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

數(shù)字工廠技術(shù)推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)我國(guó)正處于制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的攻關(guān)時(shí)期，習(xí)近平總書記就此明確提我出“國(guó)家強(qiáng)大要靠實(shí)體經(jīng)濟(jì)”、“抓實(shí)體經(jīng)濟(jì)一定要抓好制造業(yè)”。通過(guò)制造業(yè)與新一代信息技術(shù)的深度融合，推動(dòng)制造業(yè)業(yè)務(wù)活動(dòng)、制造裝備與系統(tǒng)、終端產(chǎn)品的智能化?！稊?shù)字工廠報(bào)告：制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型》報(bào)告從人工智能、增材制造、機(jī)器人、工廠智能方面，介紹了國(guó)際最新研究，分析對(duì)制造業(yè)數(shù)字化發(fā)展的影響，對(duì)我國(guó)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(jià)值。人工智能將對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dòng)人類見(jiàn)解和算法融合。也就是說(shuō)，未來(lái)設(shè)計(jì)師或工程師可能僅提供“需求”指導(dǎo)，計(jì)算機(jī)可以快速生成設(shè)計(jì)方案，并評(píng)估和自動(dòng)優(yōu)化。同時(shí)，結(jié)合3D打印和復(fù)雜機(jī)器人突破異型制造的限制，形成的全新制造技術(shù)將推動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)概念發(fā)生革命性變化。發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)人工智能技術(shù)在ICT產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的研究開(kāi)展較早，我國(guó)現(xiàn)有技術(shù)研究與世界其他制造強(qiáng)國(guó)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(jī)遇。得益于我國(guó)的大數(shù)據(jù)及在算法上的經(jīng)驗(yàn)，AI與制造業(yè)的深度融合將推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的跨越式發(fā)展與創(chuàng)新。我國(guó)制造領(lǐng)域可借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家過(guò)去30多年的成果，直接進(jìn)入到基于機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的人工智能時(shí)代。3D打印裝備將成為生產(chǎn)車間的實(shí)用裝備型為基礎(chǔ)，對(duì)材料逐層堆積制造出實(shí)體物品的新興制造技術(shù)，實(shí)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(qiáng)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(guó)外門系統(tǒng)、檢測(cè)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(jì)、工藝仿真、制造裝備、檢測(cè)與質(zhì)量控制的全流程自動(dòng)全球增材制造在最近二十多年間總體保持30%左右的復(fù)合年增長(zhǎng)率高速發(fā)展?！笆濉焙汀笆濉逼陂g，我國(guó)在增材制造技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用示范方面開(kāi)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(hào)的飛機(jī)上獲得小批量裝機(jī)應(yīng)用，航空發(fā)動(dòng)機(jī)新型空心渦輪葉片的設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)已形成西安、北京、武漢、南京等多個(gè)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(dòng)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(gè)性化制造等技術(shù)方面緊跟國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，部分成果達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。未來(lái)，我國(guó)將繼續(xù)加強(qiáng)增材制造工藝原理、產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)、集成應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)化等方面的技術(shù)機(jī)器人是智能制造的代表性產(chǎn)品。傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人需要專業(yè)工程師進(jìn)行配置操作，用戶難以根據(jù)不斷變化的生產(chǎn)需求進(jìn)行重新配置。下一代機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)即插即用，通過(guò)簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)布線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，使得安裝、編程和維護(hù)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(shí)現(xiàn)快速配置。工業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的加工、裝配、物流、檢測(cè)向更為智能、靈活、協(xié)作的方向發(fā)展，協(xié)作機(jī)器人使機(jī)器人與人類之間實(shí)現(xiàn)更多互動(dòng)，有望重塑自動(dòng)化工廠。目前，我國(guó)機(jī)器人技術(shù)在多個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了突破，在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用及系統(tǒng)集成方面，已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域開(kāi)展了大量的應(yīng)用集成，實(shí)現(xiàn)了單機(jī)、多機(jī)協(xié)同的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。我國(guó)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模，國(guó)產(chǎn)機(jī)器人市場(chǎng)占有率在40%左右，培育了新松、廣數(shù)等多家機(jī)器人主機(jī)和系統(tǒng)集成骨干企業(yè)，全國(guó)規(guī)模以上的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)園超過(guò)20余家。盡管近幾年我國(guó)機(jī)器人得到長(zhǎng)足發(fā)展，但機(jī)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(jī)器人的深度融合研究不足，高性能機(jī)器人仍需大量進(jìn)口?！笆奈濉逼陂g，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)探索適應(yīng)未來(lái)制造模式的機(jī)器人，加大面向柔性制造的機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)研發(fā)、面向復(fù)雜應(yīng)用工藝的機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)研發(fā)。數(shù)字工廠改變國(guó)際制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局

高度自動(dòng)化制造中更具競(jìng)爭(zhēng)力，引發(fā)發(fā)達(dá)國(guó)家制造業(yè)外包格局的變化，即制造業(yè)重返發(fā)達(dá)國(guó)家。數(shù)字化制造新模式將如何影響制造業(yè)勞動(dòng)力？該報(bào)告提出了“替代技術(shù)”與“增強(qiáng)技術(shù)”的區(qū)別，即過(guò)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(gè)性化定制、多品種小批量生產(chǎn)的發(fā)展，與機(jī)器人共同作業(yè)的需求將會(huì)增加，數(shù)字制造技術(shù)增強(qiáng)人類的能力，而非替代人類的工作。由于我國(guó)適齡勞動(dòng)力持續(xù)減少，人力成本增加，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中已不再擁有勞動(dòng)力比較優(yōu)勢(shì)。只有尋找新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換，提高生產(chǎn)效率，才能保持中國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量持續(xù)增長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)數(shù)字制造對(duì)勞動(dòng)能力的“增強(qiáng)效應(yīng)”主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是通過(guò)替代大量可自動(dòng)執(zhí)行的常規(guī)且重復(fù)的程序性工作，使工人們更有效地利用時(shí)間，并將時(shí)間用于更加體現(xiàn)創(chuàng)造性的工作之中；二是通過(guò)人工智能技術(shù)對(duì)工人進(jìn)行輔助，使工人能夠突破人體及能力的極限，進(jìn)而創(chuàng)造更大價(jià)值。因此，引入人工智能進(jìn)一步替代人的勞動(dòng)、彌補(bǔ)我國(guó)勞動(dòng)力缺口、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，以實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，能夠給我國(guó)實(shí)體經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的活力，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)向全球19世紀(jì)末，當(dāng)電氣化技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，人們認(rèn)為用電動(dòng)機(jī)代替蒸汽機(jī)和水車會(huì)使工廠效率大幅度提高，但實(shí)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(shí)間。這是因?yàn)?9世紀(jì)的企業(yè)僅是將現(xiàn)代電動(dòng)機(jī)與舊有系統(tǒng)連接在一起，沒(méi)有對(duì)機(jī)器與工廠進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，因此，并未產(chǎn)生顯著的效率改變。直到20世紀(jì)20年代，利用電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)機(jī)器創(chuàng)新，圍繞物流和人力重新設(shè)計(jì)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(jì)錄迪拜政府與工程公司ECC合作完成了一項(xiàng)3D打印建筑項(xiàng)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(xiàng)目?jī)H利用一臺(tái)3D打印機(jī)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(jì)錄評(píng)為世界上最大的3D打印建筑。CerebrasSystems發(fā)布“世界上最快的AI計(jì)算機(jī)”美國(guó)AI芯片初創(chuàng)公司CerebrasSystemsSupercomputing2019世界上最快的人工智能計(jì)算機(jī)CS-1，且已獲得美國(guó)聯(lián)邦政府超級(jí)計(jì)算計(jì)劃的認(rèn)可。Cerebras用。CerebrasCS-140AI哈佛大學(xué)開(kāi)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(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)院開(kāi)發(fā)出一種多材料多噴頭的3D打印技術(shù)，研究人員通過(guò)立體式的三維流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將多個(gè)材料入口和材料出口集成到單個(gè)噴頭上，并使用高速電磁閥精準(zhǔn)控制每個(gè)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(shí)現(xiàn)單個(gè)噴嘴對(duì)材料的體素級(jí)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(fù)雜功能結(jié)構(gòu)的能力。美國(guó)萊斯大學(xué)利用3D打印技術(shù)打印聚合物防彈塊美國(guó)萊斯大學(xué)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(huì)直接破裂。研究人員正在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)以使該結(jié)構(gòu)能夠在軍事、工程等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。德國(guó)大陸公司開(kāi)發(fā)新型固態(tài)3D閃光激光雷達(dá)，助力自動(dòng)駕駛技術(shù)發(fā)展德國(guó)大陸公司開(kāi)發(fā)出新型汽車級(jí)固態(tài)3D閃光激光雷達(dá)HFL110。該雷達(dá)傳感器速率高達(dá)330納秒每幀，可在任何時(shí)間和天氣條件下提供近距離（約50米或更短）詳細(xì)而準(zhǔn)確的3D圖像。該激光雷達(dá)集成了加熱器和可配選自動(dòng)清洗系統(tǒng)，還可與大陸公司的雷達(dá)和2D攝像頭相結(jié)合，可對(duì)目前的環(huán)境傳感器起到補(bǔ)充作用，也將助力全自動(dòng)駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。美國(guó)和瑞士研究人員開(kāi)發(fā)出一種可引導(dǎo)光子并改變其速度和前進(jìn)方向的光學(xué)開(kāi)關(guān)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院和瑞士黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究人員開(kāi)發(fā)出一種光學(xué)開(kāi)關(guān)裝置，可讓光子于20億分之一秒內(nèi)在芯片間移動(dòng)。研究人員采用緊湊型設(shè)計(jì)，將納米金膜、硅光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)組件集成在一起，成功開(kāi)發(fā)出一款可在微型通道內(nèi)引導(dǎo)光子并改變其速度和前進(jìn)方向的光學(xué)開(kāi)關(guān)。研究人員表示，這款緊湊型開(kāi)關(guān)是首個(gè)能在足夠低電壓下運(yùn)行的開(kāi)關(guān)，因此可被集成到硅芯片上，并以極低信號(hào)損失改變光子的方向，有望在自動(dòng)駕駛、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和量子計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。IBM人工智能辯論機(jī)器人在劍橋聯(lián)合會(huì)上展開(kāi)自我辯論IBM推出的ProjectDebater辯論機(jī)器人在英國(guó)劍橋聯(lián)合會(huì)上就“AI是否構(gòu)成威脅”問(wèn)題展開(kāi)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(shuō)服力的主張和證據(jù)，創(chuàng)作出連貫的辯論詞，且該過(guò)程無(wú)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(kāi)發(fā)鋪平了道路，有望為決策者和意見(jiàn)提出者建立有效的溝通渠道。谷歌母公司Alphabet從垃圾分類機(jī)器人開(kāi)始重啟機(jī)器人項(xiàng)目谷歌母公司Alphabet重啟機(jī)器人項(xiàng)目，其下屬Xmoonshot部門啟動(dòng)了“日常機(jī)器人”（EverydayRobot）習(xí)算法來(lái)觀察世界，而無(wú)需針對(duì)每個(gè)任務(wù)進(jìn)行編程。研究人員以垃圾分類機(jī)器人為切入點(diǎn)，通過(guò)在虛擬環(huán)境中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行模擬訓(xùn)練，幫助其完成垃圾分類的任務(wù)。該機(jī)器人可將辦公室垃圾分類錯(cuò)誤導(dǎo)致的污染水平從20%降到5%。瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院采用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多孔玻璃瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)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(fù)雜的多孔玻璃。研究人員首先采用樹(shù)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(jī)進(jìn)行打印。通過(guò)改變光照強(qiáng)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(duì)胚料進(jìn)行燒制，在600攝氏度下燒掉聚合物樹(shù)脂骨架，在1000攝氏度下使玻璃前驅(qū)體進(jìn)行玻璃化轉(zhuǎn)變，最終得到結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜的多孔玻璃。研究人員表示，該技術(shù)有望用于生產(chǎn)復(fù)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(guó)立大學(xué)新研究，用于柔性軟機(jī)器人的新型金屬材料這種新材料將鉑等金屬與燒過(guò)的紙（灰燼）結(jié)合在一起，具有更強(qiáng)的功能同時(shí)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(qiáng)有力的材料60％。這樣的假肢可以提供實(shí)時(shí)的應(yīng)變感測(cè)，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(shí)信息，同時(shí)還無(wú)需外部傳感器，也避免了將給假肢增加不必要的