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科技创新支撑和引领智能制造发展

全球五金网发表于 2022-01-11
  2021年12月28日,工业和信息化部等八部门正式发布了《“十四五”智能制发展规划》(以下简称《规划》),就进一步推动我国智能制造发展做出了全面部署,明确提出了“十四五”智能制造发展路径、主要目标、重点任务和保障措施,对新时期我国推进制造业高质量发展、加快制造强国建设、发展数字经济,具有重要意义。为更好地理解和落实《规划》要求,结合近几年智能制造相关工作实践,从科技创新视角对《规划》的相关内容进行解读。
  

一、科技创新对智能制造发展的重要意义
  《规划》在基本原则中明确“坚持创新驱动”,并在重点任务中首先列出“加快系统创新,增强融合发展新动能”。《规划》中关于创新相关的表述,凸显了科技创新对智能制造的驱动和引领,以及科技自立自强对智能制造发展的战略支撑,完全符合智能制造发展的客观规律,也是解决智能制造面临问题和提升智能制造水平的关键举措之一。
  从人类社会发展角度看,智能制造是一种先进的具有颠覆性影响的生产方式,并引领第四次工业革命。自18世纪迈入工业社会以来,人类历经蒸汽时代、电气化时代、信息化时代并将预期进入智能化时代。每一次工业革命都呈现出科技的重大突破以及各类应用技术的爆发式增长。从工业制造系统发展角度看,智能制造系统是实施智能制造的主体,智能制造依靠智能制造系统来实现。智能制造系统是现代工业制造系统不断演进的结果。自20世纪90年代中期至21世纪初,计算机集成制造系统、分布式制造系统、柔性制造系统、可重构制造系统等相继提出。智能制造系统是伴随信息技术、先进制造技术、现代管理技术等融合而演进。
  近十年来,通过产学研用协同创新、行业企业示范应用、央地联合统筹推进,我国智能制造在供给能力、支撑体系、推广应用等方面的发展取得长足进步。但从发展阶段看仍处于初级阶段,实现数字化网络化仍然是重点,这也是《规划》在发展路径和目标中指出“到2035年,规模以上制造业企业全面普及数字化,重点行业骨干企业初步实现智能化”。在十四五以及更长时间智能制造仍面临较多问题,具体体现在:企业层面重视采购制造装备和软件系统,但对基础工艺、机理模型等基础研发工作投入不够;在当前国际环境日趋复杂、全球科技和产业竞争更趋激烈的形势下,基础和高端供给能力不足,如基础元器件、高端芯片、工业母机、开发平台、工业软件等瓶颈仍然突出。上述问题亟需科技创新的驱动和引领。
  
二、加强主要核心技术攻关
  《规划》中强调智能制造以新一代信息技术与先进制造技术深度融合为主线,这条主线贯穿于设计、生产、管理、服务等制造全过程,涉及制造活动各环节所使用的主要核心技术和系统集成技术。
  从技术适用范围看,智能制造主要核心技术可分为基础技术、先进工艺技术、共性技术和适用性技术。①基础技术主要指制造全过程中的基础理论与方法,如:在产品研发设计阶段建立可供全生命周期使用的数字模型,以及基于模型产品优化设计、全流程仿真、数字化验证等;面向大型装备和生产过程的基于机理和数据驱动的混合建模方法;面向工厂生产计划、车间生产调度、供应链的多目标协同优化理论等。②先进工艺技术是指为满足各细分行业需求而开发的制造工艺,既包括常规工艺经优化后的工艺,也包括不断出现和发展的新型加工方法,如面向离散制造的增材制造、超精密加工、近净成形为代表的先进成形加工技术,面向流程制造的分子级物性表征等技术。③共性技术是指面向生产、管理、服务等制造环节采用的智能感知、人机协作和供应链协同等技术,更多体现信息技术、自动化技术、管理技术等融合,典型包括工业现场多维智能感知、基于人机协作的生产过程优化、装备与生产过程数字孪生、质量在线精密检测、生产过程精益管控、装备故障诊断与预测性维护、复杂环境动态生产计划与调度、生产全流程智能决策、供应链协同优化等。④新一代信息技术赋能智能制造的适用性技术,包括5G、人工智能、大数据、边缘计算等技术在典型行业的融合应用,如基于人工智能和知识库的智能设计与工艺优化,基于5G的在线质量检测和设备智能运维、基于边缘计算的智能过程控制、基于人工智能的动态计划调度和智能管理决策等方面的融合应用。
  
三、加速系统集成技术开发
  系统集成是实施智能制造的基础和前提,表面含义包括不同软硬件设备、单元和系统之间的互联互通和业务协同,深层次含义还包括智能制造复杂系统的建模、分析和优化等。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》在数字中国建设中描述了智能制造数字化应用场景,其中的设备联网、生产环节数字化连接和供应链协同响应实际上指出了智能制造系统集成的三个层面,《规划》中的系统集成技术涵盖了上述内容。
  《规划》中的系统集成技术主要包括数据集成、业务互联、企业间信息交互、系统建模和优化四个层次技术内容。①数据集成指通过解决各类装备、软件、系统、平台之间的统一接口、协议适配等问题,并基于制造装备、生产过程相关数据字典和信息模型,将生产现场的传感器、仪器仪表、控制器、执行器、制造装备等互联互通,并实现标准化、可复用的数据集成解决方案。②业务互联指通过信息模型、数字主线等技术,实现数字化协同研发平台、产品全生命周期管理平台、制造执行系统(MES)、企业资源计划系统(ERP)、供应链管理系统(SCM)等软件系统之间的数据、模型、文件等的互通与共享,实现设计、制造等环节的业务互联。③企业间信息交互指供应链上下游企业围绕订单、质量、生产实绩等内容,定义统一的商品、生产、物流、库存等环节基础数据格式和接口标准,建立基本数据库和协同平台,实现各企业间关于信息流、物流、资金流的信息共享和可视化,确保数据的可追溯性。④系统建模和优化是指将涵盖设计、生产、管理、服务等制造过程的智能制造系统抽象为复杂系统,并研究复杂系统的建模、价值流分析和优化技术等。
  
四、营造开放式创新生态
  针对我国企业在产品研发和技术创新等方面整体水平不高的问题,《规划》强调支持行业龙头企业联合高校、科研院所和上下游企业,建设一批制造业创新载体和产业化促进组织等新型创新机构,形成网状的科技创新资源。这些新型创新机构汇聚优质的智能制造创新资源,充分发挥制造企业懂工艺流程、供应商懂装备和软件、高校和科研院所精通基础理论及算法等各自优势,围绕关键工艺、工业母机、数字孪生、工业智能等重点领域,开展用产学研联合攻关,合力解决我国制造业短板弱项问题,以协同开放共享理念为行业和企业提供创新服务,促进科技创新成果产业化应用和转移转化。同时,聚焦为企业和科技创新提供服务的公共服务平台,特别支持已建成的智能制造标准试验验证平台和现有服务机构提升检验检测、咨询诊断、计量测试、安全评估、培训推广等服务能力,形成智能制造公共服务平台网络。
  总体来看,《规划》为我国“十四五”智能制造发展指明了方向,地方政府、产业园区、行业组织、制造企业都应根据自身特点与发展需求,找到符合自己的发展路径和发展模式。智能制造不单纯是生产力的问题,还涉及体制机制、企业文化、精益思想、管理流程、人才教育等一系列的变革。智能制造是一项系统工程,不可能一蹴而就,需要久久为功。
 
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