自动化、智能化、个性化…… 制造业创新的脚步从未停歇

从汽车到电脑，从咖啡机到儿童玩具，我们日常使用的几乎所有东西均由制造企业生产出来，制造业也是社会的关键组成部分。历经几个世纪的发展，制造方法从以人为中心，到依赖机器装配线，再到我们今天看到的遍地开花的自动化工厂，制造业创新发展的脚步从未停歇。

美国《福布斯》网站近日报道，随着科技不断发展，科技对制造业的改变与塑造也与日俱增，制造业未来的发展将展现出如下十大趋势。

工业物联网(IIoT)指的是在制造业和工业环境中使用互联设备收集数据，然后利用这些数据改进制造过程。

传感器是这些相互连接的IIoT设备的主要部件。从工厂机器上的传感器收集的数据可帮助制造商了解机器性能，优化维护过程，减少机器停机时间，甚至可预测什么时候会出问题。

第五代移动数据网络技术(5G)将使制造商轻松连接其IIoT技术，并利用智能机器和传感器(边缘计算)等设备收集和处理数据。制造商可在生产场所创建一个专用5G网络，为其提供超快的数据传输。

预测性维护

在制造行业，预测性维护指使用传感器数据和人工智能来检测机械和部件中的故障。其理念是，通过了解机器或部件可能出现故障的时间，制造商可采取预防措施，更有效地维护设备。

这不仅仅适用于新设备。如西门子公司在老式电机和变速器上也采用了这一技术，通过分析传感器提供的数据，西门子可了解机器状况，检测异常情况，并在机器出现故障之前进行维修。

数字孪生

“数字孪生”是指以数字化方式拷贝一个物理对象，模拟对象在现实环境中的行为，对设计、制造过程乃至整个工厂进行虚拟仿真，从而提高制造企业产品研发、制造的生产效率。

在制造工厂内，人们可以使用“数字孪生”模型模拟新产品的尺寸，或创建设备的数字副本，以查看其在特定条件下的运行情况。“数字孪生”技术甚至可用来可视化和模拟整个供应链。2022年，多达70%的制造商可能会使用“数字孪生”进行模拟和评估。

2018年，波音公司时任首席执行官丹尼斯·穆伦伯格表示，“数字孪生”将是未来十年提高生产效率的最大驱动力。通过使用“数字孪生”，波音公司已将产品的一次下线合格率提高了40%。

扩展现实与元宇宙

扩展现实和虚拟现实等增强现实技术将在制造业中发挥越来越重要的作用，包括提升产品设计方案、制订更好的生产计划、增强装配线上工作人员的能力，以及更多沉浸式培训等。随着世界上越来越多人进入元宇宙，制造商将获得更多机会。

自动化工厂

在人工智能的加持下，机器现在能够执行越来越多以前由人类完成的任务。因此，机器也可承担越来越多的制造任务。

自动化可为制造商带来许多优势，包括更高的生产率(机器不会疲劳)、更高的精度和更低的成本。未来，我们有望看到更多完全自动化的工厂，在这些地方，生产无需人类到现场。

机器人和人机合作

自动化的关键因素之一是机器人的使用。但值得注意的是，并非所有机器人都是为了取代工人，许多机器人可成为人类的帮手，提高人类的工作效率。例如，机器人外骨骼可帮助生产线上的工人举起较重的零件，科学家们还研制出了专门用于与人类一起工作的人机合作机器人。

机器人和人机合作可帮助制造商提高生产效率。比如，日产公司在日本的汽车制造厂部署了通用机器人公司研制的机械臂，帮助维护相关设备；还部署了人机协作机器人，帮助员工安装发动机进气口等。

3D打印

随着3D打印技术变得更具成本效益和可扩展性，效率也更高，制造商将越来越多地使用3D打印制造产品。与传统制造方法相比，3D打印所用的材料更少，浪费也更少。此外，3D打印也将推动个性化产品新时代的到来，因为生产个性化产品不用担心规模经济。

空中客车公司已使用3D打印技术超过15年，成为制造业3D打印的先驱。该公司广泛使用3D打印技术，实现了夹具和固定装置等工具的本地化按需生产。

Web 3.0和区块链技术

随着“下一代互联网”Web 3.0(互联网范式从Web 1.0到Web 2.0不断迭代升级的下一阶段)和分布式计算技术——如区块链和非同质代币(NFT)的出现，制造商将有机会更好地监控其供应链，甚至实现供应链上许多交易的自动化。未来生产的许多产品将与NFT数字证书一起销售。

更智能且更可持续

智能物联网设备的出现，不仅改变了产品生产方式，也改变了产品生产类型。如今，从吸尘器到马桶，似乎都有“智能”版本，且产品智能化的趋势没有放缓的迹象。因此，制造商将越来越多地探索如何为客户提供他们期望的智能产品。

此外，客户也将越来越青睐可持续、可重复使用和可回收的产品，过去盛行的一次性文化有望结束，这是制造商必须考虑的另一个因素。

本报记者 刘 霞

来源： 科技日报

一座智能制造工厂是如何炼成的

“智能”顾名思义，是指智慧和能力。从感觉到记忆到思维这一过程，称为“智慧”，智慧的结果产生了行为和语言，而行为和语言的表达过程被称为“能力”，两者合称“智能”。换言之，智能过程就是指感觉、记忆、回忆、思维、语言、行为的整个过程，它是智力和能力的表现。我们可以用“智商”和“能商”来描述某个设备或系统发挥智能的程度。

“制造”是指用某种方式使原材料成为可供使用的物品。例如，食品工厂对原材料的加工和再加工生产出直接售卖的成品供应到超市、商场等供我们选购；生产车间则是对各种零部件进行组装，比如手机、汽车、飞机等大型货品制造。

各种工业设备，也都逐渐实现了自动化｜Pixabay

当前，国内外对智能制造并没有给出一个准确的定义，但工信部组织专家给出了一个比较全面的描述性的定义：智能制造是基于新一代信息技术，贯彻设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。具有以只能工厂为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础，以网络互联为支撑等特征，可有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗。

“工欲善其事必先利其器”，给传统制造增添上信息科技的翅膀，就是实现智能制造的利器，包括以下类型：

电脑辅助工具，如CAD（制图设计）、CAE（工程搭建）、CAPP（工艺设计）、CAM（模拟制造）、CAT（测试，如ICT信息测试、FCT功能测试）等；电脑模拟工具，物流模拟、物理模拟（包括各项分析：结构、声学、流体、热力学、运动、复合材料等多种物理场模拟）、工艺模拟等。

智能装备，例如数控机床、机器手臂、3D打印等其他智能化装备，传感与控制、检测与装配、物流与仓储等。

新一代技术指物联网、云计算、大数据等。

与我们日常生活相关的居家产业也在转型升级，比如定制化家具，不再是木工进行加工板材，目前的主流厂商早已对传统经营模式进行颠覆，实现智能化升级，利用物联网、大数据、AR等全新一代信息技术与现代制造技术相结合，建立了智能化制造工厂，向“工业4.0”时代奋力迈进：

我们正在向工业4.0迈进｜Pixabay

1.工业4.0智能车间

从储备原料的仓库开始，每一块柜体板材经过开料、包边、钻孔、分拣、包装，全程机械化不需要人工参与。4.0智能车间打破了传统生产车间的孤岛，将整个生产过程链接为一个智能化流水线，优化了每个生产环节的时间，加速物流配送运转周期，大大提高了生产效率。

2.智能仓储系统

超级生产线必然配备完善的仓储体系，例如夜间结合货品定位自助导航，配备热成像、温湿度感应、烟感、拾音、无线传感、语音交互等技术，通过报警技术与人防系统联动，夜晚8小时不间断运行，辅助并代替安保人员巡视仓库。

3．智能板件分拣系统

配备目前最先进的多轴工业机械手臂，依托Saas软件平台系统，可实现不间断大批量按订单智能分货品。

4．智能包装系统

定制家具的板材大小不一，每个订单的需求又大不相同，包装问题一直是厂商难以解决的痛点。针对这一问题，智能工厂采用大数据采集配合超强算力算法，对各类成品板材进行优化包装，自动分拣，机器人自动堆垛。

当然，还有更复杂的汽车制造，例如目前最火的特斯拉，从厂房建设到开始投产再到汽车量产，特斯拉位于上海的超级工厂只需一年的时间便可实现。特斯拉新能源汽车在市场的占有率一直是其他厂商奋力追赶的目标，以恐怖的发展速度建立起多个超级工厂。

2016年到2018年，我国实施了249个智能制造试点示范项目，企业对于智能制造的安排部署已经从试水阶段逐渐发展为深入配置；相关部门也陆续完成了4项智能制造国家标准的制定或修订工作，使得企业智能化标准更为规范。

《2017—2018中国智能制造发展年度报告》显示，我国已初步建成208个数字化车间和智能工厂，覆盖10大领域和80个行业，初步建立起与国际同步的智能制造标准体系。在全球的44个灯塔工厂中有12个工厂位于中国，并且其中有7个为端到端灯塔工厂。到2020年，我国重点领域的制造企业关键工序数控化率将超过50％，数字化车间或智能工厂普及率超过20％。

工厂在逐渐实现自动化控制｜Pixabay

软件方面，2019年中国智能制造系统集成产业依旧保持强劲增长势头，同比增长20.7%。在2019，全国工业互联网市场规模已突破700亿元。

硬件方面，在多年来智能制造带动下，我国的工业机器人、3D打印增材技术、工业无线传感器等新兴产业快速发展壮大，多种典型智能制造新模式推广应用，带动产业升级速度显著。

我国正在处于从制造大国到制造强国逐步转变的过程中，有超强制造实力的企业大力发展智能制造，为打造全球领先的智能制造产业标杆而努力奋进。除此之外，在政府大力支持下，具有科技创新优势的地区，也正在积极部署新兴信息技术产业的发展，为本地传统制造到智能化新型制造产业转变赋能。

我国十四五规划在2021年全面展开，打造数字经济新优势是推动经济增长的重要引擎.，未来五年将是重要阶段。在《中国制造2025》基础上，国家又相继推出关于工业互联网、工业机器人、信息及工业化融合等政策，智能制造作为十四五规划重点。以智能制造为切入点，推动制造业高速高质的发展，既是我国数字经济+实体经济融合发展的重要方向，也是实现双循环新发展格局的关键突破口。

参考文献：

[1]夏希品. 《2017-2018中国机器人产业发展年度报告》发布[J]. 今日制造与升级, 2018(11):2.

[2]王田苗, 陶永. 我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J]. 机械工程学报, 2014, 50(9):13.

[3]李瑞峰. 中国工业机器人产业化发展战略[J]. 航空制造技术, 2010(9):6.

[4]张曙. 工业4.0和智能制造[J]. 机械设计与制造工程, 2014, 43(8):5.

[5]胡晶. 工业互联网、工业4.0和"两化"深度融合的比较研究[J]. 学术交流, 2015(1):8.

作者：张书豪

编辑：韩越扬

来源： 光明网

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