智能制造與協同創(chuàng)新

◎ 中國工程院院士、中國機械工程學會副理事長 盧秉恒西安交通大學教授

智能制造與協同創(chuàng)新

◎ 中國工程院院士、中國機械工程學會副理事長 盧秉恒西安交通大學教授

制造業(yè)已經從電氣化時代、數控化時代走向智能化時代。3D打印處于技術發(fā)展的井噴期、產業(yè)發(fā)展的起步期，正在從專業(yè)化走向社會化，從產品開發(fā)的工具轉為批量生產制造的手段。要認清有哪些優(yōu)勢、有哪些劣勢，通過協同創(chuàng)新，實現《中國制造2025》規(guī)劃的宏偉藍圖。

大數據已經形成了當前科學研究的第四范式。數據密集型的科學發(fā)現過程中雜亂無章的圖形，用人眼看不出什么，但是經過大數據的解析，就會對其有深入的發(fā)現?；跀祿目茖W發(fā)現，將是今后我們科學發(fā)現的一個非常重要的手段。但是現在制造大數據，一方面具有社會大數據的特點，當然也有制造的特點，突出表現在，數值型、非數值型數據，結構性或者非結構性的數據，連續(xù)的和離散的都是并存的。當然，我們制造大數據比起社會大數據來說，還更有規(guī)律可循。制造大數據可能有更多的結構化的數據，甚至更多的經過科學定義、經過人為收集，一些典型的結構化的甚至結構統(tǒng)一的數據，以及比社會大數據更方便的應用。所以，建議做大數據研究的專家，應該多關注制造大數據。

大數據對設計、制造、實時監(jiān)控、運行和服務都有非常大的支撐。建議，在制造大數據方面盡早加強戰(zhàn)略的謀劃和前瞻性部署，做一些基礎的理論研究，攻克大數據的核心技術，逐步建設并且逐步完善制造大數據的體系平臺，尤其是要關注數據標準的研究。這個數據標準的研究，可能以后關系到中國的話語權，關系到我們的硬件和軟件能不能進入世界市場，甚至包括國內市場的占領度。

對于增材制造，大家并不陌生，它其實就是3D打印。3D打印的核心就是把原來的減材制造、等材制造變成材料增加型制造。增材制造鑄鍛焊我們已經發(fā)展了3000多年了，我們在三星堆博物館都可以看到精美的銅器鑄造。減材制造，從電動機發(fā)明以后到現在有三百年歷史，而增材制造起源于八十年代中期，整整30年，這是一個新發(fā)展的技術，是個突破性的、革命性的技術。麥肯錫預測，12項顛覆性技術中，3D打印排第九，這是2013年的預測。而且預測今后將會形成萬億美元的產值。這樣一來，3D從概念上可能占有價值鏈的三分天下。它對產品開發(fā)是顛覆性的技術，使原來開發(fā)的周期和費用降為原來的1/2以下，在各個領域都有很好的應用。3D打印是把減材變成增材，而在航空航天、很多大型柔性件，加工要切削95％的材料。如果用3D打印去做，材料的利用率提高到80％以上，而且可以把很多的結構集成為一體。這樣一來，將會使飛機的重量大為減輕，甚至變?yōu)樵瓉淼?/3就夠了。在制造中，從研發(fā)實驗中驗證的一體化打印，逐漸走向飛機發(fā)動機這樣復雜的產品。

3D打印帶來的很多裝備和產品再設計。這個制造的理念擺脫了以前加工方法給設計者帶來的約束，給創(chuàng)新設計帶來非常巨大的空間。包括兩萬多個零件的汽車，也可能變成幾十個件，這樣一來，大大簡化了生產流程，節(jié)約了成本，也可能提高制造的速度。

3D打印開辟了一個新的生產模式。就是有可能把批量化制造變成個性化定制，而且制造成本和周期都提升不多，同時為廣泛的創(chuàng)新設計帶來了非常好的驗證手段。今后的創(chuàng)新工作者可以不再受單位工作職位的約束，他可以設計新的服裝，設計新的飛機結構，用自己的3D打印機在家里就可以進行驗證，這樣一來我們就可以有很多創(chuàng)新的東西就會不斷涌現。用網絡化平臺，用3D打印去支撐萬眾創(chuàng)新和萬家創(chuàng)業(yè)，是個非常好的工具。同時，也開辟了科研的新手段，就是用3D打印做材料基因組計劃的驗證平臺，不需要那么復雜的熔煉設備，不需要消耗那么多能源，用一缸材料粉，就可以達到幾千度的高溫來冶煉出超高強度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕的一些優(yōu)異的合金材料。同時，我們也可以進一步通過細胞打印、器官再創(chuàng)以及基因再創(chuàng)，用3D打印的辦法支撐生命科學的高速發(fā)展。

3D打印的趨勢正在從專業(yè)化走向社會化，從產品開發(fā)的工具，轉為批量生產制造的手段，有可能在航空航天方面首先獲得突破。另外，從控形的制造走向控形控性，從3D打印走向4D打印、智能材料，打印之后還能改變形狀。5D打印，改變以后還可以賦予它生命，人體的活性器官可以用3D打印的辦法快速的定制。以后從技術概念的三足鼎立走向產業(yè)效益的三分天下。科學家甚至設想，今后可能把制造業(yè)的一部分搬到太空中去，因為在太空中進行3D打印有很多的優(yōu)勢。

現在3D打印正在處于技術發(fā)展的井噴期、產業(yè)發(fā)展的起步期，很多企業(yè)都在跑馬圈地。怎么樣推廣這些先進制造技術，《中國制造2025》作出了部署，正在加緊推進。我們要認清有哪些優(yōu)勢、有哪些劣勢，必須通過全社會的協同創(chuàng)新，才能實現《中國制造2025》規(guī)劃的宏偉藍圖。要做好協同，例如科技研發(fā)計劃，怎么樣很快地推新工業(yè)應用。像我們高端數控機床做出來以后，還有一些問題，可靠性還不夠高，但是如果不給機會，就老是做不到應用方面去。實際上現在我們很多方面生產能力不夠，例如我們的航空航天，任務壓力很大，我們的機床企業(yè)，有些非常積極地愿意去給他們做加工工廠、做代工工廠，可以不可以?這是非常好的主意和愿望，但是還存在一些體制性的障礙。

產學研協同方面，企業(yè)是主體，但是我們發(fā)現個別企業(yè)把爭取國家的科研經費當作企業(yè)困難的一種補貼，而不是把自己當作一個研發(fā)的主體、成果應用的主體和集成創(chuàng)新的主體。怎么才能使我們的科技研發(fā)和企業(yè)的發(fā)展協同起來？我們的人才培養(yǎng)模式，應該倡導更多地把論文寫在產品上、寫在裝備上，尤其是工科學科，我認為應該有正確的評價機制。高校的教師怎么樣到企業(yè)中去發(fā)揮作用，可以探索一種模式。例如高校的老師在搞好科研的同時，到一個企業(yè)兼職，你能夠做到主任設計師，就有資格升講師或者升教授，你能做到企業(yè)副總這一級，而且確實發(fā)揮了作用，你就可以升教授。像德國的教授，都要有四五年的企業(yè)工作經歷。德國弗朗霍夫研究院領袖也是大學的教授，但是這個教授是在大企業(yè)作過副總一級的管理人員的。在新的信息化時代，信息化和工業(yè)化兩化融合，我們更需要創(chuàng)新，需要更多的極客或創(chuàng)客做創(chuàng)新。所謂極客，就是那些癡迷科研的人，他們1/3在大學，1/3在自家的車庫里，1/3在高新區(qū)的孵化器里。我們應打破單位圍墻對創(chuàng)新力量的束縛，讓知識流動起來，尤其是我們高校的一些科研力量，讓他們在網絡化、智能化這些服務平臺上，為制造業(yè)釋放更大的能量，作出更大的貢獻。

（本文摘編自作者在第十八屆中國科協年會上所作的大會特邀報告）