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        科技創新支撐和引領智能制造發展

        文章來源 : 中國工業新聞
        2021年12月31日 15:25

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          2021年12月28日,工業和信息化部等八部門正式發布了《“十四五”智能制發展規劃》(以下簡稱《規劃》),就進一步推動我國智能制造發展做出了全面部署,明確提出了“十四五”智能制造發展路徑、主要目標、重點任務和保障措施,對新時期我國推進制造業高質量發展、加快制造強國建設、發展數字經濟,具有重要意義。為更好地理解和落實《規劃》要求,結合近幾年智能制造相關工作實踐,從科技創新視角對《規劃》的相關內容進行解讀。
          
        一、科技創新對智能制造發展的重要意義
          《規劃》在基本原則中明確“堅持創新驅動”,并在重點任務中首先列出“加快系統創新,增強融合發展新動能”?!兑巹潯分嘘P于創新相關的表述,凸顯了科技創新對智能制造的驅動和引領,以及科技自立自強對智能制造發展的戰略支撐,完全符合智能制造發展的客觀規律,也是解決智能制造面臨問題和提升智能制造水平的關鍵舉措之一。
          從人類社會發展角度看,智能制造是一種先進的具有顛覆性影響的生產方式,并引領第四次工業革命。自18世紀邁入工業社會以來,人類歷經蒸汽時代、電氣化時代、信息化時代并將預期進入智能化時代。每一次工業革命都呈現出科技的重大突破以及各類應用技術的爆發式增長。從工業制造系統發展角度看,智能制造系統是實施智能制造的主體,智能制造依靠智能制造系統來實現。智能制造系統是現代工業制造系統不斷演進的結果。自20世紀90年代中期至21世紀初,計算機集成制造系統、分布式制造系統、柔性制造系統、可重構制造系統等相繼提出。智能制造系統是伴隨信息技術、先進制造技術、現代管理技術等融合而演進。
          近十年來,通過產學研用協同創新、行業企業示范應用、央地聯合統籌推進,我國智能制造在供給能力、支撐體系、推廣應用等方面的發展取得長足進步。但從發展階段看仍處于初級階段,實現數字化網絡化仍然是重點,這也是《規劃》在發展路徑和目標中指出“到2035年,規模以上制造業企業全面普及數字化,重點行業骨干企業初步實現智能化”。在十四五以及更長時間智能制造仍面臨較多問題,具體體現在:企業層面重視采購制造裝備和軟件系統,但對基礎工藝、機理模型等基礎研發工作投入不夠;在當前國際環境日趨復雜、全球科技和產業競爭更趨激烈的形勢下,基礎和高端供給能力不足,如基礎元器件、高端芯片、工業母機、開發平臺、工業軟件等瓶頸仍然突出。上述問題亟需科技創新的驅動和引領。
          
        二、加強主要核心技術攻關
          《規劃》中強調智能制造以新一代信息技術與先進制造技術深度融合為主線,這條主線貫穿于設計、生產、管理、服務等制造全過程,涉及制造活動各環節所使用的主要核心技術和系統集成技術。
          從技術適用范圍看,智能制造主要核心技術可分為基礎技術、先進工藝技術、共性技術和適用性技術。①基礎技術主要指制造全過程中的基礎理論與方法,如:在產品研發設計階段建立可供全生命周期使用的數字模型,以及基于模型產品優化設計、全流程仿真、數字化驗證等;面向大型裝備和生產過程的基于機理和數據驅動的混合建模方法;面向工廠生產計劃、車間生產調度、供應鏈的多目標協同優化理論等。②先進工藝技術是指為滿足各細分行業需求而開發的制造工藝,既包括常規工藝經優化后的工藝,也包括不斷出現和發展的新型加工方法,如面向離散制造的增材制造、超精密加工、近凈成形為代表的先進成形加工技術,面向流程制造的分子級物性表征等技術。③共性技術是指面向生產、管理、服務等制造環節采用的智能感知、人機協作和供應鏈協同等技術,更多體現信息技術、自動化技術、管理技術等融合,典型包括工業現場多維智能感知、基于人機協作的生產過程優化、裝備與生產過程數字孿生、質量在線精密檢測、生產過程精益管控、裝備故障診斷與預測性維護、復雜環境動態生產計劃與調度、生產全流程智能決策、供應鏈協同優化等。④新一代信息技術賦能智能制造的適用性技術,包括5G、人工智能、大數據、邊緣計算等技術在典型行業的融合應用,如基于人工智能和知識庫的智能設計與工藝優化,基于5G的在線質量檢測和設備智能運維、基于邊緣計算的智能過程控制、基于人工智能的動態計劃調度和智能管理決策等方面的融合應用。
          
        三、加速系統集成技術開發
          系統集成是實施智能制造的基礎和前提,表面含義包括不同軟硬件設備、單元和系統之間的互聯互通和業務協同,深層次含義還包括智能制造復雜系統的建模、分析和優化等?!吨腥A人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》在數字中國建設中描述了智能制造數字化應用場景,其中的設備聯網、生產環節數字化連接和供應鏈協同響應實際上指出了智能制造系統集成的三個層面,《規劃》中的系統集成技術涵蓋了上述內容。
          《規劃》中的系統集成技術主要包括數據集成、業務互聯、企業間信息交互、系統建模和優化四個層次技術內容。①數據集成指通過解決各類裝備、軟件、系統、平臺之間的統一接口、協議適配等問題,并基于制造裝備、生產過程相關數據字典和信息模型,將生產現場的傳感器、儀器儀表、控制器、執行器、制造裝備等互聯互通,并實現標準化、可復用的數據集成解決方案。②業務互聯指通過信息模型、數字主線等技術,實現數字化協同研發平臺、產品全生命周期管理平臺、制造執行系統(MES)、企業資源計劃系統(ERP)、供應鏈管理系統(SCM)等軟件系統之間的數據、模型、文件等的互通與共享,實現設計、制造等環節的業務互聯。③企業間信息交互指供應鏈上下游企業圍繞訂單、質量、生產實績等內容,定義統一的商品、生產、物流、庫存等環節基礎數據格式和接口標準,建立基本數據庫和協同平臺,實現各企業間關于信息流、物流、資金流的信息共享和可視化,確保數據的可追溯性。④系統建模和優化是指將涵蓋設計、生產、管理、服務等制造過程的智能制造系統抽象為復雜系統,并研究復雜系統的建模、價值流分析和優化技術等。
          
        四、營造開放式創新生態
          針對我國企業在產品研發和技術創新等方面整體水平不高的問題,《規劃》強調支持行業龍頭企業聯合高校、科研院所和上下游企業,建設一批制造業創新載體和產業化促進組織等新型創新機構,形成網狀的科技創新資源。這些新型創新機構匯聚優質的智能制造創新資源,充分發揮制造企業懂工藝流程、供應商懂裝備和軟件、高校和科研院所精通基礎理論及算法等各自優勢,圍繞關鍵工藝、工業母機、數字孿生、工業智能等重點領域,開展用產學研聯合攻關,合力解決我國制造業短板弱項問題,以協同開放共享理念為行業和企業提供創新服務,促進科技創新成果產業化應用和轉移轉化。同時,聚焦為企業和科技創新提供服務的公共服務平臺,特別支持已建成的智能制造標準試驗驗證平臺和現有服務機構提升檢驗檢測、咨詢診斷、計量測試、安全評估、培訓推廣等服務能力,形成智能制造公共服務平臺網絡。
          總體來看,《規劃》為我國“十四五”智能制造發展指明了方向,地方政府、產業園區、行業組織、制造企業都應根據自身特點與發展需求,找到符合自己的發展路徑和發展模式。智能制造不單純是生產力的問題,還涉及體制機制、企業文化、精益思想、管理流程、人才教育等一系列的變革。智能制造是一項系統工程,不可能一蹴而就,需要久久為功。
         
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