国家战略与企业实践下的制造业智能化发展趋势

来源:产业界  时间:2016-04-22 15:54:15
制造业智能化一方面推动智能装备等产业的升级发展、衍生可穿戴智能设备等新兴行业,另一反面,云计算、大数据等技术渗透到传统产业,给相关产业带来新的发展景象。

  智能制造已经成为制造业未来发展的全新驱动因素,世界主要工业国家都提出明确的政策支持体系来应对该轮制造业革新浪潮,并已经在智能制造领域积累了大量的发展经验。发达工业国家的先行经验表明,通过发展工业机器人、高端数控机床、柔性制造系统等现代装备制造业控制新的产业制高点,通过运用现代制造技术和制造系统装备传统产业来提高传统产业的生产效率,能够对制造业重塑和实体经济腾飞提供充分的可能性。

  随着新一代大数据、云计算、物联网、互联网新技术的突破,智能制造的概念进一步向系统化、集成化纵深发展,催生了精准制造方式等革新,目的在于以网络为手段实现对制造的全流程管控,特别是凸显工业物联网对传统制造方式的革命性意义。由德国提出的“工业4.0”即是智能制造在新的技术条件下的愿景。

  “工业4.0”目前即便在德国还处在初始发展阶段,其愿景的实现还存在诸多障碍,但是,这并不影响它进一步推动全球各国推进制造业智能化发展的热潮,并几乎完全取代了早先的数字化、信息化、网络化等制造业发展趋向的提法,被誉为开启了“第四次工业革命”。

  “工业4.0”项目主要分为两大主题,一是“智能工厂”,重点研究智能化生产系统及过程,以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”,主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D 技术在工业生产过程中的应用等。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。波士顿咨询公司认为,在工业4.0 带动的工业转型中,传感器、机器、工件和信息技术系统将在整条价值链上融合到一起。这种实体设备与互联网相互连接的制造系统能对数据进行收集分析,对错误进行预判,并能不断进行自我调整,从而适应不断变化的环境。工业4.0 技术将大大提升制造效率,推动经济转型,改进劳动力就业结构,并最终改变公司乃至国家之间的竞争格局。

  2015 年4 月, 波士顿咨询公司发布题为Industry 4.0: the future of productivity and growth in manufacturing industries 研究报告,报告中提出了工业4.0 的九大支撑技术,分别是:自动机器人、模拟技术、水平和垂直整合系统、工业物联网、网络安全、云计算、增材制造、现实增强技术、大数据分析技术。相应的,一个国家和地区在这九大技术领域的技术发展水平、创新实力以及实践应用强度的差异,将决定制造业的智能化发展水平的差异。

  为了量化世界范围内工业4.0 技术带来的影响,波士顿咨询公司以德国的制造业为研究对象,研究工业4.0 的影响力。研究发现,在未来5~10 年,越来越多的公司将采用工业4.0 技术。德国制造业的生产率提高将达到900 亿~1500 亿欧元。除生产资料以外的可变成本将降低15%~25%。工业部件制造企业将获得最大的生产效率提升(20%~30%),例如汽车制造企业生产率将提高10%~20%。

  与此同时,工业4.0 技术将助推企业收入增长。制造商对新型设备和数据应用的需求将大大增多,消费者对定制产品的需求也将增多。这将为德国每年新增300 亿欧元收入,大致等于德国GDP 的1%。

  而且,工业4.0 实施中采用大量工业机器人后不但不会增加失业率,还将改善就业,未来十年工业4.0技术将带动就业人数提高6%。在机械工程领域,就业人数提升的幅度更大,将达到10% 左右。企业需要的技能也将发生改变,短期内自动化技术的相关人才将替代技术含量低、重复性高的工作。同时,软件、互联网和数据分析方面的人才需求将越来越大。预计大规模采用工业4.0 技术将在未来十年带动2500 亿欧元的投资。

  而在美国,与德国的工业4.0 相似的概念是通用电气公司于2012 年提出的“工业互联网”,二者在本质上并无根本区别。在工业互联网的思维架构下,通用电气公司希望通过生产设备与信息技术相融合,促进高性能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合,大幅提高现有产业的效率并创造新产业。2013 年,通用电气宣布将在未来三年投入15 亿美元开发工业互联网。 随后通用电气、国际商业机器公司(IBM)、思科、英特尔和美国电话电报公司(AT&T)等行业龙头企业联手组建了工业互联网联盟(IIC),大力推广工业互联网,以期打破技术壁垒,通过促进物理世界和数字世界的融合。其目的旨在加快互联机器与设备的开发、采集和广泛使用,促进智能分析,并为工作者提供帮助。现在,工业互联网联盟成员已达167 家。

  虽然工业互联网不是美国的国家战略,但由于涉及美国信息产业以及制造业众多龙头企业,其战略目的是美国“再工业化”,其技术核心也是信息物理系统,与德国工业4.0 的战略目标、手段等几乎完全匹配。

  智能制造已经被普遍认为是此轮工业革命的核心动力,国外主要发达工业国家都已出台相应政策对智能制造发展积极筹划布局。表1.7 为世界主要国家推动智能制造发展的部分政策,相关政策举措的详细内容将在本章第四部分进行解读。

  其实,信息通信技术对制造业的先进化发展推进有路径可循,工业4.0、工业互联网、产业物联网、大数据分析都是信息通信技术自身进步和与制造业的融合深度加强的体现,上世纪中期开始,计算机集成制造、敏捷制造、虚拟制造等技术系统开始对制造业产生重大影响,其后,计算机辅助设计、计算机数控、计算机服务制造、计算机集成制造系统开始出现,直至虚拟制造和当前的智能制造,构成了信息通信技术与制造技术融合程度不断深化、强化的发展路径。

世界主要国家应对智能制造的政策计划

  小百科:

  数字化工厂:数字化工厂(digital factory)是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络,集成了产品、过程和工厂模型数据库,通过先进的可视化、仿真和文档管理,以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。

    智能工厂:智能工厂是在数字化工厂的基础上,利用物联网技术和监控技术等新兴技术加强生产管理,提高生产过程可控性、计划排程合理性,减少生产线人工干预,构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

    智能制造:智能制造本质是人机一体化。通过人与智能机器的合作,扩大、延伸和部分地取代技术专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化扩展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系统不只是人工智能系统,而是人机一体化智能系统,是混合智能。系统可独立承担分析、判断、决策等任务,突出人在制造系统中的核心地位,同时在智能机器配合下,更好发挥人的潜能。机器智能和人的智能真正地集成在一起,互相配合,相得益彰。

  制造业智能化一方面推动智能装备等产业的升级发展、衍生可穿戴智能设备等新兴行业,另一反面,云计算、大数据等技术渗透到传统产业,给相关产业带来新的发展景象。以大数据技术对传统船舶行业的改造为例:船舶行业是一个全球性且规模庞大的行业,联系着设计、制造和运输业等,与许多行业的大数据存在隐形关联。随着船舶设备逐步智能化,卫星定位技术和通信技术日渐成熟,对于营运船舶物理数据的测量已成为可能,航运业船岸信息一体化也成为现实。通过对营运船舶数据进行收集、统计分析以及价值挖掘,可以获得很多有价值的信息,如船舶的功率与航速、船舶能耗数据、风浪对船舶航速的影响、各种节能措施的效果、污底对功率的影响、航线航区的海况资料和各类设备运行状态等,不仅对航运业作用巨大,对于造船业也具有重要的价值。为此,欧洲已经发布了海上无人导航系统(MUNIN)项目,旨在发展新一代控制系统与通信技术,显示在港和离港船舶的状态。日本船舶技术研究协会正开展船舶“大数据路标”研究工作,大量搜集船舶的航行及其相关数据形成大数据,应用于船舶的节能航行、船型开发、装备远程维护等项目。

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