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数字网络化智能制造正推动新一轮工业革命

作者从全球信息化大局提出中国智能制造的技术路线


  来源: 智造参考 时间:2019-07-22 编辑:伊敏
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新一代人工智能技术与先进制造技术的深度融合,形成了新一代智能制造技术,成为了新一轮工业革命的核心驱动力。

3.2 新一代智能制造是新一轮工业革命的核心技术

科学技术是第一生产力,科技创新是经济社会发展的根本动力。第一次工业革命和第二次工业革命分别以蒸汽机和电力的发明和应用为根本动力,极大地提高了生产力,人类社会进入了现代工业社会。第三次工业革命,以计算、通讯、控制等信息技术的创新与应用为标志,持续将工业发展推向新高度。

新世纪以来,数字化和网络化使得信息的获取、使用、控制以及共享变得极其快速和普及,进而,新一代人工智能突破和应用进一步提升了制造业数字化网络化智能化的水平,其最本质的特征是具备认知和学习的能力,具备生成知识和更好地运用知识的能力,这样就从根本上提高工业知识产生和利用的效率,极大地解放人的体力和脑力,使创新的速度大大加快,应用的范围更加泛在,从而推动制造业发展步入新阶段,即数字化网络化智能化制造——新一代智能制造。如果说数字化网络化制造是新一轮工业革命的开始,那么新一代智能制造的突破和广泛应用将推动形成新工业革命的高潮,将重塑制造业的技术体系、生产模式、产业形态,并将引领真正意义上的“工业4.0”,实现新一轮工业革命。

3.3 愿景

制造系统将具备越来越强大的智能,特别是越来越强大的认知和学习能力,人的智慧与机器智能相互启发性地增长,使制造业的知识型工作向自主智能化的方向发生转变,进而突破当今制造业发展所面临的瓶颈和困难。

新一代智能制造中,产品呈现高度智能化、宜人化,生产制造过程呈现高质、柔性、高效、绿色等特征,产业模式发生革命性的变化,服务型制造业与生产型服务业大发展,进而共同优化集成新型制造大系统,全面重塑制造业价值链,极大提高制造业的创新力和竞争力。

新一代智能制造将给人类社会带来革命性变化。人与机器的分工将产生革命性变化,智能机器将替代人类大量体力劳动和相当部分的脑力劳动,人类可更多地从事创造性工作;人类工作生活环境和方式将朝着以人为本的方向迈进。同时,新一代智能制造将有效减少资源与能源的消耗和浪费,持续引领制造业绿色发展、和谐发展。

4. 新一代智能制造的技术机理:“人-信息-物理系统”(HCPS)

智能制造涉及智能产品、智能生产以及智能服务等多个方面及其优化集成。从技术机理角度看,这些不同方面尽管存在差异,但本质上是一致的,下面以生产过程为例进行分析。

4.1 传统制造与“人-物理系统”

传统制造系统包含人和物理系统两大部分,是完全通过人对机器的操作控制去完成各种工作任务(如图2(a)所示)。动力革命极大提高了物理系统(机器)的生产效率和质量,物理系统(机器)代替了人类大量体力劳动。传统制造系统中,要求人完成信息感知、分析决策、操作控制以及认知学习等多方面任务,不仅对人的要求高,劳动强度仍然大,而且系统工作效率、质量和完成复杂工作任务的能力还很有限。传统制造系统可抽象描述为图2(b)所示的“人-物理系统”(HPS—Human-Physical Systems)。

4.2 数字化制造、数字化网络化制造与“人-信息-物理系统”

与传统制造系统相比,第一代和第二代智能制造系统发生的本质变化是,在人和物理系统之间增加了信息系统,信息系统可以代替人类完成部分脑力劳动,人的相当部分的感知、分析、决策功能向信息系统复制迁移,进而可以通过信息系统来控制物理系统,以代替人类完成更多的体力劳动,如图3所示。

图3 第一代和第二代智能制造系统

第一代和第二代智能制造系统通过集成人、信息系统和物理系统的各自优势,系统的能力尤其是计算分析、精确控制以及感知能力都得以很大提高。一方面,系统的工作效率、质量与稳定性均得以显著提升;另一方面,人的相关制造经验和知识转移到信息系统,能够有效提高人的知识的传承和利用效率。制造系统从传统的“人-物理系统”向 “人-信息-物理系统”(HCPS—Human-Cyber-Physical Systems)的演变可进一步用图4进行抽象描述。

信息系统(Cyber system)的引入使得制造系统同时增加了“人-信息系统”(HCS—Human-Cyber Systems)和“信息-物理系统”(CPS—Cyber-Physical Systems)。其中,“信息-物理系统”(CPS)是非常重要的组成部分。美国在本世纪初提出了CPS的理论[54],德国将其作为工业4.0的核心技术。“信息-物理系统”(CPS)在工程上的应用是实现信息系统和物理系统的完美映射和深度融合, “数字孪生体”(Digital Twin)即是最为基本而关键的技术,由此,制造系统的性能与效率可大大提高。

关键词:智能制造 数字化 网络化 工业革命 中国制造2025    浏览量:4193

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