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自動化是智能化的前奏 中國智造需要全球化
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文章來源: 中國工業(yè)評論
發(fā)布時間: 2016-11-17
《中國制造2025》發(fā)布近一年來，概念層面可謂異彩紛呈，從工業(yè)4.0、工業(yè)信息化到智能制造、無人工廠，目前更延伸到無人駕駛汽車、無人駕駛船舶、無人化醫(yī)療裝備等熱門領域，似乎工業(yè)智能化、無人化時代近在眼前。
華為科技創(chuàng)始人任正非對此所做的判斷很客觀，他認為，這是人工智能時代自動化 首先要強調(diào)工業(yè)自動化；工業(yè)自動化以后自動化 才可能走進信息化；只有信息化后，才能智能化。中國工業(yè)現(xiàn)在還沒有走完自動化，還有很多工業(yè)連半自動化都做不到。
因而，探究工業(yè)4.0、工業(yè)無人化之前，有必要了解相關(guān)概念的歷史淵源、技術(shù)本源和經(jīng)濟意義。
自動化是智能化的前奏
20世紀80年代中國智造，美國汽車產(chǎn)業(yè)正擔心會被日本競爭者擊垮。在底特律中國智造，很多人展望以“熄燈式生產(chǎn)”打敗對手。“熄燈式生產(chǎn)”就是工廠高度自動化中國智造，燈關(guān)著，機器人自己在制造汽車。當時，這種想法是不切實際的，日本車企當年的競爭優(yōu)勢也不在于自動化生產(chǎn)，而在于“精益生產(chǎn)”技術(shù)，而精益生產(chǎn)在大多數(shù)情況下要依賴人力。
現(xiàn)今，自動化技術(shù)的進步已經(jīng)使“熄燈式生產(chǎn)”逐漸變成現(xiàn)實。日本機器人制造商發(fā)那科（FANUC）已能將其部分生產(chǎn)線置于無人值守的環(huán)境中，自動運行數(shù)周不出狀況。
德國大眾旨在稱雄全球，這家汽車工業(yè)集團制定了新的生產(chǎn)戰(zhàn)略：模塊化橫向矩。大眾汽車想借助這一全新的工藝，在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)所有型號的車。這一工藝最終將使大眾在世界各地的工廠因地制宜，生產(chǎn)出當?shù)厥袌鏊璧娜魏诬囆汀?/p>
很多年前，錢學森曾說過：“只要自動控制做好了，即使元器件差一點，導彈也能打上天。”
現(xiàn)今，自動化將在很大程度上模仿人的智能，機器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測等領域得到應用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化和農(nóng)業(yè)自動化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。
從整體上看，中國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)裝備、能源和原材料消耗、產(chǎn)品品質(zhì)和管理水平等方面與工業(yè)強國相比仍有很大差距，尤其是技術(shù)裝備（比如高端數(shù)控機床）的差距有擴大趨勢。大范圍設備更新，國家承受不了；維持設備現(xiàn)狀，則后果不堪設想，唯有應用自動化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，才能最有效地提高企業(yè)素質(zhì)。
日本和德國的經(jīng)濟起飛，就是從這里開始的。1986年之前，美國對自動化技術(shù)的應用不夠重視，以至于在汽車、機械、原材料工業(yè)、計算機、電子元器件等傳統(tǒng)行業(yè)完全喪失優(yōu)勢地位。后來美國急起直追，高度重視工業(yè)自動化技術(shù)，用自動化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了巨大效益。
中國各個行業(yè)的自動化現(xiàn)狀遠遠落后于工業(yè)強國。對于任何一個企業(yè)來說，沒有強大、先進的自動化系統(tǒng)的支持，其產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都難以達到世界水平。比如焊接工序，由人工操作的質(zhì)量不易控制，僅憑外觀也看不出質(zhì)量好壞。如果由工業(yè)機器人來操作，各個工藝細節(jié)都能標準化，焊接質(zhì)量、效率都會更高。
這就是為什么即使中國經(jīng)濟增速出現(xiàn)下滑，中國國內(nèi)市場，尤其是制造業(yè)領域，對于工業(yè)自動化技術(shù)的需求有增無減。自動化技術(shù)能給“中國制造”補鈣，助推中國產(chǎn)業(yè)振興。
人工智能與無人工廠
無人工廠是自動化技術(shù)全面升級跨越的結(jié)果，其基本特征就是全部生產(chǎn)活動由電子計算機進行控制，生產(chǎn)第一線配有機器人而無需配備工人。
世界上第一座實驗用的無人工廠在日本筑波科學城，建成于1984年4月。日本比較缺少人力，因而很早開始重視機器，率先建造了可以提高生產(chǎn)效率的無人工廠。
在運用了人工智能的無人工廠中，所有工作都是由計算機控制的機器人、數(shù)控機床、無人運輸小車和自動化倉庫來實現(xiàn)的，人不直接參加工作。工人成了“指揮員”和“醫(yī)生”，白天，工廠內(nèi)只有少數(shù)工作人員做一些核查，修改一些指令；夜里，只留兩三名監(jiān)視員。
現(xiàn)今，無人工廠在汽車及飛機制造等領域已相當普及。這些生產(chǎn)線幾乎都是機器人在操作，人在旁邊起輔助作用。
不過，將人工智能真正轉(zhuǎn)化為工業(yè)應用并非易事，這是一個繁雜的系統(tǒng)工程。無人工廠要突破很多關(guān)鍵性技術(shù)，包括柔性化的生產(chǎn)技術(shù)、工業(yè)機器人的控制技術(shù)、整體安全和監(jiān)控的技術(shù)、所有機器系統(tǒng)安全的監(jiān)控等。每個機器人的狀態(tài)、每個儀器的狀態(tài)，有什么問題都要提前預警。
無人工廠中的核心裝備是工業(yè)機器人，經(jīng)歷近半個世紀的迅速發(fā)展，機器人技術(shù)日趨成熟，已在諸多工業(yè)領域得到廣泛應用，諸如汽車制造、機械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)都涉及工業(yè)機器人的應用。
工業(yè)機器人及其他自動化技術(shù)代表工業(yè)自動化的高階應用，而最終實現(xiàn)工業(yè)智能化、無人化，還有很長一段距離。
工業(yè)價值鏈的系統(tǒng)整合是工業(yè)無人化的關(guān)鍵。工業(yè)價值鏈主要包括產(chǎn)品設計、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)執(zhí)行和服務等幾個部分，以前這些都是單獨實施的。如今，各種新技術(shù)把這些獨立的部分整合起來。制造業(yè)的未來在于，從這些技術(shù)當中找到最佳結(jié)合點，并學會將它們作為一個完整系統(tǒng)運用起來。這樣就能獲得整合系統(tǒng)的整體優(yōu)勢，從而推動制造效率的大幅提升。
要做到這一點，需要制造廠商把手頭的所有高科技工具匯合起來，這非常考驗綜合技術(shù)能力。
如果說工業(yè)無人化的關(guān)鍵在于工業(yè)價值鏈的系統(tǒng)整合，在于智能制造，那么智能制造的核心就是從“智眼”到“智人”。
未來制造業(yè)必定向著越來越精致化、人性化、個性化的方向發(fā)展，必定要走向無人生產(chǎn)、靈動制造之路。這都要靠智能制造來實現(xiàn)，其核心競爭力比的是“快速和精準”。智能制造核心是“智”，就是信息獲取的快和準、信息處理的快和準。如同武功高手之間的對決，拼的是“手眼身法步”，而“眼力”和“招法”是核心關(guān)鍵。
工業(yè)價值鏈的系統(tǒng)整合，需要視覺與圖像技術(shù)相結(jié)合，就是給工業(yè)設備安裝一雙超級“智眼”。未來的工業(yè)生產(chǎn)將以“智眼”為核心，裝備在千千萬萬、形形色色的設備上，指揮各種各樣的“手、腳、身體”動作，實現(xiàn)“深度感知、智慧決策、自動執(zhí)行”，成為“智人”。
設想一下，在一個電子產(chǎn)品的生產(chǎn)車間，各種芯片和元器件的尺寸已經(jīng)從幾毫米幾十毫米縮小到幾微米幾十微米，元器件的焊接和組裝在視覺系統(tǒng)的引導下由機器人進行精密操作，由于器件的尺寸和質(zhì)量都減小了幾百倍，裝配速度大幅提高，每秒鐘可以完成上百次動作，生產(chǎn)效率提高了百倍。
視覺系統(tǒng)實現(xiàn)多角度立體成像，大范圍毫米級成像和超精密微米級成像相結(jié)合，整個系統(tǒng)同時獲取的圖像信息都可以實時處理，并綜合完成目標定位，精確測量，發(fā)出精確動作指令。一旦某個產(chǎn)品的一個焊點出現(xiàn)問題了，比如合格焊接面積2微米，實際只達到了0.85微米，這將導致信號傳輸?shù)淖杩乖龃蠖构ぷ黝l率達不到正常范圍，視覺系統(tǒng)立即導引檢驗機器人，剔除廢品至分支工序進行修復。組裝車間各個成像單元監(jiān)控各種環(huán)境指標，并把全部圖像數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)綜合到中央信息服務器。問題找到了，立即進行故障隱患排除，系統(tǒng)飛速運轉(zhuǎn)如常。
智能制造需要“快速和精準”的視覺成像，實現(xiàn)智能識別、智能測量、智能檢測和智能互聯(lián)。
智能識別是為下一步操作找到目標，目標識別要從大量信息中找到關(guān)鍵特征，需要把海量信息快速收斂，其智能程度要求高，準確度和可靠度是關(guān)鍵，這取決于智能測量的精準度。在測量的基礎上完成。
智能檢測，根據(jù)測量結(jié)果和目標之間的偏離度，判斷合格與否，但是檢測往往不是單一指標的結(jié)果比較，需要多信息多指標綜合分析判斷。
智能互聯(lián)，或者說萬物互聯(lián)（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)），是基于大數(shù)據(jù)而來的。數(shù)據(jù)互聯(lián)就像人的大腦神經(jīng)元，當信息和節(jié)點超過一定數(shù)量，就能產(chǎn)生自主學習、自主創(chuàng)造能力。工業(yè)大數(shù)據(jù)很大一部分源于視覺成像，當圖像的海量數(shù)據(jù)在多節(jié)點采集互聯(lián)，同時將人員、設備、生產(chǎn)物資、環(huán)境、工藝等數(shù)據(jù)互聯(lián)，就會衍生出深度學習、智能優(yōu)化、智能預測等創(chuàng)新能力，顯示出大數(shù)據(jù)和智能制造的真正威力。
低成本的產(chǎn)品定制化
德國產(chǎn)業(yè)界將200年工業(yè)革命的歷史進程劃分為四個階段：以蒸汽機為標志的機械化工業(yè)革命1.0，使人的體力被解放和大幅提升；以電力為標志的電氣化工業(yè)革命2.0實現(xiàn)了大規(guī)模流水線作業(yè)，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量標準化生產(chǎn)的新模式；以微電子和計算機為標志的自動化工業(yè)革命3.0實現(xiàn)了程序化自動化生產(chǎn)，不但解放了體力勞動，還部分接管了腦力勞動，工業(yè)邁入少人化；工業(yè)4.0則是向兩大方向深度推進，產(chǎn)品端是定制化，制造端是智能化、無人化。
不要簡單以為在生產(chǎn)車間內(nèi)用一款機器人代替車間工人的流水化操作就是智能工廠，或是工業(yè)無人化。
真正的智能制造和工業(yè)無人化遠遠不止如此。它們是制造企業(yè)從單一產(chǎn)品制造向智能制造生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、向產(chǎn)品加服務轉(zhuǎn)型的探索。通過智能化、無人化改造，客戶個性化產(chǎn)品單個生產(chǎn)的費用可以變得和大批量生產(chǎn)的費用一樣。
將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的高級階段，是在未來工廠中每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰可見、高度透明，整個車間悄然高效地運轉(zhuǎn)的，工業(yè)機器人與其他自動化設備不僅彼此協(xié)作，還與遍布全球的員工、客戶以及智能分析動態(tài)系統(tǒng)進行協(xié)作。
信息技術(shù)的改造已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)品的智能制造，更大的變化是生產(chǎn)組織方式：通過對客戶歷史采購量和中長期需求等數(shù)據(jù)進行分析，依據(jù)產(chǎn)出能力自主安排生產(chǎn)時間和數(shù)量，客戶經(jīng)理、操作工人以及原料供應商“串”在同一條信息鏈上。
未來的工廠即無人化的智能工廠，就是代表高效率的樂園：次品、停機、浪費和等待這些問題統(tǒng)統(tǒng)不復存在。工廠經(jīng)理和CIO（首席數(shù)據(jù)官）們齊心協(xié)力，確保數(shù)據(jù)和生產(chǎn)、IT和制造無縫結(jié)合起來，每個機器的每次轉(zhuǎn)動、每個刀具的每次切割以及全球交付鏈上每個部件的每次運輸，都一覽無遺。
建立體系優(yōu)勢，應對國際挑戰(zhàn)
工業(yè)無人化實質(zhì)上是工業(yè)制造智能化、高端化的一個縮影，前提是工業(yè)自動化的持續(xù)跨越升級。邁入工業(yè)4.0，先要經(jīng)歷2.0、2.5還有3.0之路。其間要思考，一個企業(yè)、一個團隊，能否掌握信息革命的這些工具，能否攻克工業(yè)革命的堡壘？
制造業(yè)經(jīng)過智能化改造之后，人員結(jié)構(gòu)將會從原來的一線產(chǎn)業(yè)工人占主要比重的金字塔形，向中間的技術(shù)工人越來越多的倒梯形轉(zhuǎn)變。“無人工廠”也并非完全無人，而是追求一種人與機器之間的有機互動與平衡。
近些年來，國內(nèi)勞動密集型的“萬人工廠”越發(fā)逼近薄利甚至零利。企業(yè)和政府往往基于成本壓力，以“機器換人推動產(chǎn)業(yè)升級”的角度去看待工業(yè)信息化和無人化。而真正應該深入思考的，是如何利用智能裝備來改變工藝生產(chǎn)流程，解決制造周期、成本以及整個工藝流程的問題，讓產(chǎn)品更有競爭力，從而實現(xiàn)全體系的轉(zhuǎn)型升級。
制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，除了國內(nèi)高度關(guān)注的工業(yè)4.0或者是說信息化和工業(yè)化深度融合之外，還有一個維度是全球化。
宏觀層面，政府正在推進“走出去”戰(zhàn)略，鼓勵一些中國有優(yōu)勢的傳統(tǒng)制造業(yè)，把產(chǎn)能向海外轉(zhuǎn)移；微觀層面，國內(nèi)大型制造業(yè)企業(yè)高度強調(diào)要打造成國際化公司。
可是信息化和工業(yè)化深度融合之后，必然會沖擊國內(nèi)企業(yè)的全球化思維。工業(yè)4.0模式基本上可以做到無人化，工業(yè)無人化必將沖擊全球制造業(yè)格局。不管在美國、歐洲、中國或是東南亞、南亞國家都是一樣的，基于勞動力成本的差距消失了，整個世界的制造業(yè)格局將被改寫和刷新。
工業(yè)4.0或者中國制造2025，都會帶來一個新的“刷屏”時代。新形勢下，怎么促進全球化，利用什么優(yōu)勢來實現(xiàn)全球化？
制造業(yè)的智能化改造已經(jīng)成為政府和企業(yè)家的共識。“機器換人”推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級、自動化進程，就必須在政策制定和實施過程中全面考慮到包括機器人技術(shù)發(fā)明家、企業(yè)創(chuàng)業(yè)家、產(chǎn)業(yè)資本家、應用先行者、基地服務員和產(chǎn)業(yè)組織者六大人群的實際需求。整合資源，在系統(tǒng)層次（系統(tǒng)框架、發(fā)展方向）上尋求創(chuàng)新突破。
面向智能制造的產(chǎn)業(yè)升級不是某項單一技術(shù)、甚至某個產(chǎn)業(yè)的升級，而是以新的運行方式和更緊密的產(chǎn)業(yè)互動重塑整個工業(yè)體系。這個轉(zhuǎn)型升級不是升級幾條生產(chǎn)線、或是新一代產(chǎn)品設計這么簡單。它對于從系統(tǒng)層次把握工業(yè)全局（即頂層設計）的能力提出了更高要求。而中國制造業(yè)未來的信息化、無人化轉(zhuǎn)型升級，在于營造“全鏈條”生態(tài)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)體系，建立體系優(yōu)勢，應對國際挑戰(zhàn)。
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