智能制造裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展

□ 張文毓

中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七二五研究所 河南洛陽(yáng) 471023

1 智能制造裝備概述

具有預(yù)測(cè)、感知、分析、決策等功能的各種類型制造裝備統(tǒng)稱為智能制造裝備。智能制造裝備是在將裝備數(shù)控化作為基礎(chǔ)的前提條件下,提出的一種更為先進(jìn),能使生產(chǎn)相關(guān)工作效率及生產(chǎn)精準(zhǔn)程度得到一定程度提升的裝備。智能制造裝備是先進(jìn)裝備的核心,已經(jīng)逐漸演變?yōu)槭澜绶秶鷥?nèi)各個(gè)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)的目標(biāo)。作為高端裝備制造業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向和信息化工業(yè)化有機(jī)融合的具體表現(xiàn),智能制造裝備在提升制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)速度、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量水平過(guò)程中所起到的作用是十分明顯的,并且也在制造業(yè)朝智能化和綠色化方向轉(zhuǎn)變過(guò)程中發(fā)揮著推動(dòng)性作用[1]。

智能制造裝備是對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的升級(jí)改造,是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程智能化、自動(dòng)化、精密化、綠色化的基本工具,也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品使用過(guò)程節(jié)能減排的重要手段。目前,智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變的重要標(biāo)志。對(duì)于國(guó)防制造領(lǐng)域而言,智能制造裝備可以更有效和更經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)飛機(jī)、坦克、裝甲車輛、導(dǎo)彈、艦船等普通數(shù)控裝備難以實(shí)現(xiàn)的超常規(guī)制造任務(wù),是保障當(dāng)前及未來(lái)武器裝備研制生產(chǎn)能力的重要基礎(chǔ)[2]。

2015年5月8日,國(guó)務(wù)院正式公布中國(guó)制造2025計(jì)劃,將智能制造作為主攻目標(biāo),以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本為基本方針,堅(jiān)持市場(chǎng)主導(dǎo)、政府引導(dǎo),立足當(dāng)前、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn),整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破,自主發(fā)展、開放合作的基本原則,推進(jìn)兩化深度融合,提升我國(guó)制造業(yè)國(guó)際化發(fā)展水平。中國(guó)制造2025計(jì)劃通過(guò)三步走來(lái)實(shí)現(xiàn)成為制造強(qiáng)國(guó)的戰(zhàn)略目標(biāo)。第一步,到2025年邁入世界制造強(qiáng)國(guó)行列。第二步,到2035年制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平。第三步,到2050年制造業(yè)大國(guó)的地位更加鞏固,綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)的前列[3]。

2 智能制造技術(shù)

智能制造體系基于新一代信息技術(shù),貫穿設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié),是先進(jìn)制造過(guò)程、系統(tǒng)、模式的總稱。智能制造過(guò)程通過(guò)自動(dòng)化裝備及通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化,能夠通過(guò)各類數(shù)據(jù)采集技術(shù),應(yīng)用通信互聯(lián)手段,將數(shù)據(jù)連接至智能控制系統(tǒng),并將數(shù)據(jù)應(yīng)用于企業(yè)統(tǒng)一管理控制平臺(tái),從而提供最優(yōu)化的生產(chǎn)方案、協(xié)同制造和設(shè)計(jì)、個(gè)性化定制,最終實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。

智能制造發(fā)展需要經(jīng)歷自動(dòng)化、信息化、互聯(lián)化、智能化四個(gè)階段,每一個(gè)階段對(duì)應(yīng)智能制造體系中的某一個(gè)核心環(huán)節(jié)。智能制造技術(shù)的顯著特點(diǎn)主要包括三個(gè)方面:① 將數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融為一體;② 制造產(chǎn)品的過(guò)程具有智能化特點(diǎn),對(duì)產(chǎn)品制造數(shù)量、管理等多方面實(shí)時(shí)監(jiān)控;③ 制造出的產(chǎn)品具有高質(zhì)量和使用方便的特點(diǎn)。

3 智能制造裝備特征

與傳統(tǒng)制造裝備相比,智能制造裝備具有對(duì)裝備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境實(shí)時(shí)感知、處理、分析的能力。根據(jù)裝備運(yùn)行狀態(tài)變化,具備自主規(guī)劃、控制、決策的能力。智能制造裝備對(duì)故障具備自診斷自修復(fù)能力,對(duì)自身性能劣化具備主動(dòng)分析和維護(hù)能力,具備參與網(wǎng)絡(luò)集成和網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力,還具備自我感知能力、自主規(guī)劃和決策能力、自學(xué)習(xí)和自維護(hù)能力、自優(yōu)化能力、容錯(cuò)能力、網(wǎng)絡(luò)集成能力等。

智能制造裝備可應(yīng)用于計(jì)算機(jī)智能系統(tǒng)、智能機(jī)床、智能機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)智能技術(shù)、自動(dòng)化智能制造、高智能機(jī)器裝備、增材制造裝備等[4]。

4 國(guó)外研究現(xiàn)狀

4.1 美國(guó)

美國(guó)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)采用研發(fā)與生產(chǎn)-出口-進(jìn)口的發(fā)展模式?？鐕?guó)公司是裝備制造業(yè)發(fā)展的主體,美國(guó)政府大力支持跨國(guó)公司。美國(guó)新興裝備制造業(yè)正逐步成為推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的主導(dǎo)力量。

美國(guó)是智能制造概念的發(fā)源地,美國(guó)政府十分重視對(duì)智能制造設(shè)備的發(fā)展和研究,美國(guó)政府認(rèn)為,智能制造是可以幫助美國(guó)在制造科技領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位的重要手段之一。自20世紀(jì)末以來(lái),美國(guó)政府在智能制造設(shè)備領(lǐng)域投入了大量研究資金,還開設(shè)了許多與智能制造設(shè)備相關(guān)的研究項(xiàng)目,例如智能設(shè)計(jì)和智能物流傳輸?shù)萚5]。

4.2 日本

日本智能制造裝備產(chǎn)業(yè)采用進(jìn)口-國(guó)內(nèi)生產(chǎn)-出口的發(fā)展模式。日本政府實(shí)行了合理有效的產(chǎn)業(yè)政策,但是日本裝備制造業(yè)目前面臨優(yōu)勢(shì)弱化的風(fēng)險(xiǎn)。

在對(duì)智能制造裝備的研究過(guò)程中,日本能夠與其它智能制造裝備研究水平較高的國(guó)家共同努力,填補(bǔ)彼此的缺點(diǎn),同時(shí)填補(bǔ)在智能制造設(shè)備行業(yè)發(fā)展中的空白。通過(guò)合作和謙虛的態(tài)度,日本已迅速改善了智能制造產(chǎn)業(yè),達(dá)到全球先進(jìn)水平。20世紀(jì)末,日本開始積極與美國(guó)、澳大利亞及其它國(guó)家溝通并聯(lián)合研究,以解決當(dāng)時(shí)日本在生產(chǎn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方面存在的缺陷。日本將美國(guó)、澳大利亞及其它國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)與日本的實(shí)際研究狀況相結(jié)合,開發(fā)了一些高效的生產(chǎn)系統(tǒng)。

4.3 德國(guó)

德國(guó)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)采用以人為本理念、德國(guó)制造品牌、創(chuàng)新實(shí)力驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式[6]。

德國(guó)是歐盟中制造業(yè)最強(qiáng)的國(guó)家,對(duì)歐盟智能制造設(shè)備水平的研究與分析主要就是對(duì)德國(guó)智能制造設(shè)備水平的研究與分析?，F(xiàn)階段,德國(guó)在智能制造裝備發(fā)展方面處于有利地位。2010年,德國(guó)與其它歐盟國(guó)家共同啟動(dòng)了第七框架計(jì)劃,德國(guó)將此計(jì)劃稱為工業(yè)4.0計(jì)劃。在這一計(jì)劃中,其它歐盟國(guó)家將德國(guó)作為生產(chǎn)行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者,投資大量資金用于研究智能生產(chǎn)設(shè)備,至今德國(guó)已投資2億歐元。德國(guó)能否在科學(xué)技術(shù)上處于領(lǐng)先地位,與工業(yè)4.0計(jì)劃密切相關(guān)。針對(duì)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r,德國(guó)已將工業(yè)4.0計(jì)劃更新為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。

4.4 小結(jié)

自信息技術(shù)問(wèn)世以來(lái),智能制造裝備使工業(yè)生產(chǎn)又經(jīng)歷了一次全新的革命。一方面,美國(guó)作為計(jì)算機(jī)的發(fā)源地,科技水平和制造工藝均處于國(guó)際領(lǐng)先地位,智能化的思想也最早起源于美國(guó),因此美國(guó)發(fā)展較快。作為超級(jí)大國(guó),美國(guó)在智能化和創(chuàng)新方面一直處于世界領(lǐng)軍地位,智能手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、最早的數(shù)控機(jī)床,以及多功能、自動(dòng)化傳感器都來(lái)源于美國(guó)。另一方面,智能化的發(fā)展逐步加深,從一開始的機(jī)床生產(chǎn)自動(dòng)化到全自動(dòng)生產(chǎn)流水線,生產(chǎn)過(guò)程日漸簡(jiǎn)潔方便。智能元件和數(shù)字電子技術(shù)的普及使智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系日趨完善,生產(chǎn)線不僅可以有序地完成生產(chǎn)任務(wù),還可以對(duì)外部情況做出分析和判斷。當(dāng)有故障出現(xiàn)時(shí),還可以做出決策和處理,比如終止生產(chǎn)任務(wù)或?qū)€(gè)別有問(wèn)題的部件重新生產(chǎn)。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)是技術(shù)上的一個(gè)革新,基本解放了人類生產(chǎn)力。機(jī)器人作為勞動(dòng)力,與人類相比,在勞動(dòng)時(shí)間、勞動(dòng)強(qiáng)度等方面都有更大的優(yōu)勢(shì)。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,歐洲、美國(guó)和日本處于領(lǐng)先地位。為了提高生產(chǎn)效率和創(chuàng)造更大收益,世界各國(guó)都陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)政策來(lái)推動(dòng)制造裝備產(chǎn)業(yè)智能化進(jìn)程,使產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有了法律保障。2010年,美國(guó)出臺(tái)制造業(yè)促進(jìn)法案,同年歐盟開始實(shí)施IMS2020計(jì)劃和第八框架計(jì)劃,均對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了大力支持。在歐盟,德國(guó)提出的工業(yè)4.0計(jì)劃尤其明確,是歐盟智能制造的領(lǐng)軍者,計(jì)劃的核心是利用信息通信及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造裝備工業(yè)的智能化。通過(guò)實(shí)行工業(yè)4.0計(jì)劃,德國(guó)已經(jīng)在新一輪的工業(yè)革命中占得了先機(jī),制造工業(yè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力顯著提高。目前在智能制造企業(yè)中,最多的是德國(guó)和美國(guó)企業(yè),其次是日本企業(yè)。

5 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

中國(guó)雖然是制造大國(guó),但在技術(shù)上與先進(jìn)國(guó)家相比還有一定差距。智能化的核心技術(shù)在國(guó)內(nèi)有一定發(fā)展,但還沒(méi)有達(dá)到德美等發(fā)達(dá)國(guó)家的水平。在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展的背景下,智能制造裝備產(chǎn)業(yè)在中國(guó)同樣受到前所未有的重視。隨著中國(guó)制造2025計(jì)劃和智能制造發(fā)展規(guī)劃等出臺(tái),高端裝備制造業(yè)發(fā)展的核心逐漸聚焦于智能制造裝備。近幾年來(lái),中國(guó)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積越來(lái)越廣,4G網(wǎng)絡(luò)幾乎已經(jīng)全面覆蓋。網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展是智能化得以實(shí)現(xiàn)的前提條件,這兩個(gè)問(wèn)題在中國(guó)已經(jīng)基本得到解決,最關(guān)鍵的是創(chuàng)新與融合。以智能手機(jī)和大數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)為例,中國(guó)僅承擔(dān)生產(chǎn)任務(wù),核心的芯片和設(shè)計(jì)技術(shù)依然由歐美國(guó)家掌握。如果想要使用相關(guān)產(chǎn)品,需要高價(jià)購(gòu)買,而制造業(yè)所得的利潤(rùn)與技術(shù)擁有者相比十分微薄,由此可見,創(chuàng)新勢(shì)在必行。工業(yè)機(jī)器人在中國(guó)起步于20世紀(jì)70年代初期,863計(jì)劃開始實(shí)施后,智能機(jī)器人的研究取得了重大突破。進(jìn)入21世紀(jì)后,中國(guó)研制出了一大批具有特殊功能的機(jī)器人,可以進(jìn)行焊接、搬運(yùn)、切割、噴漆、打撈等工作。雖然中國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在不斷進(jìn)步,但是與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有明顯差距,這決定中國(guó)自行生產(chǎn)的機(jī)器人在精密工作的場(chǎng)合存在不足,比如手術(shù)機(jī)器人等。目前,中國(guó)市場(chǎng)對(duì)機(jī)器人的需求比較大,必須加大投資發(fā)展機(jī)器人。在中國(guó)推進(jìn)制造裝備行業(yè)智能化的進(jìn)程中,應(yīng)借鑒美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),大力發(fā)展物理信息技術(shù),以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破和核心領(lǐng)域的創(chuàng)新[7]。

6 應(yīng)用進(jìn)展

雖然中國(guó)目前已經(jīng)成為制造業(yè)大國(guó),但是大而不強(qiáng)依然是中國(guó)制造業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題。在高端裝備領(lǐng)域,中國(guó)80%的集成電路芯片制造裝備、40%的大型石化裝備、70%的汽車制造關(guān)鍵設(shè)備及先進(jìn)集約化農(nóng)業(yè)裝備仍然依靠進(jìn)口。

智能制造中的核心技術(shù)包括實(shí)時(shí)化定位技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、信息物理化融合技術(shù)、系統(tǒng)協(xié)同化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全信息技術(shù)等。依據(jù)裝備制造行業(yè)的制造特點(diǎn)與要求,裝備制造行業(yè)的核心制造技術(shù)基本上可以劃分為三類,即信息物理系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)字線索科學(xué)技術(shù)、人工智能增強(qiáng)技術(shù)。從簡(jiǎn)單層面來(lái)分析,信息物理系統(tǒng)技術(shù)屬于智能制造綜合系統(tǒng)中的一項(xiàng)核心技術(shù),可以實(shí)時(shí)化感知與分析各種狀態(tài)信息,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自主性決策,并做出相應(yīng)精準(zhǔn)動(dòng)作,再依據(jù)操作過(guò)程與結(jié)果反饋等,為系統(tǒng)提供自主學(xué)習(xí)提升功能。數(shù)字線索科學(xué)技術(shù)基于信息傳遞,屬于系統(tǒng)軟件、模型等一體化的全壽命周期性管理架構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)與知識(shí)的無(wú)縫連接。人工智能增強(qiáng)技術(shù)基于數(shù)字線索科學(xué)技術(shù),借助分解、細(xì)化各種復(fù)雜系統(tǒng)及操作過(guò)程,有效輔助增強(qiáng)人工對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的理解及掌握能力,確保準(zhǔn)確高效地執(zhí)行各種復(fù)雜任務(wù)[8]。

6.1 汽車電子智能制造技術(shù)

展望未來(lái),汽車電子制造技術(shù)在自動(dòng)化、集成化、信息化的基礎(chǔ)上,將進(jìn)一步向高度智能化升級(jí)。高度智能化的汽車電子制造技術(shù)可以通過(guò)規(guī)模化生產(chǎn)效益實(shí)現(xiàn)汽車電子產(chǎn)品個(gè)性化生產(chǎn)的需求,通過(guò)先進(jìn)制造技術(shù)與人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)的融合,利用數(shù)據(jù)采集、工況自適應(yīng)控制、大數(shù)據(jù)與機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器視覺(jué)等關(guān)鍵技術(shù),具有感知、分析、推理、決策、控制、學(xué)習(xí)、互聯(lián)等特征。新一代汽車電子智能制造生產(chǎn)線不僅可以實(shí)現(xiàn)減人提效、降本高質(zhì)的要求,而且支持設(shè)備在線檢測(cè)、設(shè)備狀況監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析、設(shè)備運(yùn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。

汽車電子智能制造技術(shù)從早期的自動(dòng)化升級(jí)到集成化、柔性化、信息化、高度智能化,是打造汽車產(chǎn)業(yè)鏈核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素,也是汽車產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的重要環(huán)節(jié)。汽車電子智能制造將為實(shí)現(xiàn)汽車由簡(jiǎn)單代步工具向人類智能伙伴轉(zhuǎn)變提供核心支撐,不僅僅是先進(jìn)技術(shù)和系統(tǒng)的應(yīng)用,更是生產(chǎn)模式和工業(yè)理念的轉(zhuǎn)變,這些轉(zhuǎn)變將促進(jìn)汽車電子制造乃至汽車工業(yè)發(fā)展,并產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[9]。

6.2 軌道交通裝備行業(yè)智能化發(fā)展

中國(guó)提出利用10 a時(shí)間,形成較為完備的智能制造設(shè)備體系,滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求,實(shí)現(xiàn)智能制造設(shè)備的自動(dòng)化,大幅度提高企業(yè)生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,降低資源消耗。根據(jù)中國(guó)軌道交通裝備行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,建議中國(guó)高鐵裝備行業(yè)朝智能化方向發(fā)展,并且從標(biāo)準(zhǔn)化、精益化、產(chǎn)品智能服務(wù)化、供應(yīng)鏈可視化、經(jīng)營(yíng)全球化、信息安全體系化等方面進(jìn)行進(jìn)一步的探索和深入的發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)中國(guó)軌道交通裝備行業(yè)的快速發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

新一代智能制造是一個(gè)大系統(tǒng),主要由智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)三大功能系統(tǒng),以及智能制造云、工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)兩大支撐系統(tǒng)集合而成。新一代智能產(chǎn)品有三方面需求。第一是傳感技術(shù),產(chǎn)品需要能夠感受外部的變化情況,或者能夠整合產(chǎn)品內(nèi)部的數(shù)據(jù)。第二是計(jì)算技術(shù),包括產(chǎn)品自身的操作系統(tǒng),以及產(chǎn)品使用的各種應(yīng)用系統(tǒng)。第三是聯(lián)網(wǎng)技術(shù),隨著全球物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,產(chǎn)品可能具有霧計(jì)算、邊緣計(jì)算、云計(jì)算相連接的功能。鐵路裝備領(lǐng)域需要從以上三個(gè)方面加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新,突破關(guān)鍵技術(shù),依托于傳感器、工業(yè)軟件、網(wǎng)絡(luò)通信、新型人機(jī)交互,實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、產(chǎn)品等制造要素和資源的相互識(shí)別、實(shí)時(shí)聯(lián)通、有效交流,促進(jìn)鐵路裝備行業(yè)建設(shè)、管理、服務(wù)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的緊密結(jié)合,推動(dòng)制造方式的柔性化、綠色化、網(wǎng)絡(luò)化,從而不斷充實(shí)、提升鐵路裝備行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。目前,智能制造技術(shù)在鐵路裝備制造領(lǐng)域已經(jīng)得到越來(lái)越多的應(yīng)用[10]。

6.3 信息物理系統(tǒng)技術(shù)

信息物理系統(tǒng)技術(shù)屬于集物理實(shí)體、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算等為一體的復(fù)雜性系統(tǒng),通過(guò)有效融合通信、計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)及深度化協(xié)作,配合人機(jī)交互接口來(lái)實(shí)現(xiàn)與物理進(jìn)程之間的交互,確保網(wǎng)絡(luò)電磁空間能夠基于智能化、協(xié)作、安全、實(shí)時(shí)化、可靠、遠(yuǎn)程化方式操控物理實(shí)體。信息物理系統(tǒng)技術(shù)基本架構(gòu)包含認(rèn)知層、連接層、配置層、網(wǎng)絡(luò)層、轉(zhuǎn)換層。在能力架構(gòu)方面,主要包含資源集成、數(shù)據(jù)增值、智能化分析、資源調(diào)配等能力。應(yīng)用框架主要包含裝備數(shù)字化與自監(jiān)測(cè)、工廠自配置與自決策、工廠網(wǎng)絡(luò)化等。能力架構(gòu)與應(yīng)用架構(gòu)兩者存在著相互作用關(guān)系。

6.4 人工智能增強(qiáng)技術(shù)

智能制造中的人工智能技術(shù)在裝備制造業(yè)中應(yīng)用,能夠?qū)?fù)雜和枯燥等工作環(huán)境下難以實(shí)現(xiàn)的制造目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整,通過(guò)運(yùn)用綜合性技術(shù)來(lái)提高操作水平與效率。人工智能增強(qiáng)技術(shù)主要以虛擬現(xiàn)實(shí)科技為基礎(chǔ),通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用,作用于感知、數(shù)據(jù)、信息分析,以及綜合對(duì)比和決策執(zhí)行,為裝備制造業(yè)核心目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供有效保障。人工智能增強(qiáng)技術(shù)的功能主要是將人工和智能兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)綜合融入與連接,強(qiáng)化數(shù)據(jù)與信息分析能力,幫助制造業(yè)更好地決策與執(zhí)行。這一技術(shù)在創(chuàng)新與應(yīng)用中被賦予較高的權(quán)利,并且在實(shí)際運(yùn)行中展露頭角,發(fā)揮出較高的功能與作用,被制造業(yè)支持和認(rèn)可。

6.5 數(shù)字線索科學(xué)技術(shù)

智能制造是一個(gè)復(fù)雜性和綜合性的運(yùn)行系統(tǒng),所涉及的每一環(huán)節(jié)和過(guò)程都相互連接。其中,數(shù)字線索科學(xué)技術(shù)主要依托產(chǎn)品壽命周期,進(jìn)行綜合性管理與控制。這一技術(shù)基于建模和仿真設(shè)備,結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際,構(gòu)建相應(yīng)的操作體系,通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸,分析產(chǎn)品壽命周期,以此綜合匹配數(shù)據(jù)和信息,為系統(tǒng)運(yùn)行及產(chǎn)品壽命周期構(gòu)建基礎(chǔ)模型。這一技術(shù)依托信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將數(shù)據(jù)信息和工程認(rèn)知技術(shù)、無(wú)縫銜接交互等進(jìn)行有效融合,滿足當(dāng)前裝備制造業(yè)對(duì)產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)、成本、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)進(jìn)度的控制,通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行全面評(píng)估,以此為裝備制造業(yè)的制造和生產(chǎn)提供綜合性數(shù)據(jù)與信息。數(shù)字線索科學(xué)技術(shù)還能夠通過(guò)數(shù)字系統(tǒng),從設(shè)計(jì)、分析、物理化、綜合數(shù)字制造等方面全面構(gòu)建新型生產(chǎn)模型,提供真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)與信息,從而對(duì)生命周期數(shù)據(jù)基礎(chǔ)模型的構(gòu)建起到促進(jìn)作用[11]。

在中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形勢(shì)下,工業(yè)部門不斷進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)換代,從而使數(shù)控技術(shù)在智能制造業(yè)中的需求不斷上升,智能自動(dòng)化工業(yè)市場(chǎng)異常繁榮。由此,提高數(shù)控技術(shù)已經(jīng)迫在眉睫。目前,數(shù)控技術(shù)無(wú)論是在數(shù)控機(jī)床加工方面,還是在智能機(jī)器人方面,自身已相對(duì)成熟,應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大,遍及多個(gè)領(lǐng)域。另一方面,中國(guó)還堅(jiān)持生產(chǎn)屬于自己的智能控制核心技術(shù),不再依賴于國(guó)外技術(shù),由此提升中國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平。

從中國(guó)當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)來(lái)看,發(fā)展的大趨勢(shì)就是智能制造,這樣使工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)智能化管理,提高加工生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。數(shù)控技術(shù)作為智能制造的一個(gè)關(guān)鍵因素,應(yīng)用水平在很大程度上影響智能制造的質(zhì)量。所以,必須對(duì)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用,發(fā)揮功能優(yōu)勢(shì),確保推動(dòng)智能制造朝著更好的方向發(fā)展,力求提高智能制造的整體質(zhì)量,同時(shí)為企業(yè)創(chuàng)造出經(jīng)濟(jì)效益[12]。

7 發(fā)展趨勢(shì)

智能化是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì),人工智能技術(shù)的發(fā)展將會(huì)攻克許多難關(guān),克服關(guān)鍵領(lǐng)域的瓶頸,最終形成完整的、體系化的智能生產(chǎn)裝備行業(yè)。如今,各種智能產(chǎn)品層出不窮,為人們的日常生活提供了極大便利。智能穿戴設(shè)備可以用于檢測(cè)患者的身體狀態(tài),從而避免搶救不及時(shí)所帶來(lái)的傷亡。智能家居的發(fā)展為家庭生活帶來(lái)了更高的舒適度。智能工廠、智能汽車等也已經(jīng)開始普及。在未來(lái),集信息技術(shù)、電子技術(shù)、物理技術(shù)等于一體的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)將會(huì)迅速發(fā)展,并引導(dǎo)傳統(tǒng)制造業(yè)朝節(jié)能和高效的方向發(fā)展,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)收益。

7.1 美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝備

美國(guó)智能制造設(shè)備的發(fā)展促進(jìn)了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)裝備制造系統(tǒng)的研究和建立。2013年,美國(guó)發(fā)布了有關(guān)智能制造裝備開發(fā)的文件,闡明了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念。工業(yè)化發(fā)展涉及機(jī)器、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和裝備問(wèn)題,工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將這三個(gè)因素結(jié)合在一起,可以促進(jìn)綠色、節(jié)能、高效的工業(yè)生產(chǎn)。隨著工業(yè)革命的發(fā)展,世界的制造工藝水平發(fā)展迅速,互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)加速了信息的傳播,促進(jìn)了世界融合。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)融合了工業(yè)革命和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì),使工業(yè)制造業(yè)繼續(xù)朝著數(shù)字化和智能化的方向發(fā)展。

7.2 德國(guó)工業(yè)4.0計(jì)劃

德國(guó)工業(yè)4.0計(jì)劃主要使用信息物理系統(tǒng),可以將德國(guó)智能制造裝備行業(yè)從集中式生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹缴a(chǎn)。工業(yè)4.0計(jì)劃最終要建立一個(gè)數(shù)字化和智能化制造模型,能夠進(jìn)一步促進(jìn)德國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)向現(xiàn)代智能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。工業(yè)4.0計(jì)劃的關(guān)鍵是信息物理系統(tǒng),信息物理系統(tǒng)將通信、計(jì)算機(jī)、物理整合為一體,可以有效提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率,也可以保證系統(tǒng)的安全性。確定工業(yè)4.0計(jì)劃的發(fā)展路線,對(duì)促進(jìn)德國(guó)智能制造業(yè)的發(fā)展方向起到了積極的推動(dòng)作用。

7.3 中國(guó)智能制造

中國(guó)已意識(shí)到與其它國(guó)家先進(jìn)智能制造之間的差距及制造業(yè)的重要性,近年來(lái)在智能制造行業(yè)的投資不斷增加。隨著中國(guó)智能制造產(chǎn)業(yè)研究的不斷深入,以及中國(guó)對(duì)德國(guó)和美國(guó)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),中國(guó)結(jié)合基本國(guó)情,確定了未來(lái)智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的五個(gè)目標(biāo),即集成化、定制化、信息化、數(shù)字化、綠色化。集成化指在制造過(guò)程中建立制造模型,并提高制造效率。定制化指向個(gè)性化和扁平化方向發(fā)展智能制造。信息化和數(shù)字化指在實(shí)際開發(fā)中采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感器技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。綠色化指減少制造過(guò)程中產(chǎn)生的污染,實(shí)現(xiàn)中國(guó)資源的可持續(xù)發(fā)展。

8 結(jié)束語(yǔ)

裝備制造業(yè)是制造業(yè)的核心和支柱,高度發(fā)達(dá)的裝備制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化的必要條件,也是一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平和綜合國(guó)力的集中體現(xiàn)。以智能制造帶動(dòng)裝備制造業(yè)智能化升級(jí),再以裝備制造業(yè)智能改造來(lái)推動(dòng)智能制造在全行業(yè)的普及,可以更好地實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。在制造工藝水平和信息技術(shù)高速發(fā)展的條件下,智能制造裝備產(chǎn)業(yè)必將蓬勃發(fā)展,未來(lái)智能化水平、自動(dòng)化程度都將達(dá)到新的高度。中國(guó)對(duì)于智能制造裝備不斷加大投資和研究力度,將促進(jìn)中國(guó)智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。