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近幾年的智能制造在發展過程中完成了很大的進展,從在生產中發揮角色,到在智能化的控制設備,智能制造的發展推進了工業制造業的產業變革,智能制造的發展包括以下階段。
綜合智能制造相關方式可以總結歸納和提升出三種智能制造的基本范式,也就是數字化制造、數字化網絡化制造,數字化網絡化智能化制造(即新一代智能制造),智能制造三個基本范式次第展開、迭代升級,一方面,三個基本范式體現著國際上智能制造發展歷程中三個階段,另一方面對中國而言,必須發揮后發優勢,采取三個基本范式"并行推進、融合發展"的技術路線。
智能制造發展的三大階段
1,智能制造初級階段:數字化制造
數字化制造是智能制造第一種基本范式,可以稱之為第一代智能制造,是智能制造的基礎。以計算機數字控制為代表的數字化技術廣泛運用于制造業,形成"數字一代"創新產品和以計算機集成系統(CIMS)為標志的集成解決方案。二十世紀八十年代以來,我國企業推動數字化制造取得了巨大的進步,我們認識到我國大多數企業和廣大中小企業沒有完成數字化轉型,面對這樣的現實,我國在推進智能制造過程當中必須實事求是,踏踏實實完成數字化補課,進一步夯實智能制造發展基礎。需要說明的是,數字化制造是智能制造基礎,它的內涵不斷發展,貫穿于智能制造的三個基本范式和全部發展歷程。我們這里定義的數字化制造是作為第一種基本范式的數字化制造,是一種相對狹義的定位,國際上有比較廣義的定位和理論,在他們的理論看來,數字化制造就等于智能制造。
2,智能制造第二級階段:數字化網絡化制造
數字化網絡化制造,是智能制造第二種基本范式,也可稱之為"互聯網+制造"或第二代智能制造。上世紀末互聯網技術開始廣泛運用,"互聯網+"不斷推進制造業和互聯網融合發展,網絡將人、數據和事物連接起來,通過企業內、企業間的協同,以及各種社會資源的共享和集成,重塑制造業價值鏈,推動制造業從數字化制造向數字化網絡化制造轉變。德國工業4.0和美國工業互聯網完善地闡述了數字化網絡化制造范式,提出了實現數字化網絡化制造的技術路線。我國工業界大力推進"互聯網+制造",一方面一批數字化制造基礎較好的企業成功轉型,實現了數字化網絡化制造。
3,智能制造第三階段:新一代智能制造
數字化網絡化智能化制造,是智能制造的第三種基本范式,可以稱之為新一代智能制造。近年來人工智能加速發展,實現了戰略性突破,先進制造技術和新一代人工智能技術深度融合,形成了新一代智能制造,我們也可以稱之為數字化網絡化智能化制造。新一代智能制造的主要特征表現在制造系統具備了學習能力,通過深度學習、增強學習等技術應用于制造領域,知識產生、獲取、運用和傳承效率發生革命性變化,顯著提高創新與服務能力,新一代智能制造是真正意義上的智能制造。
智能制造的五大模式
1,離散型智能制造
建立生產過程數據采集和分析系統,實現生產進度、現場操作、質量檢驗、設備狀態、物料傳送等生產現場數據自動上傳,并實現可視化管理。建立車間制造執行系統(MES),實現計劃、調度、質量、設備、生產、能效等管理功能。建立企業資源計劃系統(ERP),實現供應鏈、物流、成本等企業經營管理功能。建立工廠內部通信網絡架構,實現設計、工藝、制造、檢驗、物流等制造過程各環節之間,以及制造過程與制造執行系統(MES)和企業資源計劃系統(ERP)的信息互聯互通。建有工業信息安全管理制度和技術防護體系,具備網絡防護、應急響應等信息安全保障能力。建有功能安全保護系統,采用全生命周期方法有效避免系統失效。
通過持續改進,實現企業設計、工藝、制造、管理、物流等環節的產品全生命周期閉環動態優化,推進企業數字化設計、裝備智能化升級、工藝流程優化、精益生產、可視化管理、質量控制與追溯、智能物流等方面的快速提升。
2,流程型智能制造
實現對物流、能流、物性、資產的全流程監控,建立數據采集和監控系統,生產工藝數據自動數采率達到90%以上。實現原料、關鍵工藝和成品檢測數據的采集和集成利用,建立實時的質量預警。建立生產執行系統(MES),生產計劃、調度均建立模型,實現生產模型化分析決策、過程量化管理、成本和質量動態跟蹤以及從原材料到產成品的一體化協同優化。建立企業資源計劃系統(ERP),實現企業經營、管理和決策的智能優化。
通過持續改進,實現生產過程動態優化,制造和管理信息的全程可視化,企業在資源配置、工藝優化、過程控制、產業鏈管理、節能減排及安全生產等方面的智能化水平顯著提升。
3,網絡協同制造
通過協同云平臺,實現面向訂單的企業間/部門間生產資源合理調配,以及制造過程各環節和供應鏈的并行組織生產。建有圍繞全生產鏈協同共享的產品溯源體系,實現企業間涵蓋產品生產制造與運維服務等環節的信息溯源服務。建有工業信息安全管理制度和技術防護體系,具備網絡防護、應急響應等信息安全保障能力。通過持續改進,網絡化制造資源協同云平臺不斷優化,企業間、部門間創新資源、生產能力和服務能力高度集成,生產制造與服務運維信息高度共享,資源和服務的動態分析與柔性配置水平顯著增強。
4,大規模個性化定制
建有基于互聯網的個性化定制服務平臺,通過定制參數選擇、三維數字建模、虛擬現實或增強現實等方式,實現與用戶深度交互,快速生成產品定制方案。建有個性化產品數據庫,應用大數據技術對用戶的個性化需求特征進行挖掘和分析。個性化定制平臺與企業研發設計、計劃排產、柔性制造、營銷管理、供應鏈管理、物流配送和售后服務等數字化制造系統實現協同與集成。
通過持續改進,實現模塊化設計方法、個性化定制平臺、個性化產品數據庫的不斷優化,形成完善的基于數據驅動的企業研發、設計、生產、營銷、供應鏈管理和服務體系,快速、低成本滿足用戶個性化需求的能力顯著提升。
5,遠程運維服務
采用遠程運維服務模式的智能裝備/產品應配置開放的數據接口,具備數據采集、通信和遠程控制等功能,利用支持IPv4、IPv6等技術的工業互聯網,采集并上傳設備狀態、作業操作、環境情況等數據,并根據遠程指令靈活調整設備運行參數。建立智能裝備/產品遠程運維服務平臺,能夠對裝備/產品上傳數據進行有效篩選、梳理、存儲與管理,并通過數據挖掘、分析,向用戶提供日常運行維護、在線檢測、預測性維護、故障預警、診斷與修復、運行優化、遠程升級等服務。建立信息安全管理制度,具備信息安全防護能力。通過持續改進,建立高效、安全的智能服務系統,提供的服務能夠與產品形成實時、有效互動,大幅度提升嵌入式系統、移動互聯網、大數據分析、智能決策支持系統的集成應用水平。
政府在推進智能智能新模式發展
據科技部黨組成員周長奎介紹,"十三五"國家科技創新規劃中,科技部牽頭,專門對推進人工智能相關工作進行了部署,同時科技創新2030重大項目對智能制造和機器人等與人工智能相關的項目,進行了系統設計和差異化定位。去年,按照中央部署,科技部會同相關部門編制完成了《新一代人工智能發展規劃》,配套的就是重大科技項目的實施方案。該《規劃》確立了"三步走"目標,遠近結合、梯次接續,加快推動人工智能與經濟社會國防深度融合,提升新一代人工智能科技創新能力。"加速積累的技術能力與海量的數據資源、巨大的應用需求、開放的市場環境,形成了我國人工智能發展的獨特優勢。"
工業和信息化部總經濟師王新哲表示,目前我國人工智能的發展已經進入了一個快車道。而中國制造業高質量發展是一種歷史潮流。2010年,我國已經是制造業大國,但還存在大而不強的問題,制造業由大變強,是一個長期的發展過程。
為推動人工智能與制造業的深度融合發展,我國采取了一系列措施,其中包括以信息技術與制造技術深度融合為主線,明確了未來三年產業發展的重點和目標;推動產業核心技術攻關,支持智能傳感器、神經網絡芯片等關鍵核心技術及產品的研發和創新應用;鼓勵新一代人工智能技術在工業各環節的創新應用,系統提升制造裝備、制造過程、細分行業應用的智能化水平;推動工業互聯網、車聯網、機器人、智能語音等重點領域發展。
據悉,未來在推動人工智能產業化發展上,工業和信息化部將著力打造產業集群,強化部省合作聯動,鼓勵引導各地區結合自身基礎和條件,加快打造一批特色突出、輻射帶動作用明顯的人工智能產業集群;加快完善政策體系,建立人工智能標準、測評、知識產權等服務體系,推動建設行業訓練資源庫、標準測試數據集和開放平臺,構建人工智能基礎支撐平臺。
智能制造在西方發達國家是一個串聯式的發展過程,數字化、網絡化、智能化是西方順序發展智能制造三個階段,我們不能夠走西方順序發展老路,他們是用幾十年時間,充分發展了數字化制造之后,再發展數字化網絡化制造,進而也已經開始發展新一代智能制造。我們不能走這條路,如果是這樣,我們就無法完成中國制造業轉型升級的歷史性任務。我們必須充分發揮后發優勢,采取"并聯式"發展方式,要數字化、網絡化、智能化并行推進,融合發展。
在"并行推進"不同的基本范式的過程中,各個企業可以充分運用成熟的先進技術,根據自身發展的實際需要,'以高打低、融合發展',在高質量完成"數字化補課"的同時,實現向更高的智能制造水平的邁進。
想要發展智能制造,科技方面,我們需要堅持開發新技術,在人工智能,大數據方面都堅持進行深入研究;在企業普及方面,企業要增加對智能制造的產品使用,提高員工融合新科技進行生產的能力。
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