一、智能制造產(chǎn)業(yè)與技術(shù)背景

　　制造技術(shù)的發(fā)展趨勢很明確，首先是個(gè)性化，產(chǎn)品全生命周期（設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)作等）需滿足客戶個(gè)性化需求。其次是定制化，從產(chǎn)能設(shè)計(jì)到制造，需要柔性化的生產(chǎn)線支撐，實(shí)現(xiàn)多品種產(chǎn)品生產(chǎn)的動態(tài)配置資源，最后是綠色化，企業(yè)應(yīng)考慮如何提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)“綠色環(huán)保” 。所以從制造的趨勢來看，以后的需求是多品種多批量、高質(zhì)量低成本、柔性制造快速響應(yīng)、節(jié)能減排環(huán)境友好等。

　　智能制造的核心定義是什么？以前認(rèn)為企業(yè)規(guī)模越大越好，但現(xiàn)在我們認(rèn)為大企業(yè)不一定好，比如手機(jī)行業(yè)，以前的巨無霸諾基亞被小企業(yè)所擊敗。那么這些小企業(yè)的核心競爭力是什么？第一是效率，電子類產(chǎn)品的產(chǎn)品更換周期非?？欤@個(gè)時(shí)候就看誰能夠抓住機(jī)遇，充分利用能源和資源，滿足客戶的需求。第二是開發(fā)，從概念設(shè)計(jì)到方案到制造出來，能夠快速的把產(chǎn)品送到客戶手上，有更短的創(chuàng)新周期，產(chǎn)品有創(chuàng)新不行，還要把它制造出來，而且是低成本的制造，所以需要柔性化的制造方式，我們希望制造一批產(chǎn)品和制造一個(gè)產(chǎn)品的成本是一樣的。制造業(yè)的核心從以前的以規(guī)模為主變成現(xiàn)在的效率為王，快魚吃慢魚。

　　目前，全世界都對制造業(yè)高度重視，美國90年代的時(shí)候制造業(yè)是一個(gè)夕陽行業(yè)，所以對制造業(yè)不是很重視，大力發(fā)展的是新興產(chǎn)業(yè)，比如芯片、軟件、計(jì)算機(jī)等。奧巴總統(tǒng)上臺以后發(fā)現(xiàn)，尤其是2008年金融危機(jī)以后，如果只發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，沒有制造業(yè)支撐，整個(gè)國家的創(chuàng)新能力會消退，對經(jīng)濟(jì)、就業(yè)也有很大的影響。所以他最近提出“再工業(yè)化”的口號，希望通過再工業(yè)化奪回制造業(yè)第一的地位，美國是市場經(jīng)濟(jì)，國家對市場的投入非常少?，F(xiàn)在推出國家制造業(yè)創(chuàng)新技術(shù)聯(lián)盟計(jì)劃，每年投10億美金做這件事情。農(nóng)業(yè)方面，因?yàn)槟茉磳χ圃鞓I(yè)的影響非常大，現(xiàn)在美國在油氣方面有新的進(jìn)步，制造成本比中國更低。德國最近提出工業(yè)4.0的計(jì)劃，目標(biāo)是保持德國在世界工業(yè)中的領(lǐng)先地位，主要有兩點(diǎn)，第一是創(chuàng)新，第二是提高出口量。中國要從大國變成強(qiáng)國，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，也是一個(gè)機(jī)遇?，F(xiàn)在中國勞動力緊缺，并且中國產(chǎn)品質(zhì)量低，所以中國的產(chǎn)品要提高質(zhì)量是很關(guān)鍵的，還有節(jié)能立法的問題。

　　如果把制造的勞動力成本、能耗成本、原材料成本都考慮進(jìn)去，把美國作為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定為100，德國比美國高一些是116，日本比美國也高，中國是美國低一些，但是只低了5%，以前中國制造業(yè)的發(fā)展是勞動力成本比較低，制造成本比較低，所以吸引一批企業(yè)到中國大陸做生產(chǎn)。而現(xiàn)在靠成本吸引制造已經(jīng)不夠了，如果再考慮其他因素，那么中國和美國相比，制造上已經(jīng)沒有優(yōu)勢了。

　　舉例說明，富士康是全球最大的電子制造企業(yè)，富士康以前在臺灣，后來遷到深圳，又從深圳往北方、西部遷移，去年遷到貴陽、河南、武漢。最近發(fā)現(xiàn)中國的成本也很高，所以下一步可能會遷到東南亞國家。這種企業(yè)對成本的敏感度非常強(qiáng)，中國制造業(yè)勞工成本的上升趨勢是不可逆的。

　　中國以前處在微笑曲線的最低端，消耗的資源很大，附加值低，現(xiàn)在中國要往微笑曲線的兩端發(fā)展，就是提高附加值，向服務(wù)和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移，所以產(chǎn)業(yè)要升級。同時(shí)勞動力成本上升已經(jīng)不可避免，并且在世界節(jié)能減排會上各國對我國政府施加的壓力很大，以后排放要作為政府對企業(yè)的硬性指標(biāo)，就是企業(yè)不但要生產(chǎn)產(chǎn)品，而且要保證以低消耗的方式生產(chǎn)產(chǎn)品。而且以后資源的消耗排放，可能會作為一種資源進(jìn)行交易，比如說這個(gè)企業(yè)的消耗比較低，可以把配額賣給其他企業(yè)。中國制造業(yè)的機(jī)遇是發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的升級。

　　面對制造技術(shù)的發(fā)展，美國提出了第三次浪潮的概念，德國提的是工業(yè)4.0，第一次浪潮是機(jī)械技術(shù)生產(chǎn)的出現(xiàn)，從手工時(shí)代過度到大規(guī)模的生產(chǎn)時(shí)代，主要的載體是煙斗、機(jī)器和工廠，主要在英國、歐洲大陸發(fā)生。第二次工業(yè)革命是在上世紀(jì)50年代發(fā)生的，就是IT技術(shù)的時(shí)代，美國走在全世界的最前面，現(xiàn)在的芯片、軟件、相應(yīng)的IT技術(shù)，基本上都由美國公司主導(dǎo)。第三次浪潮，美國希望利用它的信息技術(shù)與制造技術(shù)的相結(jié)合，從而奪回工業(yè)第一的地位，所以提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的概念，實(shí)際上這個(gè)概念和德國的工業(yè)4.0概念是一致的，就是把大數(shù)據(jù)和機(jī)器結(jié)合起來，把制造業(yè)的經(jīng)驗(yàn)、知識變成數(shù)字化。

　　德國提出了工業(yè)4.0的概念，德國工業(yè)的1.0是工業(yè)革命，蒸汽動力取代了動力；第二次工業(yè)革命是電機(jī)發(fā)明和電能使用，使長距離的分配和大規(guī)模生產(chǎn)成為可能；第三次工業(yè)革命使用的是RT技術(shù)，德國人做的是PRC、數(shù)控，所以德國人在自動化方面非常強(qiáng)。在自動化的基礎(chǔ)上，德國人把信息技術(shù)和自動化技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化，因此第一次工業(yè)革命是機(jī)械化時(shí)代，第二次工業(yè)革命是電氣化時(shí)代，第三次工業(yè)革命是數(shù)字化時(shí)代，第四次工業(yè)革命是智能化時(shí)代。

　　我有幸的參加了中國的一些智能制造的規(guī)劃，中國對智能化很重視，前段時(shí)間習(xí)近平總書記在兩院院士大會上，對機(jī)器人有一段專門的講述?，F(xiàn)在機(jī)器人也是智能制造的一部分，各個(gè)部委，包括發(fā)改委、科技部認(rèn)為機(jī)器人以后可能是國家的重大專項(xiàng)。

二、智能制造基本內(nèi)涵與關(guān)鍵技術(shù)

　　到底什么是智能制造？我們認(rèn)為智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合，是我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共同使能技術(shù)。智能制造是制造科學(xué)的研究前沿，革新傳統(tǒng)制造的科學(xué)基礎(chǔ)、技術(shù)體系與應(yīng)用模式，使制造技術(shù)從“經(jīng)驗(yàn)試湊”轉(zhuǎn)向“科學(xué)計(jì)算”從而實(shí)現(xiàn)基于科學(xué)的制造。數(shù)字化和智能化是新一代產(chǎn)業(yè)變革的切入點(diǎn)和核心。

　　我們可以分析一下，目前我國比較重要的行業(yè)，比如航天航空航海；國家支柱產(chǎn)業(yè)，比如汽車制造、電子制造，目前主要存在三個(gè)問題，第一“造不出”，第二“造不好”，第三“造不及”。解決了這三個(gè)問題最后才能實(shí)現(xiàn)快速產(chǎn)品開發(fā)、高效開發(fā)。智能制造的概念是一個(gè)系統(tǒng)概念，從裝備到車間，到整個(gè)系統(tǒng)都涉及到概念與體系。這里面涉及到智能設(shè)備、智能系統(tǒng)和智能檢測，最后要實(shí)現(xiàn)信息、數(shù)據(jù)在這個(gè)系統(tǒng)里面采集、分析、優(yōu)化。智能制造和大數(shù)據(jù)應(yīng)該是緊密相關(guān)的，做PLM的人都知道，如果沒有數(shù)據(jù)就沒有經(jīng)驗(yàn)知識，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代使大數(shù)據(jù)的采集非常方便。

大數(shù)據(jù)循環(huán)

　　智能制造包括幾個(gè)方面，第一是產(chǎn)品，中國制造業(yè)要升級，首先是產(chǎn)品升級，要做一些高附加值的產(chǎn)品，或者說我們做的產(chǎn)品價(jià)錢很低，制造成本非常高，那肯定是沒有辦法持續(xù)的。第二是全產(chǎn)品生命周期、全價(jià)值鏈的考慮。第三，能夠適應(yīng)不同行業(yè)工況的變化，可以靈活決策。德國工業(yè)4.0也好，智能化以后，實(shí)際上是信息化和工業(yè)化的融合，就是CPS的概念。

　　智能制造的技術(shù)路線，通過軟件和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)和服務(wù)溝通，在設(shè)計(jì)和制造商，機(jī)器與產(chǎn)品實(shí)時(shí)進(jìn)行信息和指令交互，進(jìn)行全過程的虛擬仿真。設(shè)備和工藝要能支持智能制造，所以自主控制和優(yōu)化。

　　智能制造不是可以一蹴而就的，要分階段實(shí)施。首先是數(shù)字化，數(shù)字化沒有做好就想做智能化是比較困難的。第二網(wǎng)絡(luò)化，利用自組織網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)配置資源，實(shí)現(xiàn)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售各種資源重組。第三智能化，這里面存在發(fā)展周期的問題。

　　智能制造有三個(gè)集成，第一個(gè)是產(chǎn)品集成，從客戶需求到產(chǎn)品開發(fā)到產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品服務(wù)，整個(gè)過程的數(shù)據(jù)每個(gè)產(chǎn)品都是唯一的，是可以檢測的。第二制造過程集成，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、營銷，怎么利用全行業(yè)的資源組織生產(chǎn)。第三個(gè)是制造體系集成，從單個(gè)裝備到生產(chǎn)線，然后到整個(gè)制造車間，全面實(shí)現(xiàn)PCM、MES、ERP集成。

　　智能制造的發(fā)展方向，第一產(chǎn)品智能化，產(chǎn)品的提升是制造業(yè)的根本，產(chǎn)品智能化可以分為幾個(gè)階段，比如說汽車，汽車以前是一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，現(xiàn)在汽車變成了電子產(chǎn)品，因?yàn)槠嚴(yán)锩娴膫鞲衅鲀r(jià)值已經(jīng)超過了機(jī)械，以后會變成智能產(chǎn)品。現(xiàn)在比較簡單，是人機(jī)交互，語言可以識別你的身份，進(jìn)一步發(fā)展可以咨詢工況，最高階段是無人駕駛。不只是在汽車行業(yè)如此，像家電、飛機(jī)、航空都是這樣的發(fā)展過程。

　　智能制造發(fā)展方向的裝備智能化，以后智能裝備特點(diǎn)可能是將專家的知識和經(jīng)驗(yàn)融合感知、決策、執(zhí)行等制造中，賦予產(chǎn)品制造在線學(xué)習(xí)和知識進(jìn)化能力，這樣會使產(chǎn)品越用越好用，實(shí)現(xiàn)自學(xué)自律制造。在車間智能化，這里面需要對裝備、生產(chǎn)線、物流，包括整個(gè)生態(tài)體系做全面的監(jiān)控，這樣生產(chǎn)一件產(chǎn)品和一批產(chǎn)品質(zhì)量是一樣的，所以這是一個(gè)柔性化生產(chǎn)。還有供應(yīng)鏈智能化，現(xiàn)在很多大企業(yè)都是做總裝的，供應(yīng)鏈、零部件依托其他的供應(yīng)商，以前的物流是純物流，零部件到廠里儲備好了才能開始組裝。現(xiàn)在先進(jìn)的企業(yè)是拉的，需要多少供應(yīng)商提供多少，是零庫存。

　　再看一下制造模式的改變，現(xiàn)在制造企業(yè)的形態(tài)，從第一次工業(yè)革命以后發(fā)生了很大的變化，從生產(chǎn)線的組織然后到工廠，再向公司轉(zhuǎn)變，又向網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變。網(wǎng)絡(luò)改變了溝通方式，現(xiàn)在很多人都用手機(jī)溝通。網(wǎng)絡(luò)也改變了交易模式，馬云的阿里巴巴在美國上市，成為全球第一大企業(yè)，以前的工廠模式是不可能實(shí)現(xiàn)的，所以網(wǎng)絡(luò)改變了交易模式。再看網(wǎng)絡(luò)改變生產(chǎn)的模式，現(xiàn)在生產(chǎn)是全自動生產(chǎn)方式，我們認(rèn)為這個(gè)生產(chǎn)模式是有可能的，以后資源的配置可能需要通過網(wǎng)絡(luò)招標(biāo)組織，利用全球最好的資源做制造?，F(xiàn)在資源的分配相對不均衡，未來的企業(yè)會有兩種企業(yè)，一種是極小型一種是極大型，極小型企業(yè)做一些概念創(chuàng)新，可以在家里工作，幾個(gè)人就可以把這個(gè)概念設(shè)計(jì)制造出來，制造出來以后通過3D打印把它制造出來。制造的概念有很多，最核心的是人工智能技術(shù)、集成技術(shù)和數(shù)字制造技術(shù)。

　　人是很智能的，人的大腦對應(yīng)的是決策和學(xué)習(xí)，人的四肢相當(dāng)于電機(jī)，人的感官就相當(dāng)于傳感器。這里面包含數(shù)字化制造的核心技術(shù)，還有機(jī)器人技術(shù)，現(xiàn)在機(jī)器人非常熱，以后每個(gè)制造車間里面有大量的機(jī)器人工作。我們最近得出一個(gè)數(shù)據(jù)，2012年中國工業(yè)機(jī)器人銷量為達(dá)到8萬臺，已經(jīng)成為世界第一了。另外還有智能傳感，要想把數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)就必須和物聯(lián)網(wǎng)、傳感器結(jié)合。

三、智能機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用

　　我下面簡單介紹一下我們做的工作，機(jī)器人是一個(gè)綜合概念。機(jī)器人在工業(yè)的應(yīng)用比較早，我國最早是噴涂機(jī)器人，漆對人體有傷害。第一條生產(chǎn)線在十堰東風(fēng)，之后做焊接工作，現(xiàn)在機(jī)器人用的最多的還是焊接車間，需要速度很快?，F(xiàn)在最新的發(fā)展是機(jī)械加工，用機(jī)器人打磨，前段時(shí)間上海有一個(gè)企業(yè)發(fā)生粉塵爆炸，用機(jī)器人可以避免這個(gè)問題，因?yàn)槿斯ご蚰θ梭w傷害很大，而且效率很低，機(jī)器人打磨可以提高效率和精度?，F(xiàn)在中國的產(chǎn)品想要出口到國外就必須是機(jī)器人打磨，他們認(rèn)為工人打磨是非人道的。

四、基于RFID的智能工廠技術(shù)

　　RFID是非劫持式的自動知識技術(shù)，可讀可寫，而且可以批量進(jìn)行。RFID技術(shù)有很多功能，第一可識別，第二可定位，第三可感知，第四可聯(lián)網(wǎng)。RFID技術(shù)應(yīng)用在各個(gè)方面，比如車間、物流等等。RFID在智能制造中有很多應(yīng)用，可以提升產(chǎn)品智能化形象，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、售后、維修全程的質(zhì)量和服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期。

　　在數(shù)字化車間中，RFID也有幾方面的應(yīng)用，包括輔具管控、智能維護(hù)和混流制造?；炝骶褪窍Ｍa(chǎn)線上的每一個(gè)產(chǎn)品都不一樣。我們在上海通用五菱、美的家用空調(diào)產(chǎn)線上都有采用到RFID技術(shù)。在物流方面，RFID的使用面也非常廣泛，物流以前是被動的，RFID可以由被動向主動感知。

五、華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院簡介

　　華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院是華中科技大學(xué)最強(qiáng)的學(xué)院，在2012年教育部的評估里面排名全國第一，這個(gè)學(xué)院有三個(gè)特點(diǎn)，第一人才非常強(qiáng)，第二國家機(jī)創(chuàng)新平臺很強(qiáng)，建成了“課程教學(xué)—基礎(chǔ)研究—技術(shù)研發(fā)—成果轉(zhuǎn)化”的國家級創(chuàng)新平臺鏈。第三，我剛才說了制造業(yè)有兩個(gè)發(fā)展趨勢，一個(gè)是往極敏化發(fā)展，一個(gè)是往速度化發(fā)展。我們在數(shù)字化、自動化、智能化的研究都處在全國前沿。華中科技大學(xué)有三個(gè)企業(yè)已經(jīng)上市了，人才隊(duì)伍非常強(qiáng)。學(xué)科方向就是制造裝備數(shù)字化、智能化。無論是教學(xué)還是科研、成果轉(zhuǎn)化方面，我們的創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)非常強(qiáng)。我們也承擔(dān)一批重大科研開發(fā)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)行業(yè)引領(lǐng)。

　　適應(yīng)性（adaptive）與自律性（autonomous）：數(shù)字化智能化制造不懈的追求。

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