譚建榮院士:智能制造與智能裝備的關鍵技術與發展趨勢

2018-08-15 09:50:00
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 2018中國科技產業園區路演大會暨產業園區展覽會于7月26日在深圳舉辦,本次大會由中國高科技行業門戶OFweek維科網、HTC高科會主辦,OFweek產業園和產園幫承辦。大會特邀中國工程院院士、國家973項目首席科學家、中國制造2025的主要發起人之一、浙江大學求是特聘教授、博士生導師譚建榮做了《智能制造與智能裝備的關鍵技術與發展趨勢》的主題演講。

 

  以下為譚建榮院士演講實錄,在不改變原意基礎上略有調整:

  我是來自浙江大學從事機械工程學和數字化制造方面的研究,我先講講新一代信息技術。我們現在正處于一個新一代信息技術蓬勃發展的時候,這個信息技術發展得非???,這個新一代信息技術引領了新一代的智能制造。

  新一代信息技術引領新一代智能制造

  我們知道信息技術有幾個特征,第一個特征就是從互聯網技術發展到物聯網技術,從虛擬現實技術發展到增強現實技術,從網絡計算技術發展到云計算技術,從機器學習技術發展到深度學習技術。在新一代信息技術的引領下,出現了人機互連、混合現實、大數據、人工智能等新興的技術領域,新興的信息產業,這些產業帶動了制造業的發展,在大數據模式設備虛擬現實等技術的驅動下,對我們制造企業生了深刻的影響,推動實體經濟轉型升級,有四個技術特別值得關注,包括交通技術、感知技術、學習技術和決策技術。使得我們整個制造業向數字化、智能化、移動化、綠色化方向發展。

  我們機械產品裝備制造業機械產品也是正從機械化向電氣化、向信息化和智能化方向發展。我們企業研發一代產品,銷售一個產品,我們就需要一代產品,就需要一代的工藝,一代的工藝就需要一代的裝備,一代裝備就需要一代的服務。因此企業對產品非常關注,就有企業把產品和服務也做成產品,現在很多企業把網絡也做成產業。

  那么我們要研發一個產品,很多企業在我們這個產學研合作當中都提了產品的需求:新產品、新技術,那么產品需要新一代的設計,沒有設計就不會有創新。但是我們現在的制造企業,包括廣東在內,加工能力都很強,但是大部分企業都沒有自主設計的產品,包括深圳很多企業都是OEM(代加工),不僅廣東,浙江、江蘇、山東、沿海各地都這樣,就是我們自主品牌的產品比較少。

  現在中美貿易戰打得風生水起,中國人對這個事特別關注,從領導關注企業關注專家關注。據我了解,中國人對貿易戰的關注程度超過了美國人的關注。關于中美貿易戰的觀點很多,現在網上各種各樣的觀點,有溫和的觀點,有保守的觀點,也有很激進的觀點,就是不惜一切代價要打貿易戰。其中有一個人的觀點我非常贊成,我個人認為也是最有水平的觀點,這個人是我們浙江省商務廳的一個廳長,前不久浙江電視臺的記者采訪這個廳長問他中美貿易戰對我們浙江企業有些什么影響?這個廳長的話不多,我歸納一下就三點,第一點我們浙江是對美貿易的大戶,在全國不是數一也是數二的,浙江不少企業號稱外向型企業;第二點到目前為止,就到記者采訪他這一天為止,他說浙江企業基本不受中美貿易戰的影響,訂單照接,業務照做,但是省商務廳的領導提醒企業家要謹慎處理對戰矛盾,要關注一些問題,其中包括匯率的變化,人民幣匯率的變化等等。就這兩點還看不出他有什么水平。它的水平體現在第三點。第三點他說但是中美貿易對我們浙江企業長遠影響非常深刻。深刻在什么地方?他也講了三點:第一我們企業要有自主創新的能力,要有自主設計的產品;第二我們企業要有知識產權的意識;第三我們企業要掌握行業的核心技術。

  我后來一回味中美貿易戰打什么?打來打去就打這三點,其他都是表象,中美貿易戰的實質就這三點。我個人覺得這個商務廳的廳長水平就體現在上面,把中美貿易戰的實質性問題說到點子上了?,F在,我們中國企業的產品不少,產能搞得很大,但是核心技術不足,特別是中興事件。以前我們把華為和中興作為國家自主創新的典范,現在看來還是有折扣的。一個小小的芯片不賣給中興,中興就經營不下去了。當然,現在中美兩國政府和高層股東已經解決了這個問題,但是制度創新的問題遲早是不可回避的。我們企業要有一代產品就要有一代的設計,而且一代的設計就需要一代的研究,沒有研究就不會有設計,沒有設計就掌握不了核心。

  智能制造的核心問題和關鍵環節

  我們現在很多領導和企業家也痛苦,過去企業辦的好好的,現在企業都比較困難,為什么困難呢?主要是市場發生了變化,我概括了一下主要有四大變化:第一個變化是由批量化向定制化轉化,過去我們的產品都是批量市場的結構,而現在客戶要求定制化,第二個是由專業化向多品種轉變,過去企業生產的產品往往比較單一,一企業主要生產一兩個產品,而現在產品要求多品種。第三個就是更新換代周期短,最典型是手機更新速度非???,半年到一年就要推出很多新產品。第四點也是最重要的,過去我們都是生產大眾化的產品,而我們現在要求市場需求是高端化的產品,客戶需要高端的產品。因此,這四個變化讓我們制造企業面臨新的挑戰。

  在這樣的背景下,世界工作對制造業高度重視,紛紛出臺了一些振興制造業的計劃。首先是美國提出了新型制造業國家戰略計劃,他強調三大優先突破技術,包括金色的感知控制技術,智能制造的技術平臺和先進材料制造,德國也提出了工業4.0他強調智能工廠智能生產和智能物流。在這樣的背景下,中國在中國工程院的建議和推動下,我國國家開始實施中國制造2025,他調數字化制造、網絡化制造和智能化制造的三個核心問題。那么,無論是美國的新型制造業國家戰略計劃還是德國工業4.0還是中國制造2025,都聚焦到了智能制造,都把智能制造作為一個重點?,F在智能制造的積極性很高,政府的積極性很高,特別是廣東推廣智能制造的積極性非常高,政府積極性高、企業積極性高、專家積極性也很高,但是到底什么是智能制造?智能制造應該怎么個搞法,大家意見很不統一,叫智者見智,仁者見仁,大家都各有各的看法。我本人經過學習和研究,特別針對企業應用的情況,總結了智能制造的兩句話,兩個要點。

  要點第一:智能制造是用智能的技術和制造的技術相融合,用智能的技術來解決制造的問題。展開講智能制造,就是對產品前生命周期中設計加工裝備等環節的制造活動進行知識表達與學習,信息感知分析,智能決策與執行,實現制造過程,制造系統與制造裝備的知識推理,動態傳感和自主決策。換句話說,智能制造就是把人工智能技術和設計制造技術有機結合起來,把人工智能技術應用到我們產品設計資料當中來。因此智能制造,我個人覺得有三個核心問題,第一個核心問題就是知識庫和知識工程。那么知識庫和知識工程是智能制造最核心的問題,也有很多企業家問我智能制造怎么個搞法?從什么地方開始起步?這個智能制造怎么搞法呢?第一條件是有知識控制機制,知識是核心,智能制造的核心,第二個條件要求知識不能是死的,要動態知識實時感知,知識是關鍵,所以我們要抓住知識庫和知識工程這個關鍵,而且這個知識不是死的要活的,要動態展示,實時改進,最后我們要應用這些知識進行自主學習,不僅把現有的知識能夠總結歸納出來,而且可以自主學習新的知識新的技術,最后我們自主決策,能夠自主決策。那么哪些知識呢?過去我們制造企業也有很多知識傳承,技術傳承,那么過去企業知識傳承和技術傳承的主要模式是什么?是師傅帶徒弟。

  而現在我們看師傅帶徒弟的模式至少有三個問題:第一個問題,現在新材料新工藝很多,很多加工的材料師傅也沒遇到過,嚴格來說,任何個人的知識總是有限,個人的經驗總是有限。第二個問題,很多師傅自己操作沒有問題,但讓他教徒弟,這就涉及到知識表達、知識建模、知識共享,這對于大部分師傅來說是個很困難的問題。第三個問題,我們過去舊社會有一句話叫“教會徒弟餓死師傅”,師傅一直比較保守。因此,我們現在搞智能制造,就要把千百萬師傅寶貴的加工經驗、加工知識能夠總結出來,放到我們知識庫里來指導我們的加工;我們要把千百萬設計人員的寶貴設計知識總結出來、把千百萬車間管理人員的管理知識總結出來、把千百萬銷售維護的服務知識能夠總結出來,放到數據庫里來指導我們的加工、設計、制造等各個環節。

  那么智能制造從它本身來看,可以分四個環節,第一個就智能設計,第二個智能加工,第三個就是智能裝備,第四個就是智能服務。過去一段時間到現在,工信部、科技部立了不少智能制造的項目,很多企業也請我去咨詢,也請我合作,我也參與了很多項目的立項、評審、驗收。非常遺憾,這么多項目基本上沒有涉及到知識設計,大部分都是過去信息化、數字化的項目,改頭換面當成智造項目。 而我們自己搞智能制造,我個人覺得第一以實質工程為核心,第二個要以智能設計為前提,沒有智能設計就沒有智能制造。

 

  我們前面講我們企業現在最傷腦筋、最需要解決的問題,我做什么產品?市場需要什么產品?我們可以用智能制造技術,也可以用機器人技術,也可以用人工智能技術來在做我們的產品,但是如果說我們原有的產品價格不是太高,為什么?我們原來傳統制造業產品價格比較低,你們用智能制造技術往往可能是“殺雞用牛刀”,這樣對質量提高效率提高會有幫助,但是附加值不高。我們就要通過智能設計來提升我們企業產品的附加值,用智能制造來做我們智能設計的產品,這個才是真正有價值的事情。

  從智能制造的對象看,可以分為制造對象的智能化,制造過程的自動化和制造工具的智能化,也智能制造這樣的自動化,就是自動化的產品。智能化的產品,我們看到我們現在企業的產品或者說裝備都經歷了機械化、電氣化、信息化,而目前都要發展到智能化的產品。但也有人說智能化產品是不是離我們很遠,其實是不遠,我們大家現在每個人都在用,現在第一個智能化的產品就智能化的手機,我們每個人都用蘋果研發的智能手機,我們現在用的手機是屬于創新的,我們這個手機是摩托羅拉開發出來的,手機中的最大公司是諾基亞,但是蘋果研發智能手機就把兩個大佬都顛覆掉了。摩托羅拉也不行了,諾基亞也不行了。過去十年之前,20年以前,我們杭州有三個手機廠,一個是摩托羅拉一個是東方通訊,還有一個是游擊師大綱。我們浙江大學包括我在內培養了不少優秀博士生,被他們招聘去了,他們工資很高。寧波有個手機廠叫波導手機,波導手機的廣告詞是:波導手機是手機中的戰斗機,但現在也沒辦法戰斗了,為什么沒辦法戰斗?就是技術的更新,現在大家都用智能手機了,誰還用過去的老式手機?過去最老的手機是90年代搞出來的,深圳搞出來的叫大哥大,現在很多年輕人都不知道。90年代,社會上的人拿著大哥大的很多,但在事業單位學校機關里,如果你拿個大哥大,人家就認為這個人不三不四,因為觀念還沒改變?,F在我們人人都用智能手機,智能化的產品離我們也并不遙遠。

  第二個,這次美國這個人工智能和智能化這個技術潮了,設計了兩條狗,是美國的公司和一個大學研發的,是調控的機器人,是美國波士頓大學。波士頓大學在美國就是一般的大學,但是創新能力很強,他搞出這條Big Dog 四腳運輸機器人,后來被波士頓動力公司進行產業化?,F在它有兩個最高記錄:第一個最高機器人,它是四條腿的最高機器人,現在還沒有打破。第二就是最智能,我們現在要搞智能制造,這條狗本身是個智能化的產品,所以它就是智能制造領域兩個最高水平。智能機器人這個術語一出現的時候,學術界是有分歧的,有些人認為這個詞好用,有些人認為不好用,為什么不好用?因為人本身就應該有智能的,你何必前面再加個智能機器人。機器人這個概念不是搞技術的提出來,是20年代捷克一個文學家提出的。真正技術上的機器人應該說是美國人發明的,1950年有一個叫羅爾這個人發明了世界上第一臺機器人,并且注冊了機器人第一個發明專利。

  智能裝備的關鍵技術

  最近美國就研發了一個達芬奇手術機器人,它突破人眼和人手局限,將微創手術推向極致,對于病人而言,該系統能將手術造成的創傷降到最低,對病人的好處是創傷小、出血少、恢復快,大大縮短術后住院時間,術后存活率和康復率都大大提高。其次,日本二戰以后技術發展很快,水平很先進,最近李克強總理視察日本豐田公司,大吃一驚,豐田公司的技術確實是令人吃驚。日本除了像豐田這樣的好公司以外,發那科也是個非常優秀的公司。

  現在我們要搞機器人,這里有一個統計:2016年中國這個工業機器人賣掉了8萬多臺,全世界是30萬臺工業,應該說中國占的比重非常大。但是卻有兩個70~80%。第一個70~80%,在8萬元當中,70~80%是四大家族,四大家族就是就是西門子、發那科、庫卡、ABB。另外還有百分之七十八十,就是20~30%是國產機器的,但是國產機器人70~80%的零部件是從這四大家族購買的,所以這個發那科在機器人領域也有很高的地位,四大家族企業銷量他就是最多的,是全世界最大的機器人公司?,F在發那科最近開發了一個智能機器人,它現在可以通過自學習抓取隨機的工件,使它能夠有序的堆放它,第一步通過隨機的抓取顛覆,開始自我學習。第三個通過長時間的學習,它的正確性正在提高,所以發那科這個智能體系開發出來以后,大家對智能機器人這個概念沒有爭議了。還有西門子智能燃汽輪機,現在它的精確預計到燃汽輪機什么時候應該維修,把備件提前運到這個機場,保證了航空發動機和燃氣輪機的正常運行。

  當然,2016年2月8號阿爾法狗對戰韓國九段選手李世石就4:1取勝,2017年AlphaGo對戰中國著名棋手柯潔,結果也大獲全勝??聺嵃l表微博說,和阿爾法狗對戰他還學到了很多新知識。換句話說阿爾法狗產生了很多新的知識,那么所以我們這個智能化的產品和時代確實來到了。

  那么智能裝備有兩個含義,第一個含義就是智能技術產品化最明顯,我們國內做的好的也有,比如說安徽的科大訊飛語音設備技術,漢語語音識別,語音設備在國際處于領先水平,不僅普通話聽得懂,而且可以聽懂六種方言,六種方言什么含義,其中包括溫州話,我是浙江人,但是我的老家在浙江北部浙北湖州,溫州在浙江南部,溫州人講的話我這個浙江人一個字都聽不懂,科大訊飛語音設備工程就把智能的技術進行產品化。第二個方面就把傳統產品進行智能化,特別傳統的產品,包括裝備及產品化,那么智能化的產品和裝備有四個部分,結合質感地址,則應自學習和自決策,這個這四個典型特征呢也是以知識工程為核心。

  那么私人產品和裝備怎么做?我這些內容是我們工程院一個重要指示,我負責一個重要咨詢項目向工信部建議的,我們現在可以重點搞五個領域的智能產品裝備,第一是智能機床裝備、第二是智能工程機械、第三是智能動力裝備、第四是智能機器人,包括工業機器人服務機器人,第五是智能終端產品,包括手機、智能的電子產品、車載的導航等等?,F在智能電子產品應用領域非常大,發展空間非常大,我們廣東號稱是3C產品之鄉,3C企業比較多,當然代加工企業更多一點。

  智能裝備有哪些關鍵技術?我總結了三條,第三條就是復雜工況多任務支持與協同技術。第四條就是多機械系統階級化交互與控制技術。第五條就是大數據驅動故障診斷,深度學習技術,第一個就是數字產生與數據樣機建模分析技術。第二是多技術路線與工作方案優化決策機制,第六條是工藝工裝協同推送自動裝箱系統。第七條產品知識圖譜與知識網絡構建技術。第八條就是機電云一體化,云平臺實時服務。時間關系,我就不一一展開講了,有興趣的可以會后和我交流,謝謝大家!


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