制造業(yè)已進(jìn)入技術(shù)大變革時(shí)代。借助關(guān)鍵新興技術(shù)，企業(yè)可實(shí)現(xiàn)商業(yè)模式、研發(fā)與制造模式、企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式的突破性創(chuàng)新。
??增材制造、物聯(lián)網(wǎng)、虛實(shí)融合、材料工程、協(xié)作機(jī)器人、人工智能等新興技術(shù)，將對(duì)智能制造的發(fā)展帶來(lái)顛覆性的變革。本文著重介紹這些新興技術(shù)的最新發(fā)展和應(yīng)用趨勢(shì)。
??1.增材制造（三維打?。?BR>??增材制造技術(shù)早期叫做快速成型(Rapid Prototyping)， 是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極的推動(dòng)作用，主要包括FDM(熔融層積成型)、SLA（立體平版印刷）、SLS（選擇性激光燒結(jié)）和DLP（數(shù)字光處理）等技術(shù)。三維打印是各種快速成型技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)?？焖俪尚图夹g(shù)的材料主要是非金屬，主要用于研發(fā)階段的驗(yàn)證。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多家企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)已實(shí)現(xiàn)了金屬材料的快速成型，成型的速度、精度不斷提高，材料價(jià)格不斷下降，可以直接制造單件小批的零件，因此，國(guó)際上將該技術(shù)領(lǐng)域稱(chēng)為增材制造(Additive Manufacturing)。
目前，國(guó)際主流的增材制造產(chǎn)品和解決方案提供商包括3D systems、Stratasys，以及專(zhuān)注于金屬增材制造的EOS等。最近兩年，主流的IT廠(chǎng)商開(kāi)始進(jìn)軍該領(lǐng)域，增材制造領(lǐng)域進(jìn)入了快速發(fā)展階段。例如惠普推出能夠打印真彩色和多種材料的多射流熔融(Multi-Jet Fusion)技術(shù)的3D打印機(jī)（型號(hào)分別是3200和4200），打印速度比其他三維打印機(jī)快十倍。Autodesk公司則推出基于DLP技術(shù)（數(shù)字光處理，Digital Light Processing）的Ember三維打印機(jī)和開(kāi)放的Spark三維打印平臺(tái)，并與Windows10操作系統(tǒng)進(jìn)行了集成。2016年9月，GE出資6.85億美元收購(gòu)瑞典著名工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)制造商Arcam公司，該公司擁有電子束熔融( EBM)金屬3D打印技術(shù)。全球激光加工巨頭通快集團(tuán)也推出了金屬材料增材制造設(shè)備。最近，由華中科技大學(xué)張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的“鑄鍛銑一體化”金屬3D打印技術(shù)，成功制造出了世界首批3D打印鍛件。運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)零件，其精細(xì)程度比激光3D打印提高50%。同時(shí)，零件的形狀尺寸和組織性能可控，大大縮短產(chǎn)品周期。
??全球IT巨頭、制造業(yè)巨頭和學(xué)術(shù)界的共同關(guān)注，市場(chǎng)對(duì)個(gè)性化定制需求的迅速增長(zhǎng)，推動(dòng)了增材制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用。GE在美國(guó)匹茲堡設(shè)立了增材制造工廠(chǎng)，西門(mén)子則在瑞典設(shè)立了增材制造工廠(chǎng)。
??增材制造技術(shù)可以與機(jī)器人加工、CAE分析、拓?fù)鋬?yōu)化、材料創(chuàng)新，以及傳統(tǒng)的切削加工結(jié)合起來(lái)，提高制造效率、提升制造精度、顯著降低零件重量、明顯提升零件強(qiáng)度，大幅度降低制造成本。德國(guó)機(jī)床巨頭DMG MORI已率先推出增材制造和切削加工實(shí)現(xiàn)混合制造的加工中心。全球設(shè)計(jì)軟件領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商Autodesk公司推出衍生設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了增材制造技術(shù)與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的集成應(yīng)用。美國(guó)的高端運(yùn)動(dòng)品牌Under Armour已經(jīng)使用了Autodesk衍生設(shè)計(jì)和增材制造技術(shù)來(lái)制造運(yùn)動(dòng)鞋。
??2.物聯(lián)網(wǎng)
??物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)( Internet of Things)是目前全球最熱門(mén)的技術(shù)領(lǐng)域之一。未來(lái)傳感器的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人類(lèi)的數(shù)量，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)模將遠(yuǎn)大于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)。制造業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用最重要的領(lǐng)域。思科公司的研究報(bào)告認(rèn)為，制造業(yè)將占整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的27%。
??GE公司推出的面向制造業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)Predix受到業(yè)界高度關(guān)注，該平臺(tái)可以有效支撐物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)應(yīng)用。GE組建了GE數(shù)據(jù)集團(tuán)，力圖將Predix發(fā)展成為制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開(kāi)放云平臺(tái)，最近，GE宣布將Predix平臺(tái)全面開(kāi)放。西門(mén)子發(fā)布了開(kāi)放的工業(yè)云平臺(tái)Mindsphere，可以接入各種傳感器的信息，制造企業(yè)可將其作為數(shù)字化服務(wù)，例如預(yù)測(cè)性維護(hù)、能源數(shù)據(jù)管理以及工廠(chǎng)資源優(yōu)化的基礎(chǔ)。美國(guó)PTC公司則形成了以物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)ThingWorx為基礎(chǔ)的整體解決方案。三一重工則結(jié)合自身在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，推出了“樹(shù)根互聯(lián)平臺(tái)”，打造本土的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)已交付給客戶(hù)的產(chǎn)品傳感器參數(shù)的采集，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)和智能服務(wù)，可以促進(jìn)產(chǎn)品的備品備件銷(xiāo)售，避免產(chǎn)品運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)異常停機(jī)，具有廣闊的發(fā)展空間。下圖是一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)測(cè)性維護(hù)服務(wù)的典型案例。
??3.虛實(shí)融合技術(shù)
??西門(mén)子、PTC和達(dá)索系統(tǒng)三大PLM(產(chǎn)品全生命周期管理)技術(shù)主流廠(chǎng)商紛紛強(qiáng)調(diào)Digital Twin（虛實(shí)融合）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際產(chǎn)品和數(shù)字產(chǎn)品模型的虛實(shí)融合，實(shí)際裝備和裝備的數(shù)字化模型的虛實(shí)融合，以及實(shí)際車(chē)間與數(shù)字化車(chē)間的虛實(shí)融合。
??沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)的i5機(jī)床實(shí)現(xiàn)了加工中心的真實(shí)加工過(guò)程和數(shù)字模擬的加工過(guò)程的虛實(shí)融合，通過(guò)手機(jī)掃描二維碼，可以在加工中心進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品加工時(shí)，在手機(jī)上看到對(duì)產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行的加工仿真。產(chǎn)品的虛實(shí)融合技術(shù)使企業(yè)可以從實(shí)際產(chǎn)品中，通過(guò)傳感器和物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)字產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真分析，從而實(shí)現(xiàn)不僅知其然，而且知其所以然，幫助企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品。海爾膠州工廠(chǎng)應(yīng)用了車(chē)間的虛實(shí)融合技術(shù)，可以將車(chē)間的三維數(shù)字模型與MES系統(tǒng)反饋的設(shè)備狀態(tài)等實(shí)時(shí)信息結(jié)合起來(lái)，展示出車(chē)間的實(shí)時(shí)狀態(tài)，為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)提供了新的途徑。
?4.協(xié)作機(jī)器人（COBOT）
??以往，工業(yè)機(jī)器人都是與人隔開(kāi)，孤立地工作。2015年，ABB推出雙臂的14軸協(xié)作機(jī)器人YUMI，可以幫助電子工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小件裝配的自動(dòng)化應(yīng)用，將人與機(jī)器人并肩合作變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。博世也推出協(xié)作機(jī)器人APAS，它是協(xié)作機(jī)器人中首個(gè)獲得認(rèn)證的助理系統(tǒng)，可以協(xié)助人類(lèi)工作，且無(wú)需任何額外的防護(hù)。機(jī)器人的保護(hù)皮衣是觸覺(jué)檢測(cè)裝置，當(dāng)檢測(cè)到人靠近時(shí)，其會(huì)自動(dòng)降低運(yùn)行速度；在人離開(kāi)該區(qū)域后，機(jī)器人會(huì)白動(dòng)恢復(fù)正常速度。未來(lái)的制造模式并不是機(jī)器換人，而是人機(jī)協(xié)作。協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用將徹底改變未來(lái)工廠(chǎng)的生產(chǎn)組織和工人的工作方式。
 ??5.材料工程
??世界材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以每年約30%的速度增長(zhǎng)，化工新材料、微電子、光電子、新能源是研究最活躍、發(fā)展最快的新材料領(lǐng)域，復(fù)合材料的應(yīng)用越來(lái)越廣闊。圍繞著材料創(chuàng)新，國(guó)內(nèi)外都在開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研的協(xié)作。復(fù)合材料的制造工藝與傳統(tǒng)的金屬材料制作工藝和制造裝備差別很大。既能夠保持材料的強(qiáng)度，又能夠減輕重量，是復(fù)合材料的一大優(yōu)勢(shì)。眾所周知，波音787飛機(jī)復(fù)合材料的使用率已經(jīng)達(dá)到了50%。
??國(guó)際著名PLM研究機(jī)構(gòu)CIMDATA已經(jīng)將材料工程作為產(chǎn)品創(chuàng)新平臺(tái)的核心組成部分。在美國(guó)國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中，已建成的九個(gè)研究所中，就包括了輕型現(xiàn)代金屬制造業(yè)創(chuàng)新研究所、復(fù)合材料制造創(chuàng)新研究所、革命性纖維和紡織品創(chuàng)新制造研究所等與材料創(chuàng)新直接相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)，足以說(shuō)明美國(guó)對(duì)材料創(chuàng)新的重視。在新能源領(lǐng)域，石墨烯材料的應(yīng)用也被寄予厚望。
??6.人工智能技術(shù)
??IBM非常重視人工智能技術(shù)的研究，提出了認(rèn)知計(jì)算( Cognitive Computing)理念，應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)。在2016年漢諾威工業(yè)展上，IBM展出了認(rèn)知計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的應(yīng)用。首先通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程設(shè)備工況工藝參數(shù)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，再對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)；然后在離線(xiàn)狀態(tài)下，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)挖掘產(chǎn)品缺陷與物聯(lián)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，形成控制規(guī)則；接下來(lái)在在線(xiàn)狀態(tài)下，通過(guò)增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)和實(shí)時(shí)反饋，控制生產(chǎn)過(guò)程減少產(chǎn)品缺陷；最后集成專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)學(xué)習(xí)結(jié)果。另外，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在制造業(yè)也開(kāi)始得到應(yīng)用，例如Honeywell推出了語(yǔ)音揀貨技術(shù)。華中科技大學(xué)李德群院士開(kāi)發(fā)的智能注塑機(jī)，也采用了人工智能技術(shù)來(lái)計(jì)算最優(yōu)化的工藝參數(shù)，從而大大提高產(chǎn)品的合格率，顯著降低能耗。
??以上分析的六項(xiàng)新興技術(shù)，每項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展都給制造業(yè)帶來(lái)重大變革。在同一時(shí)期，這六大新興技術(shù)都取得了跨越式發(fā)展，而且是交相輝映，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同應(yīng)用，因此能夠幫助應(yīng)用這些關(guān)鍵技術(shù)的企業(yè)實(shí)現(xiàn)商業(yè)模式、研發(fā)與制造模式、企業(yè)運(yùn)營(yíng)模式的突破性創(chuàng)新。這昭示著，制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)大變革時(shí)代。這個(gè)時(shí)代對(duì)創(chuàng)新者會(huì)帶來(lái)極大的機(jī)遇，而保守者則會(huì)加速退出歷史舞臺(tái)。 | 
