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从国家战略看分析仪器的“智能制造”之路

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从国家战略看分析仪器的“智能制造”之路

发布日期:2018-01-18 00:00 来源:http://www.tongxikeji.com 点击:

    不久前,笔者有幸在中国工程院参加了由中国机械工程学会、中国汽车工程学会、中国电工技术学会、中国仪器仪表学会、中国农业机械学会联合主办的“2018年迎春报告会”。“迎春报告会”是每年元月五家学会联合奉献给会员们的一个品牌项目,也是学会间友好合作、会员间沟通交流有效平台。报告会邀请国内著名专家就重大年度热点问题进行全方位的分析和深度解读,报告主题所涉猎的领域相当广泛,包括:工业、科技、军事、国际关系、地区局势等。本次报告会,主办方邀请到了中国工程院院长周济院士,以“新一代智能制造——新一轮工业革命的核心驱动力”为题对“智能制造”进行了全方位分析和深度解读。


  自盘古开天辟地以来,大地生灵进化,从猿到人。当人类文明出现在这个星球上后,人类的社会形态与生产方式随着历史的变迁,也在不断地发生改变。

  18世纪中叶,以英国为代表的工业国家,展开了以机械化为中心的第一次工业革命。珍妮纺织机、瓦特蒸汽机、以及以蒸汽机为动力的轮船、火车等交通工具相继问世。解放双手、以车代步的模式给人类的生产、生活带来了极大的改变。

  19世纪70年代,标志着电气化时代的第二次工业革命爆发。西门子发电机、爱迪生电灯、电话等发明让人类社会进入了“电气”时代。也正是有了那时的电力等的发明和应用,才有了现在的各种电脑、播放器,以及便于沟通交流和娱乐的手机。

  第三次工业革命始于二战结束后,以信息技术为显著特点,又称信息化革命。具体而言,就是以电子计算机为代表的信息技术应用范围越来越广,计算速度不断加快,能够完成人脑无法完成的大规模复杂计算、大量数据存储以及信息的快速传播。正因如此,使得空间技术、核能技术和生物技术的快速发展成为可能。

  几次工业革命的产生,其原因归跟到底,在笔者看来,基本上可以总结为:提高生产效率,提高产品质量,优化生产要素配置,降低成本,满足用户不断增长的个性化需求。以第三次工业革命为例,1950年,全球GDP总量为5.3万亿美元,在1970达到了13.8万亿美元,年均复合增长率达到了4.9%,其中在1960~1970年间年均增长高达5.03%(数据来源:互联网)。

  二十一世纪的现在,以智能化制造为标志的第四次工业革命正在展开。

  由于智能制造是一个大概念,范式众多,不利于形成统一的智能制造技术路线,给企业在推进智能升级的实践中造成了许多困扰。根据中国工程院的最新研究成果,综合智能制造相关方式可以总结归纳和提升出三种智能制造的基本范式,也就是数字化制造、数字化网络化制造,数字化网络化智能化制造(即新一代智能制造),智能制造三个基本范式次第展开、迭代升级。一方面,三个基本范式体现着国际上智能制造发展历程中三个阶段,另一方面对中国而言,必须发挥后发优势,采取三个基本范式"并行推进、融合发展"的技术路线。

  具体到未来三年到五年之内,我国推进智能制造的重点则是大规模地推广和全面应用数字化网络化制造,即第二代智能制造。德国工业4.0和美国工业互联网完善地阐述了这一阶段的制造范式,也提出了实现数字化网络化制造的技术路线。而真正能够称得上是新一代工业革命的,则是要到智能制造的第三阶段,即数字化网络化智能化制造。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这次工业革命的高潮,引领真正意义上的工业4.0,实现第四次工业革命。那么,新一代智能制造系统比第一代和第二代有什么进步?最本质的特征就是它的信息系统发生重大变化。增加了认知和学习的功能,原来我们在上一代的信息系统当中,主要只有感知、分析和决策和控制的功能,现在增加了一个新的功能,就是认知和学习功能,因此信息系统不仅具有强大的感知计算分析和控制能力,更加具备了学习提升和产生知识的能力。

  2015年,国务院印发《中国制造2025》,部署全面推进实施制造强国战略。要通过“三步走”的一个战略,大体上每一步用十年左右的时间来实现我们从制造业大国向制造业强国转变的目标。到2025年,我国要进入世界制造强国的第二梯队,即工业技术水平接近德国、日本;到2035年,我国在第二梯队中要居于前列,即开始超越德、日;到2045年,我国要进入世界制造强国的第一梯队,即和美国并驾齐驱。而《中国制造2025》的主攻方向之一就是智能制造。

  国家工业战略的时间表已经制定,战略方向也非常清晰,就是以制造业的繁荣和强大,来支撑国家的繁荣和强大,笔者听来确实让人热血沸腾。作为一家分析仪器行业的专业网站,我们也在观察,中国分析仪器工业自己的时间表又将如何制定?

    对于民族分析仪器制造企业而言,还有很多尚未完成数字化转型,这一课是需要补上的,数字化生产也是智能制造的基础。在产品层面,分析仪器/设备智能化的发展,据笔者浅薄的看法,首先应当结合利用大数据、云平台等新兴技术,进一步发展完善无需样品前处理或样品前处理简单的分析技术,譬如:近红外、拉曼、LIBS、常压敞开式离子源质谱等。其中原因其实也很简单,在现今的分析实验室,样品前处理的工作量在整个分析工作过程中一般能占到70%以上。如果能够让广大的实验室分析人员从繁重的样品处理工作中解放出来,无疑是善莫大焉;第二、依然和样品前处理有关,发展样品前处理自动化技术,并向智能化过渡。未来能否出现智能化样品前处理技术,即由设备自己来摸索、开发样品处理方法,我们充满期待;第三、利用传感器、大数据、人工智能等技术,对分析仪器/设备进行实时智能分析和智能控制,从而实现优化仪器/设备的运行和智能化保障。如果未来分析仪器企业希望从生产型制造向服务型制造转变,这是一个很值得关注的技术发展方向;第四、集成创新,即将多个分析或样品处理技术集成于一台仪器/设备上,这一技术发展趋势最近几年日见清晰,无论是进口产品还是国产产品,都有所体现。

  最后,我们想说的是,无论何种“制造”,最终要由企业来落实。中国智能制造战略方针也指出:推进智能制造要充分激发企业内生动力,特别是广大中小企业,要实事求是地探索适合自己转型升级的技术路径。各级政府、科技界、学界、金融界都要共同营造良好的生态环境,帮助和支持企业特别是广大中小企业智能升级。


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