2023-09-08

智能制造與智能裝備的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢

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當(dāng)前，信息技術(shù)發(fā)展迅速，改變了人類的生產(chǎn)方式、生活方式、思維方式，也改變了人類的學(xué)習(xí)方式。隨著信息的快速發(fā)展，當(dāng)前形成了新一代信息技術(shù)。主要有四個特點：由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，由虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展到增強現(xiàn)實技術(shù)，由網(wǎng)格計算技術(shù)發(fā)展到云計算技術(shù)，由機器學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展到深度學(xué)習(xí)技術(shù)，形成了幾個典型的綜合交叉領(lǐng)域，包括工業(yè)互聯(lián)、混合現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、人工智能等。

什么是智能制造？ 

中國的制造業(yè)通過40年改革開放取得了很好的成績，特別是廣東、福建、浙江、江蘇、山東、沿海一帶，制造業(yè)發(fā)展非?？欤瑥哪撤N角度上來說發(fā)展的也非常好。雖然制造業(yè)取得了很大成績，同時也存在一些問題。無論是央企、國企還是民企，都需要轉(zhuǎn)型升級。制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級要依靠數(shù)字化制造、網(wǎng)絡(luò)化制造、智能化制造的技術(shù)來幫助企業(yè)提升產(chǎn)品的質(zhì)量，提升生產(chǎn)的效率等等。

制造強國發(fā)展戰(zhàn)略，主要是智能制造、工業(yè)強基、綠色制造。無論是美國的先進制造計劃、德國工業(yè)4.0，還是中國企業(yè)轉(zhuǎn)型升級，都需要用到“智能設(shè)計+智能制造”。智能產(chǎn)品是智能制造和服務(wù)的價值載體，而智能裝備又是智能產(chǎn)品中的重中之重，是工業(yè)的母機。機電產(chǎn)品經(jīng)歷了機械化、電氣化、信息化，目前正向智能化方向發(fā)展。對企業(yè)來說，最重要的是要做好一代產(chǎn)品、一代裝備，而要做好一代產(chǎn)品、一代裝備，首先就需要一代的工藝，產(chǎn)品是解決做什么的問題，工藝是解決怎么做的問題。對批量生產(chǎn)而言還需要一代的模具，而所有這些都需要一代的設(shè)計。只有通過一代設(shè)計，我們才能把一代產(chǎn)品真正做好，才能掌握行業(yè)的核心技術(shù)。

到目前為止，大部分智能制造的項目還基本上是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的內(nèi)容，有的還是機器人的應(yīng)用、生產(chǎn)性的改造，離真正的智能制造還存在一定的差距，甚至存在不少差距。到底什么是智能制造？

我個人理解智能制造就是把人工智能技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計制造技術(shù)融合起來，用智能的技術(shù)來解決制造的問題。具體展開來說，智能制造是指對產(chǎn)品全生命周期中設(shè)計、加工、裝配等環(huán)節(jié)的制造活動進行知識表達與學(xué)習(xí)、信息感知與分析、智能決策與執(zhí)行，實現(xiàn)制造過程、制造系統(tǒng)與制造裝備的知識推理、動態(tài)傳感與自主決策。

做智能制造，打造數(shù)字化的車間，要用機器人技術(shù)、人工智能技術(shù)，但前提是首先要用好數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)。只有在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)智能化。所有這些信息技術(shù)都不能替代產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品本身的制造技術(shù)，要把汽車技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)、產(chǎn)品制造技術(shù)有機融合起來。

智能制造三個核心問題

智能制造有三個核心問題：第一，知識庫和知識工程。如何做智能制造？要把千百萬設(shè)計人員的設(shè)計知識，加工人員的寶貴加工知識，管理人員的寶貴管理知識和服務(wù)人員的服務(wù)知識做到知識庫里，用知識工程來引領(lǐng)我們的智能制造。而且這個知識不是死的，是活的，這需要動態(tài)傳感、實時感知，最后能夠?qū)崿F(xiàn)自主學(xué)習(xí)和自主決策。所以從這個意義上說，制造知識是制造業(yè)中的靈魂。對企業(yè)來說，設(shè)備很寶貴，車間很寶貴，刀具很寶貴，但是最寶貴的是人才，或者說具有專門知識的人才，會設(shè)計、加工、管理、服務(wù)的人才。我們要把這些人才的知識做到知識庫里，用知識工程來引領(lǐng)智能制造。

第二，智能制造的三個層面。一是制造對象的智能化，二是制造過程的智能化，三是制造工具的智能化。制造過程的智能化是智能制造的保證，如何生產(chǎn)調(diào)度、如何加工等等，需要實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，這時候智能制造就有了基本的保證。

第三，智能制造的四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。智能制造從環(huán)節(jié)看，主要有智能設(shè)計、智能加工、智能裝備和智能服務(wù)四個環(huán)節(jié)。首先是智能設(shè)計。前面列了很多項目，企業(yè)也搞了很多項目，加工方面、裝備方面、自動化生產(chǎn)方面的比較多，智能設(shè)計的項目，列的非常少，可以說基本沒有。沒有智能設(shè)計，哪里來的智能制造，智能設(shè)計是智能制造的引領(lǐng)。設(shè)計需要在智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能化，才能創(chuàng)新設(shè)計出更多、更好、更新、受市場歡迎、受顧客歡迎的產(chǎn)品，企業(yè)才能發(fā)展和壯大，才能做的專精尖特，所以說智能設(shè)計是引領(lǐng)。當(dāng)前企業(yè)家最苦惱的是什么產(chǎn)品是賣得掉的，什么樣的產(chǎn)品顧客是受歡迎的。通過智能制造，一定要用智能設(shè)計來引領(lǐng)企業(yè)的發(fā)展，引領(lǐng)制造業(yè)的發(fā)展，引領(lǐng)智能制造本身的發(fā)展。

人工智能和智能制造結(jié)合有哪些熱點

人工智能和智能制造結(jié)合有哪些熱點呢？我們可以認為是兩條狗引領(lǐng)的，一條是波士頓“大狗”，一條是阿爾法狗（AlphaGo）。人工智能第一個熱點是波士頓動力的“大狗”機器人，它是一個四條腿的機器人，同時它又是一個智能化的產(chǎn)品，所以它既是機器人的一個最高水平的表現(xiàn)，也是智能制造最高水平的一個體現(xiàn)。兩條狗能奔、能跳、能行，逢山過山，逢河過河，而且兩條狗的協(xié)調(diào)性非常好，動力非常強勁，運動非常自如，跨欄水平非常高，遠遠超過一般的跨欄運動員。什么時候前腿應(yīng)該提起來，什么時候后腿應(yīng)該放下去，它運動自如、操控自如。它為什么這么厲害？主要有四項關(guān)鍵技術(shù)：一是遠程控制，二是負重爬坡，三是行進速度快，四是平衡能力非常好。

人工智能，也是智能制造的第二個熱點是智能化手機。手機是誰發(fā)明的？是摩托羅拉做出來的，可以拍照是諾基亞先做出來的，但是蘋果開發(fā)了智能化手機，顛覆了摩托羅拉和諾基亞兩個手機公司。華為手機現(xiàn)在也開發(fā)得不錯，我們有了智能化手機，制造水平也非常高。無論是蘋果還是華為，當(dāng)下智能化的手機可以做到如此之薄，拋光技術(shù)如此之好，都是智能制造的一個典范，也是智能產(chǎn)品的成功典范。

人工智能和智能制造第三個熱點是智能無人系統(tǒng)，包括智能無人機、智能網(wǎng)聯(lián)汽車?，F(xiàn)在無人機非常厲害，無孔不入，很多領(lǐng)域都可以用，在交通、農(nóng)業(yè)、軍事等等領(lǐng)域，無人機都可以大顯身手。最近智能網(wǎng)聯(lián)汽車、無人駕駛汽車也開始成熟起來，百度公司、小米公司紛紛要造汽車，也遭到了一些爭議。有人認為百度、小米是信息技術(shù)公司，汽車是機電產(chǎn)品。實際上現(xiàn)在在萬物互聯(lián)的時代，汽車成了互聯(lián)網(wǎng)控制的一個終端，是一個移動的終端而已。當(dāng)前我們用人工智能來駕駛汽車，用人工智能技術(shù)來操控汽車，這個技術(shù)正在慢慢成熟。目前國內(nèi)開發(fā)了幾款車，蔚來汽車、理想汽車。我聽到不少人買了蔚來汽車、理想汽車，詢問他們這個車怎么樣，不少顧客反映，理想、蔚來汽車開發(fā)得真不錯，這說明我們國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車也上了一個新的水平。

人工智能的第四個熱點是阿爾法狗，它不是狗，是谷歌公司開發(fā)的下圍棋的系統(tǒng)。2016年阿爾法狗對戰(zhàn)韓國選手李世石，人機大戰(zhàn)，機器人勝利了，引發(fā)了很多爭議。阿法爾狗為什么能夠取得勝利？主要是兩點，第一，它采用了深度學(xué)習(xí)算法，也是人工智能最新的一個算法。第二，它是兩個大腦，一是落子選擇器，二是棋局評估器。它可以計算到這一步棋幾十步甚至一百步以后對我有利，還是對對方有利，所以阿爾法狗下棋的技術(shù)遠遠超過了一般的圍棋運動員。

人工智能的第五個熱點是智能機器人。智能機器人剛面世的時候有非常大的爭議，大家覺得沒有必要，但是當(dāng)前爭議正在縮小，可以說沒有爭議了。為什么？FANUC開發(fā)出了真正的智能機器人，它可以通過自我學(xué)習(xí)、自我訓(xùn)練，在沒有人員指導(dǎo)的情況下學(xué)習(xí)工件擺放。第一步是機器人隨機抓取，第二步是自行判斷成功還是失敗，并搜集圖片訓(xùn)練，第三步是經(jīng)過長時間的學(xué)習(xí)，任務(wù)執(zhí)行準確率不斷提升。FANUC開發(fā)了智能機器人，它自我學(xué)習(xí)的過程非常的震撼。機器人和智能機器人區(qū)別到底在哪里？我認為，一般的機器人，它的軌跡規(guī)劃、運動規(guī)劃、速度、加速度都要事先編程好，所以機器人應(yīng)用的一個重點是軌跡規(guī)劃或者運動規(guī)劃。而智能機器人少量的編程也是需要的，但是大量的是根據(jù)學(xué)習(xí)來的，經(jīng)過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練來提高它的執(zhí)行任務(wù)的正確率。

智能機器人還有一個劃時代的代表是美國開發(fā)了達芬奇手術(shù)機器人。達芬奇手術(shù)機器人包括外科醫(yī)生控制臺、床旁機械臂系統(tǒng)、成像系統(tǒng)三大系統(tǒng)。它適用于泌尿外科、心胸外科、婦科、腹部外科等外科，使得手術(shù)操作更精確、愈合好、創(chuàng)傷更小、手術(shù)指征更廣，減少疼痛，減少失血量，它的開刀技術(shù)超過了一般水平的醫(yī)生。當(dāng)然，與著名的外科醫(yī)生的開刀手術(shù)相比，可能還欠缺一點，還需要不斷地學(xué)習(xí)、不斷地提升。

人工智能第六個熱點發(fā)生在中國——2016年中國工程院前常務(wù)副院長，也是浙江大學(xué)的老校長潘云鶴院士，牽頭啟動了中國人工智能2.0。中國人工智能2.0是中國工程院三大重要咨詢項目之一，人工智能2.0有五項關(guān)鍵技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)智能、互聯(lián)網(wǎng)群體智能、跨媒體智能、人機協(xié)同的混合智能、智能自主無人系統(tǒng)。

智慧制造 VS 智能制造

有人問智慧制造和智能制造有什么區(qū)別？我個人理解沒有區(qū)別，“智慧”和“智能”，到底是“智慧”厲害還是“智能”厲害？是“智慧”高于“智能”，還是“智能”高于“智慧”？在信息技術(shù)領(lǐng)域有兩種觀點，一種觀點認為“智慧”比“智能”要更高一個層次，是“智能”加上“聰慧”，所以叫做“智慧”。但是另一種相反的觀點，認為“智能”是一種技術(shù)，而“智慧”是個小聰明，所以“智能”高于“智慧”，這兩種觀點我個人認為到目前階段基本上沒有什么差別，是個人應(yīng)用的習(xí)慣問題。比如說城市基本上都用“智慧”，醫(yī)療更多的人也用“智慧”，而對制造業(yè)更多的人喜歡用智能制造。

運用互聯(lián)網(wǎng)+、智能制造打造數(shù)字化車間，離不開精益生產(chǎn)和質(zhì)量工程。我們要把產(chǎn)品做好，就要在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的過程中堅持質(zhì)量觀點、精益生產(chǎn)、質(zhì)量工程。可以說精益生產(chǎn)既是智能制造的基礎(chǔ)，又是智能制造的目標。我們需要先把智能制造做好，否則還是粗放型生產(chǎn)，還是臟兮兮的，要做精益生產(chǎn)、智能化生產(chǎn)。另外，通過智能制造不斷提升精益生產(chǎn)的水平，我個人認為精益生產(chǎn)既是智能制造的基礎(chǔ)，智能制造又是精益生產(chǎn)的目標。精益生產(chǎn)也包括精益設(shè)計、精益加工、精益裝配、精益服務(wù)，在精益生產(chǎn)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智能制造，最終的目標還要生產(chǎn)出精益化的產(chǎn)品。

把智能制造技術(shù)用于裝備制造業(yè)，要開發(fā)智能產(chǎn)品與智能裝備。這有兩層含義：一是智能技術(shù)的產(chǎn)品化，二是傳統(tǒng)產(chǎn)品的智能化。智能產(chǎn)品的裝備，是把人工智能技術(shù)和產(chǎn)品裝備的實際制造技術(shù)融合起來，實現(xiàn)以知識工程為核心，做到自感應(yīng)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自決策。

備注：本文內(nèi)容來源于智能制造IMS，作者中國工程院院士機械與運載工程學(xué)部 譚建榮。如有侵權(quán)，請聯(lián)系小編刪除。

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