智能制造 | 再造新工业革命

• 关键词：3D打印,人工智能,虚拟现实
• 摘要：从工业革命的诞生到总装生产线的出现，从精益生产概念的提出再到数字化和3D打印技术的涌现，制造业一直孵化着创新和智能。也就是说，高效技术和人工设计的强强联手，才是智能制造有别于传统制造的关键！

智能制造释义：一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中可以进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分取代人类在制造过程中的脑力劳动，是具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。

   近年来，随着3D打印、人工智能、虚拟现实等新兴技术的迅速发展，制造业迎来一场翻天覆地的智能变革。普通人可以定制3D打印的珠宝，青少年也可以从AR教育卡片中学到知识，如果这些技术进入工厂，又有怎样的科技魔力呢？

   我们可以这样来看，智能制造意味着对原有企业运行流程进行改变，甚至引起组织内部的变革，完成工业流程再造。比如通过物联网技术、大数据可以实时地把问题通过云传输到后台的监测中心。监测中心则通过对海量数据进行分析，判断出问题究竟是什么。

那么问题来了，智能制造和传统制造又有什么区别呢？

   从工业革命的诞生到总装生产线的出现，从精益生产概念的提出再到数字化和3D打印技术的涌现，制造业一直孵化着创新和智能。也就是说，高效技术和人工设计的强强联手，才是智能制造有别于传统制造的关键！

   视创新为灵魂的“百年老店”GE，就通过自身对智能制造的实践和应用，打造出了“智能工厂”， 其将互联网思维融入制造业，帮助医疗、航空、能源、和石油天然气行业提升生产力和运营效率；同时大力拓展3D打印、机器人和数字化等先进制造技术的应用以使产品的设计、改进和制造变得更快捷。

   通过新型传感器、嵌入式系统设计、先进控制与优化、系统协同、故障诊断与健康维护、实时通信网络、功能安全、特种工艺、精密制造、智能识别等技术的使用，标志着原先冷冰冰的机器不再呆板，正在慢慢向一个有温度和独立思考能力的“工作者”衍进。

你说的智能制造，是什么“黑科技”？

1、3D打印

    与传统设备通过切割等方式制造物品不同，3D打印通过工程师先在电脑上进行设计，制作出设计文件，进而通过电脑控制3D打印机把“打印材料”一层层叠加起来，最终制出成品，因此也被称为“增材制造”。

    2016年12月，中国核动力研究设计院宣布和南方增材科技有限公司合作，通过3D打印技术研发推出ACP100反应堆(小堆)压力容器增材制造（3D打印）试件。核电站反应堆压力容器、蒸汽发生器等主设备，历来以技术要求高、生产难度大、周期长等难题著称，3D打印的应用有助于解决这方面的困难。

2、人工智能

    人工智能（Artificial Intelligence，简称 AI），它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的一项新兴技术，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。

    美剧《西部世界》曾为观众展现出一幅人工智能新场景，在片中机器代替了人类绝大多数的行为。人工智能的影响力无远弗届，全世界都对人工智能的研究兴趣浓厚，甚至有特斯拉的高层在某社交平台预测，人工智能最早将在2030年取代人类工作！

    在现阶段，以工业机器人为代表的可操控人工智能技术，为制造业带来了更高的工作效率以及更低的投入成本。波士顿咨询在一份研究报告中指出，人工智能技术的应用，将为中国制造业的生产效率带来15%—25%的提升，额外创造4-6万亿元人民币的附加值。

    在车间作业环节，传统机器操作只能加快流水线效率。而如今，世界各地科学家都在设计能“自动规划”的机器软件，它不同于电脑曾经利用的传统线性规划，而是希望能让机器人模仿人类的思维。科学家也正在设计能通过经验和模仿，从而像人类一样学习的机器人。未来的企业主或许不用再听取各个工厂负责人的汇报，而是只通过电脑与车间机器人完成交互，便可运筹帷幄。

3、虚拟现实

   也就是VR技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合、交互式的三维动态视景，并通过实体行为系统仿真使用户沉浸到该环境中。

   越来越多制造业公司，在产品全生命周期研发过程中开始着手使用虚拟现实软件和系统，用于实现装配工艺的模拟和优化、提高概念设计的效率、精简设计单位和更加有效地进行工厂规划。此外，虚拟现实还有助于对产品进行制造前的评估，解决其在制造过程早期阶段出现的问题，提高研发、制造效率，降低人工成本。

   而GE也已经将VR技术应用于生产实践中。比如，法国的GE工程师帮助GE发电集团开发了核电站使用的汽轮发电机组3D模型，并将它们与其它关键部分的模型相结合，再将整套系统放入虚拟的核电站建筑的复制品里。有了VR模型，接受培训的工程师们可以戴上头盔，在指导老师的带领下，在虚拟的核电站中“穿梭”一番，有如身临其境一般，去观察设备的各个部分并了解它们是如何运转的，而不必过于频繁地前往戒备森严的核电站进行实地培训。

智能制造影响了哪些行业？

1、医疗

    在工业变革的时代背景下，制药业也面临着全球产业结构调整带来的机遇和挑战，从制造向“智造”转变，提高生产自动化水平成了各大药企发展关键，打造智慧医药健康产业链，实现医药行业上下游企业的协作共享、互利共赢的可持续发展战略。

    同时，3D打印技术为代表的新兴技术，正将一些高成本、高难度的医疗作业变得更轻松。以今年4月上海儿童医学中心进行的一次小儿心脏手术为例，患儿在出生第二天就被确诊患有极罕见的复杂心脏病。在通常情况下，手术至少要6个小时，这么久的手术时间一名婴儿无法承受。但通过3D打印技术重建心脏模型解决了这一难题，最终将手术时间缩短到了3个半小时，成功挽救了一个小生命。

2、汽车

    人工智能和汽车行业发展息息相关。在过去100多年间，汽车行业先后经历了福特T型车流水线生产和丰田精益生产两次重大变革。随着智能制造的发展，智能化大规模造车将是汽车行业的下一个变革方向。上汽集团以旗下大通品牌试水智能定制造车，通过前期大数据分析采集，对包括车身尺寸、四驱系统、悬挂形式、驾驶舱布局等方面进行规划，调整供应链以及车间生产环节，将此前造车成本下降20%。

    此外，随着新能源汽车越来越受重视，各项新技术的研发也为汽车行业的智能制造添砖加瓦。此前GE 全球研发中心与Amphenol Advanced Sensors、福特汽车公司、密歇根大学合作研究，将“数字双胞胎”技术运用于混合动力车，为其提供更轻量，更节能的电池。这项技术是对各类设备进行数字模拟，基于对数据的分析和整理，并且通过实际操作情况，来不断更新自身性能模型。这项技术可以把电池组中原本76个单位电池缩减到60个，同时减少15%制作成本。

3、航空

    作为尖端技术集合地的航空制造业，GE是较早涉足智能制造的行业之一。基于大数据的自适应加工、精益化导向的自主化装配、以人为本的智能人工增强，成为智能制造时代的航空制造业三大关键环节。

    在飞机制造业长期领先的波音公司，“机身全自动化制造工厂”专利展示了美国空军“未来工厂”计划提出的无工装工厂和可移动智能的概念，车间地板以RFID标识出六个装配单元，钻铆机器人、柔性简易工装均可移动，平时存放在等候区。中央控制台基于生产速度和订单分派任务，通过运送部件的AGV控制工作和运动时间，AGV可自主地根据任务在等候区和各单元之间搬运机器人和工装。它可以自主操作、在车间中独立移动并且基于先进的触觉和光学传感装置避免碰撞。这种机器人与人在相同区域工作的方式，能够执行多种任务，协助操作人员减少高强度的劳作和检测任务。

还有一个无法回避的问题：智能制造让传统制造从业举步维艰了吗？

   智能制造加速推进的同时，也让不少传统制造从业者感到忧虑。当人们感叹智能制造带来前所未有的高效时，原先一个车间十几名工人被机器替代亦是不争的事实。  

   未来，生产力关系将被再造，人们通过繁重的体力劳动获取财富的模式也将改变。虽然技术的发展总会在某个时期带来非议，但人类历史一路前进，证明了在技术升级面前，人类有能力做出正确的选择。

   正如柯洁在和Alpha Go三局对弈过后发出的感叹，“AI掀起了一场风暴，但我们不应把它视为对手，而是一位人类优秀的助手！”