以智能制造为主攻方向 坚定不移建设制造强国
时间:2022-10-20 16:14:33 | 来源:江苏赫玛信息科技有限公司 | 作者:admin | 点击次数:139

读而思:中国制造业有着转型升级、高质量发展的强烈需求,同时,也恰逢转型升级、高质量发展的巨大历史机遇。智能制造是我国制造业创新发展的主要抓手,是推进制造强国战略的主要技术路线。我国必须充分发挥后发优势,采取数字化、网络化、智能化“并行推进、融合发展”的技术方针,实现制造业数字化转型、智能化升级。

周济    中国工程院原院长  国家制造强国建设战略咨询委员会主任

本文发表于《中国工业和信息化》杂志2022年9月刊总第49期


智能制造是推进制造强国战略的主攻方向

       进入新时代,国家确定并倾力推进“制造强国战略”,加快建设制造强国、加快发展先进制造业,成为我国的国家战略。

       我国已经成为一个制造大国,从2010年开始,我国制造业增加值成为世界第一;2020年,我国制造业增加值约为3.9万亿美元,在全球制造业占比近30% ,是名副其实的世界制造大国。但我们还不是一个制造强国,我国制造业大而不强,存在着突出问题,面临着严峻的挑战,如产业结构不优、产业基础不牢、产品质量问题突出、资源环境挑战严峻、自主创新能力不强。

       在这次中美贸易摩擦中,美方矛头直指中国制造强国战略,其意图就是要将中国制造业摁在世界产业链中低端。中国制造业要由大变强,走向世界产业链中高端,将是一场持久战。

       中共中央进一步强调了制造强国战略,在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》里特别强调,坚持把发展经济着力点放在实体经济上,坚定不移地建设制造强国。

       目标导向,问题导向,建设制造强国,必须坚持六个重点方向。第一是优化产业结构;第二是推进工业强基,实现产业基础高级化,夯实制造业发展基础;第三是创新驱动,以创新为根本动力,以智能制造为主攻方向;第四是坚持绿色发展;第五是坚持质量为先;第六是坚持以人为本。

       建设制造强国,要坚定不移以智能制造为主攻方向。广义而论,智能制造是一个大概念,是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合,主要表现在:贯穿于产品、生产、服务等制造全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成;实现制造的数字化、网络化、智能化,制造业数字化转型、智能化升级;不断提升企业的产品质量、效益、服务水平,推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展;是第四次工业革命的核心技术,实现制造业转型升级的主要技术路线。

       中国制造业有着转型升级、高质量发展的强烈需求,同时,也恰逢转型升级、高质量发展的巨大历史机遇。这个历史机遇就是新一轮科技革命和第四次工业革命。

      当前,世界面临着百年未有之大变局。大变局的一个主要方面就是新一轮科技革命和第四次工业革命。新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成历史性交汇。 

      交汇点在哪里?智能制造是最重要的一个交汇点之一。 

      今后15年,正是“智能制造”这个新一轮工业革命核心技术发展的关键时期,中国制造业完全可以抓住这一千载难逢的历史机遇,集中优势力量打一场战略决战,实现战略性的重点突破、重点跨越,实现中国制造业的开道超车、跨越发展。


智能制造与制造业数字化转型、智能化升级

1.智能制造的三个基本范式

       智能制造是一个不断演进的大系统。智能制造作为制造业和信息技术深度融合的产物,其诞生和演变是和信息化发展相伴而生的。 

       从20世纪中叶到20世纪90年代中期,以计算、感知、通信和控制为主要特征的信息化催生了数字化制造。 

       从20世纪90年代中期开始,以互联网大规模普及应用为主要特征的信息化催生了数字化、网络化制造。 

       当前,工业互联网、大数据、人工智能实现群体突破和融合应用,以新一代人工智能技术为主要特征的信息化催生了制造业数字化、网络化、智能化制造的新阶段。

       这就形成了智能制造的三种基本范式,即:数字化制造——第一代智能制造,数字化、网络化制造——“互联网+制造”或第二代智能制造,数字化、网络化、智能化制造——新一代智能制造。 

       纵观历史,每一次工业革命都是共性赋能技术与本体技术——制造技术的融合创新,都有一种革命性的共性赋能技术对制造技术“赋能”,并且与制造技术深度融合,形成创新的工业技术,成为这次工业革命的核心技术。 

       前三次工业革命的共性赋能技术分别是蒸汽机技术、电机技术和数字化技术,这些共性赋能技术与制造技术的融合创新形成了前三次工业革命的核心技术。

       第四次工业革命的共性赋能技术是数字化、网络化、智能化技术与制造技术的深度融合,形成智能制造技术,成为第四次工业革命的核心技术,将推动各行各业各种各类制造技术创新升级,引领和推动制造业革命性的转型升级。 

       第一次工业革命和第二次工业革命分别以蒸汽机和电力的发明和应用为根本动力,极大地提高了生产力,人类社会进入了现代工业社会。第三次工业革命以计算、通信、控制等数字化技术的创新与应用为标志,持续将工业发展推向新高度。

       新一代人工智能突破和应用进一步提升了制造业数字化、网络化、智能化的水平,从根本上提高了工业知识产生和利用的效率,极大地解放了人的体力和脑力,创新速度大大加快,应用范围更加泛在,从而推动制造业发展步入新阶段,即数字化、网络化、智能化制造——新一代智能制造。

       如果说数字化、网络化制造是新一轮工业革命的开始,那么新一代智能制造的突破和广泛应用将推动形成这次工业革命的高潮,重塑制造业的技术体系、生产模式、产业形态,并将引领真正意义上的“工业4.0”,实现第四次工业革命。


2.我国发展智能制造的技术方针

       西方发达国家制造业强大,经历了数百年的发展。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、智能化是西方顺序发展智能制造的三个阶段。

       我国不能走西方顺序发展的老路,用几十年时间充分发展数字化制造之后,再发展数字化网络化制造,进而发展新一代智能制造,这样就无法完成我国制造业转型升级的历史任务。

       我国必须充分发挥后发优势,采取“并联式”的发展方式,也就是要采取数字化、网络化、智能化“并行推进、融合发展”的技术方针。


3.智能制造战略部署:制造业数字化转型、智能化升级

       从现在到2035年,是中国制造业实现由大到强的关键时期,也是制造业发展质量变革、效率变革、动力变革的关键时期。从现在到2035年,我国的智能制造发展总体将分成两个阶段来实现。

       第一阶段:数字化转型,深入推进“制造业数字化转型工程”。到2028年,“互联网+制造”——数字化、网络化制造在全国得到大规模推广应用,在发达地区和重点领域实现普及;同时,新一代智能制造在重点领域试点示范取得显著成果,并开始在部分企业推广应用。

       第二阶段:智能化升级,深入推进“制造业智能化升级工程”。到2035年,新一代智能制造在全国制造业大规模推广应用,我国智能制造技术和应用水平走在世界前列,实现中国制造业的智能升级。


智能制造是制造业创新发展主要技术路线 

1.智能制造是覆盖产品全生命周期的创新优化大系统

       智能制造是一个集成大系统。智能制造系统主要由智能产品、智能生产和智能服务三大功能系统以及智能制造云和工业互联网络两大支撑系统集合而成。

       制造业创新的内涵包括四个层次:一是产品创新;二是生产技术创新;三是产业模式创新;四是制造系统集成创新。在这四个层次上,数字化、网络化、智能化都是制造业创新的主要途径。 


2.智能产品

       产品(主要指装备类产品)是制造的主要载体和价值创造的核心。数字化、网络化、智能化技术的广泛应用将给产品带来无限的创新空间,使产品产生革命性变化,从“数字一代”整体跃升至“网联一代”,进而整体跃升至“智能一代”。 

智能手机和智能汽车就是两个典型的智能产品。

       过去20年,智能手机横空出世,极速发展、极速普及, 创造了产品创新的奇迹。我们现在使用的智能手机, 操作系统有1亿行代码, 计算能力远远超过当年的超级计算机Cray-2。特别是华为Mate X2 已经搭载了人工智能芯片,即9000 旗舰芯片,开始具有了学习功能。

       智能汽车的快速发展远远超出了人们的预想。汽车正经历燃油汽车→电动汽车(数字化)→网联汽车(网络化)的发展历程,朝着无人驾驶汽车(智能化)的方向极速前进。随着新一代人工智能技术的深入应用,未来汽车将会进入无人驾驶时代,将成为一个智能移动终端,成为人们工作和生活的更加美好的移动空间。

       综上所述,作为一种共性赋能技术,新一代智能制造技术可广泛应用于国民经济各行业和国防军工中各种产品与装备的升级换代。产品的创新与升级换代将极大提升各种产品的性能与市场竞争力,提高整个制造业的生产效率和质量水平。

       可以预见, 新一代智能制造技术将为产品和装备的创新插上腾飞的翅膀、开辟更为广阔的天地。到2035年, 我国各种产品和装备都将从“数字一代” 发展成“智能一代”, 升级为智能产品和装备。 

       一方面,将涌现出一大批先进的智能生活产品。如智能终端、智能家电、智能服务机器人、智能玩具等,为人民更美好的生活服务。另一方面,制造、运载、电子、服务装备必将全面智能升级。如信息制造装备、航天航空装备、船舶和海洋装备、汽车、火车、能源装备、农业装备、医疗装备等,特别是智能制造装备,如智能机床、智能机器人等,“大国重器”将装备“工业大脑”,更加先进、更加强大。 


3.智能生产

       智能生产是制造智能产品的物化过程,亦即狭义而言的智能制造。智能工厂是智能生产的主要载体。广义而言,智能工厂包括了产品设计、产品生产、销售服务等各方面业务。这里,主要讨论智能工厂的主体功能——智能生产。

       智能工厂根据行业的不同可分为离散型智能工厂和流程型智能工厂,追求的目标都是生产过程的优化,大幅度提升生产系统的性能、功能、质量和效益,重点发展方向都是智能生产线、智能车间、智能工厂。

       一般而言,智能工厂包含四个层级——智能装备、智能产线、智能车间和智能工厂。每个层级都是一个信息物理系统(CPS),由物理系统和信息系统两个方面组成。各个层级的物理系统由运输系统联接起来,组成智能工厂的物理系统;各个层级的信息系统由网络系统联接起来,组成智能工厂的信息系统。 

       智能工厂层级的物理系统和信息系统集成融合,并且与人集成融合,形成智能工厂的人-信息-物理系统——HCPS。

       数字化、网络化、智能化技术与制造技术的融合,主要从两条主线实现智能工厂的转型升级:一方面,实现生产过程自动化;另一方面,实现生产管理信息化。在网络联接和数据集成的支持下,两条主线深度集成,推动装备、产线、车间、工厂发生革命性的大变革。

       多年来,在推进制造强国建设的过程中,涌现出一大批数字化网络化工厂建设的“示范工厂”“标杆工厂”“灯塔工厂”,这些企业都已经成为本行业世界级先进制造企业。同时,在数字化网络化转型升级方面,也为中国制造业树立了示范和榜样。

       近年来,离散型制造业的数字化网络化装备、产线、车间、工厂发展很快, 促进了制造企业的智能升级、创新发展。

       浪潮集团是世界领先的计算机服务器制造企业。浪潮集团把智能制造作为创新发展的主要方向,建设了具有国际先进水平的服务器生产工厂。浪潮集团集数字化、网络化、智能化、模块化、精益柔性制造于一体,将产品研发与生产制造紧密结合,构建敏捷的业务链,为用户提供系统、部件和全新产品三个层面的定制服务,实现个性化、定制化、精细化的生产和服务。 

       格力集团是世界先进的家电制造企业。格力始终把智能制造作为企业转型升级的主要抓手,建设了国际先进水平的数字化、网络化制造示范工厂。格力实现了装备、产线、车间、工厂、公司各个层面的数字化、网络化转型升级,一方面全面实现生产过程自动化,另一方面全面实现生产管理信息化;物流作业全部是AGV机器人作业;工厂实现可视化呈现、整个企业一体化运营。

       冶金、化工、电力、建材、纺织、食品等流程制造业在国民经济中占有基础性的战略地位, 产能高度集中, 且数字化、网络化基础较好, 最有可能率先突破新一代智能制造。

       宝武集团多年来始终坚持以智能制造作为企业转型升级的主要技术路线,在智能制造方面走在了世界钢铁业界的前列。宝武集团将数字化、网络化技术与钢铁制造技术深度融合,在炼铁、炼钢、连铸和轧钢等钢铁生产各主要工厂都实现了数字化、网络化转型升级。其中,宝武炼钢工厂建成了数字化冶炼中心、连铸中心,首次形成数字冶炼、数字连铸的技术能力,形成冶炼、连铸过程的智能监控、质量保障和工艺优化能力,大幅提升了炼钢生产和管控水平。 

       但是,我们必须保持清醒的认识,以上这些都还只是数字化、网络化阶段的智能工厂,也就是第二代智能制造的智能工厂,更先进的技术升级还在后面。


4.以智能服务为核心的制造业新模式新业态

       数字化、网络化、智能化技术引发了产品和生产翻天覆地的变化,同样,数字化、网络化、智能化技术也引发了制造服务翻天覆地的变化。数字化、网络化、智能化技术正在深刻地改变着产品服务的方方面面。 

       新一代人工智能技术的应用,将推进先进制造业与现代服务业深度融合,从根本上推进第四次工业革命,催生制造业产业模式和业态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。

       主要有三个方面:第一,制造业生产模式从大规模流水线生产转向定制化规模生产;第二,制造业组织模式从竞争与垄断走向竞争与协同共享;第三,制造业产业模式从生产型制造向服务型制造转变。 


5.智能集成制造系统

       智能制造价值创造的另一个重要方面是通过工业互联网络和智能制造云平台两大支撑系统将智能产品、智能生产和智能服务三大功能系统集成起来,通过系统的集成优化实现新的价值创造。

       工业互联网是一个大概念,主要包含网络、平台和安全三个重要方面,这里,工业互联网络对应着工业互联网概念中的“网络”,智能制造云平台对应着工业互联网概念中的“平台”,当然“安全”是两者的前提和关键。 

       一方面是制造系统内部的“大集成”。智能制造包括三个方面的集成,体现出智能制造的三个核心特征。

       一是智能制造的纵向集成。这是一个企业内部的系统集成,基于企业工业互联网络和智能云平台,将企业内部不同层级的HCPS系统进行全面集成,既包含企业不同层级信息化系统的集成,又包含企业内部不同层级的信息系统和物理系统之间的集成。纵向集成实现贯穿企业内部装备、产线、车间、工厂、企业各个层级的业务流程集成;同时,实现贯穿企业内部产品制造全生产周期的业务流程集成,形成企业内部智能制造纵向集成体系,即企业内部智能集成制造系统。

       二是智能制造的横向集成。构建不同企业之间的社会网络,实现不同企业之间的信息合作、资源整合和协同与共享。以价值网络为主线,强调产品制造的价值流(增值过程)集成,实现相关企业之间的信息集成。将各种不同制造阶段和工程任务的信息系统集成起来,实现不同企业之间的三流(物流、能源流、信息流)合一,形成价值网络的社会化集成。 

       三是智能制造的端到端集成。这是围绕特定产品的一个动态的系统集成。为实现特定产品的客户需求,按照特定产品制造全生命周期组成主干企业内部和相关协同合作企业之间的系统集成,实现特定产品制造整个价值链的工程化信息集成。“端到端集成”是集成产品制造的研发、设计、生产、服务等全生命周期内的各项工程活动,集成价值链上主干企业内部和相关合作企业的所有终端和用户端。这是产品制造价值链的集成,是围绕特定产品制造生命周期的主干企业与相关合作企业之间的集成;是以用户要求为中心,以主干企业为核心,集成各有关企业的力量,组成从供给端到用户端的完成制造全生命周期所有任务的所有终端和用户端的系统集成。

       在智能制造纵向集成、横向集成和端到端集成的基础上,智能制造将推动企业内部、企业与相关合作企业之间、企业与顾客之间,以及价值网络中不同单位之间的合作、协同与共享。

       另一方面是制造系统外部的“大集成”。制造业与金融业、上下游产业的深度融合形成服务型制造业和生产性服务业共同发展的新业态。智能制造与智能城市、智能农业、智能医疗等交融集成,共同形成智能生态大系统——智能社会。

       华为是世界领先的通信装备制造企业,在智能集成制造系统方面也走在了世界前列。经过20年的奋斗,华为建设和发展了世界先进水平的数字化、网络化集成制造系统,正在向新一代智能集成制造系统进军。


本文根据作者在“2022世界先进制造业大会”上的发言整理,未经本人审阅。

来源:中国工业和信息化