楊文起

中國汽車工業(yè)工程有限公司 天津市 300113

目前，很多國家都出臺了相應的政策支持制造業(yè)發(fā)展，例如美國的“再工業(yè)化”計劃，德國的“工業(yè)4.0”計劃，日本智能制造的“新機器人戰(zhàn)略”計劃等。我國的《中國制造2025年》以及《智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》等，都為智能制造提供支持與保障。與此同時，雙碳目標的提出，促使制造業(yè)朝向低碳化、節(jié)能化方向發(fā)展。智能制造集成了智能電網(wǎng)和多網(wǎng)融合等各類信息化技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)計和生產(chǎn)以及銷售環(huán)節(jié)的聯(lián)通，通過全生命周期的管理，消除生產(chǎn)制造系統(tǒng)的浪費，達到資源能源循環(huán)利用，助力節(jié)能降耗。將綠色制造與智能制造相互結(jié)合，促進綠色+智能協(xié)同發(fā)展。

1 智能制造的裝備概述

智能制造裝備指的是具有感知功能、分析與推理能力、決策力、控制力的制造裝備，實現(xiàn)了制造技術(shù)和信息技術(shù)以及智能技術(shù)的集成，可體現(xiàn)制造業(yè)的智能化和數(shù)字化以及網(wǎng)絡化發(fā)展水平。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度分析，涉及到機器人、增材設(shè)備制造以及重大成套設(shè)備制造等。

2 智能制造裝備的發(fā)展現(xiàn)狀分析

2.1 國外的智能制造裝備發(fā)展情況

根據(jù)國際市場研究機構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2020年全球智能制造市場規(guī)模將會達到2147億美元，預計到2025年會增加到3848億美元，期間年復合增長率大約為12.4%。從市場區(qū)域發(fā)展情況分析，預測期間內(nèi)亞太地區(qū)的智能制造市場將會是增長率最高，中國智能制造裝備的需求不斷增加，并且經(jīng)濟快速發(fā)展以及各類技術(shù)發(fā)展的鼓勵，將會促進智能制造的發(fā)展。在全球范圍內(nèi)來看，預測期間內(nèi)，美國和德國以及日本的前沿企業(yè)將會成為領(lǐng)先的智能制造解決方案提供商。

美國，美國是智能制造概念的發(fā)源地之一，其政府也是高度重視制造裝備的研發(fā)，認為智能制造能夠助力技術(shù)的領(lǐng)先。一直以來，美國不斷加大智能制造裝備的研究，并且推進很多項目，比如智能設(shè)計項目以及智能物流傳輸項目。從過去的一段時間分析，美國積極推動“智能處理系統(tǒng)”研究，涉及到動態(tài)優(yōu)化設(shè)備生產(chǎn)系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)研發(fā)等，利用聰明加工系統(tǒng)，促進美國智能技術(shù)的研發(fā)。美國的3D Systems和思科以及通用電氣等，都是智能制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。日本的橫河電機和三菱公司等，也占據(jù)著國際市場。2019年，美國制定了未來工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，將人工智能技術(shù)和先進制造業(yè)技術(shù)等列為推動美國繁榮和保護國家安全的四項技術(shù)。

日本，目前已經(jīng)形成了以汽車及零配件、機床、機器人、電子電器為支撐的支柱產(chǎn)業(yè)。從智能制造的發(fā)展實際分析，集成利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器以及機器視覺等，并且圍繞產(chǎn)品提供延伸的解決方案。以川崎重工為例，研發(fā)的協(xié)作機器人能夠在一個空間內(nèi)和人協(xié)作，具有靈活性優(yōu)勢；再例如，牧野機床采用loT技術(shù)研發(fā)了ProNETConneX系統(tǒng)，能夠為客戶最優(yōu)化停機時間，達到延長設(shè)備壽命的效果。在很多方面，日本的智能制造裝備都表現(xiàn)出優(yōu)異的狀態(tài)，為其制造業(yè)的發(fā)展提供支持。

德國，德國也是制造業(yè)強國，2013年首次提出工業(yè)4.0戰(zhàn)略；2019年發(fā)布了《國家工業(yè)戰(zhàn)略2030》。根據(jù)麥肯錫2018年調(diào)研的報告顯示，800家企業(yè)中超過了70%的企業(yè)開始陷入了數(shù)字化轉(zhuǎn)型試點的困境，也就是簡單的小規(guī)模試點后難以實現(xiàn)全面轉(zhuǎn)型。對于此難題，行業(yè)者達成了共識，開始走規(guī)?；缆?，創(chuàng)造更多的價值。在全球制造的領(lǐng)先16強中，5家來自于德資企業(yè)、3家為美資企業(yè)。美國和德國憑借自身的工業(yè)資源優(yōu)勢與高質(zhì)量生產(chǎn)能力，快速轉(zhuǎn)型發(fā)展。

2.2 國內(nèi)的發(fā)展情況

智能制造裝備是先進制造技術(shù)和信息技術(shù)以及智能技術(shù)在裝備產(chǎn)品上的集成與融合，推動著制造業(yè)的智能化和數(shù)字化以及網(wǎng)絡化發(fā)展。根據(jù)德勤調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)工業(yè)企業(yè)智能制造5大部署為數(shù)字化工廠、設(shè)備與用戶價值深挖、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、重構(gòu)生態(tài)和商業(yè)模式、人工智能，占比分別為63%、63%、48%、36%、21%，從關(guān)注的技術(shù)情況分析，主要為工業(yè)軟件和傳感器技術(shù)以及人工智能等。根據(jù)工業(yè)和信息部、中國電子技術(shù)標準化研究院數(shù)據(jù)顯示，截至2020年12月，全國12000多家企業(yè)通過平臺開展智能制造能力成熟度自診斷，江蘇、浙江、山東、寧夏等省市對于智能制造高度重視，積極推動標準應用。表1整理了部分城市的智能制造試點情況。

表1 2020年部分省智能制造的試點情況

基于工業(yè)4.0智能制造背景，流水線工作的方式也出現(xiàn)了很大的變化。使用工業(yè)機器人，顯著提高了作業(yè)效率，同時出錯率更低，并且自動化生產(chǎn)能夠給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益。一般來說，流水線按照運輸方式進行細分，主要包括皮帶流水裝配線和插件線以及網(wǎng)帶線等，通常組成部分包括牽引件和承載構(gòu)件以及驅(qū)動裝置等。在工業(yè)4.0的浪潮下，工業(yè)機器人的大量應用，將會使得對傳統(tǒng)流水線作業(yè)方式產(chǎn)生很大的變化，轉(zhuǎn)變了人工作業(yè)的模式。從當前的工業(yè)機器人應用情況分析，ABB為主流機器人，應用比較廣泛，若將其編程靈活運用，則其他的機器人系統(tǒng)運用也能夠更加便利。在邏輯思維方面，工業(yè)機器人的情況差異不大，不過也面臨很多難題。使用工業(yè)機器人，需要熟悉機器人坐標應用和圓弧指令以及邏輯控制語句應用等。隨著自動化水平的不斷提高，能夠為智能制造流水線的高效率運行和管理，提供更多的支持和保障，提高流水線作業(yè)的效率，保障工作的質(zhì)量。

從工業(yè)機器人的發(fā)展情況分析，2020年的需求快速增加，根據(jù)國家統(tǒng)計局、工業(yè)和信息部發(fā)布的數(shù)據(jù)信息，2020年1-11月全國規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)的工業(yè)機器人總產(chǎn)量為206851套，制造企業(yè)的收入額為453.3億元。在消費需求增加的影響下，工業(yè)機器人技術(shù)和產(chǎn)品快速發(fā)展。一方面，汽車工業(yè)對工業(yè)機器人的需求增加，應用行業(yè)也從汽車工業(yè)朝向通用工業(yè)繼續(xù)拓展延伸。根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，2020年機器人的需求增加主要來源于3C和新能源以及金屬機械等，需求總量超過60%。除此之外，工業(yè)機器人生廠商也在積極推動產(chǎn)品與醫(yī)療以及其他行業(yè)的融合，力求研發(fā)更多的新產(chǎn)品，促進工業(yè)機器人的發(fā)展。值得一提的是，機器人生產(chǎn)是被日本壟斷將近30年，被應用在工業(yè)生產(chǎn)的各個方面，很大程度上促進了日本的經(jīng)濟發(fā)展?，F(xiàn)如今，我國工業(yè)機器人實現(xiàn)逆襲，助力市場整體的工業(yè)化進程。工業(yè)機器人的構(gòu)成包括操作機和控制器以及伺服驅(qū)動系統(tǒng)等，可以自動化控制以及重復變成，支持在三維空間內(nèi)完成各類作業(yè)。

3 智能制造裝備的發(fā)展趨勢

3.1 綠色化

從智能制造裝備的應用和發(fā)展角度分析，環(huán)境保護始終是堅定不移的原則，促進裝備升級，必須要注重節(jié)能。一方面，提供智能制造裝備的智能化水平。另一方面，要提高節(jié)能環(huán)保水平，減少能源消耗。智能制造裝備的使用能夠滿足各行業(yè)生產(chǎn)的需求，同時也是各個行業(yè)進行轉(zhuǎn)型升級的重要保障。積極推廣使用高水平的智能制造裝備，輔助相關(guān)行業(yè)持續(xù)化發(fā)展，適應高標準和嚴要求。雙碳目標的提出，對制造業(yè)也提出了更高的要求，需要不斷的升級和優(yōu)化，提高生產(chǎn)的能源使用水平，減少能源消耗和浪費。這對使用的智能制造裝備提出了更高的需求和要求，需要加大節(jié)能的研究力度，通過設(shè)備本身的節(jié)能或者輔助生產(chǎn)節(jié)能來實現(xiàn)具體的目標。

3.2 智能化

從當前的發(fā)展情況分析，中國智能制造核心裝備與核心軟件獲得重要突破，不過和發(fā)達國家相比，關(guān)鍵技術(shù)裝備相對薄弱，例如高檔數(shù)控機床和工業(yè)機器人以及增材制造裝備等。除此之外，數(shù)字化設(shè)計和制造等關(guān)鍵核心技術(shù)還需要提升，影響著智能制造的發(fā)展。目前，移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、第五代移動通信（5G）、區(qū)塊鏈等新一代信息技術(shù)不斷取得突破，尤其是5G技術(shù)和AI技術(shù)。隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展，中國智能制造加速，但5G+智能制造的發(fā)展還面臨很多挑戰(zhàn)。5G技術(shù)的領(lǐng)先企業(yè)-華為提出點亮1000座5G智慧工廠計劃，意在加速5G技術(shù)的應用。5G技術(shù)和云計算以及AI等的應用，雖然能夠促進制造企業(yè)智能化升級，不過還有很多工廠沒有實現(xiàn)數(shù)字化與智能化，因此加快5G基礎(chǔ)設(shè)施的部署與建設(shè)為重點任務。在實施方面主要面臨以下挑戰(zhàn)：（1）落地資金需求大。目前，推進5G建設(shè)的成本很高且周期長，以5G基站為例，投資為4G的1.5倍，全國總體投資規(guī)模大約為1.2萬億元，投資周期超過8年。除此之外，我國還處于4G建設(shè)的高峰期，雙網(wǎng)建設(shè)的成本壓力比較大，并且5G落地應用風險難以精準預估以及防范。從推動5G在智能制造行業(yè)的應用角度分析，需要政府、企業(yè)等共同努力，促使整個產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)高效化推進，利用技術(shù)+商業(yè)的方式，共同推動5G+智能制造的進一步發(fā)展。

3.3 人才需求大

智能制造裝備的發(fā)展需要人才力量的支持，當前我國此類人才匱乏。一方面，智能制造裝備對于人才素質(zhì)要求比較高，既需要掌握先進技術(shù)的應用知識和相關(guān)技能，也需要對未來的智能制造有著一定的理解。另一方面，我國亟需的是智能制造工程技術(shù)人才?！吨悄苤圃祛I(lǐng)域人才需求預測報告》發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2019年，智能制造從業(yè)人員（包括：工程技術(shù)人員、技能人員）數(shù)量為971.2萬人，預測到2025年，智能制造工程技術(shù)人員缺口數(shù)量將接近100萬人。在人才培養(yǎng)方面，需要加大職業(yè)人才的培養(yǎng)力度，同時需要注重研發(fā)人員的培養(yǎng)。通過不斷增加人才的儲備，為智能制造裝備的發(fā)展提供更多的堅實基礎(chǔ)。積極發(fā)揮高校的資源優(yōu)勢，加大對智能制造相關(guān)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)力度。圍繞當前學歷教育內(nèi)容和實際崗位需求脫節(jié)的問題，以及在職教育體系需要完善的問題，積極優(yōu)化和調(diào)整，加快人才的培養(yǎng)力度。通過整合高校、科研單位以及企業(yè)等多方力量的支持，推進智能制造裝備研發(fā)和相關(guān)人員的培養(yǎng)。

3.4 做好企業(yè)升級

從推進智能制造的發(fā)展角度來說，需要從企業(yè)入手。雖然當前制造業(yè)的發(fā)展狀態(tài)是東強西弱，但是很多東北的制造基地處于發(fā)展的落后狀態(tài)，難以跟進國際水平，需要進行升級與改造。以沈陽為例，為了能夠促進制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型，圍繞5+3+7產(chǎn)業(yè)補鏈延鏈強鏈。通過提高龍頭企業(yè)本地配套率，促進制造業(yè)的規(guī)模擴大。對老字號企業(yè)進行改造升級，構(gòu)建現(xiàn)代化水平較高的汽車整車生產(chǎn)體系，并且構(gòu)建完善的零部件配套體系，重新塑造機床制造產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先地位。加大新一代通用機械裝備產(chǎn)品的研發(fā)力度，力求發(fā)展一批新興重礦裝備，推動電力裝備應用創(chuàng)新。與此同時，關(guān)注新能源領(lǐng)域，加大對新能源產(chǎn)品的研究力度，推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，構(gòu)建機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)圈，促進航空產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和整機能力的提升。在推動智能制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來說，積極部署現(xiàn)代化技術(shù)應用的基礎(chǔ)設(shè)施，例如5G基礎(chǔ)設(shè)施，滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。從江蘇的發(fā)展規(guī)劃分析，江蘇省提出龍頭骨干企業(yè)引領(lǐng)工程，通過對標世界智能制造領(lǐng)先水平，加大對行業(yè)龍頭企業(yè)的支持力度，推動企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。采取分行業(yè)分領(lǐng)域制定智能制造示范標準的方式，每年認定一批省級智能制造示范工廠和車間以及互聯(lián)網(wǎng)標桿工廠。到2024年底，累計建成國家智能制造示范工廠項目30個、省級智能制造示范工廠項目300個、省級智能制造示范車間2500個、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標桿工廠200家、5G全連接工廠10家。同時還推進中小企業(yè)“智改數(shù)轉(zhuǎn)”推進工程，面向中小工業(yè)企業(yè)，為期提供智能制造服務，了解其存在的問題，指導其制定解決方案。除此之外，積極發(fā)揮南京和無錫以及蘇州等的集成電路、新型顯示以及智能裝備等產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，積極培育生態(tài)主導型鏈主企業(yè)。通過資源整合，搭建基于產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作平臺，推進協(xié)同采購和協(xié)同制造以及協(xié)同銷售等的應用，進一步提高產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作效率。積極鼓勵建設(shè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，一次達到匯聚賦能資源的目的，實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)和工業(yè)APP以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型解決方案的集成，面向應用場景提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品以及數(shù)據(jù)服務。

4 結(jié)語

綜上所述，智能制造裝備正處于快速發(fā)展的狀態(tài)，涌現(xiàn)出很多新型工業(yè)機器人和機床裝備等，為很多行業(yè)生產(chǎn)提供裝備支持。從需求和發(fā)展的角度分析，智能制造裝備的綠色化和智能化水平會不斷提高。從技術(shù)的集成應用角度分析，還面臨很多挑戰(zhàn)，需要加大技術(shù)的研究力度，積極整合各方的力量促進智能制造裝備發(fā)展。