風口浪尖上的3D打印、大數(shù)據(jù)、機器人

風口浪尖上的3D打印、大數(shù)據(jù)、機器人一、3D打印應用到細分產業(yè)

“中國制造2025”發(fā)布后，國內外企業(yè)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(yè)化構想”、日本“工業(yè)智能化”和德國“工業(yè)4.0”之后認為，全球先進制造業(yè)正在聚焦3D打印、大數(shù)據(jù)、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(yè)前沿熱點和發(fā)展路徑，引導企業(yè)適時適度完善和調整發(fā)展重點，使“中國制造2025”在全球同類規(guī)劃中具有競爭力和主動性。

“歸根結底，先進制造技術使得新設計新材料得以應用?！蓖ㄓ秒姎夤狙芯块_發(fā)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(yè)聯(lián)盟機構對發(fā)展3D打印細分行業(yè)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(yī)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(yī)療模型等方面有更大的作為。

3D技術是一種以數(shù)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并引發(fā)普遍關注，但誕生于上世紀80年代的3D打印技術，很早就在醫(yī)療行業(yè)嶄露頭角。比利時瑪瑞斯三維打印技術有限公司中國區(qū)總經理凱艾姆·弗朗索瓦表示，僅2024年，該公司就打印了15萬個醫(yī)療模型，包括個性化手術導板以及一些醫(yī)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(shù)字醫(yī)學教育部工程研究中心教授王成燾認為，個體化、精準化、微創(chuàng)化、遠程化是21世紀臨床醫(yī)學發(fā)展的四大方向，其中，數(shù)字技術是主要支撐，3D打印技術是重要內容。據(jù)王成燾介紹，目前3D打印技術在臨床醫(yī)學的應用有三大領域——打模型、助力精準手術、量體個性化種植，接下來的研發(fā)方向是軟組織系統(tǒng)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(jù)了解，3D打印技術本質上并不是印刷技術，而是一種制造技術，業(yè)內也稱其為“增材制造”，與傳統(tǒng)制造業(yè)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(jié)約成本。

“3D打印技術可以解決很多傳統(tǒng)工藝解決不了的問題。”通用電氣公司研究開發(fā)中心中國總經理魏斌表示，先進制造業(yè)的根本在于先進產品，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(tǒng)制造工藝有優(yōu)勢。

魏斌舉例說，飛機發(fā)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(xiàn)“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于一臺3D打印機，也不是說只要有了機器、模型、好的材料就一定能夠生產出好的產品，3D打印行業(yè)跟傳統(tǒng)制造業(yè)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(huán)節(jié)。盡管3D打印技術日益受到重視，3D打印產業(yè)也成為“十大增長最快的工業(yè)”之一，但與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)模相比，仍然是滄海之一粟。據(jù)世界3D打印技術產業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計，直到2024年，全球3D打印市場規(guī)模才近40億美元，還不及一家大型企業(yè)一年的產值。

業(yè)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(fā)展的出路不在于與傳統(tǒng)制造業(yè)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(tǒng)制造業(yè)優(yōu)勢進行互補，以其“精、準、快”的制造特點，促進傳統(tǒng)制造業(yè)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(yè)發(fā)展指明了一條路徑，也為傳統(tǒng)制造業(yè)轉型升級指出一個方向。

二、大數(shù)據(jù)+云計算：嵌入生產全過程美國的“再工業(yè)化構想”、日本的“工業(yè)智能化”和德國的“工業(yè)4.0”都把大數(shù)據(jù)和云計算等新一代信息技術嵌入到制造業(yè)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(shù)制造企業(yè)所理解的競爭，主要著眼于遇到問題解決問題，這只是看得見的競爭，更聰明的企業(yè)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(tǒng)產學合作中心主任李杰說，互聯(lián)網時代全球制造業(yè)格局正在發(fā)生改變，大數(shù)據(jù)技術將扮演重要角色。

大數(shù)據(jù)是指所涉資料數(shù)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(yè)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(yè)的大數(shù)據(jù)來源，就是6C：連接(Connection，傳感器和網絡)、云(Cloud，任何時間及需求的數(shù)據(jù))、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(shù)據(jù)技術的最大價值，就是利用上述大數(shù)據(jù)找出隱性的、還沒有發(fā)生的問題，然后避免問題發(fā)生。”李杰說。

據(jù)介紹，為防止出現(xiàn)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(shù)據(jù)技術支持下，寶潔公司改變以前發(fā)現(xiàn)問題再處理的傳統(tǒng)方式，而是通過實時監(jiān)控尿布生產情況，預先發(fā)現(xiàn)不健康狀態(tài)，并將處于這一狀態(tài)下的尿布統(tǒng)統(tǒng)去除，保證了生產線連續(xù)工作，僅此一項，每年就為寶潔節(jié)省4.5億美元生產成本。

“中國有最大的應用市場，有很多數(shù)據(jù)，高鐵數(shù)據(jù)，機床數(shù)據(jù)，生產線數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，這就是云計算(CloudComputing)?！霸朴嬎悖靡粋€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?！彼伎?CISCO)大中華區(qū)高級副總裁殷康說。

云計算是傳統(tǒng)計算機和網絡技術融合發(fā)展的典型產物，它使零碎數(shù)據(jù)可以變成相關數(shù)據(jù)，使衰敗數(shù)據(jù)可以變成鮮活數(shù)據(jù)，通過云計算，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和宇認為，制造過程中的洞察力有賴于大數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和有效預測，而產品優(yōu)化上的洞察力則還要依靠客戶的反饋，所以，對非結構化數(shù)據(jù)的處理能力，是大數(shù)據(jù)技術應用于制造業(yè)需要突破的一個瓶頸。

大數(shù)據(jù)與云計算的結合，具體到一個企業(yè)上，就是促進企業(yè)從生產型制造向服務型制造轉變，通過互聯(lián)網技術消除不對稱的商業(yè)模式，并且培養(yǎng)制造過程中的洞察力和產品優(yōu)化上的洞察力。上升到整個制造業(yè)層面，大數(shù)據(jù)與云計算可以為產業(yè)帶來更高的效益、生產的靈活性與安全其他設備。

殷康說，云計算使得大數(shù)據(jù)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(yè)化的融合非常重要，驅動這個融合過程的是兩個引擎——縱向上的云計算性能的提高和橫向上的產業(yè)發(fā)展空間的開放。

IBM軟件集團智慧城市事業(yè)部首席架構師朱華性，以及新的創(chuàng)新平臺，促進制造業(yè)從生產型制造向服務型制造轉變，最終朝著智能制造和云制造方向跨進。

三、人機共融成新一代機器人發(fā)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(yè)用得起機器人，既要靈活，又要便宜，這是目前很難實現(xiàn)的目標，但卻是下一步努力的方向。

根據(jù)國家部署，我國機器人產業(yè)未來十年的發(fā)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(yè)機器人、特種機器人，以及醫(yī)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(fā)新產品，促進機器人標準化、模塊化發(fā)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(tǒng)集成設計制造等技術瓶頸。

工業(yè)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(jù)中國工程院院士王天然介紹，工業(yè)機器人自誕生以來實現(xiàn)廣泛發(fā)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(jù)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，用于增加人的生產能力的工業(yè)機器人和用于醫(yī)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(yè)機器人所發(fā)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(fā)展，該區(qū)域工業(yè)機器人需求量增幅全球最高。目前全球對工業(yè)機器人的需求仍然很廣泛，按照工作崗位算，工業(yè)機器人只占5.63%。

王天然說，目前，工業(yè)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(fā)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(tǒng)計顯示，從1990年到2000年，工業(yè)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(jù)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(shù)量級。

“現(xiàn)在教機器人怎么干活的辦法很笨，人要拿著示教器，一步一步教機器人怎么操作，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?！蓖跆烊徽f，現(xiàn)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(jù)了解，日本在人形機器人研發(fā)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(xiàn)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(yè)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