智能制造：儀器儀表產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇

機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所（北京 100055）

SHI Zhenshan

( Instrumentation Technology & Economy Institute, P.R.China 100055 )

摘要：智能制造將引發(fā)制造業(yè)一場新的革命。本文論述了智能制造裝備的發(fā)展趨勢，測量、控制和自動化技術(shù)在智能制造裝備中的地位和作用，以及“十二五”期間我國實施智能制造裝備發(fā)展規(guī)劃給儀器儀表行業(yè)帶來的新的機遇和挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵詞：智能制造  儀器儀表  產(chǎn)業(yè)政策

Abstract：The intelligent manufacturing will trigger a revolution of manufacturing. This paper discusses the development tendency of intelligent manufacturing equipment, the status and role of measurement, control and automation technology in intelligent manufacturing equipment, new opportunity and challenge of The 12th Five-Year Plan on Intelligent Manufacturing Equipment Development for China instrument and control industry.

Key word：intelligent manufacturing  instrument  industry policy

 

    智能制造是具有信息的感知與分析、經(jīng)驗與知識的表示與學(xué)習(xí)以及智能決策與執(zhí)行功能的制造系統(tǒng)。智能制造是制造自動化、數(shù)字化發(fā)展的必然結(jié)果，它的發(fā)展和應(yīng)用，對降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量、提升制造業(yè)國際競爭力具有重要意義。自智能制造提出以來，主要發(fā)達國家相繼將其列入國家發(fā)展計劃，大力推廣和應(yīng)用。以工業(yè)機器人在制造業(yè)的應(yīng)用為例，主要發(fā)達國家每萬名生產(chǎn)工人占有機器人的數(shù)量已達200臺左右，其中，日本最高達306臺，遠高于中國的15臺。

    2008 年全球金融危機爆發(fā)以來，美、日、德等主要發(fā)達國家將智能制造作為重振制造業(yè)的重要武器。美國2011 年 6 月正式啟動 “先進制造伙伴計劃 ”，旨在加快搶占 21 世紀(jì)先進制造業(yè)制高點。當(dāng)年度投入 7000萬美元用于支持新一代機器人研發(fā)，計劃在未來 20 年內(nèi)通過人工智能、機器人和數(shù)字化制造三項關(guān)鍵智能制造技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，再次贏得在全球制造業(yè)的領(lǐng)先地位。同年 12 月，白宮宣布成立制造業(yè)政策辦公室，推動美國制造業(yè)復(fù)蘇和出口。2012 年，美國總統(tǒng)奧巴馬在其《國情咨文》中再次強調(diào)，美國正面臨把制造業(yè)從中國等地遷回本土的大好機會。美國加州奇點大學(xué)瓦德瓦教授在華盛頓郵報上發(fā)表署名評論“為什么說現(xiàn)在該輪到中國擔(dān)心制造業(yè)了”，聲稱“人工智能＋機器人＋數(shù)字制造＝制造業(yè)革命，美國將用高新技術(shù)重振制造業(yè)并打敗中國”。英國政府 2011 年發(fā)布了《英國發(fā)展先進制造業(yè)的主要策略和行動計劃》，對制造業(yè)進行重新認(rèn)識和定位，強調(diào)重新重視制造業(yè)的發(fā)展。法國政府也在 2010年 3 月宣布 5 年內(nèi)要將制造業(yè)產(chǎn)出增加 25% 。日本通過加快發(fā)展協(xié)同式機器人、無人化工廠提升制造業(yè)的國際競爭力。德國也計劃加大科研投入，推動制造業(yè)向永續(xù)制造、智能制造發(fā)展。

    2012年4月作者有機會參觀了在德國舉辦的“2012漢諾威工業(yè)博覽會”。漢諾威工業(yè)博覽會被公認(rèn)為世界工業(yè)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)，今年的主題為“綠色、智能”，各公司和企業(yè)展出了自己在智能化和自動化領(lǐng)域的最新技術(shù)，以及高度智能和自動化的生產(chǎn)流程對工業(yè)生產(chǎn)的根本性改變，工業(yè)生產(chǎn)的效率和精度得到了極大地提升，“數(shù)字工廠”的概念正在被越來越多的工業(yè)領(lǐng)域接受并加以應(yīng)用。“2012漢諾威工業(yè)博覽會”向世界工業(yè)界傳遞出了明確的信息：21 世紀(jì)將是智能制造獲得大發(fā)展和廣泛應(yīng)用的時代，智能制造將引發(fā)制造業(yè)的重大變革，甚至是革命性變化。

    智能制造裝備作為提升中國制造業(yè)核心競爭力、帶動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級的基礎(chǔ)支柱產(chǎn)業(yè)被賦予了無可比擬的戰(zhàn)略意義。智能制造裝備的基礎(chǔ)作用不僅體現(xiàn)在對于海洋工程、高鐵、大飛機、衛(wèi)星等高端裝備的支撐及對于其他行業(yè)制造裝備的零部件等簡單配套，而更重要的是為各行業(yè)提供控制系統(tǒng)、成套生產(chǎn)線、機器人等各種高級形式的配套和技術(shù)水平的提升。

    智能制造裝備是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級改造、實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、智能化、精密化、綠色化的基本工具，是培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的支撐，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程和產(chǎn)品使用過程節(jié)能減排的重要手段。智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的水平已經(jīng)成為當(dāng)今衡量一個國家工業(yè)化水平的重要標(biāo)志。

    智能制造裝備呈現(xiàn)出自動化、集成化、信息化、綠色化的發(fā)展趨勢。

（1）自動化。自動化和智能化是智能制造裝備的重要發(fā)展趨勢，主要表現(xiàn)在裝備能根據(jù)用戶要求完成制造過程的自動化，并對制造對象和制造環(huán)境具有高度適應(yīng)性，實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。

（2）集成化。智能制造裝備正向技術(shù)集成、系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝技術(shù)、硬件、軟件與應(yīng)用技術(shù)的集成及設(shè)備的成套，同時還體現(xiàn)在生物、納米、新能源、新材料等跨學(xué)科高技術(shù)的集成，從而使裝備得到不斷提高和升級。

（2）信息化。信息技術(shù)與先進制造技術(shù)的融合，帶來巨大的、甚至是革命性的變化。將傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)“嵌入”裝備中，實現(xiàn)裝備的性能提升和“智能”。設(shè)計及制造過程的數(shù)字化、信息化與智能化的最終目標(biāo)不僅是要快速開發(fā)出產(chǎn)品或裝備，而且要努力實現(xiàn)大型復(fù)雜產(chǎn)品一次開發(fā)成功。

    綠色化。資源、能源的壓力，使裝備必須考慮從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的全生命周期中，對環(huán)境負面影響極小，資源利用率極高，并使企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。綠色制造是提高智能制造裝備資源循環(huán)利用效率和降低環(huán)境排放的關(guān)鍵途徑。

    針對智能制造過程中的感知、分析、決策、控制、執(zhí)行五個重要環(huán)節(jié)，結(jié)合智能制造裝備自動化、集成化、信息化、綠色化的發(fā)展趨勢，不難得出儀器儀表是智能制造的基礎(chǔ)技術(shù)和裝備核心。例如100萬KW級核電站設(shè)備中傳感器和檢測點達到6000個；大型乙烯裝置中使用的儀器儀表和傳感器接近22000臺；航天飛機飛行過程測控用傳感器總量超過3500只。

    歐美日等發(fā)達國家都把儀器儀表技術(shù)列為國家發(fā)展戰(zhàn)略。美國國家長期安全和經(jīng)濟繁榮至關(guān)重要的24項技術(shù)中有6項與傳感器直接相關(guān)；日本在“國家支柱技術(shù)10大重點戰(zhàn)略目標(biāo)（2005-2015年）”中，有6項與傳感器及智能化儀器儀表技術(shù)有關(guān)。在我國，近期由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司發(fā)布的《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展路線圖》，提出突破九大關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)，推進八項智能測控裝置與部件的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，提升八類重大智能制造裝備集成創(chuàng)新能力，促進在國民經(jīng)濟六大重點領(lǐng)域的示范應(yīng)用推廣。9項關(guān)鍵智能基礎(chǔ)共性技術(shù)，全部是儀器儀表技術(shù)；8項智能測控裝置與部件有6項屬于儀器儀表范疇，提升8類重大智能制造裝備創(chuàng)新能力和在6個重點領(lǐng)域的示范應(yīng)用的關(guān)鍵點和難點也主要集中在傳感器、儀器儀表和控制系統(tǒng)上。

    工業(yè)發(fā)達國家優(yōu)勢明顯，國際競爭更加激烈。美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達國家在數(shù)控機床、儀器儀表、工業(yè)機器人等方面具有多年的技術(shù)積累，優(yōu)勢明顯，特別是高端裝備差距尤為突出。如儀器儀表行業(yè)的功能安全技術(shù)和安全儀表系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線儀表、生物集成微流路片等前瞻性技術(shù)和高端產(chǎn)品，國外公司已經(jīng)有產(chǎn)品投入市場，而國內(nèi)企業(yè)因缺少技術(shù)儲備，技術(shù)水平與國外的差距很大。一旦這些新技術(shù)和新產(chǎn)品在市場上推廣應(yīng)用，有可能出現(xiàn)新一輪國外產(chǎn)品壟斷市場的潛在危險。因此，我國進入智能制造裝備領(lǐng)域?qū)⒚媾R激烈的國際市場競爭。同時，后金融危機時代,美國、英國等發(fā)達國家重新回歸重視發(fā)展高技術(shù)的制造業(yè)，德國、日本竭力保持在智能制造裝備領(lǐng)域的優(yōu)勢和壟斷地位，韓國也力求躋身世界制造強國之列，這更加擠壓了我國智能制造裝備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間巨大，前景廣闊。國民經(jīng)濟重點產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、重大工程建設(shè)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級改造及降低碳排放的承諾，對智能制造裝備提出了巨大的市場需求。汽車工業(yè)將繼續(xù)成為高檔數(shù)控機床第一重要用戶，航空、航天、IT等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要大量高效、精密、智能、多坐標(biāo)聯(lián)動和專用數(shù)控機床，機械、紡織、冶金、石化、造船、軌道交通等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造，加大了對高檔數(shù)控機床、自動化控制系統(tǒng)及儀器儀表的需求。例如風(fēng)力發(fā)電，2009年風(fēng)電控制系統(tǒng)銷售額約為12億元，比2008年增長82%，預(yù)計到2011年將達到26億元，2008年至2011年平均增幅為41%。又如軌道交通，根據(jù)北京、上海等15個城市建設(shè)規(guī)劃統(tǒng)計，預(yù)計到2015年，中國運營軌道交通線路將達到60多條，線路總長1700km，建設(shè)投資規(guī)模將達到6000億，籌建軌道交通的城市近40個。2008年軌道交通的自動化市場需求為17.6億元，預(yù)計未來年復(fù)合增長率為35%。此外，國家提出的大力培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保、新能源、新興信息、生物、新材料、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對智能制造裝備提出了自動化、智能化、信息化、精密化、綠色化等方面更高的要求，并提供了新的、巨大的市場空間。

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