□文/鄔玉良

鄔玉良華北電力大學(xué)研究生導(dǎo)師九三學(xué)社中央科技委員

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，以信息通信技術(shù)深度應(yīng)用為顯著特征的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革越來(lái)越清晰地展現(xiàn)在我們面前。智能制造裝備是高端裝備的核心，是制造裝備的前沿和制造業(yè)的基礎(chǔ)，已成為當(dāng)今工業(yè)先進(jìn)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)。作為高端裝備制造業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向、信息化與工業(yè)化深度融合的重要體現(xiàn)，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)對(duì)于加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提升生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和資源消耗，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的智能化和綠色化發(fā)展具有重要意義。

在新常態(tài)下，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)相互融合、創(chuàng)新發(fā)展，呈現(xiàn)出新的方向。以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化為核心特征的智能制造成為制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢(shì)，智能化的制造體系在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家逐漸形成，促使全球需求結(jié)構(gòu)變化與國(guó)際分工體系調(diào)整步伐加快。

信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合是未來(lái)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)，要搶占這一制高點(diǎn)，就必須把智能制造作為主攻方向，組織實(shí)施好智能制造工程，不斷探索大規(guī)模個(gè)性化定制、云制造等新型制造模式。

國(guó)產(chǎn)“大白”不是夢(mèng)

你還記得電影《超能陸戰(zhàn)隊(duì)》里的“大白”嗎？你是不是也想擁有這樣一款又萌又有愛(ài)的機(jī)器人？在不遠(yuǎn)的未來(lái)，中國(guó)就能夠制造出國(guó)產(chǎn)“大白”。

不只機(jī)器人，軌道交通裝備、高端船舶和海洋工程裝備、新能源汽車(chē)等，這些聽(tīng)起來(lái)“高大上”的產(chǎn)品都將成為中國(guó)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向。

圖1　英國(guó)超級(jí)機(jī)器人Titan（泰坦）

雖然這些高端的機(jī)器人離我們還過(guò)于遙遠(yuǎn)，但今天看似荒誕的幻想也許就是明天智能社會(huì)的現(xiàn)實(shí)?？萍己彤a(chǎn)業(yè)的力量，使我們有理由期待人類(lèi)與機(jī)器人共治時(shí)代的來(lái)臨，而機(jī)器人的崛起之路，或?qū)男乱惠啴a(chǎn)業(yè)革命開(kāi)啟。

工業(yè)機(jī)器人將被廣泛采用，它們準(zhǔn)確地、不知疲倦地完成各種簡(jiǎn)單的重復(fù)性工作，有效地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，大幅降低了生產(chǎn)成本。隨著機(jī)器人技術(shù)的日臻成熟，工業(yè)機(jī)器人極有可能最終取代機(jī)床，成為新一代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。服務(wù)機(jī)器人也于近些年開(kāi)始走進(jìn)大眾視野，并隨著人工智能技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新融合而飛速發(fā)展。越來(lái)越多的服務(wù)型機(jī)器人被研發(fā)出來(lái)，開(kāi)始改變?nèi)祟?lèi)的社會(huì)生活方式。

生活中，機(jī)器人管家也將改善人類(lèi)的生活方式。機(jī)器人可以幫助準(zhǔn)備美食，收拾衛(wèi)生，照顧小孩，接待訪客，安排主人日常行程等。一切我們可以想到的，機(jī)器人都能幫我們完成，為我們的生活帶來(lái)極大的便利。

在外觀設(shè)計(jì)上，人們可以完全按照自己的所思、所想，私人定制，為你打造最完美的機(jī)器人。

圖2　遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人

在功能上，人們也能夠按照自己的想法設(shè)定，并賦予其情感，使機(jī)器人陪你玩耍、幫你工作……

在維護(hù)方面，系統(tǒng)維修、升級(jí)只需要到廠家重新安裝數(shù)據(jù)盤(pán)，即可還給你一個(gè)完好如初的機(jī)器人。

依據(jù)應(yīng)用范圍，我們可以將智能機(jī)器人分為工業(yè)智能機(jī)器人、農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人、服務(wù)智能機(jī)器人、探索型智能機(jī)器人。

工業(yè)智能機(jī)器人將超越傳統(tǒng)機(jī)器人

工業(yè)智能機(jī)器人依據(jù)具體應(yīng)用的不同，通常又可以分成焊接、裝配、噴漆、碼垛、搬運(yùn)等多種類(lèi)型。作為具有智能的工業(yè)機(jī)器人，他們?cè)诤芏喾矫娉搅藗鹘y(tǒng)機(jī)器人。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)器人，可以方便迅速地改變作業(yè)內(nèi)容或方式，以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的變化。比如，改變焊縫軌跡，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等。隨著對(duì)工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)柔性的要求越來(lái)越高，對(duì)各種機(jī)器人的需求也就越來(lái)越強(qiáng)烈。

農(nóng)業(yè)智能機(jī)器人向更高層次轉(zhuǎn)化

隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，以定型物、無(wú)機(jī)物為作業(yè)對(duì)象的工業(yè)機(jī)器人正在向更高層次的以動(dòng)、植物之類(lèi)復(fù)雜作業(yè)對(duì)象為目標(biāo)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人或機(jī)器人化的農(nóng)業(yè)機(jī)械的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)大。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)目前主要集中在耕種、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、株苗移栽、收獲、灌溉、養(yǎng)殖和各種輔助操作等方面。

探索型智能機(jī)器人或被更多使用

機(jī)器人除了在工農(nóng)業(yè)上廣泛應(yīng)用之外，還將越來(lái)越多地用于極限探索，即在惡劣或不適于人類(lèi)工作的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。例如，在水下(海洋)、太空以及在放射性、有毒、高溫等環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)?？臻g機(jī)器人是指在大氣層內(nèi)和大氣層外從事各種作業(yè)的機(jī)器人，包括在內(nèi)層空間飛行并進(jìn)行觀測(cè)、可完成多種作業(yè)的飛行機(jī)器人，到外層空間其他星球上進(jìn)行探測(cè)作業(yè)的星球探測(cè)機(jī)器人和在各種航天器里使用的機(jī)器人。

服務(wù)智能機(jī)器人也是重要的應(yīng)用領(lǐng)域

該類(lèi)型機(jī)器人主要應(yīng)用于清潔、護(hù)理、執(zhí)勤、救援、娛樂(lè)，以及代替人對(duì)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)等場(chǎng)合，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)話(huà)、端水、送藥等任務(wù)。

應(yīng)用維度將逐漸擴(kuò)大

從繼2013年中國(guó)成為工業(yè)機(jī)器人第一大市場(chǎng)之后，2014年，中國(guó)市場(chǎng)又銷(xiāo)售了占據(jù)全球銷(xiāo)量四分之一的工業(yè)機(jī)器人。因此國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）預(yù)測(cè)，到2017年，中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量將會(huì)超過(guò)世界上其他任何國(guó)家，這一巨大的市場(chǎng)給中國(guó)機(jī)器人這一新興產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇。

隨著人工智能理論和技術(shù)的不斷完善，應(yīng)用范圍領(lǐng)域也在逐漸向多方向發(fā)展。未來(lái)，人工智能雖然不能向人類(lèi)一樣擁有自己的意識(shí)和思維方式，但是這種自我思考的人工智能已經(jīng)打破了常規(guī)。未來(lái)，人工智能帶來(lái)的產(chǎn)品，或許將是人類(lèi)智慧的“容器”。由此，對(duì)于未來(lái)人工智能的應(yīng)用方向，也將成為熱點(diǎn)領(lǐng)域。

汽車(chē)高速駛?cè)胫悄茴I(lǐng)域

汽車(chē)在人們的日常生活中扮演著獨(dú)立空間的角色，是人們?cè)诩液蛦挝恢獾摹暗谌龍?chǎng)所”，因而成為智能制造的重要入口。汽車(chē)與智能化的車(chē)載系統(tǒng)集成打開(kāi)了汽車(chē)進(jìn)入開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)的路徑，使汽車(chē)成為互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

當(dāng)前，德國(guó)工業(yè)4.0如火如荼，我國(guó)也發(fā)布了《中國(guó)制造2025》國(guó)家戰(zhàn)略，二者的核心都是智能制造。智能制造包括智能產(chǎn)品、智能裝備、智能工廠、智能管理和智能服務(wù)等各個(gè)方面，涉及到信息化系統(tǒng)的集成應(yīng)用，以及物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人、AGV、立體倉(cāng)庫(kù)、智能加工中心和柔性自動(dòng)線(xiàn)的廣泛應(yīng)用。因此，智能制造對(duì)汽車(chē)整車(chē)和零部件企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有特殊而重要的意義。

智能汽車(chē)為人們提供更加便捷的服務(wù)，比如實(shí)時(shí)導(dǎo)航、車(chē)位自動(dòng)識(shí)別、遠(yuǎn)程診斷與救援、遠(yuǎn)程暖車(chē)等。無(wú)人駕駛汽車(chē)的出現(xiàn)又將在極大程度上改變?nèi)藗兘煌ǔ鲂泻蜕畹姆绞剑藗兗瓤梢栽诼飞限k公、上網(wǎng)，又能安全地到達(dá)目的地。

汽車(chē)行業(yè)是應(yīng)用信息技術(shù)最為密集的行業(yè)之一，汽車(chē)產(chǎn)品本身已成為機(jī)電軟一體化的智能產(chǎn)品。無(wú)人駕駛汽車(chē)、新能源及混合動(dòng)力汽車(chē)、新材料的應(yīng)用等已成為汽車(chē)企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然中國(guó)已躋身全球汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)銷(xiāo)第一梯隊(duì)，但是汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩明顯，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)白熱化。因此，中國(guó)汽車(chē)制造企業(yè)必須有效利用信息技術(shù)(如PLM、ERP、SCM、MES、質(zhì)量管理、BI、移動(dòng)應(yīng)用、電子商務(wù)等)改善企業(yè)管理，推進(jìn)精益生產(chǎn)和智能制造。

智慧家居牽手互聯(lián)網(wǎng)

“互聯(lián)網(wǎng)+”將推動(dòng)家居行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能制造。家具制造企業(yè)將普遍由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，定制化生產(chǎn)模式和柔性制造模式將被逐步推廣。

“互聯(lián)網(wǎng)+智慧家居”將有望改變目前家具業(yè)的現(xiàn)狀。通過(guò)對(duì)家具制造業(yè)定制化模式的不斷完善，企業(yè)可以從產(chǎn)品研發(fā)、價(jià)格體系建立、產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件、電子商務(wù)平臺(tái)、工業(yè)級(jí)物料拆分、條碼生產(chǎn)管理、設(shè)備自動(dòng)接入等業(yè)務(wù)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)流程的監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)定制化、規(guī)?；Ｍㄟ^(guò)該模式在行業(yè)內(nèi)的復(fù)制和推廣，用戶(hù)將便捷地通過(guò)企業(yè)電商平臺(tái)完成個(gè)性化定制。待家具交付時(shí)，企業(yè)又以“搭積木”的方式完成定制化安裝。更為關(guān)鍵的是，這些業(yè)務(wù)模塊與設(shè)計(jì)、制造、裝修等各個(gè)流程相互實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。

可以預(yù)見(jiàn)，在“互聯(lián)網(wǎng)+”和智能制造兩大引擎的推動(dòng)下，家具制造業(yè)、家居業(yè)和家裝業(yè)將走出一條多維一體、融合式的發(fā)展道路，讓“私人定制”實(shí)至名歸。

信息技術(shù)為航空插上智能的翅膀

從馬航MH370到亞航QZ8501的空難，人們一次次呼喚業(yè)界對(duì)航空安全引起足夠的重視。信息技術(shù)的高速發(fā)展，以信息物理融合系統(tǒng)為主的智能制造革命在各個(gè)工業(yè)強(qiáng)國(guó)漸成共識(shí)。作為具有代表性的高科技產(chǎn)業(yè)，航空業(yè)也同樣面臨著信息技術(shù)帶來(lái)的組織形態(tài)變革。

智能制造給航空產(chǎn)品研制過(guò)程帶來(lái)的變革主要體現(xiàn)在如下幾方面。

智能加工工藝

數(shù)字化加工過(guò)程是根據(jù)設(shè)計(jì)模型和工藝要求確定加工工藝及程序，基于空間和時(shí)間的確定性關(guān)系來(lái)完成產(chǎn)品制造。加工狀態(tài)是依靠人員監(jiān)控、事后檢測(cè)來(lái)確認(rèn)的，因此難以實(shí)時(shí)掌握加工過(guò)程中工況變化并及時(shí)調(diào)整，導(dǎo)致航空產(chǎn)品零部件質(zhì)量一致性不穩(wěn)定、表面質(zhì)量狀態(tài)波動(dòng)大。

智能加工工藝形成一種實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整模式，制造過(guò)程會(huì)增加對(duì)加工過(guò)程、時(shí)變工況的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，利用智能化技術(shù)對(duì)獲取的加工過(guò)程狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、評(píng)估和決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的自主學(xué)習(xí)和決策控制。通過(guò)自主學(xué)習(xí)形成工藝知識(shí)庫(kù)，支持工藝設(shè)計(jì)與程序設(shè)計(jì)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)工件加工工藝的自主決策設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

智能裝備及智能制造單元

數(shù)控裝備是按確定的空間關(guān)系和程序邏輯來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的，隨著數(shù)控系統(tǒng)計(jì)算處理能力的不斷提升和功能部件不斷發(fā)展完善，數(shù)控裝備的加工效率、穩(wěn)定性、靈活性、信息處理能力都有了極大的提高，基于工況的自主處理能力日趨增強(qiáng)。

航空制造領(lǐng)域的智能裝備及智能制造單元主要包括智能機(jī)床、智能機(jī)器人、智能控制裝置及系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、傳感識(shí)別及信息采集裝置等，能夠?qū)χ圃爝^(guò)程中運(yùn)動(dòng)、功率、扭矩、能量、信息等狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)基于規(guī)則的自主決策與自適應(yīng)控制。

在國(guó)內(nèi)，除傳統(tǒng)意義上的航空工業(yè)外，航天、兵器、電子等多個(gè)有大概念飛行器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或信息技術(shù)優(yōu)勢(shì)的機(jī)構(gòu)都在大力發(fā)展無(wú)人機(jī)系統(tǒng)。復(fù)雜無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)被公認(rèn)為未來(lái)航空制造的新高地。開(kāi)發(fā)大量的信息化設(shè)計(jì)和控制模塊，配合少量機(jī)體制造，或許這就是未來(lái)航空制造的主體。

未來(lái)家電離不開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)

伴隨著技術(shù)的發(fā)展，今后人們不僅可以對(duì)家用電器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，還能通過(guò)軟件控制對(duì)家電進(jìn)行升級(jí)。可以想象，未來(lái)的家電會(huì)更加聰明。

在酷熱的天氣下一回家，你便能進(jìn)入到清新涼爽的環(huán)境中，吃到溫度適宜的可口飯菜。你甚至可以在回家之前就通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“指揮”家里的空調(diào)開(kāi)始工作，讓室內(nèi)保持你設(shè)定的合適的溫度。隨著智能家電技術(shù)的發(fā)展，這些看起來(lái)好像不可思議的事情很快就會(huì)成為現(xiàn)實(shí)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，智能家電就是把我們家中所使用的電器與科技相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程查詢(xún)。雖然每種方式不盡相同，模塊程序也略有不同，但是它們的功用完全相同。家庭集中控制器和通訊模塊直接構(gòu)建了一個(gè)家電智能平臺(tái)，它們也是智能家電技術(shù)的核心。

智能家電的突出優(yōu)勢(shì)使其成了未來(lái)人們生活的發(fā)展方向，而這一概念的提出緣于美國(guó)微軟公司。1999年3月，他們提出以信息家電為核心的計(jì)劃，該計(jì)劃在某種程度上促進(jìn)了智能家電的普及，同時(shí)也觸動(dòng)了技術(shù)人員著手考慮家電智能化的問(wèn)題。為了爭(zhēng)奪智能家電技術(shù)的領(lǐng)先地位，不少?lài)?guó)家紛紛涉足智能家電與其相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)的交叉領(lǐng)域。

智能家電產(chǎn)生的大量用戶(hù)消費(fèi)數(shù)據(jù)，將成為電子商務(wù)商家最具價(jià)值的消費(fèi)數(shù)據(jù)。家電本身的運(yùn)行數(shù)據(jù)則成為家電大廠商“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的重要數(shù)據(jù)。這一切都離不開(kāi)強(qiáng)有力的“云計(jì)算”系統(tǒng)的支撐。比如，將來(lái)，家里的智能冰箱會(huì)自動(dòng)提醒冰箱里的水果已經(jīng)過(guò)期，并推薦來(lái)自網(wǎng)上商城的生鮮水果。

手術(shù)也能遠(yuǎn)程做

手術(shù)機(jī)器人不是真正的自動(dòng)化機(jī)器人，而是向手術(shù)提供了有用的機(jī)械化幫助。這些機(jī)器仍然需要外科醫(yī)生來(lái)操作并對(duì)其輸入指令。這些手術(shù)機(jī)器人的控制方法是遠(yuǎn)程控制和語(yǔ)音啟動(dòng)。

手術(shù)機(jī)器人在控制切口大小和手術(shù)精密度上比人類(lèi)更靈活、更有效率。在具體醫(yī)學(xué)實(shí)踐中，操控得當(dāng)?shù)氖中g(shù)機(jī)器人或機(jī)械手臂能在切除癌細(xì)胞、子宮切除手術(shù)、心臟搭橋上可以用更精密的手法完成手術(shù)。這也就意味著機(jī)器人手術(shù)可以讓傷疤遺痕更小、出血更少，醫(yī)生使用機(jī)器手臂能夠?qū)?chuàng)傷降至最低程度。這些機(jī)器人可以在社區(qū)醫(yī)院、患者家庭、病房等場(chǎng)所發(fā)揮醫(yī)生替身的作用。一個(gè)醫(yī)生遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，就能夠長(zhǎng)期跟蹤一個(gè)患者的生活，監(jiān)督其生活習(xí)慣，為其提供更為徹底的療效。

消費(fèi)電子產(chǎn)品變得更智能

2014年，國(guó)內(nèi)消費(fèi)電子大步跨入智能云時(shí)代，4G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋讓消費(fèi)電子智能化成為行業(yè)趨勢(shì)。可穿戴式產(chǎn)品、智能電視、智能手機(jī)、平板電腦、超級(jí)本、電子閱讀器等多領(lǐng)域智能終端備受消費(fèi)者青睞。中國(guó)已經(jīng)超越美國(guó)，成為世界最大的消費(fèi)電子市場(chǎng)。這些都是不爭(zhēng)的事實(shí)。

捷孚凱(GfK中國(guó))發(fā)布的《2014年中國(guó)技術(shù)型消費(fèi)電子市場(chǎng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)》指出，2014年中國(guó)消費(fèi)電子市場(chǎng)零售規(guī)模達(dá)到17957億元人民幣，同比增長(zhǎng)10%。高端、智能、健康家電產(chǎn)品成為市場(chǎng)熱點(diǎn)，萬(wàn)億元級(jí)市場(chǎng)將為電子制造業(yè)帶來(lái)極為龐大的潛力空間。

3D打印為智能制造錦上添花

3D生物打印技術(shù)是智能制造領(lǐng)域的前沿科技。3D生物打印的原理是利用一層層的生物構(gòu)造塊，制造真正的活體組織。它有兩個(gè)打印頭，一個(gè)放置最多達(dá)數(shù)萬(wàn)個(gè)人體細(xì)胞，被稱(chēng)為“生物墨”；另一個(gè)可打印“生物紙”。所謂的生物紙其實(shí)是以水為主要成分的凝膠，可用作細(xì)胞生長(zhǎng)的支架。3D生物打印機(jī)使用來(lái)自患者自己身體的細(xì)胞，因此不會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)。

圖3　3D生物打印機(jī)

智能才是未來(lái)

智能制造是實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造業(yè)由大變強(qiáng)的基礎(chǔ)，也是落實(shí)《中國(guó)制造2025》的關(guān)鍵。盡管，在實(shí)現(xiàn)智能制造的道路上，中國(guó)企業(yè)還存在著技術(shù)、人才、工業(yè)基礎(chǔ)等諸多方面的難題。但是，智能制造的趨勢(shì)勢(shì)不可擋，自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色環(huán)保的制造模式將是中國(guó)工業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。