2018年04月28日 | 未来工业的发展 人工智能与工业4.0

传统的制造业正在发生一场大变革，工业4.0时代的到来，将自动化流水线生产制造模式逐渐向互联自动化智能化生产制造模式过渡。而要怎样实现工业4.0中提到的大规模定制化生产?制造业服务化?生产柔性化?IHS高级分析师周万木在2016广州国际工业自动化技术及装备展览会工业4.0研讨会上阐述，以智能机器人为代表的智能装备是通向工业4.0的突破口。

制造业变革的背景

毋庸置疑，全球经济正在面临着走下坡路的阶段，影响全球经济发展变缓的因素有两个方面：短期因素和中长期因素。

其中短期因素包括系统性因素和结构性因素。系统性因素主要有**政策的减少，大量投资后的过剩产能消化，出口下滑，风险厌恶情绪增加等方面;结构性因素包括劳动力增长减速，全球化减速，大宗商品价格下降，市场化改革停滞。

中长期的影响因素主要包括人口结构的变化和全球经济一体化趋势向区域化转变。

人口结构的变化对经济的影响呈两极化，以印度为例，到2021年印度的60岁以下劳动人口将会上涨到54%，为制造业发展提供了大量的劳动力;相反，如德国、日本、中国，尤其日本在二十年前就已经步入老龄化社会，劳动力不足已经成为日本进入21世纪后制造业持续下滑的重要原因。

贸易再平衡，全球化向区域经济一体化拉动了发展中国家的经济，尤其是中国，是全球经济一体化的最大受益者。但目前，随着欧盟、北美自由贸易区、亚洲经济一体化的建立，全球化经济正在渐渐向区域化经济转变，受上述因素的影响，全球经济发展态势表现为：以美国为首的发达国家的经济表现平稳，而新兴经济体表现欠佳。

制造业革命是技术、市场和社会发展的必然选择

与起源于机械化、智能化和信息技术化的前三次革命不同，工业4.0是技术、市场与社会发展的必然选择。工业4.0要求增加制造柔性，同时小批量多批次的定制化需求增加，必须快速响应需求变化，个性化多样性需求，同时用户、客户和合作伙伴参与到价值穿着，促进制造向服务延伸。

随着劳动力老龄化问题造成劳动力短缺，成本上升，人机协作，机器与机器协作，通过人、数据和生产设备的集成整合提升生产效率。

工业4.0对于节能减排也提出新的要求，随着工厂的智能化，不仅能够大幅提升生产效率，还能够解决能源消耗能社会问题，实现绿色制造，减少能耗，提高能源利用效率，降低成本。

而在技术方面，则是OT、IT、DT、RT融合技术正在不断突破瓶颈，利用智能机器人、3D打印、云计算、物联网、人工智能、深度学习等技术，将自动化、数字化逐渐向网络化、智能化发展。

制造业革命是基于CPS的全方位互联

制造业革命的核心是通过CPS系统将制造业智能化，通过智能制造生产智能产品。基于CPS(Cyber-Physical Systems)智能化，促使企业建立全球网络，把产品设计、制造、仓储、生产设备融入CPS中，通过这些制造要素信息间相互独立地自动交换，接收动作指令、进行无人控制。工业4.0借助CPS系统实现实际装置与控制网络的有机连接，通过3C(Computing、Communication、Control)技术的有机融合与深度协作，将技术人员的工作思维在时间与空间方面都得到延伸。借助物联网，智能工厂生产出智能产品，实现人、机、物的有机结合。在工业4.0时代，CPS系统在引领智能制造的过程中发挥着重要作用，工业4.0的到来必然改变现有的工业结构，智能制造业必将又一次焕发出新的生命力。

制造业革命是全方位集成：智能工厂与智能生产

无论是德国工业4.0，美国工业互联网，或者我们中国制造2025，“互联网+”也好，最后的指向就是我们的制造业要走向智能工厂、智能制造。工业4.0项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现;二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。工业4.0全方位集成了价值链企业间的横向集成，企业内部网络化制造系统纵向集成，产品生命周期和权价值网络端到端集成，最后落脚点都在智能工厂与智能制造。

从传统工业机器人到智能机器人，已经成为实现智能工厂与智能生产的主要方式。据IHS统计，2015年智能机器人的需求量是6.5万台，同比增长24%;GGII预计，2016年SCARA、100公斤以内多关节机器人、AGV等需求量将保持25%以上增速，100公斤以上过关节机器人增速在10%以内。

传统工业机器人只能在结构化环境下作为自动化设备或机器，完成程序的规定动作，而智能机器人能在非结构化环境中使用，并拥有感知能力、认知判断、执行能力等特性，当机器人不仅仅能够按照既定程序去执行，而且能与人、材料、其他设备产生交互，才能叫做智能机器人。目前的智能工厂需要自动化和传统的工业机器人，但将来需要更多的智能机器人。从最初的KISMET到近几年出现的JIBO、PEPPER、BUDDY，智能机器人的感知能力和认知能力已经实现了大幅度提升。

智能机器人通过机器与机器之间的协作则具有增加网络功能，智能监控维护功能，主轴监控功能;机床与3D打印做成一体化设备，实现增材与减材制造的优势互补，生产系统的整合，与机器人连接，组成融合系统，是产线更加柔性化，借助无线网络、机床和最终用户连接，得到最终用户的反馈和使用信息，远程故障诊断，对机床的运行情况进行全天候的实时自动监控，云计算大数据平台的支持，使机器人成为智能终端和智能节点，机器人可以上传或者下载知识和经验(地图信息或者抓取物品的经验)，机器人互相学习;通过人机协作，发挥机器人和人各自的优势，具有编程方便，设置快速，减少停产时间，灵活部署(移动性、轻便、占地少、地板、墙、天花板)，人机协同和安全，整体投资回报快等优点。