梅雪松：發(fā)展智能制造亟待全局性布局

本刊記者/宋慧欣

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梅雪松：發(fā)展智能制造亟待全局性布局

本刊記者/宋慧欣

梅雪松（1963-），教授、博士生導(dǎo)師、長江學(xué)者特聘教授、“機(jī)械系統(tǒng)診斷與控制”教育部創(chuàng)新團(tuán)隊帶頭人。1991年6月獲西安交通大學(xué)博士學(xué)位留校任教至今，期間赴日本東京農(nóng)工大學(xué)訪問研究一年，多次赴日本、德國、美國大學(xué)開展學(xué)術(shù)交流和講座。目前任陜西省智能機(jī)器人重點(diǎn)實驗室主任。

曾任國家十二五863計劃先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)＜?、科技部十二五“?shù)控一代示范工程”專家組成員等職務(wù)，現(xiàn)任科技部十三五重點(diǎn)研發(fā)計劃論證專家組成員、陜西省機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟副理事長兼秘書長等職務(wù)。

長期從事機(jī)床數(shù)控技術(shù)、超快激光加工技術(shù)等方面的研究工作。作為第一獲獎人獲教育部科技進(jìn)步一等獎2項、陜西省科技進(jìn)步一等獎1項、國家教學(xué)成果二等獎1項；主編《主軸高精度動平衡》等專著2部；發(fā)表期刊論文130余篇（SCI/EI收錄100余篇）、獲發(fā)明專利授權(quán)30余項。

當(dāng)前，隨著德國“工業(yè)4.0”計劃的提出，歐美各國大力開展制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用，以提高其制造業(yè)的競爭能力。面對世界制造業(yè)發(fā)展以及挑戰(zhàn)，我國適時地提出了《中國制造2025》、智能制造的制造業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃。而對于中國制造業(yè)而言，由于基礎(chǔ)自動化建設(shè)水平的參差不齊，智能制造的實現(xiàn)不可能一蹴而就。如何清醒認(rèn)識中國制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，探索出一條具有中國特色的智能制造發(fā)展之路？本期智能制造專欄，對話西安交通大學(xué)梅雪松教授，暢談其對此的獨(dú)到見解。

《自動化博覽》：請您談?wù)剬ξ覈圃鞓I(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的看法，您認(rèn)為中國制造業(yè)在向智能制造轉(zhuǎn)型的過程中，面臨哪些困難？

梅雪松：對于我國制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，很多專家和文章已經(jīng)有了比較清楚的結(jié)論。總結(jié)起來就是產(chǎn)品制造能耗高、附加值低、處于價值鏈的低端。產(chǎn)品制造過程總體上是設(shè)計等同“畫圖”、制造依賴“人手”， 而依靠數(shù)字化、自動化尤其是技術(shù)創(chuàng)新等體現(xiàn)現(xiàn)代制造特征的要素明顯不足，與制造強(qiáng)國相比有很大的差距。

目前中國制造業(yè)出現(xiàn)所謂的產(chǎn)能過?，F(xiàn)象，制造出來的產(chǎn)品市場需求不旺、賣不出去，制造企業(yè)日子不好過。但另一方面，國內(nèi)很多消費(fèi)者到國外先進(jìn)國家大量采購各種產(chǎn)品，從普通的日用品到制造基礎(chǔ)裝備如高檔數(shù)控機(jī)床等。這一現(xiàn)象說明當(dāng)前人們的需求發(fā)生了改變，中國人從過去的“無”、到現(xiàn)在的“有”、發(fā)展到今后的“好”、“精”等需求，和發(fā)達(dá)國家一樣，也在追求高品質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。這種變遷來的快、急，很多制造企業(yè)在技術(shù)、人才、能力等方面都沒有做好準(zhǔn)備，甚至很多企業(yè)依然是過去鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展方式，追求廉價的批量產(chǎn)品制造模式，而面對消費(fèi)者需求的轉(zhuǎn)變，顯然老的制造業(yè)發(fā)展方式已經(jīng)難以為繼，因而，產(chǎn)品制造質(zhì)量不能滿足國人的需求，制造成本不敵發(fā)達(dá)國家也是必然現(xiàn)象。因此，基于需求方，追求高質(zhì)量的產(chǎn)品制造與服務(wù)是大勢所趨，而基于供給方，與世界制造強(qiáng)國的正面競爭不可避免。

智能制造所體現(xiàn)的產(chǎn)品全生命周期智能化，以及所倡導(dǎo)的制造過程綠色化、高品質(zhì)、低成本等特征，不僅需要先進(jìn)的高科技技術(shù)，更需要高素質(zhì)的人才來實現(xiàn)，我國制造企業(yè)在當(dāng)前這種產(chǎn)能過剩情況下，一方面要生存下來，同時要實現(xiàn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，而我國在智能制造基礎(chǔ)技術(shù)和實施條件等平臺方面有所欠缺，就是我國在向智能制造轉(zhuǎn)型的過程中遇到的最大困難。

《自動化博覽》：您認(rèn)為目前我國智能制造發(fā)展之路亟待解決或改進(jìn)的關(guān)鍵問題有哪些？

梅雪松：要實現(xiàn)智能制造首先要深刻認(rèn)識智能制造的內(nèi)涵，智能制造不僅僅是簡單的制造過程中的自動化或者無人化，也不僅是產(chǎn)品本身的全生命周期中的智能化問題，而是有可能帶來整個制造模式的變革，特別是當(dāng)今物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的發(fā)展，使得智能制造的意義更加深遠(yuǎn)。因此，我國發(fā)展智能制造要解決的首要問題是需對制造業(yè)的全局性進(jìn)行思考和布局，即從互聯(lián)網(wǎng)角度如何打通智能制造中的各個要素之間的數(shù)據(jù)通訊和互聯(lián)，為智能制造打造出暢通無阻的“高速數(shù)據(jù)公路”，包括制造單元、設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，實現(xiàn)泛在感知和數(shù)據(jù)的獲取，即第一要解決平臺問題；第二層次是制造單元本身的自動化、數(shù)字化，為實現(xiàn)制造的智能化打下基礎(chǔ)。所以，國家在大力發(fā)展5G等高速無線網(wǎng)絡(luò)平臺，是非常重要的工作；另外，我國制造設(shè)備控制器長期由他國主導(dǎo)，設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)議五花八門，很難統(tǒng)一，所以，制造單元之間的連接非常困難，形成了數(shù)據(jù)孤島和信息“梗阻”，非常不利于制造過程中的數(shù)據(jù)獲取，因而難以實現(xiàn)制造全局的優(yōu)化控制，包括智能化生產(chǎn)管理等。第二個層次中制造設(shè)備的自動化、數(shù)字化問題也是參差不齊，如果按照德國“工業(yè)4.0”來分類，智能制造屬于“工業(yè)4.0”階段的話，那么我國大量的制造設(shè)備仍然處于2.0、甚至1.0狀態(tài)，因此，實現(xiàn)我國制造業(yè)的數(shù)控化，即達(dá)到3.0，為“工業(yè)4.0”做好準(zhǔn)備和基礎(chǔ)就是當(dāng)前亟待解決的問題之二了。

《自動化博覽》：您認(rèn)為與其他國家相比，我國的智能制造發(fā)展戰(zhàn)略具有哪些獨(dú)特之處？

梅雪松：首先，我國是制造業(yè)大國，聯(lián)合國公布的281種工業(yè)品我國全部都能夠自主生產(chǎn)，而其中的271種產(chǎn)量居全世界第一，如汽車制造，我國一年就生產(chǎn)超過2000萬輛汽車，比世界其他國家之和還要多。因此，我國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略的獨(dú)特之處就是建立在這種制造大國的基礎(chǔ)之上，也決定了其發(fā)展方式是世界上獨(dú)一無二的；其次，前面所述的我國制造設(shè)備的自動化、數(shù)字化水平參差不齊，我國大量的制造企業(yè)處于2.0、甚至1.0階段，設(shè)備自動化程度不高，依賴人力實現(xiàn)，但是也有非常先進(jìn)的制造范例，如海爾等企業(yè)。再有，我國當(dāng)前制造業(yè)很多都在追求大而全，幾萬人的大型制造企業(yè)比比皆是，而智能制造的內(nèi)涵不僅是對產(chǎn)品本身的制造智能化，也不只限于制造設(shè)備的智能化，而是制造模式的變革。因此，我國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略需要考慮如何從過去集中式的大而全方式，變成分散式的專而精等問題，所以，一些觀點(diǎn)認(rèn)為“工業(yè)4.0”時代應(yīng)該把企業(yè)做小做精，而不是做大做強(qiáng)。當(dāng)前我國眾多的大型制造企業(yè)如何面對這樣的轉(zhuǎn)變也是一個急需解決的重要問題。

《自動化博覽》：請介紹一下我國智能控制技術(shù)相關(guān)學(xué)科產(chǎn)學(xué)研的發(fā)展情況。

梅雪松：智能控制技術(shù)是智能制造中的重要一環(huán)，也是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界迫切需要解決的問題之一。我國智能控制技術(shù)在流程工業(yè)中發(fā)展得較好，如化工過程等大型的控制裝置開發(fā)與應(yīng)用相對有成熟的產(chǎn)學(xué)研合作范例。近年來。在科技部863等項目支持下，浙江中控、和利時等企業(yè)與高校合作，開發(fā)了很多智能控制器，一些大型的工業(yè)制造過程已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)控制器應(yīng)用，但與西門子、ABB、三菱電機(jī)自動化等國際領(lǐng)先企業(yè)相比，產(chǎn)品還是有明顯的差距。離散工業(yè)中的控制技術(shù)最引人注目的是數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)技術(shù)。我國華中數(shù)控、廣州數(shù)控等眾多企業(yè)近年來發(fā)展迅速，國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床目前已經(jīng)部分采用國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，但與日本發(fā)那科、德國西門子等數(shù)控系統(tǒng)相比仍存在明顯差距。因此，未來智能化技術(shù)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用將成為我國在數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域迎頭趕上的一個重要機(jī)會。

當(dāng)前，智能控制技術(shù)急需解決的就是我國離散工業(yè)中應(yīng)用的各種通用設(shè)備的智能化問題。在“十二五”期間，科技部實施的“數(shù)控一代”重點(diǎn)專項、國家04重大專項等對此方面的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行了支持，取得了很好的進(jìn)展，但距離設(shè)備的真正智能化仍有較大的差距。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，相信我國的智能控制技術(shù)會迎來新的發(fā)展機(jī)會。

《自動化博覽》： 您認(rèn)為要實現(xiàn)《中國制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略，對于智能控制技術(shù)急需哪些創(chuàng)新或突破？發(fā)展重點(diǎn)有哪些？

梅雪松：首先，實現(xiàn)車間設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊的現(xiàn)場總線技術(shù)要突破，從而實現(xiàn)各種制造設(shè)備的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，進(jìn)而為獲取制造過程中的大數(shù)據(jù)提供平臺；同時，開放式的控制平臺至關(guān)重要，只有控制系統(tǒng)軟硬件的真正開放才能夠讓應(yīng)用者實現(xiàn)各種智能算法，并將其應(yīng)用于工業(yè)中各種控制對象；另外，要開展針對具體制造過程的優(yōu)化分析軟件平臺開發(fā)，即制造執(zhí)行系統(tǒng)MES，這個MES必須能夠便利地獲取制造現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造系統(tǒng)的優(yōu)化分析。

此外，人工智能技術(shù)在制造中的應(yīng)用也將是未來重要的發(fā)展方向，最近備受關(guān)注的谷歌AlphaGo人機(jī)圍棋大賽、波士頓動力公司的智能仿人機(jī)器人等，都說明了人工智能技術(shù)近年來在各個領(lǐng)域的應(yīng)用大有突破之勢。這些實例說明，隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化、計算速度的飛速發(fā)展，可以實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)學(xué)建模和求解的復(fù)雜人工智能算法將逐步得到解決，可以預(yù)料，結(jié)合人腦科學(xué)的發(fā)展，將進(jìn)一步為這種復(fù)雜的人工智能數(shù)學(xué)建模提供理論基礎(chǔ)和方法。因此在制造領(lǐng)域中如何把人工經(jīng)驗固化成機(jī)器的動作，機(jī)器如何在工作中實現(xiàn)自學(xué)習(xí)和自提高等智能化功能將急需得到突破和創(chuàng)新。如廣泛使用的數(shù)控機(jī)床，因為環(huán)境溫度、工況的變化導(dǎo)致加工精度飄忽不定等精度穩(wěn)定性問題長期困擾所有制造企業(yè)，使得產(chǎn)品加工質(zhì)量不穩(wěn)，尤其是現(xiàn)在企業(yè)難以招聘到有經(jīng)驗的操作工人，使得原本就難以實現(xiàn)高品質(zhì)制造的問題雪上加霜，加工的產(chǎn)品大量報廢不僅直接影響企業(yè)的生存，而且是帶來嚴(yán)重的資源、能源浪費(fèi)等社會問題，雖然過去對熱誤差這樣的問題研究很多，但就是難以在數(shù)控機(jī)床中得到實際有效的應(yīng)用，而如果利用人工智能的方法對機(jī)床進(jìn)行智能化的補(bǔ)償將有可能有效解決這一問題。

《自動化博覽》：要將先進(jìn)的智能控制技術(shù)研究成果有效地應(yīng)用于制造業(yè)，還要重點(diǎn)關(guān)注哪些方面？

梅雪松：要從多方面加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用的融合，當(dāng)然包括各種科技項目的立項實施等；從管理者角度來講機(jī)制和體制的突破非常重要，如何打破科技成果和工業(yè)需求之間的壁壘需要國家在機(jī)制和體制上的創(chuàng)新，從立法上真正保護(hù)科技人員的利益，激發(fā)科技人員的熱情；從企業(yè)和科技人員角度來講，思想觀念的轉(zhuǎn)變至關(guān)重要，科技人員一定要創(chuàng)新，模仿國外的技術(shù)肯定不能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)的超越。企業(yè)要敢于創(chuàng)新應(yīng)用新技術(shù)，給新技術(shù)應(yīng)用和驗證的機(jī)會，同任何新技術(shù)一樣，智能控制技術(shù)也需要在應(yīng)用中得到逐步完善。

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《中國制造2025》配套規(guī)劃正編制聚焦智能化

工信部部長苗圩2016年3月21日在中國發(fā)展高層論壇上表示，圍繞大力實施《中國制造2025》，工信部正在抓緊編制11個配套的規(guī)劃，謀劃未來3～5年工作。

“當(dāng)前我國制造業(yè)發(fā)展已經(jīng)步入爬坡過坎、由大變強(qiáng)的重要關(guān)口，實現(xiàn)中高速增長，邁向產(chǎn)業(yè)價值鏈的中高端，關(guān)鍵還在于結(jié)構(gòu)調(diào)整的進(jìn)度和成效，在于實現(xiàn)新舊動力的順利轉(zhuǎn)換，從根本上講就是構(gòu)建一個創(chuàng)新能力強(qiáng)、品質(zhì)服務(wù)優(yōu)、協(xié)作緊密、環(huán)境友好的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)新體系。”

苗圩說，在推進(jìn)的過程中，重點(diǎn)從四個方面來努力：

一是，全力穩(wěn)定工業(yè)的增長。將圍繞著補(bǔ)短板和傳統(tǒng)行業(yè)的升級需求，實施一批重大的技術(shù)改造升級項目，運(yùn)用信息網(wǎng)絡(luò)、節(jié)能環(huán)保等現(xiàn)代技術(shù)，改造提升傳統(tǒng)的動能，加快修復(fù)現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的動力。圍繞著“一帶一路”的建設(shè)，深入地推進(jìn)國際的產(chǎn)能合作，支持裝備制造企業(yè)走出去。圍繞著供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實施以增品種、提品質(zhì)、創(chuàng)品牌為內(nèi)容的“三品”戰(zhàn)略，深度地拓展工業(yè)品的內(nèi)需市場，爭取用三年或者更長一點(diǎn)的時間的努力，減少無效和低端的供給，擴(kuò)大有效和中高端的供給，樹立中國制造的良好形象。

二是，大力實施《中國制造2025》。把《中國制造2025》作為構(gòu)建產(chǎn)業(yè)新體系的核心抓手，正在抓緊編制與其配套的11個規(guī)劃或者行動計劃，謀劃未來三到五年的工作。今年將啟動實施制造業(yè)創(chuàng)新中心的建設(shè)、智能制造、工業(yè)強(qiáng)基、綠色制造、高端裝備創(chuàng)新等5大工程。包括：建設(shè)若干國家級的制造業(yè)創(chuàng)新平臺；新啟動一批智能制造的試點(diǎn)示范項目和智能化的改造項目；集中支持解決一批零部件、關(guān)鍵工藝、材料和標(biāo)準(zhǔn)等方面的問題；實施一批關(guān)鍵的工藝綠色化改造項目、重大的綠色制造技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化的示范項目；在大型飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等高端裝備領(lǐng)域加快重點(diǎn)產(chǎn)品和裝備的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。

三是，深入推進(jìn)中國制造+互聯(lián)網(wǎng)。將以推進(jìn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造為抓手，加快構(gòu)筑自動控制與感知技術(shù)、工業(yè)云與智能服務(wù)平臺、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等制造業(yè)的新基礎(chǔ)，著力提升制造業(yè)創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新服務(wù)系統(tǒng)解決方案、標(biāo)準(zhǔn)體系、信息安全保障等支撐能力，培育制造業(yè)的新模式、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)品。

四是，打造有利于創(chuàng)新促進(jìn)升級的政策環(huán)境。核心是用好政府的有形之手，放活市場的無形之手，將進(jìn)一步地簡政放權(quán)，放管結(jié)合，優(yōu)化服務(wù)。