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国家智能制造标准体系建设相关政策之解读
发展智能制造使命在肩、任重道远


2018中国机器人产业发展高峰论坛及2018智能工厂装备及解决方案高峰论坛举办

 

工业和信息化部装备司原司长、中国智能制造系统解决方案供应商联盟专家委主任 张相木先生

 

2018年7月3日下午,由工信部指导、中国机械工业联合会(CMIF)主办的2018中国机器人产业发展高峰论坛及2018智能工厂装备及解决方案高峰论坛在上海金古源豪生大酒店国宾厅召开。本届论坛以“创新驱动·制造产业融合”为主题,是一场汇聚了行业政策解读、专家数据发布、企业行业分析的顶级盛宴。工业和信息化部装备司原司长、中国智能制造系统解决方案供应商联盟专家委主任张相木先生出席了本届论坛并发言。现全文摘录如下,供大家学习参考。

 

各位专家、各位来宾:

大家下午好!借这个机会跟大家就智能制造交流。

问题一:如何理解智能制造?

现在很多的企业把“智能制造”挂在嘴边,现在很多人理解的智能制造就是使用了几台机器人或者是购买了先进设备,并对于生产线进行了改造,只要把机器人和自动化设备引入了生产线就实现了智能制造。在这里,我想说这样一个观点——我们很多地方所说的机器换人是不等于智能制造的。

        其实,智能制造这个概念很早就有了。大概在80年代就提出“智能制造”这一概念。90年代初,又提出了智能制造系统的概念。21世纪以来,就逐步地演化为新一代信息技术条件下的智能制造。具体我想回顾一下,是1988年美国的两位学者首先提出了智能制造的概念,他们还做了一个定义,这里突出的是有了智能机器的说法,还有就是生产在没有人工干预的情况下进行。智能制造这个概念没提出几年,美国、日本、欧盟就倡导了一个国际研究计划,1991年的报告里面提出了智能制造系统这样一个概念。说到这儿,我想智能制造也好,智能制造系统也好,这个概念提出来以后确实搞了很多的实践,智能制造这个概念当时还热了一段。但是一个原因就是研究和实践的一些人,基本上都是当时研究人工智能的专家和学者,真正产业界当时参与的不够。第二个更重要的原因是当时技术条件有的还不具备,所以当时研究出来的智能制造基本上就是单元级的,就是局部的智能化,对于整个的智能制造推动并不大,所以后来又冷了一段时间。

        到了本世纪,随着新一代信息技术的发展,让很多原来做不到的事情现在慢慢地能够做到了,所以这个时候智能制造又兴起了。那么到2011年的时候,美国有一个智能制造领导联盟,它发表了《实施21世纪智能制造》的报告。这一报告对智能制造又有了新的描述,这里指出智能制造是先进智能系统的强化应用、新产品的迅速制造、产品需求的动态响应以及工业生产和供应链网络实时优化的制造。其核心技术是网络化传感器、数据互操作性、多尺度动态建模与仿真,智能自动化以及可扩展的多层次网络安全。

2014年,美国的能源部给智能制造下了一个定义,智能制造是先进传感、仪器监测、控制和过程优化的技术和实践的组合,在这个定义中将信息和通信技术与制造环境融合在一起,实现工厂和企业中能量、生产力和成本的实时管理。智能制造需要实现的目标是产品的智能化、生产的自动化、信息流和物资流合一、价值链同步。

2016年,工信部联合有关部门发布了一个《智能制造发展规划(2016—2020)》,这一规划中对智能制造做了描述性的定义。实际上对于智能制造这个概念想去描述或者是定义它的人很多,也有不同的版本,前面我讲的是早期的研究人工智能的人的定义,后来有一些定义是研究信息产业和信息技术的人来定义的。但是到目前为止,我的感觉是智能制造从一开始到现在,或者是再往后走,它这个内涵都要不断地再丰富。就是传统意义中智能制造是指生产过程的智能化,以应用智能装备、自动化物流为主,这种智能制造仅限于局部的智能化。

随着新一代信息技术的快速发展及应用,智能制造被赋予了新的内涵,在大数据、物联网条件下,智能制造不再局限于生产过程,而是扩展到企业的全部活动,涵盖企业内部价值链和外部产业链,衔接最终消费者和源头的供应商,其实这个内涵还会不断地丰富。但是我想说的是到目前为止还没有国际公认的智能制造的定义。

实际上有很多的人,包括国际的、国内的,学术界的、业内的,也包括各国政府都对智能制造有不同的描述或者是定义。但是迄今还没有一个凝聚业界共识的定义,我这里想说这也是符合规律的,因为智能制造是一场革命,既然是革命,这个革命还没有成功你很难说就能将它说清楚,就像我们都知道,四十年前我们改革开放,当时什么是改革开放?走什么路?达到什么样的目标说不清楚。当时叫“摸着石头过河”,今年,改革开放四十年,要开一个大会还有展览,肯定会对咱们的改革开放做一个非常完美的总结。

        随着智能制造浪潮的兴起,有一些原来信息产业领域的专家,也进入到智能制造产业领域来,他们也对未来的智能制造提出了许多的阐述和理解。在阐述和理解当中,他们用了一些传统的制造业的概念和名词,也用了一些新兴产业的新名词,实际上不是让智能制造更容易理解了,是让人更糊涂了。我认为这也是正常的。

        第一,我想说智能制造最终是实现全价值链的两个“IT”的融合。一个IT是工业技术,一个是信息技术。简单可以概括为两个“IT”的深度融合。这种融合贯穿价值链上研发、设计、制造、销售、服务等各个环节,通过数字基础设施的铺设,最终打通各个环节,形成虚实合一的生产系统。第二,智能制造是一种新型的制造模式,它是将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与先进自动化技术、传感技术、控制技术、数字制造技术深度融合,实现工厂和企业内部、企业之间和产品全生命周期的实时管理和优化的新型制造系统。它的本质特征是个体制造单元的自主性与系统整体的“自组织能力”。我在这里还想多强调一句,智能制造的核心还是制造,制造是价值链上最关键的一环,如果没有深度理解产业知识,只对表层数据进行收集分析、效果甚微。没有强大的制造实体,智能化则是空中的楼阁。

        另外,智能制造是一个不断进化的过程。智能制造是一场源自于企业由内到外的智能化革命,两个“IT”的深度融合是一个长过程,人工智能、工业互联网、并行工程、虚拟技术等多种智能技术的突破绝非易事。有人这样说,要在制造的全过程中全部实现智能化,如果不是完全做不到,至少也是在遥远的将来。所以说智能制造的发展不可能一蹴而就,而是一个长期、循序渐进、持续改善的过程。

        在最后,我想说一个智能制造的起点在工厂和车间。工厂和车间是劳动者、工业设备、生产技术以及原材料最终汇合的场所,生产要素的融合发生在车间,未来制造业的革命也将首先发生在车间。德国工业4.0的主题正是智能工厂和智能生产,智能工厂不仅搭建先进的生产设施,还要构建高效的数字化基础设施,工人、装备和产品之间实现互联互通,数据不仅是生产过程中产生的结果,更是引导和优化生产的主要依据,制造变成数据驱动型制造,这是革命性的变化。 

我先前说机器换人不等于智能制造,但是机器换人也是智能制造中的一个,如果广义地来讲,也是要从车间开始的。

         问题二:智能制造与工业4.0。

首先我们看一下德国提出工业4.0战略的背景。简单一点说一方面是金融危机以后,德国以外的工业国家积极推进再工业化,给德国带来了巨大的压力。新兴经济体的蓬勃发展,也对各国构成了长期挑战。另外一方面是信息技术和制造业的融合代表着未来的发展方向,必将带来相关产业的突破和重构。作为顶尖的制造业强国,德国敏锐地感到了这种趋势和挑战,急需寻找新的制高点,确保制造业未来竞争力。实际上,德国提出工业4.0最根本的背景就是为了保持德国制造业的领先优势,要用先进的新一代的信息技术来把制造业整体地提升。就是在这样的背景下,德国先是由下而上的,就是最先是由企业或者是行业协会提出,然后最终是政府将它作为国家战略。2011年德国人工智能研究中心负责人提出了“4.0”的概念,当时提出要作为第四次工业革命的雏形。2013年,德国正式推出了“工业4.0”的战略。

       “工业4.0”的含义,在德国这一概念意味着创新,从订单到研发、生产、产品交付,在各个阶段都能更好地满足日益个性化的客户需求。所有参与价值创造的相关实体形成网络,实现信息实时共享。通过人、物和系统的连接,实现企业价值网络的动态建立、实时优化和自组织,对成本、效率和能耗进行优化。“工业4.0”的宗旨是要实现高效率、低成本、小批量、定制化的生产。这就需要构建可以生产个性化智能产品的智能工厂,建立一种灵活的、个性化的生产模式。德国工业4.0被认为是第四次工业革命,是德国政府《高技术战略2020》中的一项战略。该战略旨在通过充分利用信息通信和网络空间虚拟系统相结合的手段,使制造业向智能化转型,以保持德国的国际竞争力,它主要的内容概括为一个网络、两大主题、三项集成、八项举措,后面还有多项课题。

        一个网络,就是信息物理系统(CPS),它是基于信息通信技术将智能机器、仓储系统以及生产设备融合到整个网络中,涵盖内外部物流、生产、市场销售以及延伸服务,并使得他们相互之间可以进行独立的信息交换、进程控制、触发行动等,以此达到全部生产过程的智能化,从而将资源、信息、物以及人紧密联系在一起,创造物联网及服务互联网,将生产工厂转变为一个智能环境,CPS是实现工业4.0的基础。两大主题前面我讲到了,一个是智能工厂,一个是智能生产。这个是它的比较显著的特点。三项集成,一个是纵向集成、一个是横向集成,一个是端到端的集成。八项举措,包括基础设施建设,标准化是在头位的。   

       工业4.0的本质是基于信息物理系统,实现动态配置的新型生产方式。目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。在这种模式下,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的合作领域和合作形式。创造新价值的过程会发生改变,产业链分工将被重组,德国的学术界和产业界认为,工业4.0概念即为以智能制造为主导的第四次工业革命或者是革命性的生产方式。

        最后我想说的是,有的时候有的人写文章或者是什么的,老把“工业4.0”和“中国制造2025”对应起来,这是不对的。如果要对应的话应该是,中国制造2025对应它的高端战略2020,核心就是智能制造。

        问题三:智能制造与工业互联网。

        什么是工业互联网?工业互联网是一个与消费互联网相对应的概念。如果消费互联网可以简单理解为将手机等移动终端连接上家用电器、汽车、电脑的话,那么工业互联网就是把机器设备装上传感器,将人、机器、设备连接起来,形成一个开放、全球化的工业网络。它的基本功能,工业互联网它最早是由GE在2012年推动出去,与德国工业4.0相比,工业互联网更加注重软件、网络和大数。它的目标是促进现实物理系统和虚拟数字系统的融合,营造一个信息物理系统的环境,它的核心是工业互联,基本功能是连接、监控、检测、优化。最终都要连接数据。工业大数据由工业互联网采集,用大数据分析法或人工智能技术来分析后,再进行数据展现、解读数据的内涵,进而实现优化和控制,实现驱动。

       工业互联网为降低机器的消耗成本而生,这个工业互联网和先前提到的工业4.0完全不是一回事。原形之一是在设备的关键部位装几个传感器,设备制造商可以通过物联网的软件,随时访问、操作、分析和计算,从而实现工业服务数字化,其主要作用是提高设备的维修效率,降低突发事故,降低设备的能源消耗,优化运营。这里就可以看出工业互联网一开始产生的原因。像我前面所说的,无论是智能制造还是工业4.0,它是侧重于工业生产的数字化,这个工业互联网它的出发点一开始起步是工业服务的数字化。作为GE来讲,最先研究的就是航空发动机。过去的发动机是预防性维修的,就是定期对它进行检查,检查就要停机,如果后面改成了预测性维护,就是根据以前许多发动机的数据,对它进行预防性,不是什么时候想到就停了。后来GE将工业互联网又用到了它的能源装备,能源装备它也是这样的,最后又用到了医疗装备,这是GE的三大领域。实际上就在这基础上就出现了Predix这样一个程序,就是一开始发源是从这里开始。

        现在它提出了演进,第一个层级是预测性分析维修软件,然后变得越来越多,然后第三步就是要升级了。怎样升级的呢?就是一些从微软跳槽到GE的员工,他们提出来,如果要让Predix赚更多的钱,那就要搞成像Windows一样,研发一个操作平台,今后的发展就是销售操作平台,之后一些企业选择这个平台。在这个基础上可以开发很多工业的App。实际上工业互联网现在还未做到这个层面,就是从趋势来看,今后智能制造如果从另外一个角度来讲,它有四个层级有十大场景,那么工业互联网刚才说它要连什么,就是这样一圈它都连接,这些不同的场景对应不同的层级,不同的场景它都可以跟智能制造发生关联,这是先前的提到的,具体的展开就是每一个层级里面哪几个场景中工业互联网起什么作用。总体上来说,我认为智能制造是致力于实现整个制造业价值链的智能化。工业互联网是实现智能制造的关键基础设施,或者是关键智能技术,是智能制造实现应有价值的必要条件和基石。工业互联网支撑智能制造,但是不能将二者混为一谈。如果我要再说一句话,过去写文章叫“中国制造2025”,“德国工业4.0”,美国的工业互联网,这个对应起来就更不对了。现在工业互联网还是停留在工业服务为起始的。有时候,我在想,工业互联网它也是一个网络,德国工业4.0明确说的也是有一个网络,就是CPS,它是实现智能制造的基础。那么我就在说CPS和工业互联是网什么关系?我认为一头从这里开始,一头从生产开始,可能两个将来汇聚到一起,本身工业互联网也说,以后也想弄成一个虚拟的物理系统。

        问题四:我国智能制造的成熟度如何。

首先中国推行智能制造,应该也是形成了一个较热德时期。工程院的一项调查,73%的企业智能化改造需求强烈并陆续付之行动,这是要干的。分析下来,有政府、国家战略的推动,但是更大的动力来自于企业自身。生态环境以及发展的生态也在形成。然后做的比较多的,收效比较大的数字化制造,在较大范围得到了推广。

赛迪研究院的调查,有的还是有一定的成效。有的企业开始做数字化、网络化制造,这里典型的就是海尔集团。另外智能制造的新模式、新业态也是不断地在涌现。像规模定制生产,逐步形成消费品制造的一种模式,远程运维服务在工程行业得到了广泛应用。然后智能制造的基础和水平参差不齐,根据对企业智能化改造方案的调查,有28%的企业计划对生产车间的局部环节实施机器换人,19%的想上自动化生产线,这是程度比较低的。也有34%的企业计划建设数字化车间和智能工厂,这说明基础差异是较大的,水平也是参差不齐,这就是我们国家的现状。

        前面我说了这是一项长期任务,在这里我主要想讲讲目前我们所处的真正阶段,就是数字化制造已在大多数企业得到推广应用,数字化网络化制造已在部分企业开展试点示范,少数基础好的企业已开始进行数字化、网络化、智能化制造的探索。有人说是三者并行,但是以数字化制造为主,现在就处于这样一个阶段。但是我们现在在推行智能制造的过程中,面临的比较大的一些问题:高端智能制造装备可靠性差,核心零部件和元器件主要依赖进口,平台软件缺失,工业软件技术落后,人才缺口大,公共服务平台支撑能力较弱等诸多矛盾和问题,所以智能制造对我们国家来说使命在肩,任重道远。

        问题五:我国的智能转型之路该怎样走。

        第一,就是要坚持并联式发展的技术路线,发达国家是数字化、网络化、智能化顺序发展的路线,我们国家不能这么走。如果我用相当长的时间发展数字化以后,再搞后面的,黄花菜都凉了。因为我们本身是有后发优势,有些是可以借鉴的。第二,是加快建设智能制造发展的生态,这个是必须要做的。第三,是大力培育智能制造系统解决方案供应商。这些年在有关部门的支持下,这个工作还是有些进展的。

        然后我讲几个观点,发展智能制造要两条腿走路,一条腿是产品工艺技术的开发,一条腿是信息化技术的应用能力,因为我们没有大企业,我们一般的制造企业没有像原来GE购买了一个数据软件公司,但是我们要用信息技术,就一定要有,两头都得有,否则智能制造发展走不快走不远。还有要分布实施发展智能制造。另外发展智能制造要因企制宜,不能一刀切,有的企业本身就是好一些。最后我想说企业推行智能制造过程中应该先医后药,先医后药就是先对企业进行诊断,认清了企业所处的位置和拥有的实力,理清现有条件下哪些目标是可达到的,哪些是未来可以的,哪些还处于梦想状态,然后再评估企业在通往智能制造道路上所要达到的层次,拟定最适合企业的路径和方法,最后搭建起智能制造的框架,分析企业核心要素,并由此引导出符合实际的智能化转型路线和节奏。如果我们的企业,自身没有这一评估能力,我认为去找一些专门的咨询公司帮你做评估,这个少花钱但是比乱撞要好得多。

 

来源:中国国际机器人展览会组委会

 

 

 


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