“中國制造2025”發(fā)布后，國內外企業(yè)、智庫紛紛對此進(jìn)行關(guān)注和研究。他們通過(guò)比較“中國制造2025”、美國“再工業(yè)化構想”、日本“工業(yè)智能化”和德國“工業(yè)4.0”之后認為，全球先進(jìn)制造業(yè)正在聚焦3D打印、大數據、機器人等前沿熱點(diǎn)，中國在實(shí)施“中國制造2025”的進(jìn)程中，需要緊密跟蹤借鑒全球制造業(yè)前沿熱點(diǎn)和發(fā)展路徑，引導企業(yè)適時(shí)適度完善和調整發(fā)展重點(diǎn)，使“中國制造2025”在全球同類(lèi)規劃中具有競爭力和主動(dòng)性。
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新華社發(fā) 徐駿/作 |
3D打印應用到細分產(chǎn)業(yè)
“歸根結底，先進(jìn)制造技術(shù)使得新設計新材料得以應用�！蓖ㄓ秒姎夤狙芯块_(kāi)發(fā)中心中國總經(jīng)理魏斌評價(jià)3D打印技術(shù)稱(chēng)。
最近，歐洲和美國等的制造業(yè)聯(lián)盟機構對發(fā)展3D打印細分行業(yè)進(jìn)行了較為明確指向，他們把3D打印技術(shù)的市場(chǎng)需求主要定位在醫療和飛機關(guān)鍵小部件的制造上。
對此，中國工程院有關(guān)報告指出，3D技術(shù)將對智能生產(chǎn)、智能加工和智能設備帶來(lái)推動(dòng)作用。我國3D打印技術(shù)應該在可穿戴電子設備、可穿戴器件、個(gè)性化手術(shù)導板以及一些醫療模型等方面有更大的作為。
3D技術(shù)是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構造物體的技術(shù)。盡管最近幾年才走入公眾視野并引發(fā)普遍關(guān)注，但誕生于上世紀80年代的3D打印技術(shù)，很早就在醫療行業(yè)嶄露頭角。
比利時(shí)瑪瑞斯三維打印技術(shù)有限公司中國區總經(jīng)理凱艾姆·弗朗索瓦表示，僅2013年，該公司就打印了15萬(wàn)個(gè)醫療模型，包括個(gè)性化手術(shù)導板以及一些醫療模型等，目前全球已有1000多萬(wàn)人開(kāi)始使用定制化的3D打印助聽(tīng)器產(chǎn)品。
上海交通大學(xué)數字醫學(xué)教育部工程研究中心教授王成燾認為，個(gè)體化、精準化、微創(chuàng )化、遠程化是21世紀臨床醫學(xué)發(fā)展的四大方向，其中，數字技術(shù)是主要支撐，3D打印技術(shù)是重要內容。
據王成燾介紹，目前3D打印技術(shù)在臨床醫學(xué)的應用有三大領(lǐng)域——打模型、助力精準手術(shù)、量體個(gè)性化種植，接下來(lái)的研發(fā)方向是軟組織系統和組織工程支架的3D打印，同時(shí)也對模型的物理性能提出更高需求，如能否打印血管肌肉等。
據了解，3D打印技術(shù)本質(zhì)上并不是印刷技術(shù)，而是一種制造技術(shù)，業(yè)內也稱(chēng)其為“增材制造”，與傳統制造業(yè)通過(guò)加工原料最終成型不同，3D打印技術(shù)是“無(wú)中生有”的制作過(guò)程，不僅不受原料幾何形狀的約束，還幾乎不產(chǎn)生廢料，能有效節約成本。
“3D打印技術(shù)可以解決很多傳統工藝解決不了的問(wèn)題�！蓖ㄓ秒姎夤狙芯块_(kāi)發(fā)中心中國總經(jīng)理魏斌表示，先進(jìn)制造業(yè)的根本在于先進(jìn)產(chǎn)品，而生產(chǎn)先進(jìn)產(chǎn)品必須有先進(jìn)可靠的加工手段，能夠把新型材料加以應用，3D打印技術(shù)在制造復雜、個(gè)性化產(chǎn)品方面要比傳統制造工藝有優(yōu)勢。
魏斌舉例說(shuō)，飛機發(fā)動(dòng)機葉片前面的防鳥(niǎo)撞零件形狀復雜，加工起來(lái)很有難度，但3D打印技術(shù)可以實(shí)現“一次成型”，不僅提高了制造效率，而且使產(chǎn)品具有機械特質(zhì)以滿(mǎn)足功能需求。
當然，3D打印技術(shù)的應用與管理也絕不僅僅局限于一臺3D打印機，也不是說(shuō)只要有了機器、模型、好的材料就一定能夠生產(chǎn)出好的產(chǎn)品，3D打印行業(yè)跟傳統制造業(yè)一樣，也需要工藝流程來(lái)進(jìn)行管理操作，機器只是其中一個(gè)環(huán)節。
盡管3D打印技術(shù)日益受到重視，3D打印產(chǎn)業(yè)也成為“十大增長(cháng)最快的工業(yè)”之一，但與傳統制造業(yè)的規模相比，仍然是滄海之一粟。據世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統計，直到2013年，全球3D打印市場(chǎng)規模才近40億美元，還不及一家大型企業(yè)一年的產(chǎn)值。
業(yè)內人士認為，3D打印技術(shù)更適合“制造和銷(xiāo)售高利潤的產(chǎn)品和服務(wù)，為消費者提供個(gè)性化和革命化的體驗”，它發(fā)展的出路不在于與傳統制造業(yè)一較高下，而是通過(guò)其高度的加工制造柔性與廣泛的材料適用性來(lái)與傳統制造業(yè)優(yōu)勢進(jìn)行互補，以其“精、準、快”的制造特點(diǎn)，促進(jìn)傳統制造業(yè)轉型升級。
3D打印技術(shù)正成為一場(chǎng)世界性的科技角逐，既為先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展指明了一條路徑，也為傳統制造業(yè)轉型升級指出一個(gè)方向。
大數據+云計算：嵌入生產(chǎn)全過(guò)程
美國的“再工業(yè)化構想”、日本的“工業(yè)智能化”和德國的“工業(yè)4.0”都把大數據和云計算等新一代信息技術(shù)嵌入到制造業(yè)的生產(chǎn)和服務(wù)全過(guò)程，其實(shí)施的進(jìn)程和效果已被廣泛關(guān)注。
“多數制造企業(yè)所理解的競爭，主要著(zhù)眼于遇到問(wèn)題解決問(wèn)題，這只是看得見(jiàn)的競爭，更聰明的企業(yè)已經(jīng)在努力避免問(wèn)題上下功夫，這就是看不見(jiàn)的競爭，未來(lái)的競爭主要是這個(gè)�！泵绹鴩铱茖W(xué)基金會(huì )（NSF）智能維護系統產(chǎn)學(xué)合作中心主任李杰說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代全球制造業(yè)格局正在發(fā)生改變，大數據技術(shù)將扮演重要角色。
大數據是指所涉資料數量巨大，無(wú)法通過(guò)目前的主流軟件在合理時(shí)間內擷取、管理、處理，使其成為能夠幫助企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策、達成更積極目的的資訊，又稱(chēng)巨量資料。
李杰說(shuō)，信息時(shí)代制造業(yè)的大數據來(lái)源，就是6C：連接（Connection，傳感器和網(wǎng)絡(luò )）、云（Cloud，任何時(shí)間及需求的數據）、虛擬網(wǎng)絡(luò )（Cyber，模式與記憶）、內容（Content，相關(guān)性和含義）、社群（Community，分享和交際）與客制化（customization，個(gè)性化服務(wù)與價(jià)值）。
“大數據技術(shù)的最大價(jià)值，就是利用上述大數據找出隱性的、還沒(méi)有發(fā)生的問(wèn)題，然后避免問(wèn)題發(fā)生�！崩罱苷f(shuō)。
據介紹，為防止出現尿布滲漏等質(zhì)量問(wèn)題，寶潔公司過(guò)去要用相機逐一篩查，找到問(wèn)題后必須停機，挑出不合格尿布，再重新開(kāi)機生產(chǎn)。如何讓生產(chǎn)線(xiàn)不停機也可以挑出不合格產(chǎn)品？
在大數據技術(shù)支持下，寶潔公司改變以前發(fā)現問(wèn)題再處理的傳統方式，而是通過(guò)實(shí)時(shí)監控尿布生產(chǎn)情況，預先發(fā)現不健康狀態(tài)，并將處于這一狀態(tài)下的尿布統統去除，保證了生產(chǎn)線(xiàn)連續工作，僅此一項，每年就為寶潔節省4.5億美元生產(chǎn)成本。
“中國有最大的應用市場(chǎng)，有很多數據，高鐵數據，機床數據，生產(chǎn)線(xiàn)數據，如果不能分析，我們就損失掉最大的市場(chǎng)。美國缺乏19萬(wàn)大數據分析工程師，中國缺乏190萬(wàn)�！崩罱苷f(shuō)。
高德納咨詢(xún)公司認為，大數據成為海量、高增長(cháng)率和多樣化的信息資產(chǎn)的前提，需要有新的處理模式，這就是云計算（Cloud Computing）。
“云計算，用一個(gè)簡(jiǎn)單的詞來(lái)說(shuō)，就是網(wǎng)絡(luò )計算，即計算不需要再?lài)@CPU轉，而是圍繞網(wǎng)絡(luò )轉，就像附著(zhù)在網(wǎng)絡(luò )上的一層能力，網(wǎng)絡(luò )延伸哪個(gè)地方，你的計算能力就延伸到哪個(gè)地方，無(wú)處不在�！彼伎疲–ISCO）大中華區高級副總裁殷康說(shuō)。
云計算是傳統計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)融合發(fā)展的典型產(chǎn)物，它使零碎數據可以變成相關(guān)數據，使衰敗數據可以變成鮮活數據，通過(guò)云計算，共享的軟硬件資源和信息可以按需求提供給計算機和其他設備。
殷康說(shuō)，云計算使得大數據有了生存空間和價(jià)值，有了“從智能走向智慧”的可能性。專(zhuān)家表示，信息化和工業(yè)化的融合非常重要，驅動(dòng)這個(gè)融合過(guò)程的是兩個(gè)引擎——縱向上的云計算性能的提高和橫向上的產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間的開(kāi)放。
IBM軟件集團智慧城市事業(yè)部首席架構師朱華宇認為，制造過(guò)程中的洞察力有賴(lài)于大數據的實(shí)時(shí)監測和有效預測，而產(chǎn)品優(yōu)化上的洞察力則還要依靠客戶(hù)的反饋，所以，對非結構化數據的處理能力，是大數據技術(shù)應用于制造業(yè)需要突破的一個(gè)瓶頸。
大數據與云計算的結合，具體到一個(gè)企業(yè)上，就是促進(jìn)企業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉變，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)消除不對稱(chēng)的商業(yè)模式，并且培養制造過(guò)程中的洞察力和產(chǎn)品優(yōu)化上的洞察力。
上升到整個(gè)制造業(yè)層面，大數據與云計算可以為產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更高的效益、生產(chǎn)的靈活性與安全性，以及新的創(chuàng )新平臺，促進(jìn)制造業(yè)從生產(chǎn)型制造向服務(wù)型制造轉變，最終朝著(zhù)智能制造和云制造方向跨進(jìn)。
人機共融成新一代機器人發(fā)力點(diǎn)
未來(lái)機器人不僅能跟人融合，而且還會(huì )變得比較便宜。讓中小企業(yè)用得起機器人，既要靈活，又要便宜，這是目前很難實(shí)現的目標，但卻是下一步努力的方向。
根據國家部署，我國機器人產(chǎn)業(yè)未來(lái)十年的發(fā)展，將圍繞汽車(chē)、機械、電子、危險品制造、國防軍工、化工、輕工等工業(yè)機器人、特種機器人，以及醫療健康、家庭服務(wù)、教育娛樂(lè )等服務(wù)機器人應用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)機器人標準化、模塊化發(fā)展，擴大市場(chǎng)應用。突破機器人本體、減速器、伺服電機、控制器、傳感器與驅動(dòng)器等關(guān)鍵零部件及系統集成設計制造等技術(shù)瓶頸。
工業(yè)機器人作為自動(dòng)化技術(shù)的集大成者，一直被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域“皇冠上的明珠”。據中國工程院院士王天然介紹，工業(yè)機器人自誕生以來(lái)實(shí)現廣泛發(fā)展，而且還在向其他領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)轉移，派生出新的領(lǐng)域，如服務(wù)機器人等。
據權威機構預測，機器人是未來(lái)影響人類(lèi)工作與生活的關(guān)鍵技術(shù)之一，其中，用于增加人的生產(chǎn)能力的工業(yè)機器人和用于醫療方面的機器人將會(huì )產(chǎn)生很大的影響。
特別是在緩解勞動(dòng)力不足等問(wèn)題上，工業(yè)機器人所發(fā)揮的作用越來(lái)越大。以日本為例，王天然說(shuō)，20世紀70年代至90年代，日本經(jīng)濟高速增長(cháng)，勞動(dòng)力嚴重短缺，用了20年時(shí)間變成機器人第一大國，而且變成制造強國。進(jìn)入90年代，亞洲經(jīng)濟快速發(fā)展，該區域工業(yè)機器人需求量增幅全球最高。目前全球對工業(yè)機器人的需求仍然很廣泛，按照工作崗位算，工業(yè)機器人只占5.63％。
王天然說(shuō)，目前，工業(yè)機器人已經(jīng)在汽車(chē)整車(chē)及零部件、工程機械、軌道交通、低壓電器、電力等領(lǐng)域有了較好的應用，而且機器人技術(shù)仍在不斷提升發(fā)展，主要是兩個(gè)方向：一是在機器人操作能力上追求完美，提升其速度、精度、適應性，擴大應用領(lǐng)域；二是在機器人智能化、網(wǎng)絡(luò )化上不斷努力，提高機器與人的交互能力。
有統計顯示，從1990年到2000年，工業(yè)機器人定位精度提高了61％，平均無(wú)故障時(shí)間增加了137％，價(jià)格差不多降了一半。據日本預測，到2030年，機器人重復定位精度將會(huì )翻一番，絕對定位精度將提高一個(gè)數量級。
“現在教機器人怎么干活的辦法很笨，人要拿著(zhù)示教器，一步一步教機器人怎么操作，機器人跟著(zhù)周而復始重復操作，不能挪地方換產(chǎn)品，否則還要再教一遍�！蓖跆烊徽f(shuō)，現在的努力方向是把機器人變成生產(chǎn)過(guò)程當中的一個(gè)部件，即插即用。
目前，機器人應用領(lǐng)域正在擴大。據了解，日本在人形機器人研發(fā)方面正在取得一些突破。日本大阪大學(xué)國際電信基礎技術(shù)研究所高級研究員西尾修一說(shuō)，這種機器人看起來(lái)和人形差不多，可由操作員進(jìn)行遠程控制，實(shí)現機器人與用戶(hù)之間的自如交流。
“人機共融是新一代機器人的本質(zhì)特征，是國際機器人界努力的主要方向�！蓖跆烊徽f(shuō)，以工業(yè)機器人為例，就是機器人今后跟人在同一自然空間工作，可以配合人的需求，學(xué)習人的技能，“將來(lái)機器人能夠像徒弟一樣跟著(zhù)師傅干活，向師傅學(xué)習，人與機器人的關(guān)系，也將從主仆關(guān)系變成合作關(guān)系”。
近年來(lái)，隨著(zhù)我國有效勞動(dòng)力逐年減少、人力成本不斷上升，對機器人的需求快速增長(cháng)。據統計，2013年中國機器人銷(xiāo)量3.6萬(wàn)臺，比2012年增長(cháng)41%，超過(guò)日本，成為世界機器人的第一大市場(chǎng)。國際機器人聯(lián)合會(huì )預測，中國將在2017年擁有40萬(wàn)臺工業(yè)機器人，達到歷史最高值。
“按每臺機器人售價(jià)25萬(wàn)元，年銷(xiāo)量3.6萬(wàn)臺，每臺完成4倍于售價(jià)的應用工程，國內市場(chǎng)每年就是幾百個(gè)億的規模�！蓖跆烊徽f(shuō)，開(kāi)放的市場(chǎng)將吸引全球機器人制造商，市場(chǎng)競爭將不斷加劇。
