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                                  1. 智能制造——从三体智能革命说起

                                    宁振波 原创 | 2019-03-25 11:33 | 收藏 | 投票 编辑推荐

                                      我们讲到智能制造一定要思考一个问题,世间万物只有人有智能,我们就拿人与智能工厂做比对。我们思考,一个?#35828;?#35270;觉再发达,他的大脑薄弱,这个人有智能吗?答案显然是否定的。

                                      我们再思考,一个智能工厂按照管理学理论分为决策层、管理层和执行层。智能工厂的智能体现在什么地方呢?我个人认为体现在正确的决策管理下建立了自主研发体系。

                                      执行层是什么呢?我们的执行层用了再多的机器人,再多的数?#21482;?#35774;备,再多的数控设备,包括自动化的物料配送,它仍然是自动化的概念,不是智能的概念。

                                      2017年广东有一个报告,我主笔写的,什么报告呢?就是广东的经济续虚向实转程规划。我想告诉大?#19994;?#26159;,截止2017年底,广东省经信委提供的数据,广东省的所有企业里面90%以上没有研发能力,所以说,惨了吧。

                                      一个智能工厂体现在哪呢?智能制造的核心是制造。制造做不好,通过大量的软件、大量的机器人就能实现智能了吗?不能。没有决策,没有管理(就没有智能)。

                                      第二点,我们关于德国工业4.0曾经打了五年的报告,13年4月份就讲了工业的1.0、2.0、3.0、4.0。现在我们反观这个四步,我不知道大家思考没有,这个四步哪一次工业革命不是几十年甚至上百年的历史?

                                      如果按全球共同的说法,2013年汉诺威博览会德国推出工业4.0算是第四次工业革命开始的话,我们现在才刚刚过了4点。工业4.0是以智能制造为标志的话,我想告诉大家,全球没有智能工厂,中国的智能工厂全是假的。

                                      我再讲一个数据,工业4.0有一个评价标准,这个标准是德国科学工程院以及一些大学共同建立的。前些年初,评价?#35828;?#22269;纽伦堡西门?#26377;?#38215;工厂,生产PRC可编址模拟器,4.0是满?#20540;?#35805;,纽伦堡的西门子工厂得分是3.5分;接着?#21046;?#20215;?#35828;?#22269;博世公司,博世很厉害,没有博世就没有德国的汽车工业,它的得分3.4分;请了同样的团队、同样的评价标准评价了中国的华为,得分是2.7分。前年,新华社记者随团访问了纽伦堡,访问了工厂老板,问他:你们现在3.5了,什么时候能达到4.0满分呢?(老板)考虑了很长时间回答记者,十五到二十年以后。

                                      所以,2014年我在上海交通大学一个会议上提出,我们现在消化工业4.0,?#23545;?#27809;有到消费工业4.0。

                                      工信部有一个项目,叫智能船舶项目,这个船舶是重大项目,针对民?#20040;?#33334;的。在大连船厂召开专家工作会,一天的智能船舶发展路线研?#21482;帷?#25105;只想说这个研?#21482;?#30340;最后的总结:如果把智能制造比喻成一场马拉松比赛的话,中国智能制造作为一名运动员,我们正在热身尚未上场。

                                      我去年参加了一个重要的会议,会议上国资委的领导人讲:“实体制造业是中国经济的?#20849;?#30707;”。是的,尽管我们的国产机床、飞机制造等都有所落后,但这些?#34385;?#21738;一样简单呢?#32771;?#21333;的?#34385;?#37117;被别人干完了,我们干的事全是难干的事,需要我们花几十年甚至几代?#35828;?#21162;力才有可能成功。所以我非常反感把智能制造娱?#21482;?#26234;能制造不是唱歌、写书法就能出来的。

                                      在说完这些以后我们来思考一下,未来的产品生产模式是怎样的?未来的生产方式是单件大批量、多件小批量和单件定制并存。最难解决的是单件定制,单件定制问题解决了,多件小批量和单件大批量都容易了。

                                      以前就有单件定制,比如说英国的劳斯莱斯汽车,它是为英国皇家成员个性化定制的。因为每?#23601;?#24418;不一样,装饰不一样,配置不一样,所以成本极高。对汽车而言,生产不同的汽车,要用采用不同的模具,仅仅模具就价值上千万,因此过去的个性化定制成本奇高。

                                      于是人们思考,能不能用软件的方式来控制数据的自动流动,解决复杂产品的不确定性,这不就是智能制造吗?但是,软件定义谈何容易?从产品的设计开始,产品设计、产品仿真、工艺设计、工艺仿真、生产过程的全数据化、交付之后的维护维修全都要靠软件。调整软件,产品就变了。因此,智能制造是一个非常难的?#34385;欏?/p>

                                      我们再来看,我们作为用户方、需求侧,未来15年后的先进制造业是什么?我个人认为十五年后的先进制造业一定是时空人机一体化。就是生产方式随?#34180;?#38543;地、不随人。随时,就什么时间都可以造,随地就是,不论是在月球上、火星上,还是水面的舰艇、水下的潜艇上,都能够随时制造。?#27604;唬?#19981;随人就是不随个?#35828;?#25216;术水平高低影响?#35762;?#21697;的质量?#27809;怠?#25152;以,基础就是人、机、物的互联。

                                      “人”的互联互通我们已经很清楚了,“机”就是指工业互联网。但是很多人理解错了,工业互联网姓工,不姓网。工业要的是什么?产品、流程,最难的是前端。因此,大家要正确认识,工业互联网的要素是生产要素,而不是消费要素。

                                      比如说三一重工是“工”,它生产的挖掘机和工程设备就是生产要素,它就可以纳入工业互联网的范畴。比如国内的汽车公司生产的汽车就属于物联网的范畴,它是消费要素。如果汽车也算工业互联网的话,那么华为、中兴、小米的?#21482;?#35774;备算不算工业互联网呢?不算,它是消费要素,不是生产要素。

                                      物联网最近很热,但是大家要正确认识。京东的物联网做的非常好,他们还试图进入制造业,但是他们的物流是我们企业的外部外流,外部物流除了食品发生霉变过期形态改变,物料的形态几乎不变。但是在企业的内部就麻烦了,车、?#22330;?#21032;、磨,物料的形态?#31508;?#21051;刻在变,所以,物联网能做企业的内部物流吗?做不了。因此,制造业企业的内部物流一定是工业互联网,不是物联网。

                                      九月份,我们出了一本书《智能制造术语解读》,其中讲到了CPS。CPS很重要,为什么?因为德国工业4.0的第一战略要点建立一个CPS系?#24120;?#23601;是虚实、精确预测,如果大家关心CPS的话,可以去网上下载CPS的白皮书,里面有详实的解读,其中最重要就是赛博,赛博是个控制机制。

                                      前几年,南京召开?#35828;?#19968;届世界智能制造大会,AMSE美国机械工程学会的主席、德国工业4.0之父等人都在在报告中都提到了便?#35828;?#20256;感器。便?#35828;?#20256;感器可以被大规模使用,智能制造从感知开始,要感知数据,不能像中国五千年的?#25343;?#21490;里的“好像、大概、差不多”,这是不行的,一定要数据化。传感器的数据通过网络?#21019;?#36882;到后台,有了这些真实的数据,我们才可以在?#35828;?#25903;撑下实现智能化,没有?#35828;?#25903;撑智能还是一片空白。

                                      实际上,CPS的核心是设备和物料的互联网,我们现在全球的上网人数40亿,预测2020年,全球的设备联网数400亿。我们反复说,虚实却缺一不可,虚就是赛博,实就是PHYSICAL.

                                      大家思考一下,中国的道家文化是“道生一、一生二、二生三、三生万物”,一个复杂系统必然有三个复杂要素才能构成。?#35775;?#35748;为赛博加PHYSICAL构成一个复杂系?#24120;?#36825;在中国不行,两个要素怎么构成一个复杂系统呢?于是我们思考赛博是怎么来的?它是人创造的。

                                      人创造?#35828;?#33041;,创造了算法和方法。人可以把自己的知识经验甚至成熟工?#35828;?#25216;能转变为软件和模型,人可以将物理实体建模成数?#20013;?#20307;。数?#20013;?#20307;有两个作用,第一个作用是嵌入式系?#24120;?#27604;如工程机械开工的情况就?#20174;?#20102;我们经济发展的晴雨表。如果我是挖掘机司机,计时工资,我每天上班把挖掘机打开,下班一算八个小时满了,但是挖掘机是否有负载、是否干过活了其他人并不知道,所以就要加?#25353;?#24863;器,但是传感器不要一下子装一百个、一千个。第一,数据的正确性,装一个就要保证准确性;第二,在此基础上根据需求?#38750;?#37319;集数据的完整性,不展开了。

                                      这么一来,嵌入式系统带来一个重要概念,生产?#25512;?#19994;转型为生产服务?#25512;?#19994;核心是产品的智能化。另外一个系统就是我们平常设计产品用的CPC等软件,可以把物理模型建成数?#20013;?#20307;。不展开了。

                                      数?#21482;?#38590;在哪呢?建模。建模并不简单。1970年,波音777设计的时候用了800种软件,2005年,波音787设计的时候用了8000种,现在已经超过了9000种。为什么数?#21482;?#27169;型那么重要?当你把一个产品变成软件和模型了,意味着任何电脑之间构建了一座金桥。电脑可以代替你完成你的工作。当电脑干的多了,人干的少了,我们就走向智能了。

                                      我们来看,复杂的产品有多复杂。传统的制造业,机、电、光、流体、热、核这些系统构成一个庞大的复杂产品,所以不仅仅是机?#21040;?#26500;要建模,其他系统也要建模。因此就出现了软件工程,软件工程把各专业知识结合起来,就变成了工业软件。智能制造难点在建模,焦点在仿真,大规模工业软件的应用才是走向智能的基础。

                                      智能制造的起源是从波音777开始的。波音777用了八台大型IBM计算机,用了3200套工作站用于搞三维的零件设计和装配设计,用了2万台计算机、PC机、800个相互不关联的软件,形成了14个相互不关联的物料表。由于设计效率提升,波音777就成了波音历史上最挣钱的飞机。?#27604;唬?#22823;量的软件使?#20040;?#26469;了天量的数据。

                                      过去,我们设计、制造、实验是串行的,现在我们是在赛博空间中完成整个产品的设计、工艺、制造和实验,有问题可以就?#21738;?#22411;。过去,手工;现在,数?#21482;?#26410;来,智能化。?#27604;唬?#25105;们还可以把它?#25104;?#21040;虚拟实验中,过去是每天必实验,今后的实验是验证性的实验。因为有了精准的模型,可以大量进行验证性的实验,肯定大幅减少问题的出现。

                                      小结一下,智能制造的本质:软件化的工业技术、软件定义生产体系、生产关系优化重构。现在,软件定义变了,传统的思维方式全被推翻了,因此(智能制造)非常难。?#27604;唬?#20026;了推动智能制造的发展,中国各方面都在助力制造业,帮助制造业转型升级。我们过去的工业是落后的,现在我们有机会跟外国人在同一条起跑线上,因此,希望与在座的各位努力奋斗,助力我们的制造业走向世界。

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                                    个?#24605;?#20171;
                                    中航工业301研究所副总工程师、金航数码科技有限责任公司副总经理、西北工业大学兼职教授,工信部?#30528;?#20004;化融合23个专家之一.
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