我们和西方相比差距巨大,换句话说:如果把智能制造比喻为一次马拉松赛跑的话,中国制造作为其中一名运动员,正在热身,尚未上场。
智能制造是国际公认的实现工业体系转型升级的新一代工业技术,能够从根本上提升我国复杂产品的创新能力和研制水平,因此正确理解、全面认识智能制造,对我国制造业乃至国民经济的发展具有极其重大的现实意义和历史意义。
在过去很长一段时间里,许多人错误地认为智能制造就是自动化的生产方式。认为机器人换人、无人工厂、黑灯工厂就是智能制造的“代表”。实际上,这是对智能制造非常片面的认知:机器人换人,解决的是生产现场的手工劳动问题;无人工厂、黑灯工厂解决的是生产线的人工控制问题。类似的,无人仓储、无人物流也不能代表智能制造。
一、从源头讲起,什么是智能制造
要正确理解智能制造,首先必须理解什么是“制造”。制造,包含了“制”与“造”两层含义。“造”相对比较简单,就是生产。但制造不仅是生产,首先“制”在英文中有“系统”的含义,在中文释义中,也包含有制度、方法、标准和规范等意思。由于“制”的含义非常广泛,宏观的“制造”包括产品策划、方案设计、产品设计、工艺设计、生产过程、生产交付、运行、维护维修、管理、决策等重要环节和复杂管理体系。
智能制造是将人类长年累月积累的制造经验编制为软件,将原来由人执行的任务转为由计算机来执行。因此,智能制造就包含了产品研发、产品设计、工艺设计、生产过程管理、批生产交付、运行维护、大修维修等,当然它还涉及复杂的管理体系。所以说,即便是在全自动化车间、无人工厂、黑灯工厂中,生产线、物流配送全由机器人负责,甚至库房也实现了全自动化,依旧不能算智能制造。
智能制造的本质,简单来说可以归纳为三句话,第一,软件化的工业技术;第二,软件定义的生产关系;第三,生产关系的优化和重构。简而言之:用软件控制数据的自动流动,解决复杂产品的不确定性,这就是智能制造。
二、智能制造的“天时地利人和”
1.智能制造发展趋势
在BCG未来蓝图工厂的报告中得知,制造商通过使用新的数字技术,已将精益管理提升到了新的高度,释放出了它的全部潜力。我们的调查结果表明,优化工厂流程在未来将会变得更加重要。在汽车行业受访者中,有97%称精益管理将在2030年变得更为重要,而70%称其现在已非常重要。在精益管理中,数字技术能够提升的两个关键要素是以客户为中心和持续改进。在《Gartner十大技术趋势报告》中预测, 到2024年,至少有50%的企业应用程序将启用物联网;到2023年,至少有35%的中型到大型企业将利用混合云到边缘计算部署模型来实现至少一个物联网项目;到2022年,将在数据中心或云之外创建和处理超过50%的企业生成数据;到2023年,25%的现场工业资产将通过使用物联网技术实现产品闭环管理。
2.国家政策的支持
2022年是“中国制造2025”战略实施的倒数第三个年头,智能制造作为国家战略级别的任务和工程,智能制造相关的政策扶持或利好消息不断出现。早在2016年八部委联合印发《关于金融支持工业稳增长调结构增效益的若干意见》,加大资本市场、保险市场对工业企业的支持力度;近年《智能制造工程》等《中国制造2025》子工程也将逐步出台。推动智能制造是解决中国制造业由大变强的根本路径。各个省份纷纷出台方案,对接落实“中国制造2025”,打造智能制造特色省。
3.制造业服务化转型升级的需求
制造企业服务化在全球范围内兴起,过去30年,全球经济逐渐由产品经济向服务经济转变。到20世纪后期,经济活动已由以制造为中心渐变为以创新与服务为中心,制造企业的竞争优势也不仅仅停留在产品本身,而是通过提供服务来增加其核心产品的价值,制造企业服务化在全球范围内兴起。随着制造业的日益成熟和消费者需求的升级,全球经济逐渐由产品经济向服务经济转变,服务业与制造业的界限也日益模糊,制造业的比重呈下降趋势,而服务业的比重则不断提高。同时,《中国制造2025》提出,要积极发展服务型制造和生产性服务业。加快制造与服务的协同发展,推动商业模式创新和业态创新,促进生产型制造向服务型制造转变。大力发展与制造业紧密相关的生产性服务业,推动服务功能区和服务平台建设,而这些都需要数字智能的参与。
4.新技术融合时代的来临
随着新一代信息技术与制造业的深度融合,许多国家、许多企业都意识到工业互联网是未来工业的顶级生态系统,将对未来工业发展产生全方位、深层次、革命性影响。未来的工业互联网平台通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系,打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施,既包括生产设备、生产材料、生产产品等硬件领域,也包括各种管理软件、数据和服务领域,通过5G等新一代信息技术与制造业深度融合将形成智能化发展的新兴业态和应用模式。
在大数据、物联网、人工智能、区块链、虚拟现实等数字新技术融合的背景下,智能制造迎来了跨越性的发展。未来的工业互联网平台,既包括生产设备、生产材料、生产产品等硬件领域,也包括各种管理软件、数据和服务领域。信息通信技术与制造业深度融合,工业生产向数字化转型升级的趋势愈发明显,数字化的知识和信息数据已成为关键生产要素。
三、智能制造的‘高屋建瓴’
工业数字化转型呈现两种趋势,向工业互联网和智能制造开始转型。中国工业正进入转型升级、高质量发展的重要时期,作为工业之主体,制造业正处于前所未有的重大变革中。信息社会制造业地位如何,智能时代制造业如何发展,工业互联网如何与制造业融合,一系列复杂问题急待求解。有必要从制造业发展、制造系统演进,到数字化转型以及工业互联网来梳理发展和演化的脉络。
制造企业向智能制造转变是应对重大变革的唯一正确选择。大多数制造企业尚处于转型的前夜或初期,少数企业已开始数字化转型。在各方倡导推动下,工业互联网风起云涌,高潮迭起,一时成为各地各行业的热点重点,亦成为制造企业拥抱的对象。与此相伴,大数据、云计算、物联网、区块链、人工智能、边缘计算等新技术纷至沓来,目不暇接。公有云、私有云、云制造、雾计算等新词层出不穷,真让企业尤其是中小企业,感到云里雾里,摸不着头脑。
工业互联网,顾名思义,应是围绕工业、服务工业、提升工业。我国工业正面临转型升级、高质量发展的重要时期。作为工业之主体,制造业正处于前所未有的重大变革中。转型升级、高质量发展,异常紧迫地提到日程上来。如此多的新技术密集地“+”到制造业领域,制造业有些不知所措。制造业将被重新定义,如制造业将服务化为服务业、制造业将被平台经济覆盖,种种提法,引发人们的困惑与思考。信息社会制造业的地位如何,智能时代制造业如何发展,工业互联网如何与制造业融合,一系列复杂问题急待求解。为此,有必要从制造业的发展、制造系统演进到数字化转型以及工业互联网来梳理发展和演化的脉络。
我国制造业在实施制造强国战略的第一个十年中,以两化融合为主线、以智能制造为主攻方向。之所以做出这种战略选择,是基于对全球制造业发展格局重大变化的把握,是基于对如何提升我国制造业的思考,是基于对有效解决效益效率、质量品种、资源消耗、环境影响等突出问题的权衡。早期的制造业两化融合,就是力图解决这些问题。
四、智能制造的‘情景超市’
智能制造的情况应用大致可以分为如下:端到端高效协同、智能排产与调度优化、智能分析及预警、数字化物料拉动、创新应用服务化、设备健康智能管理、生产持续性保障、资源全什么周期数字化管理、室内定位及智能追溯等。
例如化工企业安全生产AI智能视频分析预警系统。化工行业安全生产形势严峻,有着种类繁多的特殊原料和复杂的工艺流程,导致化工企业事故频发,对安全生产监控、应急管控要求高。安装传统监控系统只能记录,人力筛查出错率高,人工成本大,监管效率低管理延迟的现状,针对化工企业和园区的安全生产问题,运城市保安公司提供算法算力平台一体化的智慧化工解决方案,采用AI视频智能分析技术,支持人员行为、环境风险、安全着装、物体状态的实时智能监测报警,可实现对企业的安全隐患及违规操作自动识别,能够及时告警,提高企业的管理成效,降低管理成本,助力化工行业实现安全生产管理智慧化工地建设。
在智能排产与调度优化中,制造执行系统(ManufacturingExecution System,MES)作为面向车间生产的管理信息系统,在企业计划管理层(ERP)和车间控制底层(FCS)之间架起了一座桥梁,MES直接关系着企业的生产、经营和管理效率,而车间调度又是MES中的重要模块,有效的调度方案能最大限度的降低生产成本、提高企业的信誉,从而增强企业的竞争力。因此,研究MES中的车间调度系统有着重要的意义,而目前的在国内外对于车间调度算法的研究也是热点,智能优化算法就是其中之一,将智能优化算法融入车间调度系统是目前作业调度方面的一个重要趋势,即车间调度智能化。所以,在车间调度方法的基础上研究智能车间调度系统是必要的,也是必然的。
五、驱动“智能制造”的大象
全球制造业迎来了以数字化网络化智能化为发展方向的深刻变革,以新一代信息技术与先进制造技术深度融合为基本特征的智能制造,已成为这次新工业革命的核心驱动力。我国是制造大国,我国制造业正处于创新升级的重要历史关头,抓牢全球制造业变革带来的历史机遇,主动融入新一轮科技革命和产业变革,加快发展智能制造,是由大变强、全面创新升级的必由之路。
智能制造是我国制造业实现创新发展的内在需求,当前,我国经济已由高速增长阶段迈入高质量发展阶段,社会发展的主要矛盾发生深刻变化,我国制造业面临的需求和环境也出现了深刻改变。整体来看,我国制造已经从总体供给不足过渡到有效供给不足,现有制造产品和服务已不能适应消费结构升级的需要。我国制造业的技术创新能力、资源利用效率、质量效益水平等与世界制造强国尚有不小差距,整体处于全球价值链中低端水平的格局尚未得到根本性改变。我国制造业面临着全面转型升级、全面创新发展、高质量发展的迫切需求。
我国制造业要实现转型升级、创新发展,根本出路在于进一步深化制造业供给侧结构性变革,依靠技术进步满足广大企业创新和转型升级的迫切需求,尤其要加快发展智能制造,推动制造业数字化网络化智能化的发展步伐,实施制造企业数字化转型;提升制造业的整体技术水平和运营水平,优化制造产品品质和服务质量,提高制造业劳动生产率和经济效益,改变传统制造业的技术模式、生产方式、运营模式,使制造供给体系更好适应消费体系、市场环境的变化,带动制造业实现质量变革、效率变革、动力变革。
以大数据、工业互联网、人工智能(AI)等为代表的新一代信息技术迅猛发展,相关群体性技术突破不断涌现,特别是新一代AI技术、先进制造技术深度融合形成的新一代智能制造技术,已经成为推动新一轮工业革命的核心驱动力。世界各国广泛关注这场以智能制造为核心的制造业变革,工业强国普遍将智能制造作为推动制造业创新发展、巩固并重塑制造业竞争优势的战略选择。发展智能制造业已成为提升国家竞争力、赢得未来竞争优势的关键举措。
全球新一轮科技革命和产业变革,为我国制造业的全面创新升级带来了新的历史机遇。我国在制造领域、现代信息技术领域都建立了规模庞大、门类齐全的产业体系,形成了结构完整、配套健全的供应链网络。作为工业制造与信息技术融合发展的交汇点,智能制造引领和推动新一轮工业革命,将进一步促进我国新一代信息技术、先进制造技术的深入融合,助推传统产业实施技术优化升级,支持新兴产业培育和发展,带动新技术、新产品、新装备发展,催生新的经济增长点,推动制造业迈入数字化网络化智能化阶段,促成我国制造业的历史性重大变革。
结语:
进入“十三五”时期以来,我国以智能制造为主攻方向推动制造业创新发展转型升级,取得了良好效果;新形势下,我国智能制造的发展要久久为功,坚定不移地推进下去。我国智能制造的应用推广将进一步提速,加快推动智能制造,以数字化、网络化、智能化升级为抓手,分行业、分区域差异化实施;结合行业特色,聚焦研发、生产、运维等关键环节开展智能制造;加快第五代移动通信、大数据、AI等新一代信息技术与制造业深度融合,注重产品创新、生产创新、模式创新、制造系统集成创新,提升制造业整体的智能制造水平,提高质量效益,向产业链高端发展。