□文/鄔玉良

鄔玉良華北電力大學(xué)研究生導(dǎo)師九三學(xué)社中央科技委員

進入新世紀以來，以信息通信技術(shù)深度應(yīng)用為顯著特征的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革越來越清晰地展現(xiàn)在我們面前。智能制造裝備是高端裝備的核心，是制造裝備的前沿和制造業(yè)的基礎(chǔ)，已成為當今工業(yè)先進國家的競爭目標。作為高端裝備制造業(yè)的重點發(fā)展方向、信息化與工業(yè)化深度融合的重要體現(xiàn)，智能制造裝備產(chǎn)業(yè)對于加快制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升生產(chǎn)效率、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源和資源消耗，實現(xiàn)制造過程的智能化和綠色化發(fā)展具有重要意義。

在新常態(tài)下，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算為代表的新一代信息通信技術(shù)與工業(yè)相互融合、創(chuàng)新發(fā)展，呈現(xiàn)出新的方向。以智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化為核心特征的智能制造成為制造業(yè)發(fā)展的重大趨勢，智能化的制造體系在歐美發(fā)達國家逐漸形成，促使全球需求結(jié)構(gòu)變化與國際分工體系調(diào)整步伐加快。

信息技術(shù)與制造業(yè)的深度融合是未來產(chǎn)業(yè)競爭的制高點，要搶占這一制高點，就必須把智能制造作為主攻方向，組織實施好智能制造工程，不斷探索大規(guī)模個性化定制、云制造等新型制造模式。

國產(chǎn)“大白”不是夢

你還記得電影《超能陸戰(zhàn)隊》里的“大白”嗎？你是不是也想擁有這樣一款又萌又有愛的機器人？在不遠的未來，中國就能夠制造出國產(chǎn)“大白”。

不只機器人，軌道交通裝備、高端船舶和海洋工程裝備、新能源汽車等，這些聽起來“高大上”的產(chǎn)品都將成為中國制造轉(zhuǎn)型升級的方向。

圖1　英國超級機器人Titan（泰坦）

雖然這些高端的機器人離我們還過于遙遠，但今天看似荒誕的幻想也許就是明天智能社會的現(xiàn)實?？萍己彤a(chǎn)業(yè)的力量，使我們有理由期待人類與機器人共治時代的來臨，而機器人的崛起之路，或?qū)男乱惠啴a(chǎn)業(yè)革命開啟。

工業(yè)機器人將被廣泛采用，它們準確地、不知疲倦地完成各種簡單的重復(fù)性工作，有效地提高了勞動生產(chǎn)率，大幅降低了生產(chǎn)成本。隨著機器人技術(shù)的日臻成熟，工業(yè)機器人極有可能最終取代機床，成為新一代工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。服務(wù)機器人也于近些年開始走進大眾視野，并隨著人工智能技術(shù)、先進制造技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新融合而飛速發(fā)展。越來越多的服務(wù)型機器人被研發(fā)出來，開始改變?nèi)祟惖纳鐣罘绞健?/p>

生活中，機器人管家也將改善人類的生活方式。機器人可以幫助準備美食，收拾衛(wèi)生，照顧小孩，接待訪客，安排主人日常行程等。一切我們可以想到的，機器人都能幫我們完成，為我們的生活帶來極大的便利。

在外觀設(shè)計上，人們可以完全按照自己的所思、所想，私人定制，為你打造最完美的機器人。

圖2　遠程醫(yī)療機器人

在功能上，人們也能夠按照自己的想法設(shè)定，并賦予其情感，使機器人陪你玩耍、幫你工作……

在維護方面，系統(tǒng)維修、升級只需要到廠家重新安裝數(shù)據(jù)盤，即可還給你一個完好如初的機器人。

依據(jù)應(yīng)用范圍，我們可以將智能機器人分為工業(yè)智能機器人、農(nóng)業(yè)智能機器人、服務(wù)智能機器人、探索型智能機器人。

工業(yè)智能機器人將超越傳統(tǒng)機器人

工業(yè)智能機器人依據(jù)具體應(yīng)用的不同，通常又可以分成焊接、裝配、噴漆、碼垛、搬運等多種類型。作為具有智能的工業(yè)機器人，他們在很多方面超越了傳統(tǒng)機器人。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用機器人，可以方便迅速地改變作業(yè)內(nèi)容或方式，以滿足生產(chǎn)要求的變化。比如，改變焊縫軌跡，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等。隨著對工業(yè)生產(chǎn)線柔性的要求越來越高，對各種機器人的需求也就越來越強烈。

農(nóng)業(yè)智能機器人向更高層次轉(zhuǎn)化

隨著機器人技術(shù)的進步，以定型物、無機物為作業(yè)對象的工業(yè)機器人正在向更高層次的以動、植物之類復(fù)雜作業(yè)對象為目標的農(nóng)業(yè)機器人發(fā)展，農(nóng)業(yè)機器人或機器人化的農(nóng)業(yè)機械的應(yīng)用范圍正在逐步擴大。農(nóng)業(yè)機器人的研究開發(fā)目前主要集中在耕種、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、株苗移栽、收獲、灌溉、養(yǎng)殖和各種輔助操作等方面。

探索型智能機器人或被更多使用

機器人除了在工農(nóng)業(yè)上廣泛應(yīng)用之外，還將越來越多地用于極限探索，即在惡劣或不適于人類工作的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)。例如，在水下(海洋)、太空以及在放射性、有毒、高溫等環(huán)境中進行作業(yè)。空間機器人是指在大氣層內(nèi)和大氣層外從事各種作業(yè)的機器人，包括在內(nèi)層空間飛行并進行觀測、可完成多種作業(yè)的飛行機器人，到外層空間其他星球上進行探測作業(yè)的星球探測機器人和在各種航天器里使用的機器人。

服務(wù)智能機器人也是重要的應(yīng)用領(lǐng)域

該類型機器人主要應(yīng)用于清潔、護理、執(zhí)勤、救援、娛樂，以及代替人對設(shè)備維護保養(yǎng)等場合，可以進行簡單的對話、端水、送藥等任務(wù)。

應(yīng)用維度將逐漸擴大

從繼2013年中國成為工業(yè)機器人第一大市場之后，2014年，中國市場又銷售了占據(jù)全球銷量四分之一的工業(yè)機器人。因此國際機器人聯(lián)合會（IFR）預(yù)測，到2017年，中國的工業(yè)機器人數(shù)量將會超過世界上其他任何國家，這一巨大的市場給中國機器人這一新興產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的發(fā)展機遇。

隨著人工智能理論和技術(shù)的不斷完善，應(yīng)用范圍領(lǐng)域也在逐漸向多方向發(fā)展。未來，人工智能雖然不能向人類一樣擁有自己的意識和思維方式，但是這種自我思考的人工智能已經(jīng)打破了常規(guī)。未來，人工智能帶來的產(chǎn)品，或許將是人類智慧的“容器”。由此，對于未來人工智能的應(yīng)用方向，也將成為熱點領(lǐng)域。

汽車高速駛?cè)胫悄茴I(lǐng)域

汽車在人們的日常生活中扮演著獨立空間的角色，是人們在家和單位之外的“第三場所”，因而成為智能制造的重要入口。汽車與智能化的車載系統(tǒng)集成打開了汽車進入開放互聯(lián)網(wǎng)的路徑，使汽車成為互聯(lián)網(wǎng)的一個關(guān)鍵節(jié)點。

當前，德國工業(yè)4.0如火如荼，我國也發(fā)布了《中國制造2025》國家戰(zhàn)略，二者的核心都是智能制造。智能制造包括智能產(chǎn)品、智能裝備、智能工廠、智能管理和智能服務(wù)等各個方面，涉及到信息化系統(tǒng)的集成應(yīng)用，以及物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人、AGV、立體倉庫、智能加工中心和柔性自動線的廣泛應(yīng)用。因此，智能制造對汽車整車和零部件企業(yè)實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級具有特殊而重要的意義。

智能汽車為人們提供更加便捷的服務(wù)，比如實時導(dǎo)航、車位自動識別、遠程診斷與救援、遠程暖車等。無人駕駛汽車的出現(xiàn)又將在極大程度上改變?nèi)藗兘煌ǔ鲂泻蜕畹姆绞?，人們既可以在路上辦公、上網(wǎng)，又能安全地到達目的地。

汽車行業(yè)是應(yīng)用信息技術(shù)最為密集的行業(yè)之一，汽車產(chǎn)品本身已成為機電軟一體化的智能產(chǎn)品。無人駕駛汽車、新能源及混合動力汽車、新材料的應(yīng)用等已成為汽車企業(yè)關(guān)注的熱點。雖然中國已躋身全球汽車行業(yè)產(chǎn)銷第一梯隊，但是汽車行業(yè)產(chǎn)能過剩明顯，市場競爭白熱化。因此，中國汽車制造企業(yè)必須有效利用信息技術(shù)(如PLM、ERP、SCM、MES、質(zhì)量管理、BI、移動應(yīng)用、電子商務(wù)等)改善企業(yè)管理，推進精益生產(chǎn)和智能制造。

智慧家居牽手互聯(lián)網(wǎng)

“互聯(lián)網(wǎng)+”將推動家居行業(yè)實現(xiàn)智能制造。家具制造企業(yè)將普遍由生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)變，定制化生產(chǎn)模式和柔性制造模式將被逐步推廣。

“互聯(lián)網(wǎng)+智慧家居”將有望改變目前家具業(yè)的現(xiàn)狀。通過對家具制造業(yè)定制化模式的不斷完善，企業(yè)可以從產(chǎn)品研發(fā)、價格體系建立、產(chǎn)品設(shè)計軟件、電子商務(wù)平臺、工業(yè)級物料拆分、條碼生產(chǎn)管理、設(shè)備自動接入等業(yè)務(wù)模塊，實現(xiàn)對整個流程的監(jiān)管，實現(xiàn)定制化、規(guī)模化。通過該模式在行業(yè)內(nèi)的復(fù)制和推廣，用戶將便捷地通過企業(yè)電商平臺完成個性化定制。待家具交付時，企業(yè)又以“搭積木”的方式完成定制化安裝。更為關(guān)鍵的是，這些業(yè)務(wù)模塊與設(shè)計、制造、裝修等各個流程相互實現(xiàn)無縫連接。

可以預(yù)見，在“互聯(lián)網(wǎng)+”和智能制造兩大引擎的推動下，家具制造業(yè)、家居業(yè)和家裝業(yè)將走出一條多維一體、融合式的發(fā)展道路，讓“私人定制”實至名歸。

信息技術(shù)為航空插上智能的翅膀

從馬航MH370到亞航QZ8501的空難，人們一次次呼喚業(yè)界對航空安全引起足夠的重視。信息技術(shù)的高速發(fā)展，以信息物理融合系統(tǒng)為主的智能制造革命在各個工業(yè)強國漸成共識。作為具有代表性的高科技產(chǎn)業(yè)，航空業(yè)也同樣面臨著信息技術(shù)帶來的組織形態(tài)變革。

智能制造給航空產(chǎn)品研制過程帶來的變革主要體現(xiàn)在如下幾方面。

智能加工工藝

數(shù)字化加工過程是根據(jù)設(shè)計模型和工藝要求確定加工工藝及程序，基于空間和時間的確定性關(guān)系來完成產(chǎn)品制造。加工狀態(tài)是依靠人員監(jiān)控、事后檢測來確認的，因此難以實時掌握加工過程中工況變化并及時調(diào)整，導(dǎo)致航空產(chǎn)品零部件質(zhì)量一致性不穩(wěn)定、表面質(zhì)量狀態(tài)波動大。

智能加工工藝形成一種實時優(yōu)化調(diào)整模式，制造過程會增加對加工過程、時變工況的在線監(jiān)測，利用智能化技術(shù)對獲取的加工過程狀態(tài)信息進行實時分析、評估和決策，實現(xiàn)對加工過程的自主學(xué)習(xí)和決策控制。通過自主學(xué)習(xí)形成工藝知識庫，支持工藝設(shè)計與程序設(shè)計過程，實現(xiàn)工件加工工藝的自主決策設(shè)計和優(yōu)化。

智能裝備及智能制造單元

數(shù)控裝備是按確定的空間關(guān)系和程序邏輯來運轉(zhuǎn)的，隨著數(shù)控系統(tǒng)計算處理能力的不斷提升和功能部件不斷發(fā)展完善，數(shù)控裝備的加工效率、穩(wěn)定性、靈活性、信息處理能力都有了極大的提高，基于工況的自主處理能力日趨增強。

航空制造領(lǐng)域的智能裝備及智能制造單元主要包括智能機床、智能機器人、智能控制裝置及系統(tǒng)、智能物流系統(tǒng)、傳感識別及信息采集裝置等，能夠?qū)χ圃爝^程中運動、功率、扭矩、能量、信息等狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并實現(xiàn)基于規(guī)則的自主決策與自適應(yīng)控制。

在國內(nèi)，除傳統(tǒng)意義上的航空工業(yè)外，航天、兵器、電子等多個有大概念飛行器設(shè)計經(jīng)驗或信息技術(shù)優(yōu)勢的機構(gòu)都在大力發(fā)展無人機系統(tǒng)。復(fù)雜無人機系統(tǒng)已經(jīng)被公認為未來航空制造的新高地。開發(fā)大量的信息化設(shè)計和控制模塊，配合少量機體制造，或許這就是未來航空制造的主體。

未來家電離不開互聯(lián)網(wǎng)

伴隨著技術(shù)的發(fā)展，今后人們不僅可以對家用電器實現(xiàn)遠程控制，還能通過軟件控制對家電進行升級。可以想象，未來的家電會更加聰明。

在酷熱的天氣下一回家，你便能進入到清新涼爽的環(huán)境中，吃到溫度適宜的可口飯菜。你甚至可以在回家之前就通過網(wǎng)絡(luò)“指揮”家里的空調(diào)開始工作，讓室內(nèi)保持你設(shè)定的合適的溫度。隨著智能家電技術(shù)的發(fā)展，這些看起來好像不可思議的事情很快就會成為現(xiàn)實。簡單來說，智能家電就是把我們家中所使用的電器與科技相結(jié)合，從而實現(xiàn)遠程控制、遠程查詢。雖然每種方式不盡相同，模塊程序也略有不同，但是它們的功用完全相同。家庭集中控制器和通訊模塊直接構(gòu)建了一個家電智能平臺，它們也是智能家電技術(shù)的核心。

智能家電的突出優(yōu)勢使其成了未來人們生活的發(fā)展方向，而這一概念的提出緣于美國微軟公司。1999年3月，他們提出以信息家電為核心的計劃，該計劃在某種程度上促進了智能家電的普及，同時也觸動了技術(shù)人員著手考慮家電智能化的問題。為了爭奪智能家電技術(shù)的領(lǐng)先地位，不少國家紛紛涉足智能家電與其相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)的交叉領(lǐng)域。

智能家電產(chǎn)生的大量用戶消費數(shù)據(jù)，將成為電子商務(wù)商家最具價值的消費數(shù)據(jù)。家電本身的運行數(shù)據(jù)則成為家電大廠商“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的重要數(shù)據(jù)。這一切都離不開強有力的“云計算”系統(tǒng)的支撐。比如，將來，家里的智能冰箱會自動提醒冰箱里的水果已經(jīng)過期，并推薦來自網(wǎng)上商城的生鮮水果。

手術(shù)也能遠程做

手術(shù)機器人不是真正的自動化機器人，而是向手術(shù)提供了有用的機械化幫助。這些機器仍然需要外科醫(yī)生來操作并對其輸入指令。這些手術(shù)機器人的控制方法是遠程控制和語音啟動。

手術(shù)機器人在控制切口大小和手術(shù)精密度上比人類更靈活、更有效率。在具體醫(yī)學(xué)實踐中，操控得當?shù)氖中g(shù)機器人或機械手臂能在切除癌細胞、子宮切除手術(shù)、心臟搭橋上可以用更精密的手法完成手術(shù)。這也就意味著機器人手術(shù)可以讓傷疤遺痕更小、出血更少，醫(yī)生使用機器手臂能夠?qū)?chuàng)傷降至最低程度。這些機器人可以在社區(qū)醫(yī)院、患者家庭、病房等場所發(fā)揮醫(yī)生替身的作用。一個醫(yī)生遠程控制機器人，就能夠長期跟蹤一個患者的生活，監(jiān)督其生活習(xí)慣，為其提供更為徹底的療效。

消費電子產(chǎn)品變得更智能

2014年，國內(nèi)消費電子大步跨入智能云時代，4G網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋讓消費電子智能化成為行業(yè)趨勢?？纱┐魇疆a(chǎn)品、智能電視、智能手機、平板電腦、超級本、電子閱讀器等多領(lǐng)域智能終端備受消費者青睞。中國已經(jīng)超越美國，成為世界最大的消費電子市場。這些都是不爭的事實。

捷孚凱(GfK中國)發(fā)布的《2014年中國技術(shù)型消費電子市場趨勢預(yù)測》指出，2014年中國消費電子市場零售規(guī)模達到17957億元人民幣，同比增長10%。高端、智能、健康家電產(chǎn)品成為市場熱點，萬億元級市場將為電子制造業(yè)帶來極為龐大的潛力空間。

3D打印為智能制造錦上添花

3D生物打印技術(shù)是智能制造領(lǐng)域的前沿科技。3D生物打印的原理是利用一層層的生物構(gòu)造塊，制造真正的活體組織。它有兩個打印頭，一個放置最多達數(shù)萬個人體細胞，被稱為“生物墨”；另一個可打印“生物紙”。所謂的生物紙其實是以水為主要成分的凝膠，可用作細胞生長的支架。3D生物打印機使用來自患者自己身體的細胞，因此不會產(chǎn)生排異反應(yīng)。

圖3　3D生物打印機

智能才是未來

智能制造是實現(xiàn)中國制造業(yè)由大變強的基礎(chǔ)，也是落實《中國制造2025》的關(guān)鍵。盡管，在實現(xiàn)智能制造的道路上，中國企業(yè)還存在著技術(shù)、人才、工業(yè)基礎(chǔ)等諸多方面的難題。但是，智能制造的趨勢勢不可擋，自動化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、綠色環(huán)保的制造模式將是中國工業(yè)未來的發(fā)展方向。