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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》发布近一年来炮,概念层面可谓异彩纷呈仟,从工业4.0谷瑟、工业信息化到智能制造芯碧、无人工厂胶吮,目前更延伸到无人驾驶汽车沙荣呕、无人驾驶船舶孺泪马、无人化医疗装备等热门领域娥闪筐,似乎工业智能化砰氦栓、无人化时代近在眼前丧斧。
  华为科技创始人任正非对此所做的判断很客观猾必椽,他认为澎霓,这是人工智能时代啦释,首先要强调工业自动化;工业自动化以后井图,才可能走进信息化;只有信息化后维丘,才能智能化八。中国工业现在还没有走完自动化界,还有很多工业连半自动化都做不到贺盲熬。
  因而芹,探究工业4.0杠拱葛、工业无人化之前痪,有必要了解相关概念的历史渊源探犯、技术本源和经济意义氢。
  自动化是智能化的前奏
  20世纪80年代建,美国汽车产业正担心会被日本竞争者击垮赣碍。在底特律侧澈篡,很多人展望以熄灯式生产打败对手米卞评。熄灯式生产就是工厂高度自动化五导玛,灯关着唬膏畏,机器人自己在制造汽车并。当时飞,这种想法是不切实际的夏,日本车企当年的竞争优势也不在于自动化生产纫抡,而在于精益生产技术陀鲜,而精益生产在大多数情况下要依赖人力眠。
  现今涎嚷间,自动化技术的进步已经使熄灯式生产逐渐变成现实绰。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衬,自动运行数周不出状况镰埠。
  德国大众旨在称雄全球较,这家汽车工业集团制定了新的生产战略薄票袄:模块化横向矩缎。大众汽车想借助这一全新的工艺梗杠,在同一条生产线上生产所有型号的车淳。这一工艺最终将使大众在世界各地的工厂因地制宜棱湍堑,生产出当地市场所需的任何车型晴。


  很多年前锚嘘乓,钱学森曾说过吩诽:只要自动控制做好了承惩,即使元器件差一点际盖奠,导弹也能打上天唐。
  现今盟,自动化将在很大程度上模仿人的智能麻,机器人已在工业生产彪拨皆、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用惊阜,专家系统在医疗诊断山莎、地质勘探等方面取得显著效果勃。工厂自动化婆飞牟、办公自动化倍、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容牧吴,并得到迅速发展惺同。
  从整体上看帝侨酒,中国传统产业在技术装备鹿吧、能源和原材料消耗委赏、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趣沽捐,尤其是技术装备(比如高端数控机床)的差距有扩大趋势管篓揽。大范围设备更新庙,国家承受不了;维持设备现状恃蓬菲,则后果不堪设想叛辈,唯有应用自动化技术改造传统产业踏,才能最有效地提高企业素质矫奸。
  日本和德国的经济起飞魂叮酶,就是从这里开始的蔫。1986年之前勺抱慨,美国对自动化技术的应用不够重视办蕊隶,以至于在汽车怯、机械额酶皖、原材料工业弟、计算机苇、电子元器件等传统行业完全丧失优势地位吨。后来美国急起直追沪,高度重视工业自动化技术蜜汤辆,用自动化技术改造传统产业量,产生了巨大效益戏察温。
  中国各个行业的自动化现状远远落后于工业强国无鞘挺。对于任何一个企业来说干辞,没有强大袭甜、先进的自动化系统的支持抵口劝,其产品的质量和产量都难以达到世界水平抽鹅。比如焊接工序眠死逛,由人工操作的质量不易控制滑列酒,仅凭外观也看不出质量好坏豁。如果由工业机器人来操作挎吗薄,各个工艺细节都能标准化淬剐,焊接质量始攀、效率都会更高秃。
  这就是为什么即使中国经济增速出现下滑释闹捻,中国国内市澈薄,尤其是制造业领域滤,对于工业自动化技术的需求有增无减裁超旁。自动化技术能给中国制造补钙兰,助推中国产业振兴邢。
  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斡,其基本特征就是全部生产活动由电子计算机进行控制潞顽,生产第一线配有机器人而无需配备工人粳。
  世界上第一座实验用的无人工厂在日本筑波科学城穗,建成于19844月歪卤。日本比较缺少人力楷溉把,因而很早开始重视机器菇系,率先建造了可以提高生产效率的无人工厂洛乔送。
  在运用了人工智能的无人工厂中吐,所有工作都是由计算机控制的机器人嫉弛、数控机床慰、无人运输小车和自动化仓库来实现的岸酥,人不直接参加工作欢。工人成了指挥员医生哀蒙,白天娃骂,工厂内只有少数工作人员做一些核查怜拴氛,修改一些指令;夜里奈祟,只留两三名监视员顺绩。
  现今稀,无人工厂在汽车及飞机制造等领域已相当普及士羞焦。这些生产线几乎都是机器人在操作孺,人在旁边起辅助作用盖吨庞。
  不过沧沏汉,将人工智能真正转化为工业应用并非易事窃,这是一个繁杂的系统工程统擂袭。无人工厂要突破很多关键性技术墩茅,包括柔性化的生产技术极、工业机器人的控制技术醇、整体安全和监控的技术凰、所有机器系统安全的监控等兽茎镣。每个机器人的状态痞、每个仪器的状态泡蔡,有什么问题都要提前预警窜畏窟。
  无人工厂中的核心装备是工业机器人帽硼,经历近半个世纪的迅速发展春,机器人技术日趋成熟扦场寄,已在诸多工业领域得到广泛应用刨,诸如汽车制造噬盟磊、机械制造膳画、电子器件称、集成电路础、塑料加工等较大规模生产企业都涉及工业机器人的应用眷姑。
  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拉覆,而最终实现工业智能化埃氢、无人化遂仆,还有很长一段距离繁群敛。
  工业价值链的系统整合是工业无人化的关键济势。工业价值链主要包括产品设计惟架、生产规划寐干、生产工程厕、生产执行和服务等几个部分敌,以前这些都是单独实施的驾啸。如今煎娟按,各种新技术把这些独立的部分整合起来阿际澳。制造业的未来在于坷腾,从这些技术当中找到最佳结合点殊挡,并学会将它们作为一个完整系统运用起来辞十爸。这样就能获得整合系统的整体优势卜,从而推动制造效率的大幅提升尖班籍。
  要做到这一点陆,需要制造厂商把手头的所有高科技工具汇合起来存陆季,这非常考验综合技术能力柔苟。
  如果说工业无人化的关键在于工业价值链的系统整合骋,在于智能制造捅,那么智能制造的核心就是从智眼智人袄惭矩。
  未来制造业必定向着越来越精致化介饭捞、人性化赦侣妮、个性化的方向发展嘘,必定要走向无人生产飘、灵动制造之路欧歧。这都要靠智能制造来实现茎搜彤,其核心竞争力比的是快速和精准脑悸。智能制造核心是舶,就是信息获取的快和准裴犁熊、信息处理的快和准范。如同武功高手之间的对决澄木传,拼的是手眼身法步锰技齿,而眼力招法是核心关键穗斗局。
  工业价值链的系统整合境弥效,需要视觉与图像技术相结合密雷恨,就是给工业设备安装一双超级智眼贰屉。未来的工业生产将以智眼为核心奉似贪,装备在千千万万匪体泵、形形色色的设备上栏瓦扳,指挥各种各样的手篮捕、脚峦鼻写、身体动作席傲,实现深度感知窜、智慧决策叉藉虚、自动执行碘违虑,成为智人突啼蹄。
  设想一下狡,在一个电子产品的生产车间宽,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辆,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筒,由于器件的尺寸和质量都减小了几百倍慕仁购,装配速度大幅提高陛,每秒钟可以完成上百次动作疏,生产效率提高了百倍纺。
  视觉系统实现多角度立体成像痪,大范围毫米级成像和超精密微米级成像相结合贾,整个系统同时获取的图像信息都可以实时处理秸辑京,并综合完成目标定位细妙,精确测量潭轻耙,发出精确动作指令泻。一旦某个产品的一个焊点出现问题了敢,比如合格焊接面积2微米屎铰晌,实际只达到了0.85微米奠,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汞,视觉系统立即导引检验机器人廉,剔除废品至分支工序进行修复癸飞擞。组装车间各个成像单元监控各种环境指标嘎既泵,并把全部图像数据和其他数据综合到中央信息服务器描。问题找到了蔬男潜,立即进行故障隐患排除粗,系统飞速运转如常丢。
  智能制造需要快速和精准的视觉成像浪,实现智能识别瘫、智能测量豁、智能检测和智能互联碍胎。
  智能识别是为下一步操作找到目标蕊捂,目标识别要从大量信息中找到关键特征掳翻菜,需要把海量信息快速收敛毖凛视,其智能程度要求高痊浦绞,准确度和可靠度是关键很蔷,这取决于智能测量的精准度嘶。在测量的基础上完成虾功。
  智能检测讼报,根据测量结果和目标之间的偏离度干,判断合格与否祈棋,但是检测往往不是单一指标的结果比较镁律,需要多信息多指标综合分析判断家繁。
  智能互联阂,或者说万物互联(工业物联网)肩删哺,是基于大数据而来的井申屉。数据互联就像人的大脑神经元鲁承闪,当信息和节点超过一定数量盎醋沤,就能产生自主学习没、自主创造能力枚。工业大数据很大一部分源于视觉成像顷琳,当图像的海量数据在多节点采集互联班,同时将人员桂散沦、设备挛、生产物资骄、环境司钉、工艺等数据互联教僻罗,就会衍生出深度学习负、智能优化涕恐鳞、智能预测等创新能力寄淑,显示出大数据和智能制造的真正威力辩撤啥。
  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弦:以蒸汽机为标志的机械化工业革命1.0许椿,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饯畴危,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蕉,不但解放了体力劳动场,还部分接管了脑力劳动诵猫闲,工业迈入少人化;工业4.0则是向两大方向深度推进外挂,产品端是定制化抱纺,制造端是智能化拌强葛、无人化和放。
  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星滔,或是工业无人化伟筏磺。
  真正的智能制造和工业无人化远远不止如此权遍酗。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汇剩、向产品加服务转型的探索发淳。通过智能化丝、无人化改造驰来,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喷。
  将传统工业生产与现代信息技术相结合的高级阶段锹,是在未来工厂中每个生产环节清晰可见坛痪捐、高度透明斯,整个车间悄然高效地运转的捶笑邪,工业机器人与其他自动化设备不仅彼此协作伸挥,还与遍布全球的员工屏涩、客户以及智能分析动态系统进行协作钡蛊。
  信息技术的改造已经实现了产品的智能制造瑟赡,更大的变化是生产组织方式导估盘:通过对客户历史采购量和中长期需求等数据进行分析竞挝舅,依据产出能力自主安排生产时间和数量袍峨位,客户经理室寥、操作工人以及原料供应商在同一条信息链上溪咯。
  未来的工厂即无人化的智能工厂蘑比,就是代表高效率的乐园祭饯陵:次品脑浚究、停机狡嘿、浪费和等待这些问题统统不复存在撵莫。工厂经理和CIO(首席数据官)们齐心协力点镣,确保数据和生产夸胜庭、IT和制造无缝结合起来啼,每个机器的每次转动酮、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哀冒掸,都一览无遗挥射。
  建立体系优势的塑趴,应对国际挑战
  工业无人化实质上是工业制造智能化凸、高端化的一个缩影闪,前提是工业自动化的持续跨越升级倍。迈入工业4.0凑辣,先要经历2.0胳楷疆、2.5还有3.0之路笑囱。其间要思考款,一个企业稗抱、一个团队掀搅卧,能否掌握信息革命的这些工具串龟变,能否攻克工业革命的堡垒?
  制造业经过智能化改造之后泰,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妈,向中间的技术工人越来越多的倒梯形转变灭。无人工厂也并非完全无人男丝,而是追求一种人与机器之间的有机互动与平衡湘。
  近些年来纳,国内劳动密集型的万人工厂越发逼近薄利甚至零利位。企业和政府往往基于成本压力爆充徊,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蔡。而真正应该深入思考的蒂,是如何利用智能装备来改变工艺生产流程垄,解决制造周期局痞、成本以及整个工艺流程的问题倍,让产品更有竞争力确歼醒,从而实现全体系的转型升级间糯。
  制造业的转型升级师,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袱,还有一个维度是全球化锣。
  宏观层面轿,政府正在推进走出去战略惰类邪,鼓励一些中国有优势的传统制造业刻淡钝,把产能向海外转移;微观层面炔,国内大型制造业企业高度强调要打造成国际化公司赦辜。
  可是信息化和工业化深度融合之后藉,必然会冲击国内企业的全球化思维糖纫陈。工业4.0模式基本上可以做到无人化思,工业无人化必将冲击全球制造业格局庙脾。不管在美国凭撼、欧洲干、中国或是东南亚核、南亚国家都是一样的盆汝,基于劳动力成本的差距消失了腿诉杭,整个世界的制造业格局将被改写和刷新肮仕。
  工业4.0或者中国制造2025堪块绍,都会带来一个新的刷屏时代蝎丁局。新形势下人滤骆,怎么促进全球化摊,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荣趴。机器换人推动产业创新升级郸、自动化进程覆,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渐妈斗、企业创业家肺恫平、产业资本家媚锯、应用先行者蕉浑掂、基地服务员和产业组织者六大人群的实际需求思继。整合资源铝嚼,在系统层次(系统框架碌苛、发展方向)上寻求创新突破耍。
  面向智能制造的产业升级不是某项单一技术疮、甚至某个产业的升级保盖竿,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潞寐。这个转型升级不是升级几条生产线体憨、或是新一代产品设计这么简单江。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八磨。而中国制造业未来的信息化且歇、无人化转型升级你,在于营造全链条生态环境和产业体系歌弊陪,建立体系优势肯岸戚,应对国际挑战磋蚕氯。

 

 
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