盧秉恒談智能制造 中國有望進入第一方陣

中國制造什么時候進入世界第一方陣？

　　改革開放以來，中國制造業經歷了家電、汽車和飛機行業發展的三次浪潮，家電行業采用全面引進方式，滿足了市場需求；汽車工業的中外合資策略，與最初的目標漸行漸遠，喪失了自主品牌；飛機制造正在向高端發展，由于技術買不來，核心制造裝備會不會拖后腿?這是值得我們深思的問題。其實飛機制造只是高端制造的一個典型代表，核電、風電、高鐵也都屬于高端裝備制造，這些技術的發展表明中國制造正在一步步走向高端。

　　當前，中國已經成為制造業大國，制造業增加值占工業收入的86.70%，占出口總量的95.09%。中國制造的GDP占世界GDP的20%，成為全球第一制造業大國。然而，中國制造業“大而不強”的情況十分突出，中國的制造業在材料和能源的消耗以及對環境的破壞上幾乎是先進國家的2.2倍，這種發展是不可持續的，因此中國制造必須走向高端。

　　“工業2.0”、“工業3.0”和“工業4.0”的發展過程其實是從機械化到電氣化，再到自動化，最終實現智能化的過程。現在的中國制造正處在工業3.0階段，同時向“工業4.0”方向發展，在自動化方面國家也做了很多的工作，計算機/現代集成制造系統（CIMS）也取得了很大的成績。另外，現在很多的飛機制造企業，以及包括汽車制造企業在內的大中型企業，信息化都做得非常好，工人可以在屏幕上看到生產進度以及每個零部件的使用情況。但是在做CIMS工作的過程中，由于對裝備重視不夠，導致工藝與裝備水平與國外相比仍有較大差距。比較典型的案例就是機器人的研究，已經進行了30年，仍然沒有形成產業，機器人關節減速器和驅動系統等產業化瓶頸仍存在。

　　我國開展高端數控和機器制造裝備專項以來，取得了突出成果，包括高檔數控重大專項取得重要成果，五軸數控系統與五軸聯動機床實現突破，發電和造船等一大批關鍵裝備投入使用，解決了領域需求。目前產業化正處于艱苦攻關期，應加強產業化，理順推廣政策。“04專項”匯聚的十大標志性裝備實現了發展，已經生產出世界上最大的數控橋式龍門五軸聯動車銑復合機床；國產大型快速高效數控全自動沖壓生產線，在國際競標中一舉囊括福特汽車5條轎車沖壓生產線，國內的市場占有率為70%，國外市場也占據了40%；國產精密臥式加工中心，與國外產品同臺競技勝出；華中數控對沈陽飛機公司的30多臺進口機床“換腦”成功，都運行得很好。航空航天部門已經考慮到國家的信息安全，正在大量采用04專項的產品，因此我們要對自己的成績有信心。

　　當然，受當前制造業環境的影響，現在的機床行業形勢在全面下滑。即便如此，依靠較高的研發水平，很多企業整體的市場表現仍然可圈可點。

　　不過，我們也應該清楚地認識到我國制造業目前還存在很多問題，比如飛機和汽車的發動機技術主要依靠進口，計算機的芯片80%以上是進口。我們把中國制造按照經濟規模、效益以及是否具有可持續發展的能力進行評估，對每一項打分，打出總分中國是80幾分，美國160分，階段性的差距仍然非常明顯。為此，《中國制造2025》規劃提出制造業由大變強的發展目標，勾勒出中國制造未來發展的線路圖，提出力爭通過“三步走”實現制造強國的戰略目標：2025年中國制造業可進入世界第二方陣，邁入制造強國行列；2035年中國制造業將位居第二方陣前列，成為名副其實的制造強國；2045年中國制造業可望進入第一方陣，成為具有全球引領影響力的制造強國。

全社會協同創新，推進《中國制造2025》

　　進入“工業4.0”各國都有自己的優勢。德國的優勢在于產品質量過硬、工業基礎雄厚、工藝嚴謹。美國的優勢是社會創新、高科技優勢，集聚全球資源與精英。中國的優勢是內需市場很強勁，人力資源豐富，以及工業體系比較完整。但是中國也存在內需市場不注意保護，人力資源豐富但創新精神不足，以及工業體系完整但主要處于中低端水平等問題。

　　在這種情況下，應該以追趕與跨越并行的策略來推進“中國制造2025”。追趕與跨越同時進行有很多好處，比如在質量方面，我們和工業強國差距很大，還處于“工業2.0”的水平，但如果用“工業4.0”、智能系統去做質量，那可能就不需要完全依靠認真的工匠精神去保證質量，而是靠智能系統通過檢測、反饋、分析以及智能等手段來保證，因此采用先進的技術可以加快我們的追趕步伐。但是這需要大規劃下的市場驅動、社會資源的優化集成以及創新人才目標的教育改革，即需要全社會的協同。

　　全社會的協同主要包括以下幾個方面：在市場協同方面，進行以國家意志主導的市場引導，培育企業和人民大眾為培育民族工業貢獻、支持國產品牌的意識。在金融、科技與產業的協同方面，改善制造業的資金環境和財稅政策，資金需要給予實體經濟更多的支持，同時制造業也必須增加自己的利潤率。在產學研協同方面，企業作為創新主體，應該充分認識到產品的選擇是創新的起跑線，并應成為投資研發、成果應用和集成創新的主體，同時要突破企業圍墻，將全國資源優化，讓知識流動起來。

　　在人才培養協同方面，要采用正確的學科評估標準，培養“工業4.0”時代的企業家、科研領軍人以及具有互聯網思維與精通制造工藝的人員，以后的科研人員不能只把論文寫在紙面上，還要寫在產品上、寫在裝備上。

　　如何正確理解智能制造？

　　我們在理解智能制造時，要將智能和數控加以區別。數控是指程序按照圖樣編制，加工過程變形及振動時無法調整，加工質量取決于編程者的經驗、水平及裝備的剛度，是一種自動化模式。智能是指實時檢測加工過程變形及振動，按照質量目標及機床狀態調整加工參數，獲得高速、優質的產品，在不增加硬件成本的情況下，可以成倍提升效率和質量，是一種智能化模式。

　　在未來，智能裝備將實時監控，會根據機床、刀具和工件的實時狀態，實現工藝優化，成倍提高加工質量、加工效率和價值。在這個過程中大數據、傳感器和軟件是重要的基礎，要充分利用這些來使工藝更優化，通過記錄裝備的工作狀態，來預測裝備故障，制定維修計劃，從而保證開工率，分析裝備的效率，優化工藝，以用戶為實驗室，改進設計。

　　這里所說的大數據和大家理解的數據庫、知識庫是有區別的，主要是指把很多散亂的數據整理到一起，通過大數據分析、判斷社會的變化，感知技術的發展。制造大數據通過把在用戶中分散的數據信息集成起來，通過分析就可以看出使用的機床是什么型號，實行了什么樣的加工，在加工什么樣的工件，以及有什么樣的問題；此外也可以分析使用的刀具有哪些問題，真正的效率怎么樣，以及哪些用戶喜歡什么樣的刀具。解決這些問題就可以改進設備，優化工藝。

3D打印如何推動制造業創新？

　　3D打印實際上是推動制造業創新的技術。生產制造業是材料累加的過程，原來是做減法，或者不加不減，現在是做加法。3D打印技術從20世紀80年代中期發明以來，僅僅30年，就進入了工業和社會領域。麥肯錫作了一個最新報告，列舉了今后會影響生產組織和社會生活的12項重大顛覆性技術，其中，3D打印排在第9位，排在頁巖氣之前，預測2030年將達到0.6萬億～1.2萬億美元的產值。

　　3D打印主流技術包括光固化技術、粉末選擇燒結技術和熔融層積成型技術，不同的需求采用不同的工藝。附圖是西安交通大學開發的一個產品，中間核心部分是3D打印，前面通過掃描、照相把物品測量出來，然后設計。

　　西安交通大學開發的3D打印生產系統

　　后面是經過3D打印做出的原形，然后采取硅橡膠制造模具，或者用快速電動機加工，來做幾十件、幾百件，甚至幾十萬件的生產。這個產品系統在包括汽車、摩托車、家電、輕工、個性化醫療及消費品的開發等很多領域進行了應用，使產品開發的周期和費用由原來的1/3降低到1/10。

　　3D打印可以帶來很多顛覆性的變革，在航空航天領域，可以使材料利用率由5%提升至85%，制造周期由數月壓縮為幾天；概念飛機的設計可以減輕質量的60%；生產新能源汽車，可以把2萬個零件集成為40個零件，6天打印完成且減重1/3；GE公司3D打印飛機發動機噴油器，提高燃油效率15%，發動機前進了一代。

　　此外，3D打印也可以支持新科技革命，從增材到創材，3D打印研發超高強度、超高耐溫、超高韌性和超抗蝕的合金材料。美國用3D打印做出了耐高溫3315℃的零件，用于“龍飛船2號”發動機，推力得到大幅度提升。

　　作為新興技術，3D打印個性化商品制造的商業模式，也是大眾創新、萬家創業的最佳途徑。

　　現在很多的產品可以直接通過3D打印出來了，在今后社會生產走向個性化批量定制的時代，很多的消費品都可以用3D打印通過眾創來完成設計，通過眾包來實現制造。

　　3D打印正處在技術發展的井噴期，中國的3D打印技術已經走在世界前列，我們的專利總量全球第二，占25%以上；在航空大型結構件、醫療等應用領域處于領先水平，整個工業機裝機量全球排名第四。但是也存在產業差距大、未形成產業鏈、企業規模小以及缺少原創等問題。

　　全國增材制造（3D打印）產業技術創新戰略聯盟關于3D打印行業的5年發展規劃中提到，希望5年內3D打印在國內形成直接產值（裝備與服務）達200億～300億元，制造業擴散效益達1500億元；基本形成產業鏈，完成主要材料及關鍵元器件開發；樹脂類、金屬類裝備的國產化率達到60%～80%；面向3D打印的軟件行業開始形成；在航空航天等領域重大裝備的結構、材料的優化和創新中發揮重大作用，各制造領域均有應用，形成示范效果等。

　　進入“工業4.0”時代的今天，信息化廣泛而深入地融合到各行各業。作為最能體現“工業4.0”特點的3D打印技術，如何推動我國創新技術水平的提升，從而推進我國總體制造大國向制造強國轉型成為當下的重要課題。

　　3D打印是產品開發的技術，不僅僅在今天是非常有用的，它為設計理念以及裝備和產品的創新開辟了巨大的空間，是今后的發展趨勢。希望全行業乃至全社會要“抓住新一輪科技革命和產業變革的機遇，不能等待，不能觀望，不能懈怠”。