2023數(shù)字工廠技術(shù)推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級

數(shù)字工廠技術(shù)推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級我國正處于制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的攻關(guān)時期，習近平總書記就此明確提我出“國家強大要靠實體經(jīng)濟”、“抓實體經(jīng)濟一定要抓好制造業(yè)”。通過制造業(yè)與新一代信息技術(shù)的深度融合，推動制造業(yè)業(yè)務(wù)活動、制造裝備與系統(tǒng)、終端產(chǎn)品的智能化?！稊?shù)字工廠報告：制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型》報告從人工智能、增材制造、機器人、工廠智能方面，介紹了國際最新研究，分析對制造業(yè)數(shù)字化發(fā)展的影響，對我國智能制造、人工智能、智能裝備系統(tǒng)的研究與發(fā)展具有一定參考價值。人工智能將對產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)生顛覆性影響在物聯(lián)發(fā)展，人類逐步積累了充足的工業(yè)

能推動人類見解和算法融合。也就是說，未來設(shè)計師或工程師可能僅提供“需求”指導，計算機可以快速生成設(shè)計方案，并評估和自動優(yōu)化。同時，結(jié)合3D打印和復雜機器人突破異型制造的限制，形成的全新制造技術(shù)將推動產(chǎn)品設(shè)計概念發(fā)生革命性變化。發(fā)達國家對人工智能技術(shù)在ICT產(chǎn)業(yè)應用的研究開展較早，我國現(xiàn)有技術(shù)研究與世界其他制造強國基本同步，在人工智能與制造業(yè)融合發(fā)展方面擁有技術(shù)基礎(chǔ)與歷史機遇。得益于我國的大數(shù)據(jù)及在算法上的經(jīng)驗，AI與制造業(yè)的深度融合將推動我國制造業(yè)的跨越式發(fā)展與創(chuàng)新。我國制造領(lǐng)域可借鑒發(fā)達國家過去30多年的成果，直接進入到基于機器學習和深度學習的人工智能時代。3D打印裝備將成為生產(chǎn)車間的實用裝備型為基礎(chǔ)，對材料逐層堆積制造出實體物品的新興制造技術(shù)，實現(xiàn)了制造方式從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變，顛覆了傳統(tǒng)在80%以上。在功能強大的嵌入式軟件與能化水平日益提高，成本不斷降低。影響打印完的后續(xù)處理，包括零件清洗、熱處理、研磨拋光、涂層工藝等。因此，國外門系統(tǒng)、檢測設(shè)備等集成為成套智能制造生產(chǎn)系統(tǒng)，形成從創(chuàng)新設(shè)計、工藝仿真、制造裝備、檢測與質(zhì)量控制的全流程自動全球增材制造在最近二十多年間總體保持30%左右的復合年增長率高速發(fā)展?！笆濉焙汀笆濉逼陂g，我國在增材制造技術(shù)研發(fā)和應用示范方面開展積極

研究。金屬高性能增材制造結(jié)構(gòu)件已經(jīng)在多種型號的飛機上獲得小批量裝機應用，航空發(fā)動機新型空心渦輪葉片的設(shè)計已普遍采用選擇性激光熔化增材制造技術(shù)，顯著縮短了研發(fā)周期。國內(nèi)已形成西安、北京、武漢、南京等多個增材制造研發(fā)基地，一批專業(yè)化的增材制造企業(yè)發(fā)展迅速，研究成果在航空、航天、動力、能源領(lǐng)域相關(guān)新產(chǎn)品研發(fā)、汽車模具、大型鑄型、人體植入物個性化制造等技術(shù)方面緊跟國際發(fā)展趨勢，部分成果達到了世界領(lǐng)先水平。未來，我國將繼續(xù)加強增材制造工藝原理、產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計、集成應用、標準化等方面的技術(shù)機器人是智能制造的代表性產(chǎn)品。傳統(tǒng)工業(yè)機器人需要專業(yè)工程師進行配置操作，用戶難以根據(jù)不斷變化的生產(chǎn)需求進行重新配置。下一代機器人可實現(xiàn)即插即用，通過簡化的網(wǎng)絡(luò)布線實現(xiàn)互聯(lián)，使得安裝、編程和維護難度、成本大幅降低，讓小型企業(yè)用戶也能用得起，使需要靈活配置生產(chǎn)環(huán)境的用戶實現(xiàn)快速配置。工業(yè)機器人的廣泛應用，使得傳統(tǒng)的加工、裝配、物流、檢測向更為智能、靈活、協(xié)作的方向發(fā)展，協(xié)作機器人使機器人與人類之間實現(xiàn)更多互動，有望重塑自動化工廠。目前，我國機器人技術(shù)在多個環(huán)節(jié)實現(xiàn)了突破，在工業(yè)機器人應用及系統(tǒng)集成方面，已在國民經(jīng)濟多個行業(yè)領(lǐng)域開展了大量的應用集成，實現(xiàn)了單機、多機協(xié)同的現(xiàn)場應用。我國工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，國產(chǎn)機器人市場占有率在40%左右，培育了新松、廣數(shù)等多家機器人主機和系統(tǒng)集成骨干企業(yè)，全國規(guī)模以上的機器人產(chǎn)業(yè)園超過20余家。盡管近幾年我國機器人得到長足發(fā)展，但機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展尚處于跟蹤和模仿，基于新一代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)與機器人的深度融合研究不足，高性能機器人仍需大量進口。“十四五”期間，我國工業(yè)機器人領(lǐng)域應探索適應未來制造模式的機器人，加大面向柔性制造的機器人技術(shù)與系統(tǒng)研發(fā)、面向復雜應用工藝的機器人技術(shù)與系統(tǒng)研發(fā)。數(shù)字工廠改變國際制造業(yè)競爭格局

高度自動化制造中更具競爭力，引發(fā)發(fā)達國家制造業(yè)外包格局的變化，即制造業(yè)重返發(fā)達國家。數(shù)字化制造新模式將如何影響制造業(yè)勞動力？該報告提出了“替代技術(shù)”與“增強技術(shù)”的區(qū)別，即過去數(shù)字制造技術(shù)是“替代”工人，現(xiàn)在則是使工人提高生產(chǎn)率，而非直接取代工人。隨著個性化定制、多品種小批量生產(chǎn)的發(fā)展，與機器人共同作業(yè)的需求將會增加，數(shù)字制造技術(shù)增強人類的能力，而非替代人類的工作。由于我國適齡勞動力持續(xù)減少，人力成本增加，在國際競爭中已不再擁有勞動力比較優(yōu)勢。只有尋找新的經(jīng)濟增長點，實現(xiàn)動能轉(zhuǎn)換，提高生產(chǎn)效率，才能保持中國經(jīng)濟高質(zhì)量持續(xù)增長。實現(xiàn)數(shù)字制造對勞動能力的“增強效應”主要體現(xiàn)在兩個方面：一是通過替代大量可自動執(zhí)行的常規(guī)且重復的程序性工作，使工人們更有效地利用時間，并將時間用于更加體現(xiàn)創(chuàng)造性的工作之中；二是通過人工智能技術(shù)對工人進行輔助，使工人能夠突破人體及能力的極限，進而創(chuàng)造更大價值。因此，引入人工智能進一步替代人的勞動、彌補我國勞動力缺口、提高勞動生產(chǎn)率，以實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換，能夠給我國實體經(jīng)濟發(fā)展注入新的活力，推動我國制造業(yè)向全球19世紀末，當電氣化技術(shù)出現(xiàn)時，人們認為用電動機代替蒸汽機和水車會使工廠效率大幅度提高，但實際上真正使電氣化技術(shù)改變工業(yè)生產(chǎn)效率，卻用了將近40年的時間。這是因為19世紀的企業(yè)僅是將現(xiàn)代電動機與舊有系統(tǒng)連接在一起，沒有對機器與工廠進行重新設(shè)計，因此，并未產(chǎn)生顯著的效率改變。直到20世紀20年代，利用電力驅(qū)動技術(shù)對機器創(chuàng)新，圍繞物流和人力重新設(shè)計流程，誕生了現(xiàn)代工廠。迪拜3D打印640平米二層建筑，打破吉尼斯世界紀錄迪拜政府與工程公司ECC合作完成了一項3D打印建筑項目，打印出一座640平米的二層建筑。建筑3D打印技術(shù)能夠減少所需工人數(shù)量，降低建筑成本。此項目僅利用一臺3D打印機以及本地材料完成建筑構(gòu)建，其3D打印混凝土墻能夠有效提高隔熱效果，該建筑已被吉尼斯世界紀錄評為世界上最大的3D打印建筑。CerebrasSystems發(fā)布“世界上最快的AI計算機”美國AI芯片初創(chuàng)公司CerebrasSystemsSupercomputing2019世界上最快的人工智能計算機CS-1，且已獲得美國聯(lián)邦政府超級計算計劃的認可。Cerebras用。CerebrasCS-140AI哈佛大學開發(fā)3D打印新技術(shù)，突破多材料多噴頭打印難題哈佛大學工程與應用科學院開發(fā)出一種多材料多噴頭的3D打印技術(shù)，研究人員通過立體式的三維流道結(jié)構(gòu)設(shè)計將多個材料入口和材料出口集成到單個噴頭上，并使用高速電磁閥精準控制每個流道內(nèi)的壓力使不同材料在噴頭處可以連續(xù)切換打印，從而實現(xiàn)單個噴嘴對材料的體素級控制。該打印技術(shù)最多可支持軟硬度不同的8種材料同步打印，極大拓展了3D打印制造復雜功能結(jié)構(gòu)的能力。美國萊斯大學利用3D打印技術(shù)打印聚合物防彈塊美國萊斯大學利用3D打印技術(shù)制造出一種聚合物立方體，能夠以驚人的效果抵擋子彈的沖擊。該3D打印的交聯(lián)碳納米管微結(jié)構(gòu)聚合物塊吸收沖擊的效率比同類材料的立方體高出10倍，且在重壓之下不會直接破裂。研究人員正在進一步優(yōu)化設(shè)計以使該結(jié)構(gòu)能夠在軍事、工程等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應用。德國大陸公司開發(fā)新型固態(tài)3D閃光激光雷達，助力自動駕駛技術(shù)發(fā)展德國大陸公司開發(fā)出新型汽車級固態(tài)3D閃光激光雷達HFL110。該雷達傳感器速率高達330納秒每幀，可在任何時間和天氣條件下提供近距離（約50米或更短）詳細而準確的3D圖像。該激光雷達集成了加熱器和可配選自動清洗系統(tǒng)，還可與大陸公司的雷達和2D攝像頭相結(jié)合，可對目前的環(huán)境傳感器起到補充作用，也將助力全自動駕駛技術(shù)的實現(xiàn)。美國和瑞士研究人員開發(fā)出一種可引導光子并改變其速度和前進方向的光學開關(guān)美國國家標準技術(shù)研究院和瑞士黎世聯(lián)邦理工學院研究人員開發(fā)出一種光學開關(guān)裝置，可讓光子于20億分之一秒內(nèi)在芯片間移動。研究人員采用緊湊型設(shè)計，將納米金膜、硅光學、電學和力學組件集成在一起，成功開發(fā)出一款可在微型通道內(nèi)引導光子并改變其速度和前進方向的光學開關(guān)。研究人員表示，這款緊湊型開關(guān)是首個能在足夠低電壓下運行的開關(guān)，因此可被集成到硅芯片上，并以極低信號損失改變光子的方向，有望在自動駕駛、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子計算機等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。IBM人工智能辯論機器人在劍橋聯(lián)合會上展開自我辯論IBM推出的ProjectDebater辯論機器人在英國劍橋聯(lián)合會上就“AI是否構(gòu)成威脅”問題展開自我辯論。IBM將ProjectDebater定義為AI系統(tǒng)。ProjectDebater可在大量新聞稿件和論文中凝練最相關(guān)、最有說服力的主張和證據(jù)，創(chuàng)作出連貫的辯論詞，且該過程無需人工介入。此前，ProjectDebater僅具備與人類辯論的能力。IBM研究人員表示，ProjectDebater為高效信息收集工具的開發(fā)鋪平了道路，有望為決策者和意見提出者建立有效的溝通渠道。谷歌母公司Alphabet從垃圾分類機器人開始重啟機器人項目谷歌母公司Alphabet重啟機器人項目，其下屬Xmoonshot部門啟動了“日常機器人”（EverydayRobot）習算法來觀察世界，而無需針對每個任務(wù)進行編程。研究人員以垃圾分類機器人為切入點，通過在虛擬環(huán)境中對機器人進行模擬訓練，幫助其完成垃圾分類的任務(wù)。該機器人可將辦公室垃圾分類錯誤導致的污染水平從20%降到5%。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院采用3D打印技術(shù)開發(fā)結(jié)構(gòu)復雜的多孔玻璃瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院采用一種名為立體光刻技術(shù)的3D打印技術(shù)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復雜的多孔玻璃。研究人員首先采用樹脂和玻璃前驅(qū)體制備打印材料，然后利用商業(yè)紫外激光3D打印機進行打印。通過改變光照強度，研究人員可以精確控制打印體的孔徑大小。打印結(jié)束后，研究人員對胚料進行燒制，在600攝氏度下燒掉聚合物樹脂骨架，在1000攝氏度下使玻璃前驅(qū)體進行玻璃化轉(zhuǎn)變，最終得到結(jié)構(gòu)高度復雜的多孔玻璃。研究人員表示，該技術(shù)有望用于生產(chǎn)復雜玻璃器皿。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然材料》期刊。新加坡國立大學新研究，用于柔性軟機器人的新型金屬材料這種新材料將鉑等金屬與燒過的紙（灰燼）結(jié)合在一起，具有更強的功能同時也保持了傳統(tǒng)紙和塑料的可折疊性和輕便性。該新材料的重量是紙的一半，這也使其具有更高的功率效率。這些特性使這種材料成為制造柔韌而輕巧的假肢的強有力的材料60％。這樣的假肢可以提供實時的應變感測，以反饋有關(guān)其彎曲程度的信息，從而為用戶提供更好的控制和即時信息，同時還無需外部傳感器，也避免了將給假肢增加不必要的