http://m.casecurityhq.com 2024-08-02 09:49 來源:博策咨詢
近年來,在《中國制造 2025》等戰(zhàn)略的牽引下,伴隨國內(nèi)人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先高精尖技術(shù)的不斷成熟,疊加制造業(yè)低成本優(yōu)勢減弱等的刺激,我國制造業(yè)正在經(jīng)歷由傳統(tǒng)制造的 " 工業(yè) 2.0" 時代向數(shù)字化、自動化制造 " 工業(yè) 3.0" 時代再到智能化制造 " 工業(yè) 4.0" 時代的轉(zhuǎn)型," 中國智造 " 關(guān)鍵詞全球熱度不斷提升,燈塔工廠數(shù)量不斷增多,制造業(yè)智能化程度不斷加深,制造業(yè)的智能 " 智造 " 目標正不斷實現(xiàn)。那么,以智能 " 智造 " 為核心的 " 工業(yè) 4.0" 是什么?我國 " 工業(yè) 4.0" 發(fā)展水平如何?未來的突破方向又有哪些?
01
何謂 " 工業(yè) 4.0"
" 工業(yè) 4.0" 的概念源于 2011 年德國漢諾威工業(yè)博覽會,又稱為第四次工業(yè)革命,是指將包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、機器人和自動化等一系列智能數(shù)字化技術(shù)集成到制造和工業(yè)流程,幫助企業(yè)實現(xiàn)智能 " 智造 ",提高生產(chǎn)力、效率和靈活性,同時在制造和供應(yīng)鏈運營中實現(xiàn)更智能的決策和定制。
" 工業(yè) 1.0" 到 " 工業(yè) 4.0"(圖片來源:德國人工智能研究院)
具體來看," 工業(yè) 4.0" 由嵌入式系統(tǒng)、系統(tǒng)安全、健壯性網(wǎng)絡(luò)、云計算、智能工廠 5 大技術(shù)板塊支撐,本質(zhì)是基于 " 信息物理系統(tǒng) " 實現(xiàn)智能化生產(chǎn),從而大幅提升生產(chǎn)效率、并降低生產(chǎn)成本。據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)測算,進入 " 工業(yè) 4.0" 后,制造業(yè)企業(yè)的效率會提高大約 20%,成本可以下降 20%。
" 工業(yè) 4.0"5 大支撐技術(shù)板塊(圖片來源:德國信息產(chǎn)業(yè)、電信和新媒體協(xié)會)
02
國內(nèi) " 工業(yè) 4.0" 發(fā)展現(xiàn)狀
以全球視角來看,我國已成為全世界 " 燈塔工廠 " 最多的國家,工信部已培育 421 家國家級示范工廠,包括全球光通信行業(yè)首座 " 燈塔工廠 " ——亨通光纖光棒智能制造工廠,全球重工行業(yè)首座 " 燈塔工廠 " ——三一重工北京樁機工廠,全球光伏行業(yè)首個 " 燈塔工廠 " ——隆基綠能嘉興秀洲基地。同時,我國在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)配套方面領(lǐng)先全球,建成全球最大的光纖和移動寬帶網(wǎng)絡(luò),算力總規(guī)模全球第二,具有一定影響力的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺超過 340 家。
全球光通信行業(yè)首座 " 燈塔工廠 " ——亨通光纖光棒智能制造工廠
將目光聚焦國內(nèi),中國電子技術(shù)標準化研究院最新數(shù)據(jù)顯示,全國已有 101351 家企業(yè)在智能制造評估評價公共服務(wù)平臺上開展了智能制造能力成熟度自診斷,其中,江蘇省企業(yè)數(shù)量最多,達 47972 萬家,是全國唯一數(shù)量過萬的省份,上海、河南、山東企業(yè)數(shù)量也在 5000 家以上。
全國智能制造能力成熟度自診斷企業(yè)分布圖(圖片來源:中國電子技術(shù)標準化研究院)
從智能化水平角度來看,目前,全國 8 成企業(yè)智能化仍以數(shù)字化改造的二級及以下為主,也即 " 工業(yè) 3.0" 和 " 工業(yè) 2.0",僅有 15% 的企業(yè)可以實現(xiàn) " 工業(yè) 4.0" 的網(wǎng)絡(luò)化集成和智能化升級。
全國智能制造能力成熟度自診斷企業(yè)等級分布圖(圖片來源:中國電子技術(shù)標準化研究院)
企業(yè)等級評定標準(圖片來源:中國電子技術(shù)標準化研究院)
從行業(yè)分布看,國內(nèi) 4 大智能制造領(lǐng)域中,電子信息行業(yè)智能化水平最高,網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品服務(wù)、設(shè)備管理等各評價維度評分在各行業(yè)中均居首位,裝備制造行業(yè)整體水平次之,受產(chǎn)品及行業(yè)特點影響,在能源管理、安全與環(huán)保方面智能化弱于原材料行業(yè),原材料行業(yè)、消費品行業(yè)整體水平相差不大。
四大行業(yè)各維度評估評價水平圖(圖片來源:中國電子技術(shù)標準化研究院)
03
我國 " 工業(yè) 4.0" 的破局方向
目前,我國智能制造的 " 智能 " 整體還處于 "automatic" 向 "smart" 進化的層次,智能制造系統(tǒng)基本實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、準確執(zhí)行指令等功能,但距離真正實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、自主決策,不斷優(yōu)化的 "intelligent" 層次還有很大差距,制造業(yè)的數(shù)字化、自動化向智能化改造升級,也即 " 智造 ",將是未來我國 " 工業(yè) 4.0" 發(fā)展的必然方向,具體如下:
1、實現(xiàn)全流程智能化的 " 智造 " 大腦。
" 工業(yè) 4.0" 并不是簡單的追求工業(yè)制造的自動化,數(shù)字化,而是全流程的協(xié)調(diào),在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上,還要應(yīng)對客群定制化、個性化生產(chǎn)的需求,并實現(xiàn)智能生產(chǎn)、智能設(shè)計、智能設(shè)備、智能物流、智能園區(qū)、智能決策六大維度智能系統(tǒng)的升級。想要實現(xiàn)這一目的,就必須 " 讓生產(chǎn)線學(xué)會自我思考 ",打造工業(yè) " 智造 " 大腦。
具體來看," 智造 " 大腦的發(fā)展主要分為兩大方向。一是應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、園區(qū)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G 網(wǎng)絡(luò)、邊緣計算、安全態(tài)勢感知及工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺等的各類智能硬件的生產(chǎn)制造,以控制器為心臟,以傳感硬件為皮膚。二是工業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā),主要有制造執(zhí)行系統(tǒng)、倉庫管理系統(tǒng)、發(fā)貨管理系統(tǒng)、訂單計劃與排產(chǎn)、供應(yīng)商協(xié)同、數(shù)字化工藝、質(zhì)量管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)集成等系統(tǒng)軟件,是工業(yè)智能化的神經(jīng)和血液,是實現(xiàn)仿真、產(chǎn)線、倉儲和物流的自動化的關(guān)鍵。
" 智造 " 大腦效果示意圖
2、實現(xiàn)智能化的載體——智能產(chǎn)線。
目前,國內(nèi)以汽車、鋼鐵為代表的不少行業(yè)已經(jīng)基本實現(xiàn)了生產(chǎn)線的自動化,但大部分企業(yè)以離散制造的自動化生產(chǎn)為主,尚未具備整體的集合化、智能化生產(chǎn)能力。
從產(chǎn)線的需求特點來看,智能產(chǎn)線的發(fā)展將主要集中在兩大板塊。一是對現(xiàn)有自動化產(chǎn)線的柔性整合改造,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),進行 " 萬物互聯(lián) ",將離散的自動化生產(chǎn)線連接成一個整體。二是利用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、3D 打印、人工智能等技術(shù),開發(fā)利用定制型生產(chǎn)線,對工廠客群的各類定制化生產(chǎn)需求進行 " 無人化 "" 智能化 " 響應(yīng)處理及智能化生產(chǎn)。
海爾沈陽冰箱互聯(lián)工廠的全流程智能化生產(chǎn)線
3、智能化生產(chǎn)的上游支撐,主要分為 " 智研 "" 智物 "" 智母 " 三大細分方向。
其中," 智研 " 即智能研發(fā),工業(yè)制造企業(yè)將更多地使用 CAD、CAM、CAE、CAPP、EDA 等工具軟件和 PDM/PLM 系統(tǒng)進行研發(fā),帶動仿真軟件、虛擬現(xiàn)實軟件、樣機、仿真實驗及相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)等領(lǐng)域快速發(fā)展。
" 智物 " 即智能物流," 工業(yè) 4.0" 的智能化已經(jīng)不局限于生產(chǎn)過程,制造企業(yè)內(nèi)部的采購、生產(chǎn)、銷售流程都伴隨著物料的流動,物流的智能化已成為實現(xiàn)全流程智能化的關(guān)節(jié),越來越多的制造企業(yè)在重視生產(chǎn)自動化的同時,也越來越重視物流的智能化。在此需求下,自動化立體倉庫建設(shè),無人引導(dǎo)小車 ( AGV ) 、智能吊掛系統(tǒng)、智能分揀系統(tǒng)、堆垛機器人、自動輥道系統(tǒng)等智能化設(shè)備的制造,以及智能化物流管理系統(tǒng)的開發(fā)將成為這一板塊的發(fā)展熱點。
全流程物流智能化場景圖
" 智母 " 即智能化工業(yè)母機。工業(yè)母機是指制造生產(chǎn)機械和設(shè)備的機器,有著 " 制造機器的機器 " 之稱,習(xí)慣上簡稱機床。目前,國內(nèi)工業(yè)機床已經(jīng)形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)體系,但數(shù)控化、智能化水平有待提高,高端、智能化機床國外依賴性較大。為加快我國工業(yè)母機國產(chǎn)化進程,2023 年 9 月,國家財政部等四部門發(fā)布《關(guān)于提高集成電路和工業(yè)母機企業(yè)研發(fā)費用加計扣除比例的公告》,明確規(guī)定從 2023 年 1 月 1 日至 2027 年 12 月 31 日期間,將工業(yè)母機企業(yè)開展研發(fā)活動中實際發(fā)生的研發(fā)費用稅前加計扣除比例提高至 120%,大幅降低了相關(guān)企業(yè)科研資金的壓力。而隨著我國制造業(yè)逐漸向 " 智造 " 邁進,工業(yè)母機作為支撐智能 " 智造 "、" 工業(yè) 4.0" 的關(guān)鍵設(shè)備,疊加價格、國際摩擦等因素的刺激,其國產(chǎn)化替代市場將會持續(xù)擴大。
智能化工業(yè)母機效果圖