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夯實(shí)工業(yè)自動(dòng)化基礎 化解AI創(chuàng )新焦慮

發(fā)布時(shí)間:2024-06-03 11:29:58|作者:焦濤



中國的工業(yè)發(fā)展錯過(guò)了大航海時(shí)代和兩次工業(yè)革命,改革開(kāi)放四十多年來(lái),總算接軌上了工業(yè)革命的中后階段。加入了WTO,中國逐步在工業(yè)制造端以巨大的產(chǎn)能和消費市場(chǎng),走上了快速發(fā)展之路,同時(shí),也在互聯(lián)網(wǎng)的信息化時(shí)代,不斷與世界最發(fā)達的國家縮小差距,甚至在工業(yè)制造方面迅速趕超,在很多領(lǐng)域掌握了一些主動(dòng)權,尤其在全工業(yè)流程領(lǐng)域,我國取得了一些優(yōu)勢。


根據國家統計局公布的數據,在具體的工業(yè)制造領(lǐng)域,我國的工業(yè)數據和美國的工業(yè)數據對比如下:


2023年造船業(yè):中國4232萬(wàn)噸,美國60萬(wàn)噸;


2023年水泥:中國20.23億噸,美國1億噸左右;


2023年鋼鐵:中國13.6億噸,美國0.7億噸;


2023年發(fā)電量:中國9.2萬(wàn)億千瓦時(shí),美國4萬(wàn)億千瓦時(shí);


2023年汽車(chē):中國年產(chǎn)3016萬(wàn)輛,美國年產(chǎn)1000萬(wàn)輛;


2023年肉類(lèi):中國產(chǎn)量9641萬(wàn)噸,美國產(chǎn)量4600萬(wàn)噸;


但是,2023年中國GDP僅相當于美國的65.36%。


2024年春節,在中國人還在過(guò)新年的時(shí)候,openAI最新的AI軟件Sora推出,震驚了全球科技界。各大媒體都在驚呼,似乎下一代的新的AIGC智能人工智能的時(shí)代就要到來(lái)。而高端芯片領(lǐng)域,英偉達、AMD的GPU被美國限制進(jìn)口到中國,在一定程度上影響了算力,甚至可能會(huì )帶來(lái)中國大模型的研究及其他AI進(jìn)步被重新拉開(kāi)距離。


在科技浪潮洶涌澎湃的當下,人工智能(AI)正迅速而廣泛地滲透到我們生活的每個(gè)角落,人們的“AI創(chuàng )新焦慮”也與日俱增,夯實(shí)工業(yè)自動(dòng)化成為化解“AI創(chuàng )新焦慮”的重要路徑。


作為工業(yè)自動(dòng)化后來(lái)者,一些領(lǐng)域,我們通過(guò)努力學(xué)習往往能夠迎頭趕上,然后利用規模優(yōu)勢、人海戰術(shù)實(shí)現精準突破,再利用成本優(yōu)勢、價(jià)格優(yōu)勢,讓部分行業(yè)進(jìn)入我們的節奏。中國高鐵制造就是個(gè)很好的例子。某個(gè)國家要造高鐵,中國、日本、法國、德國競標,那中國一定是性?xún)r(jià)比最高的,技術(shù)也是最成熟的。國家統計局2023年的數據已經(jīng)充分證明了這一點(diǎn)。


面對最前沿的AI人工智能科技的到來(lái),要夯實(shí)工業(yè)自動(dòng)化,除了加強基礎科學(xué)研究,發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢,還要加大整體大模型的創(chuàng )新支持,加快高新芯片的追趕速度。事實(shí)上,通過(guò)四十多年追趕,中國已經(jīng)在工業(yè)化全產(chǎn)業(yè)鏈上形成了整體優(yōu)勢。我們除了需要補足高端研發(fā)創(chuàng )新,其實(shí),更需要的是在我們整體工業(yè)化制造優(yōu)勢上繼續加大創(chuàng )新,不斷升級工業(yè)化制造,使其走向智能制造,讓整體工業(yè)化創(chuàng )新走向不斷創(chuàng )新的工業(yè)自動(dòng)化、智能化。


在工業(yè)制造全產(chǎn)業(yè)鏈上,我們的工業(yè)制造主要包括儀器儀表智能化、控制系統網(wǎng)絡(luò )化、工業(yè)通信無(wú)線(xiàn)化、物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化、云計算與自動(dòng)化、低碳經(jīng)濟自動(dòng)化、安全生產(chǎn)自動(dòng)化、節約降耗自動(dòng)化、模擬仿真普適化和工控軟件的發(fā)展。

 

作為物聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)化這個(gè)領(lǐng)域的研究者,我參與了一些與之相關(guān)的項目,并獲得了中國造船工程科學(xué)技術(shù)一等獎和山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才等榮譽(yù)。以該領(lǐng)域的現代造船技術(shù)為例,在船體制造中,切割、卷板、剪板、折彎等工藝已經(jīng)實(shí)現了自動(dòng)化,唯獨復雜曲面的加工成型仍然處于手工作業(yè)階段,該工藝被稱(chēng)為“水火彎板工藝”,其效率低、成型質(zhì)量差、嚴重依賴(lài)高級技工的個(gè)人經(jīng)驗且污染環(huán)境。復雜曲面工件在現代造船中必不可少,因為,復雜形狀的拼接可以保證船體的流線(xiàn)型結構,減少船舶行進(jìn)過(guò)程中的阻力,其加工難度大、耗時(shí)長(cháng),已經(jīng)成為制約船體制造的“瓶頸難題”。


早在20世紀60年代至90年代,美國、日本、韓國的專(zhuān)家學(xué)者就對該難題進(jìn)行廣泛和深入的研究。其中,日本石川島播磨重工業(yè)公司(IHI)開(kāi)發(fā)了ALPHA System,韓國首爾大學(xué)研制了iCAM 自動(dòng)水火彎板自動(dòng)加工系統,美國麻省理工學(xué)院Hardlt教授提出了可重構模具(Reconfigurable Die)的概念。以上研發(fā)都停留在研究階段,均未投入工程化應用。


為了解決這一難題,我們從可重構模具的理念出發(fā),構建了“軟件驅動(dòng)、硬件互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)成型體系,讓方形壓頭矩陣在控制系統的控制下任意升降和造型,取代了變化萬(wàn)千的模具,其主要的創(chuàng )新點(diǎn)有以下幾個(gè)方面:1、發(fā)明了一種新的板材成形方法:方形壓頭可調活絡(luò )模具板材曲面成形裝置,解決了壓痕與皺褶問(wèn)題。2、提出了非對壓地成型的新方法,解決了板材起皺問(wèn)題。3、提出了上??梢苿?dòng)裝置:不僅降低了彎板機的高度與重心,增大了彎板機的穩定性,同時(shí)視覺(jué)空間增大,更有利于實(shí)時(shí)激光三維測量,方便了板料的安放與起吊和對上、下模具的維護和保養。4、提出了上模聯(lián)動(dòng)施壓方法:使用并聯(lián)油路油缸驅動(dòng)的上模群壓頭對船板施壓的技術(shù),具有先壓住板材受壓縮變形部位的功能,能進(jìn)一步防止板材截面受壓發(fā)生失穩的情況。5、提出了基于在線(xiàn)實(shí)時(shí)檢測的快速逐步逼近彎曲成形法,無(wú)須進(jìn)行復雜的回彈計算和曲面重構,即可簡(jiǎn)單方便地解決船板成形加工的回彈難題,為船舶三維數控冷彎機的研制奠定了基礎。6、提出了基于中型PLC的組網(wǎng)并行控制方法,由伺服電機、驅動(dòng)器、減速機驅動(dòng)螺桿精確運動(dòng),伺服電機群組組網(wǎng)可任意延展,實(shí)現可重構模具的任意造型。此外,通過(guò)集成創(chuàng )新,我們開(kāi)發(fā)了船舶三維數控彎板機控制系統。包括基于非均勻有理B樣條(NURBS)的曲面成型技術(shù)、自動(dòng)調形控制;通過(guò)集成創(chuàng )新,我們還開(kāi)發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的船舶三維數控彎板機的智能控制系統,在此基礎上形成了技術(shù)成熟的三維船體外板加工流程。


以上關(guān)鍵的創(chuàng )新點(diǎn)解決了很多難題,包括工件加工的表面問(wèn)題、工件成型的精度難題、工件加工的效率難題、工件加工的速度難題、工件加工的能力難題、工件加工過(guò)程中的污染難題、工件加工過(guò)程中對加工工藝依賴(lài)的難題等。


以上技術(shù)已經(jīng)在中國造船、航空、醫療等領(lǐng)域被廣泛地應用,并于2020年被中國造船工程學(xué)會(huì )吳優(yōu)生院士為首的專(zhuān)家組鑒定為中國首創(chuàng )和世界領(lǐng)先。隨著(zhù)工程化應用帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步,以上技術(shù)得到了更加充分的提升,其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )自學(xué)習功能可以記錄每一個(gè)不同高級技師的操作和彎板習慣,并進(jìn)行學(xué)習模仿,大數據庫可以記錄每一個(gè)不同工件的材料特性和成型辦法,并進(jìn)一步輔助生產(chǎn),提高效率。


作為這個(gè)行業(yè)的創(chuàng )新者、參與者,通過(guò)我們智能化的工業(yè)自動(dòng)化不斷創(chuàng )新,不但讓我們的全產(chǎn)業(yè)工業(yè)制造可以在全球繼續保持絕對的領(lǐng)先,同時(shí),在人口老化及勞動(dòng)力優(yōu)勢不斷降低的趨勢下,在全球競爭中,還能讓我們的工業(yè)制造形成一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化、智能化的高效率制造優(yōu)勢,讓最好的AI出現,讓終端產(chǎn)品制造形成具備量產(chǎn)和普及的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。


就像特斯拉,全球最好的電動(dòng)汽車(chē)量產(chǎn)工廠(chǎng)最終還是在我們的上海特斯拉工廠(chǎng)實(shí)現。同樣,蘋(píng)果手機不斷在全球轉移制造業(yè),但其最高端、最新的產(chǎn)品量產(chǎn)依然離不開(kāi)中國的制造工廠(chǎng)。我們擁有全球最大數量的全產(chǎn)業(yè)制造工程師,同時(shí),這也是我們中國全產(chǎn)業(yè)鏈的工業(yè)自動(dòng)化、智能化在不斷進(jìn)化的結果。


焦濤.jpg

焦濤,中國工業(yè)合作協(xié)會(huì )先進(jìn)制造分會(huì )副會(huì )長(cháng),曾榮獲第八屆中國創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽先進(jìn)制造領(lǐng)域山東賽區第1名,第四屆山東省工業(yè)4.0創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽一等獎等,被評為第四屆博鰲亞洲企業(yè)論壇中國經(jīng)濟年度人物·杰出青年。

責任編輯:王燦燦 校對:海洋

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