观层面秦,国内大型制造业企业高度强调要打造成国际化公司另蓄。
  可是信息化和工业化深度融合之后口,必然会冲击国内企业的全球化思维钙。工业4.0模式基本上可以做到无人化缕,工业无人化必将冲击全球制造业格局凡。不管在美国构、欧洲绢、中国或是东南亚净沤达、南亚国家都是一样的蕊昆,基于劳动力成本的差距消失了定期,整个世界的制造业格局将被改写和刷新人侵。
  工业4.0或者中国制造2025茧,都会带来一个新的刷屏时代烤阀。新形势下社,怎么促进全球化蜡锋,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魔朵。机器换人推动产业创新升级氰梯、自动化进程害玛确,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恫急、企业创业家渴钢盼、产业资本家付、应用先行者持滔入、基地服务员和产业组织者六大人群的实际需求拇。整合资源墩纪邯,在系统层次(系统框架窝傅搏、发展方向)上寻求创新突破恃。
  面向智能制造的产业升级不是某项单一技术轻踩、甚至某个产业的升级貌坦,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琼茨。这个转型升级不是升级几条生产线缴逻、或是新一代产品设计这么简单捻咳。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廓念。而中国制造业未来的信息化暇把、无人化转型升级慨暮盒,在于营造全链条生态环境和产业体系攻,建立体系优势扒,应对国际挑战太肋酞。

 

 
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