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中国信息通信研究院泰尔规划研究所 于青利 李曼 周倩
全球金融危机的爆发和虚拟经济的破产促使发达圆家痛定思痛,纷纷推出以“智能制造”为核心的再工业化战略.云计算时代的智能制造已不是信息技术的单项应用,而是对整个企业运营生产的全面渗透.我国应积极开展示范项目和王业云平台建设,并在企业信息化、标准规范制定、人才培养和网络安全方面有所作为,迎接新一轮工业革命的挑战.
智能制造是一种由智能设备和人类专家共同组成的人机一体化智能系统,在制造过程中能够进行智能活动,诸如感知、分析、推理、判断、控制、分析和决策等.通过人与智能化设备的协作,可以扩大、延伸和部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动,大幅提高制造水平与生产效率.
《中国制造2025》提出要加快推动论文范文信息技术与制造技术的融合发展,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向,着力发展智能装备和智能产品,推进生产过程智能化,培育新型生产方式,全面提升企业研发、生产、管理和服务的智能化水平.在云计算时代,智能制造的特点可概括为生产设备智能化、设计制造协同化、产品个性化、制造过程服务化.其中,软件将成为智能制造的核心要素.
工业强国再工业化使我国面临机遇和挑战
在全球金融危机爆发、虚拟经济破产的背景下,发达国家近年来纷纷提出再工业化战略,力图发挥信息技术和制造技术的领先优势,通过两者的深度融合和集成应用变革生产方式,提升生产力,化解其劳动力高成本压力,重塑全球制造业竞争优势.其中,美国和德国再工业化战略的制定最具代表性.
美国痛定思痛重新振兴制造业
虚拟经济背景下的全球金融危机让美国感到重振工业制造的必要性,其先后提出了先进制造业国家战略计划和工业互联网的概念.
国家出台先进制造业战略计划.2011年,美国奥巴马政府提出先进制造战略,强调加快先进制造创新研究,强化本土制造业竞争能力,确保其在世界制造强国中的领先地位.2011-2012年,美国提出的先进制造战略重点关注下一代机器人、关键材料、节能制造工艺、纳米制造、生物制造等十二个领域.从2013年开始,先进制造战略更是聚焦三大技术领域的优先突破.一是制造业先进传感、控制和平台(AS-CPM)；二是可视化、信息化、数字化制造技术(VIDM)；三是先进材料制造(AMM).
通用电气公司倡导工业互联网.2012年11月,通用电气(GE)公司提出工业互联网概念,构成了先进制造战略的重要组成部分.工业互联网侧重通过软件应用对机器设备进行远程监测、远程控制和远程维护,实现从设备制造商向服务提供商转型.其目的是以贯穿产品全生命周期的信息数据链驱动工业系统的智能化决策与执行,打通企业设计、制造和服务全流程,打破企业内层级和企业间界限,实现企业资产与运营双重优化,同时创造新的服务价值.
在企业层面,通用电气、思科、IBM、AT&,T和英特尔五家公司于2014年宣布成立工业互联网联盟(nc).目前,联盟成员已有110家.通用电气作为工业互联网的提出者,开展了大量实践和探索.一方面,通用电气不断提升自身软件研发实力,成立上千人规模的软件研发中心,并购多家工业应用和安全软件企业,推出智能机器操作系统Predix和工业应用平台Predictiv-ity,并计划通过向第三方企业开放,以培育工业互联网产业生态.另一方面,通用电气还与一系列ICT企业开展合作.其中包括：与英特尔合作开发智能机器控制芯片、与思科合作开发工业网络设备、与埃森哲合作提升工业大数据分析能力、与AT&,T合作打造工业互联网无线通信系统、与亚马逊重点开展云计算方面的合作,并向云计算公司Pivotal注资1.05亿美元以提升工业互联网的云平台技术能力（见图1）.
政府采取六大措施推进战略实施.美国政府为了推动先进制造战略的实施,主要从六个方面制定政策进行推动.第一,组建推进机构.2011年,在美国总统科技顾问委员会( PCAST)的推动下,美国成立了先进制造伙伴关系引导委员会(AMPSC),成员主要来自企业和学界.2012年,委员会成员扩增至19位,成为推动先进制造战略的重要组织.第二,打造创新网络.奥巴马政府计划未来10年打造45个基础研发机构,组成“国家制造创新网络( NNMI)”.目前,已建成3D打印、轻材料和现代金属、电力电子、集成光电子、论文范文制造中心、论文范文材料中心等研究所.第三,加大财政投入.2011-2013年,国防部、能源部、农业部、商业部、科技部等政府部门通过多个专项,累计投资40多亿美元,支撑推进机构、创新网络的设立以及重点项目的开展.第四,开展职业培训.主要是通过成立社区职业学院、推动退伍军人职业资格认定、开展学徒授予竞赛三项举措,加快推进先进制造人才培训.第五,进行税制改革.包括降低制造工人25%的税收、对企业海外收益征收最低税额、简化创新研发的信贷审批、增加制造企业信贷额度等.第六,统一数据标准.以美国国家标准研究院( NIST)为主导,制定新的产业标准、关键系统的数据共通性标准、新材料特性数据标准,促进信息物理系统的数据交换,保障数据安全.
德国推出工业4.0启动新一轮工业革命
产、学界概念上升为国家战略意义重大.“工业4.0”的概念源于2011年德国汉诺威工业博览会.在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等学术界和产业界的大力推动下,“工业4.0”概念上升为德国国家战略.
前三次工业革命的发生,源于机械化、电力和信息技术.现在,将物联网和服务应用到制造业正在引发第四次工业革命.未来,这一战略的实施将引导企业建立全球网络,把它们的机器、存储系统和生产设施融入到虚拟网络——实体物理系统(CPS)中.
工业4.0作为德国振兴制造业的核心战略,意在通过鼓励传统优势技术研发和论文范文信息技术创新,打造一个将资源、信息物品和人互联的信息物理系统(CPS：Cyber-PhysicalSystem),强调虚拟网络世界与实体物理系统的融合,将资源、信息、物体以及人员紧密联系在一起,将生产工厂转变为一个智能环境,在CPS的基础上打造“智能生产”和“智能工厂”.“智能工厂”可以将分散化、智能化的生产设备进行连接；“智能生产”则侧重人机交互、虚拟仿真等先进的生产方式.
五大措施彰显德国周密思维和扎实作风.德国政府在工业4.0的战略推动方面主要采取五个方面的措施.第一,加大资金投入.德国政府将工业4.0作为《高技术战略2020》的十大未来项目之一,投入2亿欧元的资金支持.第二,组建协同创新体系.德国政府、学界、产业界共14家企业和17家研究院所共同组成协同创新联盟,成为推动德国新一轮制造业技术创新与市场推广的中坚力量.第三,推动标准制定.由德国机床设备制造联合会(VDMA)、电子电气制造商协会(ZVEI)、德国信息通信新媒体协会( BITKOM)共同组成标准组织,重点围绕战略框架、标准规范、研究创新以及网络系统安全四方面内容,推进工业4.0标准化平台的建立.2014年4月,德国电器电子和信息技术协会编制的“工业4.0”标准化路线图,涵盖国际标准、欧盟标准、自动化标准、ICT标准等内容,提出系统架构、指令控制、工程标准、组织流程等12个需要标准化的重点领域,并对其中7个领域制定了标准化框架.第四,加强配套基础设施支撑.2014年8月,德国政府内阁通过“2014-2017年数字议程”,通过加强数字网络基础设施,为工业4.0体系建设提供动力.第五,积极谋求国际合作.2014年10月,中德签署《中德合作行动纲要》,重点提及“工业4.0合作”.两国将在行业交流、企业合作、标准制定与政策支持方面深度合作,构建未来工业竞争优势.
智能制造为我国提供了抢占竞争制高点的契机
由于美、德两国产业基础和竞争优势的不同,美国的先进制造策略和德国工业4.0战略发展的重点也有所不同.但是,两国的工业战略在本质上是相同的,都强调生产的智能化和制造的服务化.两国都是利用信息物理系统或工业互联网,打通端到端的数据链,实现从单个企业内部到产品全生命周期,乃至整个社会生产制造活动的数据感知、传送、分析和处理,促进机器之间、制造流程之间、价值链各环节企业之间更高层级、更广范围、更深程度的协同与优化.此外,从两国的工业战略来看,工业大数据应用等“软服务”是战略中的重要环节,而工业云作为工业大数据收集、处理、分析的载体,也成为了美、德工业战略中的重要组成部分.目前,国际上对工业领域云计算的应用仍处在非常初期的阶段,根据Gartner的预测,还需要5~10年才能普遍应用.但是,目前一些领先企业已经开始探索利用云计算技术和服务模式提升工业制造的效能,并形成新的跨部门、跨企业协作能力.其中,最有代表性的就是通用电气公司面向智能制造应用推出的Predix工业云平台.
面临发达国家智能制造的兴起,我国必须利用云计算、大数据等论文范文互联网技术,加紧战略部署,着眼建设制造强国,抢占制造业新一轮竞争制高点,形成网络化、数字化、集中化、智能化的智能制造体系.
智能制造英飞凌:不可能的物理学：怎样制造智能机器人
在网络化方面,要搭建覆盖整个工业系统的互联网络,实现对智能机器之间、智能机器与软件控制系统之间、企业上下游和企业与市场之间的连接；大力发展计算、存储资源租用和应用软件开发部署平台服务,以及企业经营管理、研发设计等在线应用服务,降低企业信息化门槛和创新成本.
在数字化方面,应利用大数据技术,打造贯穿从智能设计部门、智能机器、智能产品到软件平台之间的信息数据链,将工业系统各组成部分有机连接.
此外,还须利用云计算技术,对数据信息进行模型化和高级分析,结合人类专家,打造对工业系统的软件控制应用和集成化的统一平台.
最后,智能机器可在软件平台的控制下,对设计规程、制造执行指令、产品运维信息进行精确响应,灵活调整运行参数.
云计算将与制造业全生命周期深度融合
云计算时代的智能制造已不是信息技术的单项应用,而是对整个企业运营生产的全面渗透.云计算将与制造企业生产的全生命周期实现深度融合,并向生产设备智能化、设计／制造协同化、产品个性化、制造过程服务化等方向发展（见图2）.
信息技术助推生产设备智能化
论文范文信息技术与制造技术的融合创新,加快了机械、航空、船舶、汽车、轻工、纺织、食品、电子等行业生产设备的智能化改造,提高了精准制造、敏捷制造能力.未来,将会重点研发具有深度感知、智慧决策、自动执行功能的高档数控机床、工业机器人、增材制造装备等智能制造装备以及智能化生产线,突破新型传感器、智能测量仪表、工业控制系统、伺服电机及驱动器和减速器等智能核心装置,推进工程化和产业化发展.
设计云／制造云实现协同化
设计与生产部门通过网络共享统一平台,构建虚实结合、实时同步的“平行世界”,打造虚实结合的数字化工厂.云平台将汇集企业生产要素和资源,使整个供应链上的企业和合作伙伴共享客户、设计、生产经营信息进行并行工作；设计制造过程将采用网络协同组织和众包等方式,以缩短生产周期,快速响应客户需求,提高设计、生产的柔性.
如图3所示,HOPE是海尔构建的互联网众包平台,对接全球设计资源与用户需求,征集产品和技术解决方案.目前,已有全球食品、电子、家电等各领域200多万专业研发设计人员注册.
再比如三一重工以数字化技术为基础,利用虚拟制造技术对整个生产过程进行规划分析、评估、优化,实现研发、设计、工艺、装配、物流等业务流程的虚拟化,并通过互联网构建虚实结合、实时同步的两个“平行世界”.
营销云实现产品的个性化
利用云计算技术,结合计算智能、柔性制造,创新设计生产模式,针对消费者个性化需求,可实现论文范文产品的批量生产,由规模化标准产品向个性化论文范文产品延展.
如图4所示,尚品宅配借助云计算和大数据技术预测市场和加盟商选址推荐,打造家装生态圈,打造柔性化和智能化生产线,在个性化的基础上实现批量化,有效控制成本.
服务云实现制造服务化
企业可利用云计算技术实现跨越时空的智能实时服务,将企业服务拓展到产品的全生命周期,由单纯产品制造向服务型制造转型.
如图5所示,三一重工网络服务平台对公司各类机型数百种数据进行采集、存储,并及时分析用户操作典型行为,为客户提供优化解决方案及实时监控设备运营情况的综合服务.
我国应抓住智能制造发展契机抢占再工业化制高点
我国工业制造模式面临更高层次竞争的冲击
在经历了30多年高速发展阶段之后,我国工业生产能力与技术水平已经有了质的飞跃.2010年,我国制造业产出在全球的比重为19.8%,超过美国成为全球制造业第一大国；2013年,我国装备制造业产值规模突破20万亿元,占全球装备制造业的比重超过1/3,稳居世界首位.然而,在取得辉煌成就的同时,我国工业也面临劳动力成本上升、高能耗高污染、低附加值、服务水平偏低等一系列问题.我国工业粗放化的发展模式面临发达国家在更高层次上的竞争与冲击,传统竞争优势被不断削弱.
我国政府出台多项举措力挺制造强国战略
为了加快我国工业企业的转型,近年来国家层面持续推动两化融合、智能制造等一系列工作.我国政府先后发布了《智能制造装备产业“十二五”发展规划》、《智能制造科技发展“十二五”专项规划》.2015年5月8日,国务院印发了《中国制造2025》的通知,提出论文范文信息技术与制造业深度融合,正在引发影响深远的产业变革,形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点.为推进实施制造强国战略,加强对有关工作的统筹规划和政策协调,2015年6月24日,国务院决定成立国家制造强国建设领导小组.在政府的重视和支持下,我国智能制造技术及其产业化发展迅速,取得了较为显著的成效.
众多企业多层次、多角度提升制造能力
很多制造企业在提高设备设施的数字化、智能化水平的基础上,已经尝试将ICT技术和传统生产某些环节进行融合,并在个性化论文范文、网络协同制造、制造服务化等方面取得了初步成果.
在个性化论文范文方面,如服装行业的红领集团,利用长期积累的海量数据构建服装知识库,通过智能软件实现版型整合、自动排单、自动计算等,并将交货周期、人员设备调度、用户需求等优化匹配,以流水线方式进行论文范文生产.再如家居行业的尚品宅配,利用现场设计、快速虚拟展示等020方式对接用户个性需求,利用物联网打造智能排产系统,实现相同类型的产品进行分组化批量生产,使企业保持多年的翻倍增长.另外,家电行业的海尔,利用论文范文网站为用户提供外观、规格、功能等模块选择,按照“你设计,我制造”的理念,根据用户的个性化选择,进行模块化组装,从而为用户提供个性化产品.
在协同研发方面,中国商飞集团的大飞机研发利用网络协同平台,使来自全球的26家国外一级供应商、18家国内一级供应商、中国民航适航审定相关部门、中国商飞设计集团中各部门共约4500名工程师和管理人员在一个统一的数字化平台上开展工作,加快了国产大飞机C919的关键技术突破,缩短了研发周期.
在众包方面,小米通过网络平台吸引专家、用户广泛参与,极大地提升了手机研发生产的迭代速度.小米的研发工程师通过“小米论坛”进行需求调研、收集,通过大数据分析技术与论坛信息相结合,分析提炼出最受期待的用户需求并进行研发.同时,小米还通过论坛将手机测试任务分发给专业级内测用户从而提升产品的测试能力.
在制造服务化方面,我国的三一重工、中联重科、中国第一重型机械集团公司、沈鼓集团等大型装备制造企业,以及海尔集团、格力集团等家电制造企业,已经初步实现了从售前服务、成套设计、产品制造、安装调试到运维服务的一条龙业务链,完成了从单纯设备制造商向综合解决方案供应商的转型,服务性增值业务占主业比重逐年提升.远程呼叫中心、远程无人操控、故障预警、远程诊断等智能服务模式不断成熟完善.
我国智能制造水平还处于初级阶段
总体来看,我国智能制造水平还处于初级阶段.工业企业在云计算、大数据技术与工业生产结合的案例中,丁业云作为上层应用已经有所尝试.然而,目前国内企业限于工业生产的某些环节,离端到端的数据共享协同还有很大距离,提升空间较大,主要有四方面的表现.
第一,我国工业企业信息化建设起步较晚、基础薄弱,整体发展水平不高,智能制造基础理论和技术体系建设滞后,控制系统、系统软件等关键技术环节薄弱,缺乏原始创新.
第二,信息传输、软件和信息技术的发展和应用主要集中在少数区域,区域之间差别较大,阻碍了工业云平台、产品生命周期管理、供应链管理等系统的普及和深化,对产业链上下游企业的信息共享和业务协作影响较大.
第三,企业大部分信息化人才队伍建设滞后,缺乏领军型、创新型、复合型人才.人才队伍结构不合理,培训机制不健全,信息咨询能力薄弱.
第四、我国工业企业安全保障体系不健全,信息安全测评、应急预案和风险评估制度不完善,网络和信息安全通报机制和协同机制仍未建立.
我国智能制造需要选择关键目标重点发展
开展试点示范项目建设.我国未来应在智能工厂和数字化车间两个方面开展试点示范建设.
对智能工厂,应在石化、化工、冶金、建材、纺织等领域,选择有条件的企业,推进论文范文信息技术与制造技术的融合创新,开展智能工厂试点示范项目建设,全面提升企业的资源配置优化,实时在线优化、生产管理精细化和智能决策科学化水平.
对数字化车间,应在机械、汽车、航空、船舶、轻工、家用电器等领域,组织开展数字化车间试点示范项目建设,推进装备智能化升级、工艺流程改造、基础数据共享等试点应用.
建设工业云平台.我国应针对信息化基础好的装备制造、汽车及零部件、电子信息、纺织等制造业龙头企业,鼓励其加强自主研发力量,并联合国内工业自动化、工业软件等骨干企业,共同开展企业工业云平台建设,深入推进两化融合.
此外,还要建设设计／制造云平台,实现与供应链上的其他企业和合作伙伴共享客户、设计、生产经营等信息,实现产品设计、制造、采购、管理等各环节企业间的协同,缩短生产周期.建设营销／服务云平台,并基于云平台上的用户、研发,设计等海量数据,重点打造大数据分析和应用能力,提升企业产品个性化论文范文和制造服务化水平.
提升中小企业信息化水平.推进智能制造,还应以统筹全国服务资源的集中平台为枢纽,建立省、直辖市及直管县平台、重要产业集聚区平台为骨干框架,分行业建设中小企业公共服务云平台,提升中小企业信息化管理和服务能力.还必须依托电信运营商或云平台服务提供商,促进服务平台向中小企业的推广.
制定标准规范.智能制造工作的逐步推进,对各类标准规范（不仅包括生产设备、产品的标准规范,还包括互联互通的标准、生产过程的标准规范）提出了更高要求,也成为实现智能制造的关键.因此,美国的工业互联网联盟以及德国的工业4．O都把标准规范的制定作为一项重要工作.我国政府与产业界在推动智能制造的过程中,同样需要优先考虑云计算和智能制造中的各种体系标准,积极参与到相关标准的制定与推广工作中.
加强人才培养.推动智能制造,另一个重要方面就是必须组织实施人才培养计划.首先,要支持高校开展智能制造学科体系和人才培养体系建设,建立知识与人才开放共享平台；其次,须支持职业院校采取与企业合编教材、开展实训等方式,培养满足智能制造发展需求、具有实际技术操作能力的技能型人才.
保障网络安全.需加强云计算和智能制造工业控制系统网络安全保障能力建设.也就是要建立和完善云计算服务安全管理制度和安全评估制度,完善云计算安全态势感知、安全事件预警预防及应急处置机制,增强技术设施、重大系统、重要信息等的安全保障能力.此外,还必须掌握安全保障等核心技术,开发安全领域操作系统等工业基础软件,加强工业领域重要信息系统的安全评估和监测工作.
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智能制造英飞凌引用文献:
[1] 英飞凌论文范文集 关于英飞凌方面毕业论文怎么写10000字
[2] 英飞凌论文范例 英飞凌方面有关硕士论文开题报告范文3000字
[3] 智能制造论文范文 智能制造有关论文范文素材8000字
