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緊盯當今三大風口 中國先進制造尋找“全球坐標”

葉含勇 楊舟 方家喜

2015年06月09日00:59    來源:經濟參考報    手機看新聞

  “中國制造2025”發布后,國內外企業、智庫紛紛對此進行關注和研究。他們通過比較“中國制造2025”、美國“再工業化構想”、日本“工業智能化”和德國“工業4.0”之后認為,全球先進制造業正在聚焦3D打印、大數據、機器人等前沿熱點,中國在實施“中國制造2025”的進程中,需要緊密跟蹤借鑒全球制造業前沿熱點和發展路徑,引導企業適時適度完善和調整發展重點,使“中國制造2025”在全球同類規劃中具有競爭力和主動性。

  3D打印應用到細分產業

  “歸根結底,先進制造技術使得新設計新材料得以應用。”通用電氣公司研究開發中心中國總經理魏斌評價3D打印技術稱。

  最近,歐洲和美國等的制造業聯盟機構對發展3D打印細分行業進行了較為明確指向,他們把3D打印技術的市場需求主要定位在醫療和飛機關鍵小部件的制造上。

  對此,中國工程院有關報告指出,3D技術將對智能生產、智能加工和智能設備帶來推動作用。我國3D打印技術應該在可穿戴電子設備、可穿戴器件、個性化手術導板以及一些醫療模型等方面有更大的作為。

  3D技術是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。盡管最近幾年才走入公眾視野並引發普遍關注,但誕生於上世紀80年代的3D打印技術,很早就在醫療行業嶄露頭角。

  比利時瑪瑞斯三維打印技術有限公司中國區總經理凱艾姆·弗朗索瓦表示,僅2013年,該公司就打印了15萬個醫療模型,包括個性化手術導板以及一些醫療模型等,目前全球已有1000多萬人開始使用定制化的3D打印助聽器產品。

  上海交通大學數字醫學教育部工程研究中心教授王成燾認為,個體化、精准化、微創化、遠程化是21世紀臨床醫學發展的四大方向,其中,數字技術是主要支撐,3D打印技術是重要內容。

  據王成燾介紹,目前3D打印技術在臨床醫學的應用有三大領域——打模型、助力精准手術、量體個性化種植,接下來的研發方向是軟組織系統和組織工程支架的3D打印,同時也對模型的物理性能提出更高需求,如能否打印血管肌肉等。

  據了解,3D打印技術本質上並不是印刷技術,而是一種制造技術,業內也稱其為“增材制造”,與傳統制造業通過加工原料最終成型不同,3D打印技術是“無中生有”的制作過程,不僅不受原料幾何形狀的約束,還幾乎不產生廢料,能有效節約成本。

  “3D打印技術可以解決很多傳統工藝解決不了的問題。”通用電氣公司研究開發中心中國總經理魏斌表示,先進制造業的根本在於先進產品,而生產先進產品必須有先進可靠的加工手段,能夠把新型材料加以應用,3D打印技術在制造復雜、個性化產品方面要比傳統制造工藝有優勢。

  魏斌舉例說,飛機發動機葉片前面的防鳥撞零件形狀復雜,加工起來很有難度,但3D打印技術可以實現“一次成型”,不僅提高了制造效率,而且使產品具有機械特質以滿足功能需求。

  當然,3D打印技術的應用與管理也絕不僅僅局限於一台3D打印機,也不是說隻要有了機器、模型、好的材料就一定能夠生產出好的產品,3D打印行業跟傳統制造業一樣,也需要工藝流程來進行管理操作,機器只是其中一個環節。

  盡管3D打印技術日益受到重視,3D打印產業也成為“十大增長最快的工業”之一,但與傳統制造業的規模相比,仍然是滄海之一粟。據世界3D打印技術產業聯盟統計,直到2013年,全球3D打印市場規模才近40億美元,還不及一家大型企業一年的產值。

  業內人士認為,3D打印技術更適合“制造和銷售高利潤的產品和服務,為消費者提供個性化和革命化的體驗”,它發展的出路不在於與傳統制造業一較高下,而是通過其高度的加工制造柔性與廣泛的材料適用性來與傳統制造業優勢進行互補,以其“精、准、快”的制造特點,促進傳統制造業轉型升級。

  3D打印技術正成為一場世界性的科技角逐,既為先進制造業發展指明了一條路徑,也為傳統制造業轉型升級指出一個方向。

  大數據+雲計算:嵌入生產全過程

  美國的“再工業化構想”、日本的“工業智能化”和德國的“工業4.0”都把大數據和雲計算等新一代信息技術嵌入到制造業的生產和服務全過程,其實施的進程和效果已被廣泛關注。

  “多數制造企業所理解的競爭,主要著眼於遇到問題解決問題,這只是看得見的競爭,更聰明的企業已經在努力避免問題上下功夫,這就是看不見的競爭,未來的競爭主要是這個。”美國國家科學基金會(NSF)智能維護系統產學合作中心主任李杰說,互聯網時代全球制造業格局正在發生改變,大數據技術將扮演重要角色。

  大數據是指所涉資料數量巨大,無法通過目前的主流軟件在合理時間內擷取、管理、處理,使其成為能夠幫助企業經營決策、達成更積極目的的資訊,又稱巨量資料。

  李杰說,信息時代制造業的大數據來源,就是6C:連接(Connection,傳感器和網絡)、雲(Cloud,任何時間及需求的數據)、虛擬網絡(Cyber,模式與記憶)、內容(Content,相關性和含義)、社群(Community,分享和交際)與客制化(customization,個性化服務與價值)。

  “大數據技術的最大價值,就是利用上述大數據找出隱性的、還沒有發生的問題,然后避免問題發生。”李杰說。

  據介紹,為防止出現尿布滲漏等質量問題,寶潔公司過去要用相機逐一篩查,找到問題后必須停機,挑出不合格尿布,再重新開機生產。如何讓生產線不停機也可以挑出不合格產品?

  在大數據技術支持下,寶潔公司改變以前發現問題再處理的傳統方式,而是通過實時監控尿布生產情況,預先發現不健康狀態,並將處於這一狀態下的尿布統統去除,保証了生產線連續工作,僅此一項,每年就為寶潔節省4.5億美元生產成本。

  “中國有最大的應用市場,有很多數據,高鐵數據,機床數據,生產線數據,如果不能分析,我們就損失掉最大的市場。美國缺乏19萬大數據分析工程師,中國缺乏190萬。”李杰說。

  高德納咨詢公司認為,大數據成為海量、高增長率和多樣化的信息資產的前提,需要有新的處理模式,這就是雲計算(Cloud Computing)。

  “雲計算,用一個簡單的詞來說,就是網絡計算,即計算不需要再圍繞CPU轉,而是圍繞網絡轉,就像附著在網絡上的一層能力,網絡延伸哪個地方,你的計算能力就延伸到哪個地方,無處不在。”思科(CISCO)大中華區高級副總裁殷康說。

  雲計算是傳統計算機和網絡技術融合發展的典型產物,它使零碎數據可以變成相關數據,使衰敗數據可以變成鮮活數據,通過雲計算,共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。

  殷康說,雲計算使得大數據有了生存空間和價值,有了“從智能走向智慧”的可能性。專家表示,信息化和工業化的融合非常重要,驅動這個融合過程的是兩個引擎——縱向上的雲計算性能的提高和橫向上的產業發展空間的開放。

  IBM軟件集團智慧城市事業部首席架構師朱華宇認為,制造過程中的洞察力有賴於大數據的實時監測和有效預測,而產品優化上的洞察力則還要依靠客戶的反饋,所以,對非結構化數據的處理能力,是大數據技術應用於制造業需要突破的一個瓶頸。

  大數據與雲計算的結合,具體到一個企業上,就是促進企業從生產型制造向服務型制造轉變,通過互聯網技術消除不對稱的商業模式,並且培養制造過程中的洞察力和產品優化上的洞察力。

  上升到整個制造業層面,大數據與雲計算可以為產業帶來更高的效益、生產的靈活性與安全性,以及新的創新平台,促進制造業從生產型制造向服務型制造轉變,最終朝著智能制造和雲制造方向跨進。

  人機共融成新一代機器人發力點

  未來機器人不僅能跟人融合,而且還會變得比較便宜。讓中小企業用得起機器人,既要靈活,又要便宜,這是目前很難實現的目標,但卻是下一步努力的方向。

  根據國家部署,我國機器人產業未來十年的發展,將圍繞汽車、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等工業機器人、特種機器人,以及醫療健康、家庭服務、教育娛樂等服務機器人應用需求,積極研發新產品,促進機器人標准化、模塊化發展,擴大市場應用。突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅動器等關鍵零部件及系統集成設計制造等技術瓶頸。

  工業機器人作為自動化技術的集大成者,一直被譽為自動化領域“皇冠上的明珠”。據中國工程院院士王天然介紹,工業機器人自誕生以來實現廣泛發展,而且還在向其他領域進行技術轉移,派生出新的領域,如服務機器人等。

  據權威機構預測,機器人是未來影響人類工作與生活的關鍵技術之一,其中,用於增加人的生產能力的工業機器人和用於醫療方面的機器人將會產生很大的影響。

  特別是在緩解勞動力不足等問題上,工業機器人所發揮的作用越來越大。以日本為例,王天然說,20世紀70年代至90年代,日本經濟高速增長,勞動力嚴重短缺,用了20年時間變成機器人第一大國,而且變成制造強國。進入90年代,亞洲經濟快速發展,該區域工業機器人需求量增幅全球最高。目前全球對工業機器人的需求仍然很廣泛,按照工作崗位算,工業機器人隻佔5.63%。

  王天然說,目前,工業機器人已經在汽車整車及零部件、工程機械、軌道交通、低壓電器、電力等領域有了較好的應用,而且機器人技術仍在不斷提升發展,主要是兩個方向:一是在機器人操作能力上追求完美,提升其速度、精度、適應性,擴大應用領域﹔二是在機器人智能化、網絡化上不斷努力,提高機器與人的交互能力。

  有統計顯示,從1990年到2000年,工業機器人定位精度提高了61%,平均無故障時間增加了137%,價格差不多降了一半。據日本預測,到2030年,機器人重復定位精度將會翻一番,絕對定位精度將提高一個數量級。

  “現在教機器人怎麼干活的辦法很笨,人要拿著示教器,一步一步教機器人怎麼操作,機器人跟著周而復始重復操作,不能挪地方換產品,否則還要再教一遍。”王天然說,現在的努力方向是把機器人變成生產過程當中的一個部件,即插即用。

  目前,機器人應用領域正在擴大。據了解,日本在人形機器人研發方面正在取得一些突破。日本大阪大學國際電信基礎技術研究所高級研究員西尾修一說,這種機器人看起來和人形差不多,可由操作員進行遠程控制,實現機器人與用戶之間的自如交流。

  “人機共融是新一代機器人的本質特征,是國際機器人界努力的主要方向。”王天然說,以工業機器人為例,就是機器人今后跟人在同一自然空間工作,可以配合人的需求,學習人的技能,“將來機器人能夠像徒弟一樣跟著師傅干活,向師傅學習,人與機器人的關系,也將從主仆關系變成合作關系”。

  近年來,隨著我國有效勞動力逐年減少、人力成本不斷上升,對機器人的需求快速增長。據統計,2013年中國機器人銷量3.6萬台,比2012年增長41%,超過日本,成為世界機器人的第一大市場。國際機器人聯合會預測,中國將在2017年擁有40萬台工業機器人,達到歷史最高值。

  “按每台機器人售價25萬元,年銷量3.6萬台,每台完成4倍於售價的應用工程,國內市場每年就是幾百個億的規模。”王天然說,開放的市場將吸引全球機器人制造商,市場競爭將不斷加劇。

(責編:李棟、劉陽)

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