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ob体育智能创制的内在和主题症结

  智能制造概念是一个动态发展的过程,内涵不断在丰富和升华。早在1988年,美国人赖特和伯恩首先提出了智能制造概念,并对智能制造做了定义,即智能制造是指通过集成知识工程、制造软件系统、视觉和机器人控制来对制造技工们的技能与专家知识进行建模,以使智能机器能够在没有人工干预的情况下进行小批量生产。早期的智能制造是基于数字技术和智能装备的智能制造,亦称数字化制造。

  随着物联网的迅猛发展,智能制造进入“互联网+制造”阶段。比较有代表性的就是2013年德国提出的“工业4.0”战略,本质是通过建立具有适应性、资源效率和基因工程学的智能工厂,实现智能生产,其物质技术基础是物联网+赛博物理系统(IoT&CPS)。互联网+制造是基于网络和数据的智能制造,亦称数字化网络化制造。

  近年来,以人工智能为代表的新兴科技快速发展,大大拓展了时间、空间和人们的认知范围,人类正在进入一个人机物三元融合的万物智能互联时代。人机物三元世界是指人类社会、赛博空间和物理世界,赛博空间是利用数字孪生、人工智能技术构建的一个虚拟空间,是物理世界的数字孪生模型,它跟物理世界精准映射,融合共生。人工智能已经不只是一种发展趋势,而是已经开始与制造业深度融合,开启了工业人工智能时代。智能制造开始进入新的发展阶段。

  工业人工智能时代,智能制造被赋予了新的内涵:智能制造是基于数字技术与工业知识和智能装备深度“融合”,以赛博物理系统为物质技术基础,贯穿产品全生命周期各个环节,具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。ob体育“融合”的先决条件是利用人工智能等技术构建赛博空间(数字孪生模型)。现代智能制造是基于现代人工智能的智能制造,亦称数字化网络化智能化制造。

  综上,智能制造包括数字化制造、网络化制造和智能化制造三个发展阶段。智能制造的发展都有阶段性,这三个发展阶段不是截然分离的,后一个阶段对前一个阶段有继承性,前一个阶段在后一个阶段会继续演进,智能制造的发展又有相容性。

  目前,智能制造正在全球范围内全面推进,总体上已处于数字化制造普及、网络化制造推广、智能化制造示范阶段,也就是说这三个发展阶段又是并行推进的,从应用层面讲,我国已经赶上了全球发展的步伐。

  大家都说数字技术是智能制造的使能技术,但它只是一种工具,就像当年的蒸汽机,本身不是生产力,它的价值在于人将其融入到制造业场景,融入过程中必然会遭遇诸多的问题,比如,数学模型如何建立?数据从哪里来?数据又该怎样分析?解决这些问题需要靠制造知识,不掌握核心技术,不懂得制造机理,不了解工艺特点,就无法构建智能制造系统,而且制造知识在不断地生成和积累,新制造知识的应用不断推动生产方式创新与变革。

  智能制造的基石是精益生产。精益生产是一种能够快速响应客户需求变化,生产过程中一切无用和多余的东西都被精简的生产体系和管理方式。对于智能制造而言,精益生产是推行智能制造必须经历的变革过程。

  狭义上讲,智能制造的本质是通过建立智能工厂实现智能生产。智能工厂是智能制造系统的基本载体,是智能制造的精髓,智能生产是智能制造的核心环节。

  智能工厂由物理实体工厂、虚拟制造平台和智能决策系统组成。物理实体工厂为制造过程提供智能化的硬件基础设施和制造资源;虚拟制造平台是基于这些制造资源和制造过程的数字孪生模型;智能决策系统既可以在虚拟制造中对制造过程进行迭代优化,也可以在实际制造中实时监控和调整制造过程。

  智能制造系统的物质技术基础是赛博物理系统,赛博物理系统源于数字技术与制造场景的深度融合。简单说,通过物联网将物理设备连接到网络上,利用数字孪生、人工智能等技术,在虚拟空间对物理实体进行数字重构和全息重建,形成具有感知、分析、决策、执行能力的数字孪生模型(数字虚体),数字虚体与物理实体精准映射、融合共生,即构成赛博物理系统。

  智能制造的基本特征有“四个化”:一是装备智能化,采用的是智能制造装备;二是技术软件化,数字技术作用于制造场景,基本方式最终体现就是工业软件,没有深厚的工业技术积累就没有优秀的工业软件;三是流程数据化,业务流程由数据驱动,今后的智能制造系统是虚实合一的系统,实的系统是由虚的系统操控的,虚的系统是由数据驱动的;四是生产自动化,全部工序都是智能化生产,不是一个一个独立的自动化生产。通过“四个化”可以实现个体制造单元的自主性和整个制造系统的自组织。

  智能制造的本质是先进制造,制造就是人按照某种工艺,利用工具把原材料加工成产品的过程,从这个意义上来讲,智能制造的本质是先进制造,基础是网络和数据,灵魂是工艺,表现形式是智能装备和工业软件,关键和难点是融合,所以智能制造中制造是主角。

  而数字化转型和智能制造的概念不是一回事,数字化转型是利用数字技术优化现有业务,是一场技术革命和管理思维转型。在制造业,数字化转型不触及制造技术和工艺,IT和OT彼此独立行事、相互分割。智能制造是制造业数字化、网络化和智能化的集中体现,是IT与OT深度融合的生产方式变革。简单说,实现智能制造的关键在于制造系统的软硬共生、虚实合一。在制造业,数字化转型就是数字化制造,数字化制造是智能制造的起点和基础。

  人类正在进入一个人机物三元融合的万物智能互联时代。万物智能互联是指物与物之间、物与人之间实现互联,就是将智能融入万物,使“机器变人”,让各种各样的产品都具备特定智慧功能,从而实现无缝对接。

  人工智能、脑科学的发展,使独立于自然人而自主存在的机器智慧渐成可能。近年来,基于人工智能等技术,越来越多的产品被冠上智能的名头,开始实现智能化,给人类生产生活带来深刻影响。智能产品正在成为未来发展的主流趋势。

  智能产品的概念比较广泛,涵盖了许许多多的不同产品。根据不同的应用领域和特征,智能产品可以分为消费电子产品、家居智能产品、工业智能产品、医疗智能产品、交通智能产品等。智能装备是“智能产品们”最杰出的代表。

  智能装备是数字技术与产品技术在装备上的集成和融合。简单说,智能装备是指将传感器处理器、存储器、通信模组等智能模块嵌入到装备,使装备具备感知、分析、决策、控制和执行功能。笼统讲,任何一种具有计算处理能力,具备灵敏的感知功能、正确的思维与判断功能、高效的执行功能的装备都是智能装备。

  智能装备是物联网的“移民”。机床、工业机器人、工程机械、发电设备、汽车、飞机等原本都不是智能装备,但在万物智能互联时代,它们都要数字化、智能化,都要接入到网络世界,从而蜕变为智能装备,并成为物联网的“移民”。

  智能装备分为智能制造装备和其他智能装备,分别用于不同行业和场景。智能制造装备用于制造业,是智能制造系统的基本构成要素;其他智能装备用于其他行业,是千行万业转型升级的物质技术基础。

  智能制造有很多的构成要素,最核心的要素就是智能装备。制造装备具有机器智慧,是智能制造系统的突出特征,是实现智能制造的先决条件,也就是说,智能制造装备是工业之母。没有智能制造装备,智能制造就是无源之水、无本之木,就是 “空中楼阁”,扼住智能制造装备就从源头上卡住了现代制造业的命脉。要自主可控发展智能制造,具备智能制造装备供给能力是前提。

  智能装备还可以助力各行各业转型升级,人类社会的发展由生产工具演变所主导,生产工具的每一次变革都带来划时代的生产方式变革,并随之带动社会形态的更替,新的生产工具的发明,新的劳动资料的形成,也就是新的生产力的出现。

  作为物质资料最主要因素,装备发展和演进对各行各业的发展和进步都具有决定性的影响。智能装备能够充分释放数字技术的放大、叠加、倍增效应,极大提高装备的性能和效能,重塑和再造装备价值体系,所以智能装备的发展和应用不仅给制造业带来颠覆性的变化,而且还将引发国民经济其他部门和领域的深刻变革。

  装备数字化是指将实体装备接入到网络世界,并利用大数据、数字孪生、人工智能等技术,在虚拟空间对实体装备进行数字重构和全息重建,从而为实体装备创建一个动态同步的数字虚体,并通过虚实融合,使装备的形式和内容发生蜕变,成为具有状态感知、决策优化、自主控制和执行能力的智能装备。

  通俗地说,智能装备就是将数字技术以模块形式嵌入到实体装备,两者合而为一,融合共生,当装备感应到触发条件时,它们将成为有理解力的工具,具备了类似于人的眼睛、神经和大脑的功能。智能装备是一个单元级的赛博物理系统,从这个角度讲,智能装备等于实体装备+数字孪生装备。

ob体育智能创制的内在和主题症结(图1)

  突破数字孪生、人工智能、多源数据融合等在产品全生命周期的融合应用技术;研制智能传感器、智能控制器、智能网关等关键零部件;开发工业APP、装备模型库等核心软件。

  面向智能制造、智能交通、智能医疗等领域,挖掘一批具有代表性的应用场景,以场景应用带动智能装备发展;完善网络基础设施和安全防护措施,保障智能装备更好发挥性能和效能。

  在具备改造基础的装备上嵌入智能传感器、控制器、通信模组等智能模块,形成具备感知、控制等功能的装备;升级一批在役装备,通过模块升级和云化部署等,提高装备数字化智能化水平。

  推进正向设计开发,通过集成智能部件、核心软件,并融合新机理、新材料、新工艺,突破一批新型智能装备;结合仿生技术、类脑智能等技术,探索孵化一批原创性前沿智能装备。

  畅通数据资源供给与汇聚渠道,推动智能装备全生命周期数据的多向流动,形成可控制、可信任、可追溯的高质量装备数据资源;建立数据交易平台,推动装备数据安全共享、可信流通。ob体育

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ob体育智能创制的内在和主题症结(图2)

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