《中國制造2025》發(fā)布后，國內(nèi)外企業(yè)和智庫紛紛關注和研究。他們對比了美國的“中國制造2025”、“再工業(yè)化構想”、日本的“工業(yè)智能”、德國的“工業(yè)4.0”后，認為世界先進制造業(yè)正聚焦于3D打印、大數(shù)據(jù)、機器人等前沿熱點。中國在實施《中國制造2025》的過程中，需要密切跟蹤和借鑒全球制造業(yè)的前沿熱點和發(fā)展路徑，引導企業(yè)適時適度地改進和調(diào)整發(fā)展重點。
3D打印在子行業(yè)的應用
"歸根結底，先進的制造技術使新設計和新材料得以應用."通用電氣公司中國研發(fā)中心總經(jīng)理魏斌這樣評價3D打印技術。
最近歐美的制造業(yè)聯(lián)盟。機構已經(jīng)明確指出了3D打印子行業(yè)的發(fā)展，3D打印技術的市場需求主要定位于醫(yī)療和飛機關鍵零部件的制造。
對此，中國工程院的報告指出，3D技術將推動智能生產(chǎn)、智能加工和智能裝備。中國的3D打印技術應該會在可穿戴電子設備、可穿戴設備、個性化手術指南和一些醫(yī)療模型方面取得更大的成就。
3D技術是一種基于數(shù)字模型文件，利用粉末金屬或塑料等粘合材料，通過逐層打印來構造物體的技術。雖然是近幾年才進入大眾視野并引起廣泛關注，但誕生于20世紀80年代的3D打印技術在醫(yī)療行業(yè)已經(jīng)嶄露頭角很久了。
比利時Maris 3D打印技術有限。公司中國區(qū)總經(jīng)理Kaiem Fran? ois表示，僅在2013年公司它已經(jīng)打印了15萬個醫(yī)學模型，包括個性化的手術指南和一些醫(yī)學模型。目前，全球已有超過1000萬人開始使用定制的3D打印助聽器產(chǎn)品。
上海交大[微博]數(shù)字醫(yī)學教育部工程研究中心教授王認為，個性化、精準化、微創(chuàng)化、遠程化是21世紀臨床醫(yī)學發(fā)展的四大方向，其中數(shù)字化技術是主要支撐，3D打印技術是重要內(nèi)容。
據(jù)王介紹，目前，3D打印技術在臨床醫(yī)學上的應用主要有三大領域——建模、精準手術、個體化植入。接下來的研發(fā)方向是軟組織系統(tǒng)和組織工程支架的3D打印，同時對模型的物理性質提出了更高的要求，比如血管和肌肉是否可以打印。
據(jù)了解，3D打印技術本質上并不是打印技術，而是一種制造技術，業(yè)內(nèi)也稱之為“增材制造”。與傳統(tǒng)制造業(yè)通過加工原材料最終成型不同，3D打印技術是一種“無中生有”的制造過程。不僅不受原材料幾何形狀的約束，而且?guī)缀醪划a(chǎn)生廢料，可以有效節(jié)約成本。
“3D打印技術可以解決很多傳統(tǒng)工藝無法解決的問題。”通用電氣公司R&D中心中國區(qū)總經(jīng)理魏斌表示，先進制造業(yè)的基礎在于先進的產(chǎn)品，而先進產(chǎn)品的生產(chǎn)必須有先進可靠的加工方法，并能應用新材料。3D打印技術在制造復雜和個性化產(chǎn)品方面比傳統(tǒng)制造技術更具優(yōu)勢。
魏斌舉例說，飛機發(fā)動機葉片前面的防鳥撞零件形狀復雜，加工難度大，但3D打印技術可以實現(xiàn)“一次成型”，不僅提高了制造效率，還使產(chǎn)品具有滿足功能要求的力學特性。
當然，3D打印技術的應用和管理并不局限于一臺3D打印機，也不意味著只要有機器、有模型、有好材料就能生產(chǎn)出好產(chǎn)品。3D打印行業(yè)和傳統(tǒng)制造業(yè)一樣，也需要工藝流程進行管理操作，機器只是其中之一。
雖然3D打印技術越來越受到重視，3D打印產(chǎn)業(yè)也成為“十大增長最快的產(chǎn)業(yè)”之一，但與傳統(tǒng)制造業(yè)的規(guī)模相比，仍然是滄海一粟。根據(jù)世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的統(tǒng)計，直到2013年，全球3D打印市場只有近40億美元，還不到一家大型企業(yè)的年產(chǎn)值。
業(yè)內(nèi)人士認為，3D打印技術更適合“制造和銷售高利潤的產(chǎn)品和服務，為消費者提供個性化和革命性的體驗”。其發(fā)展的出路不是與傳統(tǒng)制造業(yè)競爭，而是通過其高加工制造柔性和廣材料適用性與傳統(tǒng)制造業(yè)優(yōu)勢互補，以其“精、準、快”的制造特點推動傳統(tǒng)制造業(yè)轉型升級。
3D打印技術正在成為一場世界性的科技競賽，不僅為先進制造業(yè)的發(fā)展指明了一條道路，也為傳統(tǒng)制造業(yè)的轉型升級指明了一個方向。
大數(shù)據(jù)+云計算:嵌入生產(chǎn)全過程
美國的“再工業(yè)化思想”、日本的“工業(yè)智能”、德國的“工業(yè)4.0”都將大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術嵌入到制造業(yè)生產(chǎn)和服務的全過程，其實施的過程和效果受到廣泛關注。
“大部分制造企業(yè)所理解的競爭，主要是在遇到問題的時候，解決問題。這只是可見的競爭。更聰明的公司已經(jīng)在努力避免問題。這是隱形的競爭，未來的競爭主要是這個。”美國國家科學基金會(NSF)智能維護系統(tǒng)產(chǎn)學合作中心主任李杰表示，互聯(lián)網(wǎng)時代全球制造業(yè)格局正在發(fā)生變化，大數(shù)據(jù)技術將發(fā)揮重要作用。
大數(shù)據(jù)(Big data)是指所涉及的海量信息，是當前主流軟件無法在合理的時間內(nèi)檢索、管理和處理的，使之成為能夠幫助企業(yè)進行商業(yè)決策和實現(xiàn)更積極目標的信息，也稱為巨量數(shù)據(jù)。
李杰表示，信息時代制造業(yè)的大數(shù)據(jù)源是6C:連接(傳感器和網(wǎng)絡)、云(隨時隨地的數(shù)據(jù)和需求)、虛擬網(wǎng)絡(賽博)、內(nèi)容(內(nèi)容、關聯(lián)和意義)、社群(分享和交流)、定制(個性化服務和價值)。
“大數(shù)據(jù)技術最大的價值就是利用上述大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)尚未發(fā)生的隱藏問題，進而避免問題的發(fā)生。”李杰說。
據(jù)報道，為了防止尿布滲漏等質量問題，寶潔公司公司以前都是用相機一個一個的篩選。發(fā)現(xiàn)問題，就要停機，挑出不合格的紙尿褲，重新開始生產(chǎn)。如何在不停產(chǎn)的情況下挑出不合格的產(chǎn)品？
在大數(shù)據(jù)技術的支持下，P&G公司而不是傳統(tǒng)的對之前發(fā)現(xiàn)的問題進行處理的方式，通過對紙尿褲生產(chǎn)的實時監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)不健康的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下將紙尿褲全部下架，保證生產(chǎn)線的連續(xù)工作。僅此一項就將為寶潔公司每年節(jié)省4.5億美元的生產(chǎn)成本。
“中國有最大的應用市場，有很多數(shù)據(jù)，比如高鐵數(shù)據(jù)，機床數(shù)據(jù)，生產(chǎn)線數(shù)據(jù)。如果我們不能分析它，我們將失去最大的市場。美國缺19萬大數(shù)據(jù)分析工程師，中國缺190萬。”李杰說。
高德納協(xié)商公司認為大數(shù)據(jù)成為海量、高增長、多元化信息資產(chǎn)的前提，需要一種新的處理模式，這就是云計算。
“云計算，簡單來說就是網(wǎng)絡計算，即計算不需要繞著CPU轉，而是繞著網(wǎng)絡轉，就像附在網(wǎng)絡上的一層能力。網(wǎng)絡延伸到哪里，你的計算能力就延伸到哪里，無處不在。”思科大中華區(qū)高級副總裁康殷說。
云計算是傳統(tǒng)計算機和網(wǎng)絡技術融合發(fā)展的典型產(chǎn)物。它使零碎的數(shù)據(jù)變成相關的數(shù)據(jù)，腐朽的數(shù)據(jù)變成新鮮的數(shù)據(jù)。通過云計算，可以根據(jù)需要向計算機和其他設備提供共享的軟硬件資源和信息。
康殷說，云計算讓大數(shù)據(jù)有了生存空間和價值，有了“從智能走向智慧”的可能。專家表示，信息化和工業(yè)化的融合非常重要，融合過程由兩個引擎驅動——云計算性能的縱向提升和產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間的橫向打開。
IBM[微博]軟件集團智慧城市事業(yè)部首席架構師朱華雨認為，制造過程中的洞察依賴于大數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和有效預測，而產(chǎn)品優(yōu)化中的洞察依賴于客戶的反饋。因此，處理非結構化數(shù)據(jù)的能力是大數(shù)據(jù)技術應用于制造業(yè)需要突破的瓶頸。
大數(shù)據(jù)和云計算的結合，具體對于一個企業(yè)來說，就是推動企業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務型制造轉變，通過互聯(lián)網(wǎng)技術消除不對稱的商業(yè)模式，培養(yǎng)對制造流程和產(chǎn)品優(yōu)化的洞察力。
上升到整個制造業(yè)層面，大數(shù)據(jù)和云計算可以帶來更高的效益、生產(chǎn)的靈活性和安全性，以及新的創(chuàng)新平臺，推動制造業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務型制造轉變，最終走向智能制造和云制造。
人機融合成新一代機器人發(fā)力點
在未來，機器人不僅可以與人融合，還可以變得更便宜。讓中小企業(yè)買得起機器人，要靈活便宜，目前很難實現(xiàn)，但這是下一步努力的方向。
根據(jù)國家部署，未來十年我國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展將圍繞汽車、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等工業(yè)機器人和特種機器人以及醫(yī)療健康、家庭服務、教育娛樂等服務機器人的應用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，推進機器人標準化、模塊化，拓展市場應用。突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、傳感器、驅動器等關鍵部件的技術瓶頸和系統(tǒng)集成設計制造。
工業(yè)機器人作為自動化技術的集大成者，一直被譽為自動化領域的“皇冠上的明珠”。在中國工程院院士王天然看來，工業(yè)機器人從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)取得了廣泛的發(fā)展，并且還在向其他領域轉移技術，衍生出新的領域，比如服務機器人。
根據(jù)權威機構據(jù)預測，機器人將是未來影響人們工作和生活的關鍵技術之一。其中，用于提高人們生產(chǎn)力的工業(yè)機器人和用于醫(yī)療的機器人將產(chǎn)生巨大影響。
特別是在緩解勞動力短缺方面，工業(yè)機器人發(fā)揮著越來越重要的作用。以日本為例，王天然說，從20世紀70年代到90年代，日本經(jīng)歷了經(jīng)濟快速增長和勞動力嚴重短缺。用了20年成為機器人第一大國和制造強國。上世紀90年代，亞洲經(jīng)濟快速發(fā)展，該地區(qū)工業(yè)機器人需求增幅全球第一。目前全球對工業(yè)機器人的需求還是非常廣泛的。按照喬布斯的說法，工業(yè)機器人只占5.63%。
王天然說，目前，工業(yè)機器人已經(jīng)在汽車零部件、工程機械、軌道交通、低壓電器、電力等領域得到了很好的應用。，而且機器人技術還在不斷改進和發(fā)展，主要是兩個方向:一是在機器人操作能力上追求完美，提高速度、精度和適應性，拓展應用領域；二是在機器人的智能化、網(wǎng)絡化方面不斷努力，提高機器與人的交互能力。
統(tǒng)計顯示，從1990年到2000年，工業(yè)機器人的定位精度提高了61%，平均無故障時間提高了137%。價格差不多減半了。根據(jù)日本的預測，到2030年，機器人的重復定位精度將提高一倍，絕對定位精度將提高一個數(shù)量級。
“現(xiàn)在教機器人如何工作的方法很愚蠢。人們必須手持教學設備，一步一步地教機器人如何操作。機器人會一遍又一遍重復操作，不允許換產(chǎn)品，否則再教一遍。”王天然說，目前的努力方向是把機器人變成生產(chǎn)過程中的一部分，即插即用。
目前，機器人的應用領域正在擴大。據(jù)了解，日本在人形機器人的研發(fā)方面正在取得一些突破。日本大阪大學國際電信基礎技術研究所高級研究員西尾秀吉(Nishio Hideyoshi)表示，這種機器人看起來像人形，可以由操作員遠程控制，實現(xiàn)機器人與用戶之間的自由交流。
“人機一體化是新一代機器人的本質特征，也是國際機器人界的主要方向。”王天然說，以工業(yè)機器人為例，未來機器人將與人在同一個自然空間工作，可以滿足人的需求，學習人的技能。“未來，機器人可以像學徒一樣與主人一起工作、學習，人與機器人的關系也將從主仆關系轉變?yōu)楹献麝P系”。
近年來，隨著我國有效勞動力逐年減少，勞動力成本不斷上升，對機器人的需求迅速增加。據(jù)統(tǒng)計，2013年中國銷售機器人3.6萬臺，比2012年增長41%，超過日本，成為全球最大的機器人市場。國際機器人聯(lián)合會預測，2017年中國將擁有40萬臺工業(yè)機器人，為歷史最高。
“按照每個機器人價格25萬元，年銷量3.6萬臺，每個機器人完成一個價格4倍的應用項目。國內(nèi)市場每年幾百億。”王天然表示，開放的市場將吸引全球機器人制造商，市場競爭將繼續(xù)加劇。