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近几年的智能制造在发展过程中完成了很大的进展,从在生产中发挥角色,到在智能化的控制设备,智能制造的发展推进了工业制造业的产业变革,智能制造的发展包括以下阶段。
综合智能制造相关方式可以总结归纳和提升出三种智能制造的基本范式,也就是数字化制造、数字化网络化制造,数字化网络化智能化制造(即新一代智能制造),智能制造三个基本范式次第展开、迭代升级,一方面,三个基本范式体现着国际上智能制造发展历程中三个阶段,另一方面对中国而言,必须发挥后发优势,采取三个基本范式"并行推进、融合发展"的技术路线。
智能制造发展的三大阶段
1,智能制造初级阶段:数字化制造
数字化制造是智能制造第一种基本范式,可以称之为第一代智能制造,是智能制造的基础。以计算机数字控制为代表的数字化技术广泛运用于制造业,形成"数字一代"创新产品和以计算机集成系统(CIMS)为标志的集成解决方案。二十世纪八十年代以来,我国企业推动数字化制造取得了巨大的进步,我们认识到我国大多数企业和广大中小企业没有完成数字化转型,面对这样的现实,我国在推进智能制造过程当中必须实事求是,踏踏实实完成数字化补课,进一步夯实智能制造发展基础。需要说明的是,数字化制造是智能制造基础,它的内涵不断发展,贯穿于智能制造的三个基本范式和全部发展历程。我们这里定义的数字化制造是作为第一种基本范式的数字化制造,是一种相对狭义的定位,国际上有比较广义的定位和理论,在他们的理论看来,数字化制造就等于智能制造。
2,智能制造第二级阶段:数字化网络化制造
数字化网络化制造,是智能制造第二种基本范式,也可称之为"互联网+制造"或第二代智能制造。上世纪末互联网技术开始广泛运用,"互联网+"不断推进制造业和互联网融合发展,网络将人、数据和事物连接起来,通过企业内、企业间的协同,以及各种社会资源的共享和集成,重塑制造业价值链,推动制造业从数字化制造向数字化网络化制造转变。德国工业4.0和美国工业互联网完善地阐述了数字化网络化制造范式,提出了实现数字化网络化制造的技术路线。我国工业界大力推进"互联网+制造",一方面一批数字化制造基础较好的企业成功转型,实现了数字化网络化制造。
3,智能制造第三阶段:新一代智能制造
数字化网络化智能化制造,是智能制造的第三种基本范式,可以称之为新一代智能制造。近年来人工智能加速发展,实现了战略性突破,先进制造技术和新一代人工智能技术深度融合,形成了新一代智能制造,我们也可以称之为数字化网络化智能化制造。新一代智能制造的主要特征表现在制造系统具备了学习能力,通过深度学习、增强学习等技术应用于制造领域,知识产生、获取、运用和传承效率发生革命性变化,显著提高创新与服务能力,新一代智能制造是真正意义上的智能制造。
智能制造的五大模式
1,离散型智能制造
建立生产过程数据采集和分析系统,实现生产进度、现场操作、质量检验、设备状态、物料传送等生产现场数据自动上传,并实现可视化管理。建立车间制造执行系统(MES),实现计划、调度、质量、设备、生产、能效等管理功能。建立企业资源计划系统(ERP),实现供应链、物流、成本等企业经营管理功能。建立工厂内部通信网络架构,实现设计、工艺、制造、检验、物流等制造过程各环节之间,以及制造过程与制造执行系统(MES)和企业资源计划系统(ERP)的信息互联互通。建有工业信息安全管理制度和技术防护体系,具备网络防护、应急响应等信息安全保障能力。建有功能安全保护系统,采用全生命周期方法有效避免系统失效。
通过持续改进,实现企业设计、工艺、制造、管理、物流等环节的产品全生命周期闭环动态优化,推进企业数字化设计、装备智能化升级、工艺流程优化、精益生产、可视化管理、质量控制与追溯、智能物流等方面的快速提升。
2,流程型智能制造
实现对物流、能流、物性、资产的全流程监控,建立数据采集和监控系统,生产工艺数据自动数采率达到90%以上。实现原料、关键工艺和成品检测数据的采集和集成利用,建立实时的质量预警。建立生产执行系统(MES),生产计划、调度均建立模型,实现生产模型化分析决策、过程量化管理、成本和质量动态跟踪以及从原材料到产成品的一体化协同优化。建立企业资源计划系统(ERP),实现企业经营、管理和决策的智能优化。
通过持续改进,实现生产过程动态优化,制造和管理信息的全程可视化,企业在资源配置、工艺优化、过程控制、产业链管理、节能减排及安全生产等方面的智能化水平显著提升。
3,网络协同制造
通过协同云平台,实现面向订单的企业间/部门间生产资源合理调配,以及制造过程各环节和供应链的并行组织生产。建有围绕全生产链协同共享的产品溯源体系,实现企业间涵盖产品生产制造与运维服务等环节的信息溯源服务。建有工业信息安全管理制度和技术防护体系,具备网络防护、应急响应等信息安全保障能力。通过持续改进,网络化制造资源协同云平台不断优化,企业间、部门间创新资源、生产能力和服务能力高度集成,生产制造与服务运维信息高度共享,资源和服务的动态分析与柔性配置水平显著增强。
4,大规模个性化定制
建有基于互联网的个性化定制服务平台,通过定制参数选择、三维数字建模、虚拟现实或增强现实等方式,实现与用户深度交互,快速生成产品定制方案。建有个性化产品数据库,应用大数据技术对用户的个性化需求特征进行挖掘和分析。个性化定制平台与企业研发设计、计划排产、柔性制造、营销管理、供应链管理、物流配送和售后服务等数字化制造系统实现协同与集成。
通过持续改进,实现模块化设计方法、个性化定制平台、个性化产品数据库的不断优化,形成完善的基于数据驱动的企业研发、设计、生产、营销、供应链管理和服务体系,快速、低成本满足用户个性化需求的能力显著提升。
5,远程运维服务
采用远程运维服务模式的智能装备/产品应配置开放的数据接口,具备数据采集、通信和远程控制等功能,利用支持IPv4、IPv6等技术的工业互联网,采集并上传设备状态、作业操作、环境情况等数据,并根据远程指令灵活调整设备运行参数。建立智能装备/产品远程运维服务平台,能够对装备/产品上传数据进行有效筛选、梳理、存储与管理,并通过数据挖掘、分析,向用户提供日常运行维护、在线检测、预测性维护、故障预警、诊断与修复、运行优化、远程升级等服务。建立信息安全管理制度,具备信息安全防护能力。通过持续改进,建立高效、安全的智能服务系统,提供的服务能够与产品形成实时、有效互动,大幅度提升嵌入式系统、移动互联网、大数据分析、智能决策支持系统的集成应用水平。
政府在推进智能智能新模式发展
据科技部党组成员周长奎介绍,"十三五"国家科技创新规划中,科技部牵头,专门对推进人工智能相关工作进行了部署,同时科技创新2030重大项目对智能制造和机器人等与人工智能相关的项目,进行了系统设计和差异化定位。去年,按照中央部署,科技部会同相关部门编制完成了《新一代人工智能发展规划》,配套的就是重大科技项目的实施方案。该《规划》确立了"三步走"目标,远近结合、梯次接续,加快推动人工智能与经济社会国防深度融合,提升新一代人工智能科技创新能力。"加速积累的技术能力与海量的数据资源、巨大的应用需求、开放的市场环境,形成了我国人工智能发展的独特优势。"
工业和信息化部总经济师王新哲表示,目前我国人工智能的发展已经进入了一个快车道。而中国制造业高质量发展是一种历史潮流。2010年,我国已经是制造业大国,但还存在大而不强的问题,制造业由大变强,是一个长期的发展过程。
为推动人工智能与制造业的深度融合发展,我国采取了一系列措施,其中包括以信息技术与制造技术深度融合为主线,明确了未来三年产业发展的重点和目标;推动产业核心技术攻关,支持智能传感器、神经网络芯片等关键核心技术及产品的研发和创新应用;鼓励新一代人工智能技术在工业各环节的创新应用,系统提升制造装备、制造过程、细分行业应用的智能化水平;推动工业互联网、车联网、机器人、智能语音等重点领域发展。
据悉,未来在推动人工智能产业化发展上,工业和信息化部将着力打造产业集群,强化部省合作联动,鼓励引导各地区结合自身基础和条件,加快打造一批特色突出、辐射带动作用明显的人工智能产业集群;加快完善政策体系,建立人工智能标准、测评、知识产权等服务体系,推动建设行业训练资源库、标准测试数据集和开放平台,构建人工智能基础支撑平台。
智能制造在西方发达国家是一个串联式的发展过程,数字化、网络化、智能化是西方顺序发展智能制造三个阶段,我们不能够走西方顺序发展老路,他们是用几十年时间,充分发展了数字化制造之后,再发展数字化网络化制造,进而也已经开始发展新一代智能制造。我们不能走这条路,如果是这样,我们就无法完成中国制造业转型升级的历史性任务。我们必须充分发挥后发优势,采取"并联式"发展方式,要数字化、网络化、智能化并行推进,融合发展。
在"并行推进"不同的基本范式的过程中,各个企业可以充分运用成熟的先进技术,根据自身发展的实际需要,'以高打低、融合发展',在高质量完成"数字化补课"的同时,实现向更高的智能制造水平的迈进。
想要发展智能制造,科技方面,我们需要坚持开发新技术,在人工智能,大数据方面都坚持进行深入研究;在企业普及方面,企业要增加对智能制造的产品使用,提高员工融合新科技进行生产的能力。
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