发展智能制造抢占新一轮产业竞争制高点—清华大学汽车系-273

智能制造：打造智能发展新优势报告人：左世全工信部赛迪研究院装备工业研究所所长2015年5月27日工业和信息化部赛迪研究院装备工业研究所隶属于中国电子信息产业发展研究院（暨工业和信息化部赛迪研究院，直属国家工业和信息化部的一类科研事业单位），是工业和信息化部直属事业单位中首家设立的专业从事装备制造业研究的咨询服务部门。主要职责。全面支撑工业和信息化部装备工业司工作，提供战略研究、决策咨询和部分行业管理。为中央及地方政府提供有关行业发展战略及规划的决策咨询和支撑服务。•内部刊物-近20次获得部级领导以上批示。代表性的有《谨防中国制造业掉入“三明治陷阱”》、《如何把握全球先进制造业发展新趋势》、《增材制造（3D打印）业：我国应提早进行战略部署》、《我国智能制造发展现状、存在问题及建议》、《我国应将发展智能制造上升到战略高度》、《美国“先进制造业国家战略计划”评析》、《国外机器人产业发展情况及对我国的启示》等。•出版书籍-出版《中国装备工业发展蓝皮书（2013）》、《中国特色新型工业化的实践与探索》，翻译《新工业革命》、《3D打印：从想象到现实》等书籍。研究成果•媒体影响-先后在《人民日报》、《经济日报》、《瞭望》、《科技日报》、《中国经济时报》、《中国经济导报》、《中国商报》等重要媒体就装备制造业、先进制造业等领域发表文章30余篇，被众多媒体转载。接受CCTV、新华社等媒体采访。•近期研究及活动研究：制造强国战略研究、智能制造发展战略研究、智能制造重大工程论证、德国工业4.0与中国两化融合对比研究。活动：参加企业关于工业4.0的研讨、为地方政府和企业做相关报告10余次、组织“中德先进制造业合作研讨会”，中德工业4.0星火计划专家。•李克强6月15日在工业和信息化部、中国核电工程有限公司考察时强调:以改革创新打造中国制造新优势；用转型升级推动发展迈向中高端。1.打造创新驱动新优势3.打造质量成本新优势4.打造绿色制造新优势2.打造智能发展新优势抓住互联网跨界融合机遇，促进大数据、云计算、物联网和3D打印技术、个性化定制等在制造业全产业链集成运用，推动制造模式变革•华晨宝马首席执行官康思远：“让机器变得有感觉，可以相互交流，让高端轿车可以与网络连接，让手机里的应用为我们更好地服务，工业4.0能让我们未来的生活变得更加便捷。”我们既是工业4.0的见证者，同时也是推动者，今后，顾客的需求将决定华晨宝马的生产方向，要通过模拟和传感让企业更有指向性地进行个性化生产。•华为集团市场与解决方案管理部副总裁池振涛：智能制造要面对三大核心问题：相关部件能把所有信息收集起来，用网络传输出去，收集信息与制造、服务等结合产生价值。三个问题•为什么要发展智能制造？•什么是智能制造？•怎样发展智能制造？一、智能制造引领新一轮产业变革三、推进中国智能制造发展的思路二、科学认识智能制造内涵与特征一、智能制造引领新一轮产业变革（一）新一轮产业变革孕育兴起需求上迫切：全球范围内市场竞争日趋激烈，提升能源资源效率、应对人口老龄化和技术工人短缺日益迫切；消费者个性化需求不断增长，对企业快速开发并生产新产品能力要求迫切。技术上可行：高度集成的处理器和数据存储装置遵循摩尔定律,计算和存储能力还在呈现指数式增长（18个月翻一倍）,微型计算机嵌入产品之中成为可能；新材料、新能源、新工艺、生物等领域技术创新层出不穷。应用上经济：传感器、微型电池以及网络接口、无线连接和快速软件开发工具等智能软硬件价格不断降低；信息技术尤其是互联网技术正以前所未有的速度从价值链的销售、售后服务、研发设计等外围环节向产品本身及生产过程等内核渗透。几种颠覆性技术MIT《技术评论》杂志：2014年十大颠覆性的新兴技术农业无人机、超级隐私智能手机、绘制大脑图谱、神经形态芯片、基因组编辑、微型3D打印机、敏捷机器人、虚拟现实头盔、移动互联协作、智慧风能和太阳能麦肯锡-《12项颠覆性技术引领全球经济变革》移动互联网、知识工作自动化、物联网、云计算、先进机器人、智能驾驶、下一代基因组学、储能技术、3D打印、先进材料、先进油气勘探及回填和可再生能源美国国防部防务分析研究所：《全球先进制造业发展趋势》（2012）•未来10-20年，先进制造业五大趋势：（1）信息技术广泛应用，（2）建模与仿真贯穿制造全过程，（3）全球供应链管理创新加速，（4）制造企业应变能力快速提高，（5）可持续制造获得普遍认同。•四大关键技术：半导体、先进材料（重点是集成计算材料工程）、3D打印、生物制造（重点是合成生物制造）增材制造：革命性的新型数字制造技术诞生于1986年，通过逐层堆积材料进行加工，不同于传统的去除多余材料的加工方式，能够节省材料和加工时间。北京航空航天大学王华明教授的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获得国家科技发明一等奖。王华明教授•自1986年美国的Hull发明了光固化技术（SLA）以来，已经发展出多种较为成熟的技术类型。除分层实体制造（LOM）外大多数技术应用广泛。•近年来，国内外又发展出一些新的增材制造技术，如微纳材料成形、细胞三维结构成形、复合沉积成形、多种材料喷射成形等。多种类型。选择性沉积技术（送粉）FDM3DPLENSEBF选择性黏合技术（铺粉）SLASLSSLMEBM增材制造：较为成熟的几种工艺技术原理：用同步送粉激光熔覆的方法将金属粉末材料按照一定的填充路径在一定的基材上逐点填满给定的二维形状，重复这一过程逐层堆积形成三维实体零件。激光净成形（LENS）由来：由包括美国Sandia国家实验室在内的11家单位的LENS联盟发展起来，后成立OptomecDesign公司特点：优点在于，精度较高、尺寸大，零件机械加工余量小、材料利用率高。缺点在于沉积速率较低，材料和设备价格高。代表企业：OptomecDesign、北航（中航激光）、西北工业大学。典型应用：可制造大型钛合金零件，可直接用于航空、航天功能结构件激光净成形（LENS）原理：利用UV激光在控制系统的控制下，按一定扫描路径将液态光敏树脂固化为固体或凝胶状而直接生成物品。由来：美国ChuckHull于1986年发明了该项技术，此后创立了3DSystem公司。特点：优点在于，精度高、表面质量好，能制造形状复杂、特别精细的零件；缺点在于，需要支撑、树脂收缩导致精度下降、光固化树脂有一定的毒性等。代表企业：3DSystem、西安交通大学（陕西恒通）等。光固化成形技术（SLA）典型应用：主要用于制作蜡膜，在消费电子产品、汽车、航空航天、医疗、文化创意等众多领域有实际应用。光固化成形技术（SLA）原理：利用喷头将ABS、PC等热塑性塑料丝材加热至熔融态，并在控制系统的控制下，按一定扫描路径逐层自粘结成形。由来：由美国ScottCrump于1988年发明的，最先由美国Stratasys公司于1989年推出商品化设备。特点：材料是热塑性塑料、精度低、价格低。代表企业：Stratasys、北京太尔时代熔融沉积成形（FDM）送丝轮丝材丝盘结构支撑底板成型件喷头熔融沉积制造工艺原理图xyz基础支撑典型应用：在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。在汽车制造、工艺品设计、仿古建筑模型、医学应用、考古、动漫、教育等多领域都有实际应用。熔融沉积成形（FDM）杰里米·里夫金（美国华盛顿特区经济趋势基金会总裁）:世界正处于新一轮工业革命的开端，“新能源+互联网”催生第三次工业革命。维韦克·瓦德瓦（美国奇点大学教授）：人工智能+机器人+数字制造技术=制造业革命。保罗·麦基里（英国《经济学人》杂志专栏作家）：制造业数字化引领第三次工业革命浪潮。迈克尔·波特（哈佛大学商学院教授）：IT技术第三波浪潮来临，制造业面临智能互联变革。（二）国际主要观点哈佛商学院著名教授迈克尔·波特IT技术第三波浪潮来临，制造业面临智能互联变革第一波浪潮•20世纪60-70年代：业务管理自动化。价值链中的个人生产活动，从订单处理到账单支付，从计算机辅助设计到生产资料规划都逐渐实现了自动化。第二波浪潮•20世纪80-90年代：供应链管理网络化。产活动与外部供应商、渠道和客户之间跨地域的协调与整合，企业甚至可以对全球的企业生供应链系统进行紧密整合。第三波浪潮•21世纪以来：产品智能化。IT技术正成为产品本身不可分割的一部分。新一代产品内置传感器、处理器和软件，并与互联网相联，同时产品数据和应用程序在产品云中储存并运行，海量产品运行数据让产品的功能和效能都大大提升。从历史上看，走出经济危机最根本的动力在技术革命，近来国际社会对第三次工业革命讨论比较多，认为信息技术和制造业的融合，加上新能源、新材料等领域的技术突破，将引发新一轮产业变革。——习近平（三）发达国家的战略部署􀡯美国先进制造业伙伴计划（ＡＭＰ）•国家制造业创新网络•页岩气等能源革命德国工业４.0战略•确保德国装备制造业领导地位•高水平出口中国中国制造2025•智能制造成为主攻方向•劳动成本快速上涨•自动化需求日益增加美国：先进制造业伙伴计划2011年6月，美国正式推出先进制造业伙伴计划（AMP），大力发展智能制造是其核心任务之一。围绕智能制造，美国政府宣布成立了“数字化制造与设计创新研究院”和“智能制造创新研究院”，同时启动了七个创新应用项目。类型数字制造智能制造发起者国防部能源部目标：如何实现产品设计与制造过程的实时控制互操作性供应链信息技术系统集建模与仿真、先进的传感和控制的网络化数据驱动的过程平台重点优化能源密集型制造过程主要效益节省成本缩短上市时间节省成本提高能源效率、保护环境节省成本的重点领域更高精度（设计、建设、自动验证和修正）优化能源利用，降低生产成本的１０－２０％应用行业所有制造业能源密集型制造业，如：化工、太阳能电池、钢铁。核心技术和工艺智能机器（跨平台和公司的机器与机器的通信）计算机模拟，三维模型，基于模型的企业互操作系统先进材料和工艺的设计数据分析先进传感、仪器仪表、监测、控制和采用先进软硬件平台的工艺优化建模与仿真技术详细描述使信息技术、数字制造技术和概念设计（实验室环境或原型）产业化。建立“数字线”标准，使所有制造企业（包括中小制造企业）实现设计和制造过程信息与供应链上下游互联。高温高压环境下的强大传感器控制和性能优化的算法高效节能的制造过程的高保真模拟和仿真对工厂和企业之间的能效、成本进行前所未有的实时控制信息安全重点系统装置美国：《2020年智能制造发展指标》•2011年6月，美国智能制造领导联盟发表《实施21世纪智能制造》报告，提出将信息技术与供应商、经销商、顾客和业务系统相互联系在一起打造智能工厂。2020年智能制造发展指标缩减产品开发周期产品开发周期缩短10倍；国际市场竞争力、产品出口量显著提高。降低软件、系统成本智能软件和系统成本降低80~90%；经济实惠的模型和运算平台得到广泛应用。扩大实施智能制造的企业范围制造企业智能工厂采用率达75%；实现数字建模的设备及系统达90%；在生产、供应链管理等业务中获得使用。工厂运营效应、资源利用率与安全性显著提升运营效率提升20%，运营成本减少30%；能源使用率提升25%，用水量减少40%；生产周期缩减40%，安全事故减少25%；产品在供应链中实现可追踪和可追溯。维护发展美国制造业基础制造业企业收入增长25%；新的产品与服务收入提升25%；中小企业数量增加1倍；高技能就业岗位同步增长。美国：工业互联网2012年11月，美国GE公司发布《工业互联网——打破智慧与机器的边界》白皮书，提出工业互联网理念。2013年，美国国家标准技术院提出工业互联网标准框架任务。2014年3月，GE公司与AT&T、思科(Cisco)、IBM和英特尔(Intel)发起成立工业互联网联盟。同年10月宣布2015年向所有企业开放Predix操作系统,帮助企业开发自己的工业互联网应用，Predix可能成为工业互联网事实标准。德国：工业4.0战略（一）为保持全球领先的装备制造供应商