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智能制造配景下，装备制造业工业应怎样升级？

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Author:万志远，戈鹏（四川大学商学院）张晓林（中航成飞民用飞机有限责任公司）殷国富（四川大学制造科学与工Source:中国自动化网Link:http://www.ca800.com/news/d_1o0cfdrafa6b1.html

目今，我国装备制造业智能化保存缺乏焦点竞争力、标准化普及不敷、工业大数据应用价值未充分挖掘、以及智能制造相关现代服务业生长滞后等问题。本文针对性提出了四条建议。

1 小序

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）以新的数字信息手艺为基础，团结新的制造工艺和质料，贯串产品的设计、生产、治理、服务各个环节，是先进制造历程、系统与模式的总称，具有信息深度自感知、优化自决媾和精准控制自执行等功效。在智能制造历程中，使用多功效传感器和智能控制系统，装备可以举行自感知、自剖析、自决议等智能运动，镌汰装备响应问题的时间，实时反响并优化生产品流信息，提升企业生产效率。智能制造可分为三个条理：一是智能制造装备，智能制造离不开智能装备的支持，包括高级数控机床、配备新型传感器的智能机械人、智能化成套生产线等，以实现生产历程的自动化、智能化、高效化；二是智能制造系统，是一种由智能装备和人类专家团结物理信息手艺配合构建的智能生产系统，可以一直举行自我学习和优化，并随着手艺前进和工业实践动态生长；三是智能制造服务，与物联网相团结的智能制造历程涵盖产品设计、生产、治理、服务的全生命周期，可以凭证用户需求对产品举行定制化生产，最终形玉成生产服务生态链。智能制造企业对产品生产到谋划的全生命周期举行管控，通过融合生产工艺流程、供应链物流和企业谋划模式，有用串联营业与制造历程，最终使工厂在一个柔性、迅速、智能的制造情形中运行，大幅度优化了生产效率和稳固性。

随着互联网手艺、信息数字手艺的迅速前进，智能制造大规模推广成为可能。经由十多年的手艺积累，在21世纪的第二个十年，智能制造在全球规模内快速生长，制造业强国一直推出新行动，通过政府、行业组织、企业等协同推进智能制造生长，以提升工业制造实力，培育行业竞争优势。2011年美国实验“先进制造同伴妄想”战略，2013德国提出“工业4.0”妄想，2014年英国开展“高价值制造”战略，2015年日本公布“机械人新战略”，2016年欧盟公布“数字化欧洲工业妄想”。智能制造工业升级在天下规模内逐渐扩大兴起，我国的智能制造也应运而生。2015年5月，我国宣布《中国制造2025》文件，同样指出要以推进智能制造为制造业生长主攻偏向，构建以智能制造为重点的新型制造系统。这些战略说明智能制造已成为制造业主要生长趋势，增进新的生产治理方法、商业运营模式、工业生长形态的形成，将对全球工业的工业名堂带来重大的影响，进而引发第四次工业革命。

装备制造业是制造业的焦点和支柱，是社会经济生长的基础性工业，是各行业工业升级、手艺前进的基础条件。高度蓬勃的装备制造业是实现工业智能化的须要条件，也是一个国家的手艺水平和综合国力的集中体现。经由几十年的生长，中国装备制造业已形成门类齐全、工业规模重大的工业群，少数产品已抵达天下领先水平，取得了不错的效果，但仍需意识到我国古板装备制造业还面临高端焦点手艺依赖外洋入口、手艺立异系统不健全以及产品产能过剩等问题。

现在中国智能制造快速生长，为古板制造业的升级提供了优异契机。加速推进装备制造业智能化，建设完整的智能制造装备工业系统，是落实工业化和信息化深度融合战略的主要行动。以智能制造发动装备制造业智能化升级，再以装备制造业智能刷新推动智能制造在全行业普及，可以更好地告竣我国的制造强国梦。

2 智能制造生长的主要领域

剖析智能制造生长现状可知，智能制造的集成立异和应用树模主要聚焦感知、控制、决议、执行等焦点要害环节；通过推进产教研用团结立异，攻克要害手艺，提高质量和可靠性；通过集成开发一批重大成套装备，推进工程应用和工业化。以下六大领域是智能制造的重点研发偏向。

2.1 工业机械人

工业机械人（Industrial Robot）是一种集成盘算机手艺、制造手艺、自动控制手艺并配备传感器、人工智能系统的智能生产装备。其主体由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置组成，具有拟人化、自控制、可重复编程等特征。随着人工智能手艺、多功效传感手艺以及信息网络、传输和剖析手艺的迅速突破与提升，配备了传感器、机械视觉和智能控制系统的工业机械人逐渐泛起出智能化、服务化、标准化的生长趋势。智能化使工业机械人可以凭证对情形转变的感知，通过物联网，在机械装备之间、人机之间举行交互，并对情形自主作出判断、决议，从而镌汰生产历程对人的依赖；服务化要求未来的机械人团结互联网，在离线的基础上，实现在线的自动服务；标准化是指机工业器人的种种组件和构件实现�？榛⑼ㄓ没�，使工业机械人使用越发轻盈，并降低制造本钱。

2.2.智能数控机床

智能数控机床是数控机床的高级形态，融合了先进制造手艺、信息手艺和智能手艺，具有自主学习能力，可以预估自身的加工能力，使用历史数据估算装备零件的使用寿命；能够感知自身的加工状态，监视、诊断并修正误差；对所加工工件的质量举行智能化评估；通过种种功效�？�，实现多种加工工艺，提高加工效能和控制度。其生长呈智能化、多功效化、控制系统小型化趋势。

2.3 3D打�。ㄔ霾闹圃欤�

3D打印手艺以数字模子文件为基础，应用可粘合质料，通过一连的物理层叠加，逐层增添质料来天生三维实体，因而又被称为增材制造（Additive Manufacturing，AM），是融合了数字建模手艺、机电控制手艺、信息手艺、质料科学与化学等诸多方面的前沿性、知识综合性应用手艺，可对个性化、小批量产品举行很好的本钱控制，预计未来将会更多地应用在生物医疗、航空航天、军工等小批量个性化需求的领域。别的，为了节约支持质料带来的打印本钱，未来3D打印将向着无支持化研究生长，例如现在已经较为成熟的悬浮3D打印和高速激光烧结（HSS）。

2.4 智能传感器

智能传感器（Intelligent Sensor）是一种将待感知、待控制的参数目化并集成应用于工业网络的新型传感器，具有高性能、高可靠性、多功效等特征，带有微处置惩罚机系统，具有信息感知收罗、诊断处置惩罚、交流的能力，是传感器集成化与微处置惩罚机相团结的产品。未来的智能传感器将更多地团结微处置惩罚器和新型工艺质料，如外貌硅微机械加工以及用来形成三维微机械结构的微立体光刻新手艺，提升传感器的精度，增添传感器情形顺应性；同时，和IoT、互联网团结，实现网络化，可实时收罗和转达数据；除了工业制造，还能被普遍应用于生涯服务中。

2.5 智能物流仓储

在工业4.0的智能工厂框架中，智能物流仓储位于后端，是毗连制造端和客户端的焦点环节，由硬件（智能物流仓储装备）和软件（智能物流仓储系统）两部分组成。其中，硬件主要包括自动化立体客栈、多层穿梭车、巷道堆垛机、自动分拣机、自动指导搬运车(AGV)等；软件凭证现实营业需求对企业的职员、物料、信息举行协调理理，并将信息联入工业物联网，使整体生产高效运转。智能物流仓储在镌汰人力本钱消耗和空间占用、大幅提高治理效率等方面具有优势，是降低企业仓储物流本钱的最终解决计划。无人化是智能物流仓储主要的生长趋势，搬运装备凭证系统给出的网络指令，准确定位并抓取货物搬运至指定位置，常见的轨道AGV在未来将会被无轨搬运机械人取代。

2.6 智能检测与装配装备

随着智能传感器的一直生长，种种算法一直优化，智能检测和装配手艺在航空航天、汽车零部件、半导体电子医药医疗等众多领域都获得了普遍应用�；诨凳泳醯亩喙πе悄茏远觳庾氨缚梢宰既菲饰瞿康奈锾灞４娴闹种秩毕莺丸Υ�，确定目的物体的形状尺寸和准确位置，举行自动化检测、装配，实现产品质量的有用稳固控制，增添生产的柔性、可靠性，提高产品的生产效率。数字化智能装配系统可以凭证产品的结构特点和加工工艺以及供货周期举行全局妄想，最大限度地提高装配装备的使用率。除了在航空航天、汽车领域的应用，智能检测和装配装备在农产品分选和环保领域领域将有很大的潜力。

3 海内外生长现状和形势

3.1 制造业强国生长状态

20世纪80年月，工业蓬勃国家已最先对智能制造举行研究，并逐步提出智能制造系统和相关智能手艺。进入21世纪，网络信息手艺迅速生长，实现智能制造的条件逐渐成熟。在国际金融�；�，虚拟经济泛起泡沫，古板制造业强国最先将重心转回实体制造，公布了一系列生长智能制造的国家战略（表1），期望以生长制造业刺激海内经济增添，牢靠大国职位。

1）美国：先进制造业同伴妄想，重塑工业竞争力

美国通过先进制造业同伴妄想重新妄想了本国的制造业生长战略，投入凌驾20亿美元研究先进工业质料、立异制造工艺和基于移动互联网手艺的第三代工业机械人，希望通过生长先进制造业，实现制造业的智能化升级，坚持美国制造业价值链上的高端位置和制造手艺的全球领先职位。美国智能制造现阶段重点研究领域及内容：

智能机械人：团结互联网手艺，增添机械人的交互能力；

物联网：将传感器和通讯装备嵌入到机械和生产线中；

大数据和数据剖析：开发可解读并剖析大宗数据的软件和系统；

信息物理系统和系统集成：开发大规模生产系统，实现高效无邪的实时控制和定制；

可一连制造：通过绿色设计，使用环保质料，优化生产工艺，开发可提高资源使用率、镌汰情形有害物质排放的生产系统；

增材制造：将3D打印手艺应用于部件和产品制造，镌汰产品开发和制造的时间与本钱。

2）欧盟：数字化欧洲工业妄想，推进工业数字化历程

随着智能制造的兴起，欧洲各国都提出了响应的战略妄想。欧盟在整合各国战略的基础上，提出数字化欧洲工业妄想，用于推进欧洲工业的数字化历程。妄想主要通过物联网（IoT，Internet of Things）、大数据（Big Data）和人工智能（AI，Artificial Intelligence）三大手艺来增强欧洲工业的智能化水平；将5G、云盘算、物联网、数据手艺和网络清静等五个方面的标准化作为生长重点之一，以增强各国战略妄想之间的协同性；同时，投资5亿欧元打造数字化区域网络，鼎力大举生长区域性的数字立异中心，实验大型的物联网和先进制造试点项目，期望使用云盘算和大数据手艺把高性能盘算和量子盘算有用团结起来，以提升大数据在工业智能化方面的竞争力。

3）德国：工业4.0，构建智能生产系统

2013年，德国正式宣布《包管德国制造业的未来：关于实验“工业4.0”战略的建议》，并将工业4.0上升为国家级战略，期望做第四次工业革命的向导者，获得各界的支持。该妄想是一项全新的制造业提升妄想，其模式是通过工业网络、多功效传感器以及信息集成手艺，将漫衍式、组合式的工业制造单位�？楣菇ǔ啥喙πА⒅悄芑母呷嵝怨ひ抵圃煜低�；将在生产装备、零部件、原质料上装载可交互智能终端，借助物联网实现信息交互，实时互动，使机械能够自决议，并对生产举行个性化控制；同时，新型智能工厂可使用智能物流治理系统和社交网络，整合物流资源信息，实现物料信息快速匹配，改变古板生产制造中人机料之间的被动控制关系，提高生产效率。

4）日本：立异工业妄想，牢靠自动化生产强国位置

日本提出立异工业妄想，鼎力大举生长网络信息手艺，以信息手艺推动制造业生长。通过加速生长协同机械人、多功效电子装备、嵌入式系统、智能机床和物联网等手艺，打造先进的无人化智能工厂，提升国际竞争力。制造业工厂十分注重自动化、信息化与古板制造业的融合生长，已经普遍普及了工业机械人，通过信息手艺与智能装备的团结、机械装备之间的信息高效交互，形成新型智能控制系统，大大提高生产效率和稳固性。2016年，日本宣布工业价值链妄想，提出“互联工厂”的看法，团结100多家企业配合建设日本智能制造团结体。同时，以中小型工业制企业为突破口，探索企业相互相助的方法，并将物联网引入实验室，加大工业与其他各领域的融合立异。

3.2 海内生长状态

我国对智能制造的研究最先于20世纪80年月，已取得了一些效果，但研究规模一直较小，没有形成完整的研究系统。新世纪金融�；⒑�，各国经济衰退，引发了各国政府对制造业的重新关注，我国政府及企业也逐渐加大了对智能制造的关注和投入。从最最先的《智能制造装备工业“十二五”生长妄想》到2015年《中国制造2025》的正式宣布，国家生长智能制造工业的政策逐步完善。这些政策都以生长先进制造业为焦点目的，旨在提升制造业的焦点手艺，逐步告竣我国的制造强国梦�？焖偕さ耐缧畔⑹忠蘸拖冉圃焓忠瘴平夜悄苤圃焐ぬ峁┝擞乓斓奶跫�，提高了我国的制造业智能化水平。我国自主研发的多功效传感器、智能控制系统已逐步抵达天下先进水平。工业机械人、智能数控机床和自动化成套生产线等智能装备制造手艺也取得了较大前进，并逐步形成了完整的智能装备工业系统。智能制造装备和先进工艺手艺在重点行业一直普及，离散型制造行业的智能装备应用、流程型制造行业的工艺流程控制和制造执行系统使制造企业生产效率大幅提高。通过在代表性制造企业推行智能制造手艺和装备，逐渐形成了一些可复制推广的智能制造应用模式，为以后深入推进智能制造涤讪了一定的基础。

我国装备制造业是新中国建设后才最先起步的，经由刷新开放四十年来的帮助与生长，其工业系统和相关工业链逐渐完善，取得了许多优异效果，从之前的低端制造业逐步向中高端拓展，在规模和水平上都有了长足的前进，现在已生长成为结构系统完整、具有较高水平、具备国际竞争力的国民支柱性工业，为我国工业、经济和国防建设做出了十分主要的孝顺。

到2015年，我国拥有39个工业大类、191其中类、5个小类，成为全天下唯一拥有团结国工业分类中所有工业类的国家。随着国家对高端装备制造业越来越重视，在国家政策的鼎力大举帮助下，智能制造装备行业生长迅速，已逐渐形陋习模。整体上来说，我国对装备制造业的投资呈逐年增添趋势，这在很洪流平上得利于政府为吸引投资支付的起劲和其提供的有利政策情形。从2010年到2016年，中国智能制造装备工业值由缺乏4000亿元到凌驾1.2万亿元，体现了我国智能制造装备工业重大的生长潜力。与此同时，海内大规模的基础设施建设以及市场规模的扩大，也使得相关装备制造业企业迎来较好的生长远景，为国家推动古板行业智能化转型升级提供了优异的基础条件和情形优势。凭证国家工信部数据，2017年天下规模以上工业企业利润增添21%，增添值同比上升12.5%，装备制造业增添值11.3%，高手艺增添值同比上升13.4%，工业机械人产量增添68.1%，集成电路产量增添23.8%。

从总体上讲，我国装备制造业生长显着加速，形成了具备较好物质手艺基础的自力工业系统，重大手艺装备自主化水平显著提高，国际竞争力进一步提升。虽然取得了一些研究效果，可是凭证海内装备制造业智能化的现实应用情形来看，智能化只是解决了制造效率低和精度低的问题，没有抵达智能制造应用的设计水平。产品在市场上的竞争力偏弱，市场供求关系仍保存较大误差。与装备制造业强国相比，我国装备制造业综合竞争力依旧较弱。在智能化历程中，保存缺乏焦点手艺自主立异能力、标准系统不敷完善、软件与信息手艺生长较弱、缺少行业优异企业向导和相关先进制造服务业支持等问题。因此，我国的装备制造业智能化生长要从现实国情出发，借鉴外洋生长的优异履历，妄想生长的恒久蹊径，捉住全球制造业重新结构的战略机缘，总结出适合中国的生长蹊径。

4 我国装备制造业智能化生长需要解决的问题

通过对我国装备制造业智能化要害手艺装备、焦点支持软件、工业互联网等方面的剖析，对工业强国的比照，以及对六大重点研发领域的展望，针对我国装备制造业生长智能化可总结出以下四点问题。

4.1自主立异能力不强，焦点手艺对外依存度较高

现在，我国制造业整体立异能力不强，装备制造业的产品和焦点手艺在国际上缺乏竞争力。在智能化历程中，需要大幅度依赖外洋的先进制造装备、要害零部件和要害质料等。同时，在智能控制手艺、在线剖析手艺、智能化嵌入式软件，高速细密轴承等先进手艺方面自给率低，对外依赖度高。别的，国产智能装备的性能和稳固性难以知足装备制造业智能化生长的需求，约90%的工业机械人，70%的汽车制造要害装备，40%的大型石化妆备、核电等重大工程的自动化成套控制系统、大功率变频手艺严重依赖入口。这些焦点手艺及装备的缺失，增添了建设本钱，加大了我国推行智能装备制造的难度。

4.2 智能装备制造标准化普及不敷，企业建设没有统一标准

装备制造业智能化历程中所需的种种信息集成软件、装备要害部件接口、信息网络端口等，都需要统一毗连标准，以实现网络间信息的顺遂对接。而中国企业大多注重生长手艺，忽略了装备和手艺治理的标准化。由于厂商差别，海内大部分古板制造业的自动化系统手艺参数缺乏统一标准，导致网络之间、装备之间保存严重的异质异构问题。只管智能制造的生长带来了新的生产模式，企业对智能制造的生产组织方法和商业运营模式却没有统一的治理标准。2015年，工业和信息化部、国家标准化治理委员公布了智能制造相关标准建设指南，但由于我国制造业的生长不平衡，标准化普及做得并欠好，依然会泛起标准缺失、滞后以及交织重复等问题。

4.3工业大数据应用价值未充分挖掘

在装备制造业智能化的历程中会爆发大宗数据，企业通过对这些数据举行剖析，充分挖掘工业大数据的价值，可优化企业生产、服务和商业模式，为企业智能化提供主要驱动力。工业大数据的剖析应用已被各国重视，德国工业4.0战略信息互联手艺重点研究大数据剖析和工业数据交流，欧盟数字化欧洲工业妄想也花巨资打造了数字立异中心，以提升工业大数据在工业智能化中的应用。但这些数据由传感器、物联装备、生产谋划营业数据、外部互联网数据组成，数目重大、泉源疏散又名堂多样，很难获得有用使用。而我国对工业大数据的应用才刚起步，保存焦点手艺系统不完善、数据整合缺乏统一标准、专业数据服务匮乏等问题。

4.4 智能装备制造相关的现代服务业生长滞后

优异的现代服务业是制造业智能化生长的主要驱动，具备完整系统的先进制造服务业对制造业的升级生长有极为重大的作用。智能装备制造实验历程中，智能流程设计、智能监控手艺、智能信息集成治理软件等都需要相关现代服务业的支持。而海内在先进生产性服务业的附加值和手艺水平方面，与工业蓬勃国家相比还保存一定差别。主要体现在以下几个方面：一是智能制造服务业市场没有完全翻开，相关政策系统不敷完善，市场化水平低；二是相比于制造服务业，古板服务业占比过大，保存供应过剩情形，而先进生产性服务工业比例偏小，又保存严重供应缺乏的问题；三是智能制造专业人才培训服务系统生长滞后，相关先进制造服务业人才缺乏，无法知足智能制造手艺性人才需求。

5 对我国装备制造业推行智能化的建议

5.1 深入产教研团结，搭建立异研究基地

面临当今科技革命和工业革命的挑战和机缘，制造业的工业升级生长应该坚持基础强化、立异驱动的理念。同时，为了应对智能制造生长大趋势，必需自动调解转变相关教研系统。企业有资金和实践平台，学校有人才和研究手艺，二者应施展各自优势举行相助。学校凭证工业生长的要求，科学设置课程和实践，以现实应用为导向，着力作育立异型人才。然后将手艺和人才带到企业，将研究应用到实地，进一步施展人才和手艺的作用，逐步构建完善的立异研究基地，着力生长自主立异手艺，越发有力地推动科技立异和工业升级。为切实验展引领和刊行动用，高等院校需面向经济社会生长需求，深入推进产教融合，鼎力大举作育智能装备制造领域急需的高条理复合型应用人才，加大研究，提升产品和手艺的焦点竞争力，增进智能制造的生长。

5.2 鼎力大举推行智能装备制造相关手艺与治理的标准化

推行装备制造业智能化，标准要先行。智能装备制造深度融合并集成了信息手艺和先进制造，具有较强综合性，是一种新的生产组织方法和商业模式。成系统地推进装备制造业智能化标准制订、提升标准，对工业生态系统升级的整体支持和引领作用十分须要。政府在行业标准的推行历程中，应该凭证现实生长情形，掌握建设的总体要求、建设思绪、建设内容和组织实验方法，从生命周期、系统层级、智能功效等多个维度去构建参考模子和系统框架。从产教研三方角度配合为行业生长需要的要害元器件、系统软件端口等主要手艺制订标准。由政府主导，逐步强制推行，应用于工业生态链的各个阶段，以打造完善的智能化综合标准手艺系统，并充分验展标准化的基础性和指导性作用，指导目今和未来一段时间内智能装备制造标准化事情。

5.3 建设数字服务中心，增强工业大数据应用

增强工业大数据应用，可以从两个方面举行。一是由国家团结高校出资建设数字服务中心：首先提升对工业大数据基础的运算能力，然后对嵌入式数据库、关系型数据库、种种工业数据应用软件、数据集成平台举行深入研究；同时，对工业生产中产品设计、制造、物流、销售、售后服务等全生命周期的大数据应用举行标准妄想，从手艺、清静和治理等多个维度梳理大数据应用标准，使工业大数据标准系统一直健全完善。二是将现实应用与推广团结：完成标准建设之后，融合云盘算、物联网、移动互联网手艺，由国家主导构建工业大数据共享平台，指导企业举行大数据应用，并针对重点领域，开展大数据标准验证，作育树模型企业，引领更多领域企业，推动生长工业大数据和古板工业协同生长的新模式，使工业大数据更高效地为装备制造业智能化施展价值。

5.4 生长现代智能装备制造服务业

随着智能制造的进一步推广，装备制造业智能化升级对先进制造服务业的需求越来越大。智能装备制造服务业在现代服务业的比重越来越高，在蓬勃国家占比高达70%，我国也应该重视相关高端服务业的生长，增添服务业对智能制造的支持。针对我国智能装备制造服务业生长滞后问题，可以从下面三个偏向开展事情：一是打造智能生产网络平台，增进企业之间的信息资源共享及生产设置优化。对智能装备制造服务业的生长给予适当的政策优惠，吸引更多企业加入，扩大相关现代服务业市场，为先进制造服务业提供优异的生长空间。二是建设先进制造服务业生态园，勉励、指导各方面社会资金投入，生长一批智能制造相关服务治理企业，为装备制造业智能化手艺和系统研发提供完善的支持系统，同时做好生态园高端制造服务业科技知识效果的转化服务。三是构建相关高端立异人才的作育和培训服务系统，制订政策勉励相关人才作育，做好先进制造服务业的专业性人才运送。

（转载自中国自动化网）

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