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董景辰:论中国智能制造的三个基本范式

2018-02-15  wujinlan...
小智的话

董景辰:论中国智能制造的三个基本范式


中国工程院制造业研究室首席专家、国家智能制造标准化专家咨询组副组长、工信部智能制造专家咨询委员会委员董景辰教授(图片来自网络)


今年12月7日中国工程院院长周济在世界智能制造大会上发表了“我国智能制造发展战略”的报告。报告中提出了中国智能制造发展的三个基本范式,即数字化制造、数字化网络化制造和数字化网络化智能化制造。这个提法在业内引起了广泛的热议。有些专家对这个提法提出了不同的看法,认为从严格的技术定义来讲,数字化制造和数字化网络化制造中并没有包含智能元素,不宜把它们纳入智能制造的范畴。本文想就三个基本范式的问题谈谈自己的一些看法。


一、三个基本范式体现了中国智能制造发展的特色


智能制造发展至今,还没有一个世界各国都认同的严格定义。各国发表的关于智能制造的倡议、规划、计划都是根据自己本国的国情和发展目标对智能制造的诠释。例如“工业4.0”,这是业内公认的、对智能制造做出了比较完整描述的倡议。 在“工业4.0”中明确说明,这份倡议完全是针对德国的国情和发展目标的。德国的国情是其大部分制造业企业已经完成了数字化转型,它的装备制造业已经在世界上处于领先地位。它之所以提出“工业4.0”是为了解决在信息技术飞速发展的情况下如何使其装备制造业继续保持领先地位。因此“工业4.0”的主题是围绕智能工厂和智能制造,以CPS为关键核心技术,重点解决产品全生命周期的信息集成,包括纵向集成、横向集成和端对端集成。但是从技术的视角来审视,“工业4.0”的技术内容并没有包含太多的智能元素,它应该不能算作是智能化制造,而应该归属于数字化网络化制造的范畴。由此可见,目前国内外在推进和实施的智能制造并不是指学术上严格定义的智能制造,而是一个大概念。它代表的是当今制造技术与信息技术深度融合发展的方向,或者说是这个技术发展方向的“统称”。在这个大方向下,各个国家都可以根据自身的需要提出对智能制造发展的考虑和诠释。


基于对智能制造这样的理解,我们要解决的问题是针对中国的国情和发展目标,应该对智能制造提出怎样的诠释。中国的国情是什么?首先,中国具有世界上最完整的工业体系。联合国对制造业分类中的522个小类,中国是世界上唯一能够全部覆盖的国家。正因为工业门类齐全,不同行业、不同领域的市场环境、技术发展水平都不相同,因此对智能制造的诉求差异也很大。而且我国还有相当数量的中小型企业至今还没有完成数字化制造的转型。其次,我国制造业发展的时间还只有几十年,与发达国家相比,在工业知识的积累和基础技术研究方面还有较大差距。表现为许多关键零部件、高端装备还高度依赖进口,很多关键基础技术尚未掌握,产品质量、劳动生产率、能效等重要经济指标还远落后于发达国家。因此,我国的制造业面临需要对“短板”进行“补课”的任务。这个任务也要在推进智能制造过程中予以解决。而我国制造业发展的战略目标是通过30年的努力,把中国建设成为世界一流的制造强国。因此要求的是制造业整体(不是某几个产业、领域)实现智能制造转型。这就要求我国智能制造既要有“前瞻性”,又要有“实用性”。


“前瞻性”是指要紧跟当前技术发展的趋势。当前信息技术、通信技术发展日新月异,出现群体式的突破,这一轮科技革命和产业变革为我国制造业赶超发达国家带来了十分难得的机遇。而且,我国在信息技术方面目前处于国际先进水平。世界上十大信息产业企业,我国就有四个。在许多应用技术方面我国处于世界领先地位。在研发方面,如5G、时间敏感网络(TSN)、窄带物联网(NB-ToI)等技术我国与国际上基本同步。人工智能的研究我国也已经布局,目前处于世界的前三名。我们完全有条件在这一轮工业革命中赶超发达国家。所以制造业的发展目标一定要瞄准世界最先进的水平,即融入新一代人工智能技术的数字化网络化智能化制造。


“实用性”是指在具体实施方面我们还是要脚踏实地,步步为营。要从市场需求和企业内生动力出发,在不同的发展阶段提出适当的发展目标。不要误导企业,避免盲目追求“高大上”。前几年,我们重点推动的是数字化制造,还包括自动化和精益生产。首先解决智能制造的基础性问题。通过试点示范企业为广大企业提供可借鉴的样板,指导企业如何开展数字化转型,并使企业看到数字化制造将为企业带来的实实在在的利益,激发它们实施转型的内生动力。从2016年开始,数字化网络化制造的需求逐渐显现。在申报国家智能制造专项的项目中,很多企业已经开始注意到网络平台对企业发展的重要性,纷纷增加了数字化网络化制造的内容。这样渐次展开的发展方式有助于我国智能制造的健康发展。因此智能制造的发展必须打好数字化制造的基础。


根据以上的分析,我个人认为提出中国智能制造包含数字化制造、数字化网络化制造和数字化网络化智能化制造三种基本范式,是符合中国国情的,具有中国的发展特色。


二、三个基本范式体现了智能制造技术发展的延续性


从技术的角度来看,三种范式既有阶段性的特征,又具有融合发展的内在联系。


所谓“阶段性”,是指数字化制造、数字化网络化制造和数字化网络化智能化制造各有自身阶段的特点和要重点解决的问题。


(1)数字化制造

数字化制造的特点大致可归纳为三点:


——实现制造过程的对象用数据来表述。包括产品和工艺的数字化,制造装备/设备的数字化,材料、元器件、被加工的零部件、模具/卡具/刀具等“物”的数字化以及人的数字化。


——数据的互联互通。包括网络通信系统构建,不同来源的异构数据格式的统一以及数据语义的统一。


——信息集成。数据的互联互通,其目的是要利用这些数据实现整个制造过程各环节的协同。具体体现在PDM,MES,ERP等管理系统的协同功能。例如MES中的计划排产模块,它需要输入交货信息、库存信息、在制品信息、工艺信息、设备信息、质量信息以及人力配置等信息,通过算法对这些信息进行集成,实现各环节的协同,从而输出一个可执行的生产计划。


数字化制造重点要解决的问题是提升企业内部竞争力的问题。包括提高质量、提高劳动生产率、缩短产品研发周期、降低制造成本等。也就是解决企业“围墙”内的问题。


(2)数字化网络化制造

数字化网络化制造的特点如下:


——实现与用户的充分沟通,更好了解用户的需求,企业从以产品为中心向以用户为中心转型。


——实现全产业链上企业与企业之间的协同,包括企业间数据协同、资源协同、流程协同。从而使社会资源得到优化配置。


——实现企业产品链从产品向服务延伸。通过对产品的远程运维,为用户提供更多的增值服务,使企业从生产型企业向生产服务型企业转型。


数字化网络化制造要解决的问题是把企业看作是整个产业链的一环,追求产业链整体的优化。也就是解决企业“围墙”之外的问题。


以上只是当前在实践中总结出来的数字化网络化制造的几个特点。根据对国外情况的了解,网络化制造还可以解决工业知识软件化和在云平台上的应用问题,还将推进产业链结构产生革命性的变化,例如整个供应链的模块化。未来生产的组织都将针对一个订单,通过网络,将各个供应链模块灵活组建成生产线,形成有针对性的产业链,以最低的成本、最快的交货期满足用户的要求。但这些目前都处于设想阶段,尚未有实际的案例。


(3)数字化网络化智能化制造

数字化网络化智能化制造目前还没有很多实际应用案例,还不能总结出它的特征,只能对它的愿景作一个大概的描述。数字化网络化智能化制造将实现制造知识的自动化制造/服务,通过深度学习、迁移学习、增强学习等技术的应用,制造数据和信息“自动地”被加工成为知识,即制造业具有了“学习”的能力。从而使制造知识的生成、积累、应用和传承的效率发生革命性的变化,极大地释放人类智慧的潜能,显著提高创新和服务能力。随着制造知识生产方式的变革,数字化网络化智能化制造将成为一种新的制造模式,与工业4.0和工业互联网等现有的智能制造模式相比,它融入了新一代人工智能技术,成为真正意义上的智能制造。


所谓“融合性”是指三个基本范式在技术上并不是绝然分离的三个阶段。特别是在数字技术、网络技术、物联网技术、大数据技术、云计算技术和人工智能技术都得到充分发展的今天,我们完全有条件在各个阶段根据需要融入各种技术。实际上,在数字化制造阶段,我们已经采用了网络通信技术,也采用了像专家库这样的初级的人工智能技术。现在正是我们采用最新的思维、技术和方法来解决我们传统制造中的许多难以解决的问题的大好时机。例如我们可以通过网络收集大量有关产品的质量信息,从而使我们过去难以发现的一些质量问题暴露出来,找到问题的根源。可以通过人工智能技术解决复杂系统的优化控制问题。通过这种“以高打低”的策略,大大加速我们制造业转型升级的速度。


总之,我认为在当前提出中国智能制造的三个基本范式是必要的,有助于政府、企业对智能制造的理解,对下一步我国智能制造的健康发展十分有益。

        



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