智能制造和智能裝備的核心問題和發(fā)展趨勢

2018中國科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)路演大會暨產(chǎn)業(yè)園區(qū)展覽會于7月26日在深圳舉辦，本次大會由中國高科技行業(yè)門戶OFweek維科網(wǎng)、HTC高科會主辦，OFweek產(chǎn)業(yè)園和產(chǎn)園幫承辦。大會特邀中國工程院院士、國家973項目首席科學(xué)家、中國制造2025的主要發(fā)起人之一、浙江大學(xué)求是特聘教授、博士生導(dǎo)師譚建榮做了《智能制造與智能裝備的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢》的主題演講。

以下為譚建榮院士演講實錄，在不改變原意基礎(chǔ)上略有調(diào)整：

我是來自浙江大學(xué)從事機械工程學(xué)和數(shù)字化制造方面的研究，我先講講新一代信息技術(shù)。我們現(xiàn)在正處于一個新一代信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的時候，這個信息技術(shù)發(fā)展得非?？?，這個新一代信息技術(shù)引領(lǐng)了新一代的智能制造。

新一代信息技術(shù)引領(lǐng)新一代智能制造

我們知道信息技術(shù)有幾個特征，第一個特征就是從互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展到增強現(xiàn)實技術(shù)，從網(wǎng)絡(luò)計算技術(shù)發(fā)展到云計算技術(shù)，從機器學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)展到深度學(xué)習(xí)技術(shù)。在新一代信息技術(shù)的引領(lǐng)下，出現(xiàn)了人機互連、混合現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興的技術(shù)領(lǐng)域，新興的信息產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)帶動了制造業(yè)的發(fā)展，在大數(shù)據(jù)模式設(shè)備虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的驅(qū)動下，對我們制造企業(yè)生了深刻的影響，推動實體經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級，有四個技術(shù)特別值得關(guān)注，包括交通技術(shù)、感知技術(shù)、學(xué)習(xí)技術(shù)和決策技術(shù)。使得我們整個制造業(yè)向數(shù)字化、智能化、移動化、綠色化方向發(fā)展。

我們機械產(chǎn)品裝備制造業(yè)機械產(chǎn)品也是正從機械化向電氣化、向信息化和智能化方向發(fā)展。我們企業(yè)研發(fā)一代產(chǎn)品，銷售一個產(chǎn)品，我們就需要一代產(chǎn)品，就需要一代的工藝，一代的工藝就需要一代的裝備，一代裝備就需要一代的服務(wù)。因此企業(yè)對產(chǎn)品非常關(guān)注，就有企業(yè)把產(chǎn)品和服務(wù)也做成產(chǎn)品，現(xiàn)在很多企業(yè)把網(wǎng)絡(luò)也做成產(chǎn)業(yè)。

那么我們要研發(fā)一個產(chǎn)品，很多企業(yè)在我們這個產(chǎn)學(xué)研合作當(dāng)中都提了產(chǎn)品的需求：新產(chǎn)品、新技術(shù)，那么產(chǎn)品需要新一代的設(shè)計，沒有設(shè)計就不會有創(chuàng)新。但是我們現(xiàn)在的制造企業(yè)，包括廣東在內(nèi)，加工能力都很強，但是大部分企業(yè)都沒有自主設(shè)計的產(chǎn)品，包括深圳很多企業(yè)都是OEM(代加工)，不僅廣東,浙江、江蘇、山東、沿海各地都這樣，就是我們自主品牌的產(chǎn)品比較少。

現(xiàn)在中美貿(mào)易戰(zhàn)打得風(fēng)生水起，中國人對這個事特別關(guān)注，從領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注企業(yè)關(guān)注專家關(guān)注。據(jù)我了解，中國人對貿(mào)易戰(zhàn)的關(guān)注程度超過了美國人的關(guān)注。關(guān)于中美貿(mào)易戰(zhàn)的觀點很多，現(xiàn)在網(wǎng)上各種各樣的觀點，有溫和的觀點，有保守的觀點，也有很激進的觀點，就是不惜一切代價要打貿(mào)易戰(zhàn)。其中有一個人的觀點我非常贊成，我個人認為也是最有水平的觀點，這個人是我們浙江省商務(wù)廳的一個廳長，前不久浙江電視臺的記者采訪這個廳長問他中美貿(mào)易戰(zhàn)對我們浙江企業(yè)有些什么影響？這個廳長的話不多，我歸納一下就三點，第一點我們浙江是對美貿(mào)易的大戶，在全國不是數(shù)一也是數(shù)二的，浙江不少企業(yè)號稱外向型企業(yè)；第二點到目前為止，就到記者采訪他這一天為止，他說浙江企業(yè)基本不受中美貿(mào)易戰(zhàn)的影響，訂單照接，業(yè)務(wù)照做，但是省商務(wù)廳的領(lǐng)導(dǎo)提醒企業(yè)家要謹慎處理對戰(zhàn)矛盾，要關(guān)注一些問題，其中包括匯率的變化，人民幣匯率的變化等等。就這兩點還看不出他有什么水平。它的水平體現(xiàn)在第三點。第三點他說但是中美貿(mào)易對我們浙江企業(yè)長遠影響非常深刻。深刻在什么地方？他也講了三點：第一我們企業(yè)要有自主創(chuàng)新的能力，要有自主設(shè)計的產(chǎn)品；第二我們企業(yè)要有知識產(chǎn)權(quán)的意識；第三我們企業(yè)要掌握行業(yè)的核心技術(shù)。

我后來一回味中美貿(mào)易戰(zhàn)打什么？打來打去就打這三點，其他都是表象，中美貿(mào)易戰(zhàn)的實質(zhì)就這三點。我個人覺得這個商務(wù)廳的廳長水平就體現(xiàn)在上面，把中美貿(mào)易戰(zhàn)的實質(zhì)性問題說到點子上了。現(xiàn)在，我們中國企業(yè)的產(chǎn)品不少，產(chǎn)能搞得很大，但是核心技術(shù)不足，特別是中興事件。以前我們把華為和中興作為國家自主創(chuàng)新的典范，現(xiàn)在看來還是有折扣的。一個小小的芯片不賣給中興，中興就經(jīng)營不下去了。當(dāng)然，現(xiàn)在中美兩國政府和高層股東已經(jīng)解決了這個問題，但是制度創(chuàng)新的問題遲早是不可回避的。我們企業(yè)要有一代產(chǎn)品就要有一代的設(shè)計，而且一代的設(shè)計就需要一代的研究，沒有研究就不會有設(shè)計，沒有設(shè)計就掌握不了核心。

智能制造的核心問題和關(guān)鍵環(huán)節(jié)

我們現(xiàn)在很多領(lǐng)導(dǎo)和企業(yè)家也痛苦，過去企業(yè)辦的好好的，現(xiàn)在企業(yè)都比較困難，為什么困難呢？主要是市場發(fā)生了變化，我概括了一下主要有四大變化：第一個變化是由批量化向定制化轉(zhuǎn)化，過去我們的產(chǎn)品都是批量市場的結(jié)構(gòu)，而現(xiàn)在客戶要求定制化，第二個是由專業(yè)化向多品種轉(zhuǎn)變，過去企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品往往比較單一，一企業(yè)主要生產(chǎn)一兩個產(chǎn)品，而現(xiàn)在產(chǎn)品要求多品種。第三個就是更新?lián)Q代周期短，最典型是手機更新速度非?？欤肽甑揭荒昃鸵瞥龊芏嘈庐a(chǎn)品。第四點也是最重要的，過去我們都是生產(chǎn)大眾化的產(chǎn)品，而我們現(xiàn)在要求市場需求是高端化的產(chǎn)品，客戶需要高端的產(chǎn)品。因此，這四個變化讓我們制造企業(yè)面臨新的挑戰(zhàn)。

在這樣的背景下，世界工作對制造業(yè)高度重視，紛紛出臺了一些振興制造業(yè)的計劃。首先是美國提出了新型制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃，他強調(diào)三大優(yōu)先突破技術(shù)，包括金色的感知控制技術(shù)，智能制造的技術(shù)平臺和先進材料制造，德國也提出了工業(yè)4.0他強調(diào)智能工廠智能生產(chǎn)和智能物流。在這樣的背景下，中國在中國工程院的建議和推動下，我國國家開始實施中國制造2025，他調(diào)數(shù)字化制造、網(wǎng)絡(luò)化制造和智能化制造的三個核心問題。那么，無論是美國的新型制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃還是德國工業(yè)4.0還是中國制造2025，都聚焦到了智能制造，都把智能制造作為一個重點?，F(xiàn)在智能制造的積極性很高，政府的積極性很高，特別是廣東推廣智能制造的積極性非常高，政府積極性高、企業(yè)積極性高、專家積極性也很高，但是到底什么是智能制造？智能制造應(yīng)該怎么個搞法，大家意見很不統(tǒng)一，叫智者見智，仁者見仁，大家都各有各的看法。我本人經(jīng)過學(xué)習(xí)和研究，特別針對企業(yè)應(yīng)用的情況，總結(jié)了智能制造的兩句話，兩個要點。

要點第一：智能制造是用智能的技術(shù)和制造的技術(shù)相融合，用智能的技術(shù)來解決制造的問題。展開講智能制造，就是對產(chǎn)品前生命周期中設(shè)計加工裝備等環(huán)節(jié)的制造活動進行知識表達與學(xué)習(xí)，信息感知分析，智能決策與執(zhí)行，實現(xiàn)制造過程，制造系統(tǒng)與制造裝備的知識推理，動態(tài)傳感和自主決策。換句話說，智能制造就是把人工智能技術(shù)和設(shè)計制造技術(shù)有機結(jié)合起來，把人工智能技術(shù)應(yīng)用到我們產(chǎn)品設(shè)計資料當(dāng)中來。因此智能制造，我個人覺得有三個核心問題，第一個核心問題就是知識庫和知識工程。那么知識庫和知識工程是智能制造最核心的問題，也有很多企業(yè)家問我智能制造怎么個搞法？從什么地方開始起步？這個智能制造怎么搞法呢？第一條件是有知識控制機制，知識是核心，智能制造的核心，第二個條件要求知識不能是死的，要動態(tài)知識實時感知，知識是關(guān)鍵，所以我們要抓住知識庫和知識工程這個關(guān)鍵，而且這個知識不是死的要活的，要動態(tài)展示，實時改進，最后我們要應(yīng)用這些知識進行自主學(xué)習(xí)，不僅把現(xiàn)有的知識能夠總結(jié)歸納出來，而且可以自主學(xué)習(xí)新的知識新的技術(shù)，最后我們自主決策，能夠自主決策。那么哪些知識呢？過去我們制造企業(yè)也有很多知識傳承，技術(shù)傳承，那么過去企業(yè)知識傳承和技術(shù)傳承的主要模式是什么？是師傅帶徒弟。

而現(xiàn)在我們看師傅帶徒弟的模式至少有三個問題：第一個問題，現(xiàn)在新材料新工藝很多，很多加工的材料師傅也沒遇到過，嚴格來說，任何個人的知識總是有限，個人的經(jīng)驗總是有限。第二個問題，很多師傅自己操作沒有問題，但讓他教徒弟，這就涉及到知識表達、知識建模、知識共享，這對于大部分師傅來說是個很困難的問題。第三個問題，我們過去舊社會有一句話叫“教會徒弟餓死師傅”，師傅一直比較保守。因此，我們現(xiàn)在搞智能制造，就要把千百萬師傅寶貴的加工經(jīng)驗、加工知識能夠總結(jié)出來，放到我們知識庫里來指導(dǎo)我們的加工；我們要把千百萬設(shè)計人員的寶貴設(shè)計知識總結(jié)出來、把千百萬車間管理人員的管理知識總結(jié)出來、把千百萬銷售維護的服務(wù)知識能夠總結(jié)出來，放到數(shù)據(jù)庫里來指導(dǎo)我們的加工、設(shè)計、制造等各個環(huán)節(jié)。

那么智能制造從它本身來看，可以分四個環(huán)節(jié)，第一個就智能設(shè)計，第二個智能加工，第三個就是智能裝備，第四個就是智能服務(wù)。過去一段時間到現(xiàn)在，工信部、科技部立了不少智能制造的項目，很多企業(yè)也請我去咨詢，也請我合作，我也參與了很多項目的立項、評審、驗收。非常遺憾，這么多項目基本上沒有涉及到知識設(shè)計，大部分都是過去信息化、數(shù)字化的項目，改頭換面當(dāng)成智造項目。 而我們自己搞智能制造，我個人覺得第一以實質(zhì)工程為核心，第二個要以智能設(shè)計為前提，沒有智能設(shè)計就沒有智能制造。

我們前面講我們企業(yè)現(xiàn)在最傷腦筋、最需要解決的問題，我做什么產(chǎn)品？市場需要什么產(chǎn)品？我們可以用智能制造技術(shù)，也可以用機器人技術(shù)，也可以用人工智能技術(shù)來在做我們的產(chǎn)品，但是如果說我們原有的產(chǎn)品價格不是太高，為什么？我們原來傳統(tǒng)制造業(yè)產(chǎn)品價格比較低，你們用智能制造技術(shù)往往可能是“殺雞用牛刀”，這樣對質(zhì)量提高效率提高會有幫助，但是附加值不高。我們就要通過智能設(shè)計來提升我們企業(yè)產(chǎn)品的附加值，用智能制造來做我們智能設(shè)計的產(chǎn)品，這個才是真正有價值的事情。

從智能制造的對象看，可以分為制造對象的智能化，制造過程的自動化和制造工具的智能化，也智能制造這樣的自動化，就是自動化的產(chǎn)品。智能化的產(chǎn)品，我們看到我們現(xiàn)在企業(yè)的產(chǎn)品或者說裝備都經(jīng)歷了機械化、電氣化、信息化，而目前都要發(fā)展到智能化的產(chǎn)品。但也有人說智能化產(chǎn)品是不是離我們很遠，其實是不遠，我們大家現(xiàn)在每個人都在用，現(xiàn)在第一個智能化的產(chǎn)品就智能化的手機，我們每個人都用蘋果研發(fā)的智能手機，我們現(xiàn)在用的手機是屬于創(chuàng)新的，我們這個手機是摩托羅拉開發(fā)出來的，手機中的最大公司是諾基亞，但是蘋果研發(fā)智能手機就把兩個大佬都顛覆掉了。摩托羅拉也不行了，諾基亞也不行了。過去十年之前，20年以前，我們杭州有三個手機廠，一個是摩托羅拉一個是東方通訊，還有一個是游擊師大綱。我們浙江大學(xué)包括我在內(nèi)培養(yǎng)了不少優(yōu)秀博士生，被他們招聘去了，他們工資很高。寧波有個手機廠叫波導(dǎo)手機，波導(dǎo)手機的廣告詞是：波導(dǎo)手機是手機中的戰(zhàn)斗機，但現(xiàn)在也沒辦法戰(zhàn)斗了，為什么沒辦法戰(zhàn)斗？就是技術(shù)的更新，現(xiàn)在大家都用智能手機了，誰還用過去的老式手機？過去最老的手機是90年代搞出來的，深圳搞出來的叫大哥大，現(xiàn)在很多年輕人都不知道。90年代，社會上的人拿著大哥大的很多，但在事業(yè)單位學(xué)校機關(guān)里，如果你拿個大哥大，人家就認為這個人不三不四，因為觀念還沒改變。現(xiàn)在我們?nèi)巳硕加弥悄苁謾C，智能化的產(chǎn)品離我們也并不遙遠。

第二個，這次美國這個人工智能和智能化這個技術(shù)潮了，設(shè)計了兩條狗，是美國的公司和一個大學(xué)研發(fā)的，是調(diào)控的機器人，是美國波士頓大學(xué)。波士頓大學(xué)在美國就是一般的大學(xué)，但是創(chuàng)新能力很強，他搞出這條Big Dog 四腳運輸機器人，后來被波士頓動力公司進行產(chǎn)業(yè)化?，F(xiàn)在它有兩個最高記錄：第一個最高機器人，它是四條腿的最高機器人，現(xiàn)在還沒有打破。第二就是最智能，我們現(xiàn)在要搞智能制造，這條狗本身是個智能化的產(chǎn)品，所以它就是智能制造領(lǐng)域兩個最高水平。智能機器人這個術(shù)語一出現(xiàn)的時候，學(xué)術(shù)界是有分歧的，有些人認為這個詞好用，有些人認為不好用，為什么不好用？因為人本身就應(yīng)該有智能的，你何必前面再加個智能機器人。機器人這個概念不是搞技術(shù)的提出來，是20年代捷克一個文學(xué)家提出的。真正技術(shù)上的機器人應(yīng)該說是美國人發(fā)明的，1950年有一個叫羅爾這個人發(fā)明了世界上第一臺機器人，并且注冊了機器人第一個發(fā)明專利。

智能裝備的關(guān)鍵技術(shù)

最近美國就研發(fā)了一個達芬奇手術(shù)機器人，它突破人眼和人手局限，將微創(chuàng)手術(shù)推向極致，對于病人而言，該系統(tǒng)能將手術(shù)造成的創(chuàng)傷降到最低，對病人的好處是創(chuàng)傷小、出血少、恢復(fù)快，大大縮短術(shù)后住院時間，術(shù)后存活率和康復(fù)率都大大提高。其次，日本二戰(zhàn)以后技術(shù)發(fā)展很快，水平很先進，最近***總理視察日本豐田公司，大吃一驚，豐田公司的技術(shù)確實是令人吃驚。日本除了像豐田這樣的好公司以外，發(fā)那科也是個非常優(yōu)秀的公司。

現(xiàn)在我們要搞機器人，這里有一個統(tǒng)計：2016年中國這個工業(yè)機器人賣掉了8萬多臺，全世界是30萬臺工業(yè)，應(yīng)該說中國占的比重非常大。但是卻有兩個70~80%。第一個70~80%，在8萬元當(dāng)中，70~80%是四大家族，四大家族就是就是西門子、發(fā)那科、庫卡、ABB。另外還有百分之七十八十，就是20~30%是國產(chǎn)機器的，但是國產(chǎn)機器人70~80%的零部件是從這四大家族購買的，所以這個發(fā)那科在機器人領(lǐng)域也有很高的地位，四大家族企業(yè)銷量他就是最多的，是全世界最大的機器人公司?，F(xiàn)在發(fā)那科最近開發(fā)了一個智能機器人，它現(xiàn)在可以通過自學(xué)習(xí)抓取隨機的工件，使它能夠有序的堆放它，第一步通過隨機的抓取顛覆，開始自我學(xué)習(xí)。第三個通過長時間的學(xué)習(xí)，它的正確性正在提高，所以發(fā)那科這個智能體系開發(fā)出來以后，大家對智能機器人這個概念沒有爭議了。還有西門子智能燃汽輪機，現(xiàn)在它的精確預(yù)計到燃汽輪機什么時候應(yīng)該維修，把備件提前運到這個機場，保證了航空發(fā)動機和燃氣輪機的正常運行。

當(dāng)然，2016年2月8號阿爾法狗對戰(zhàn)韓國九段選手李世石就4:1取勝，2017年AlphaGo對戰(zhàn)中國著名棋手柯潔，結(jié)果也大獲全勝?？聺嵃l(fā)表微博說，和阿爾法狗對戰(zhàn)他還學(xué)到了很多新知識。換句話說阿爾法狗產(chǎn)生了很多新的知識，那么所以我們這個智能化的產(chǎn)品和時代確實來到了。

那么智能裝備有兩個含義，第一個含義就是智能技術(shù)產(chǎn)品化最明顯，我們國內(nèi)做的好的也有，比如說安徽的科大訊飛語音設(shè)備技術(shù)，漢語語音識別，語音設(shè)備在國際處于領(lǐng)先水平，不僅普通話聽得懂，而且可以聽懂六種方言，六種方言什么含義，其中包括溫州話，我是浙江人，但是我的老家在浙江北部浙北湖州，溫州在浙江南部，溫州人講的話我這個浙江人一個字都聽不懂，科大訊飛語音設(shè)備工程就把智能的技術(shù)進行產(chǎn)品化。第二個方面就把傳統(tǒng)產(chǎn)品進行智能化，特別傳統(tǒng)的產(chǎn)品，包括裝備及產(chǎn)品化，那么智能化的產(chǎn)品和裝備有四個部分，結(jié)合質(zhì)感地址，則應(yīng)自學(xué)習(xí)和自決策，這個這四個典型特征呢也是以知識工程為核心。

那么私人產(chǎn)品和裝備怎么做？我這些內(nèi)容是我們工程院一個重要指示，我負責(zé)一個重要咨詢項目向工信部建議的，我們現(xiàn)在可以重點搞五個領(lǐng)域的智能產(chǎn)品裝備，第一是智能機床裝備、第二是智能工程機械、第三是智能動力裝備、第四是智能機器人，包括工業(yè)機器人服務(wù)機器人，第五是智能終端產(chǎn)品，包括手機、智能的電子產(chǎn)品、車載的導(dǎo)航等等。現(xiàn)在智能電子產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域非常大，發(fā)展空間非常大，我們廣東號稱是3C產(chǎn)品之鄉(xiāng)，3C企業(yè)比較多，當(dāng)然代加工企業(yè)更多一點。

智能裝備有哪些關(guān)鍵技術(shù)？我總結(jié)了三條，第三條就是復(fù)雜工況多任務(wù)支持與協(xié)同技術(shù)。第四條就是多機械系統(tǒng)階級化交互與控制技術(shù)。第五條就是大數(shù)據(jù)驅(qū)動故障診斷，深度學(xué)習(xí)技術(shù)，第一個就是數(shù)字產(chǎn)生與數(shù)據(jù)樣機建模分析技術(shù)。第二是多技術(shù)路線與工作方案優(yōu)化決策機制，第六條是工藝工裝協(xié)同推送自動裝箱系統(tǒng)。第七條產(chǎn)品知識圖譜與知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建技術(shù)。第八條就是機電云一體化，云平臺實時服務(wù)。時間關(guān)系，我就不一一展開講了，有興趣的可以會后和我交流，謝謝大家！