活動(dòng)鏈接：2016年控制網(wǎng)專(zhuān)題——探尋制造企業(yè)的智能轉型之路

梅雪松（1963-），教授、博士生導師、長(cháng)江學(xué)者特聘教授、“機械系統診斷與控制”教育部創(chuàng )新團隊帶頭人。1991年6月獲西安交通大學(xué)博士學(xué)位留校任教至今，期間赴日本東京農工大學(xué)訪(fǎng)問(wèn)研究一年，多次赴日本、德國、美國大學(xué)開(kāi)展學(xué)術(shù)交流和講座。目前任陜西省智能機器人重點(diǎn)實(shí)驗室主任。

曾任國家十二五863計劃先進(jìn)制造領(lǐng)域專(zhuān)家、科技部十二五“數控一代示范工程”專(zhuān)家組成員等職務(wù)，現任科技部十三五重點(diǎn)研發(fā)計劃論證專(zhuān)家組成員、陜西省機器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新聯(lián)盟副理事長(cháng)兼秘書(shū)長(cháng)等職務(wù)。

長(cháng)期從事機床數控技術(shù)、超快激光加工技術(shù)等方面的研究工作。作為第一獲獎人獲教育部科技進(jìn)步一等獎2項、陜西省科技進(jìn)步一等獎1項、國家教學(xué)成果二等獎1項；主編《主軸高精度動(dòng)平衡》等專(zhuān)著(zhù)2部；發(fā)表期刊論文130余篇（SCI/EI收錄100余篇）、獲發(fā)明專(zhuān)利授權30余項。

當前，隨著(zhù)德國“工業(yè)4.0”計劃的提出，歐美各國大力開(kāi)展制造業(yè)的網(wǎng)絡(luò )化和智能化技術(shù)開(kāi)發(fā)和應用，以提高其制造業(yè)的競爭能力。面對世界制造業(yè)發(fā)展以及挑戰，我國適時(shí)地提出了《中國制造2025》、智能制造的制造業(yè)中長(cháng)期發(fā)展規劃。而對于中國制造業(yè)而言，由于基礎自動(dòng)化建設水平的參差不齊，智能制造的實(shí)現不可能一蹴而就。如何清醒認識中國制造業(yè)發(fā)展現狀，探索出一條具有中國特色的智能制造發(fā)展之路？本期智能制造專(zhuān)欄，對話(huà)西安交通大學(xué)梅雪松教授，暢談其對此的獨到見(jiàn)解。

《自動(dòng)化博覽》：請您談?wù)剬ξ覈圃鞓I(yè)發(fā)展現狀的看法，您認為中國制造業(yè)在向智能制造轉型的過(guò)程中，面臨哪些困難？

梅雪松：對于我國制造業(yè)發(fā)展現狀，很多專(zhuān)家和文章已經(jīng)有了比較清楚的結論?？偨Y起來(lái)就是產(chǎn)品制造能耗高、附加值低、處于價(jià)值鏈的低端。產(chǎn)品制造過(guò)程總體上是設計等同“畫(huà)圖”、制造依賴(lài)“人手”， 而依靠數字化、自動(dòng)化尤其是技術(shù)創(chuàng )新等體現現代制造特征的要素明顯不足，與制造強國相比有很大的差距。

目前中國制造業(yè)出現所謂的產(chǎn)能過(guò)?，F象，制造出來(lái)的產(chǎn)品市場(chǎng)需求不旺、賣(mài)不出去，制造企業(yè)日子不好過(guò)。但另一方面，國內很多消費者到國外先進(jìn)國家大量采購各種產(chǎn)品，從普通的日用品到制造基礎裝備如高檔數控機床等。這一現象說(shuō)明當前人們的需求發(fā)生了改變，中國人從過(guò)去的“無(wú)”、到現在的“有”、發(fā)展到今后的“好”、“精”等需求，和發(fā)達國家一樣，也在追求高品質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。這種變遷來(lái)的快、急，很多制造企業(yè)在技術(shù)、人才、能力等方面都沒(méi)有做好準備，甚至很多企業(yè)依然是過(guò)去鄉鎮企業(yè)的發(fā)展方式，追求廉價(jià)的批量產(chǎn)品制造模式，而面對消費者需求的轉變，顯然老的制造業(yè)發(fā)展方式已經(jīng)難以為繼，因而，產(chǎn)品制造質(zhì)量不能滿(mǎn)足國人的需求，制造成本不敵發(fā)達國家也是必然現象。因此，基于需求方，追求高質(zhì)量的產(chǎn)品制造與服務(wù)是大勢所趨，而基于供給方，與世界制造強國的正面競爭不可避免。

智能制造所體現的產(chǎn)品全生命周期智能化，以及所倡導的制造過(guò)程綠色化、高品質(zhì)、低成本等特征，不僅需要先進(jìn)的高科技技術(shù)，更需要高素質(zhì)的人才來(lái)實(shí)現，我國制造企業(yè)在當前這種產(chǎn)能過(guò)剩情況下，一方面要生存下來(lái)，同時(shí)要實(shí)現結構轉型，而我國在智能制造基礎技術(shù)和實(shí)施條件等平臺方面有所欠缺，就是我國在向智能制造轉型的過(guò)程中遇到的最大困難。

《自動(dòng)化博覽》：您認為目前我國智能制造發(fā)展之路亟待解決或改進(jìn)的關(guān)鍵問(wèn)題有哪些?

梅雪松：要實(shí)現智能制造首先要深刻認識智能制造的內涵，智能制造不僅僅是簡(jiǎn)單的制造過(guò)程中的自動(dòng)化或者無(wú)人化，也不僅是產(chǎn)品本身的全生命周期中的智能化問(wèn)題，而是有可能帶來(lái)整個(gè)制造模式的變革，特別是當今物聯(lián)網(wǎng)、人工智能的發(fā)展，使得智能制造的意義更加深遠。因此，我國發(fā)展智能制造要解決的首要問(wèn)題是需對制造業(yè)的全局性進(jìn)行思考和布局，即從互聯(lián)網(wǎng)角度如何打通智能制造中的各個(gè)要素之間的數據通訊和互聯(lián)，為智能制造打造出暢通無(wú)阻的“高速數據公路”，包括制造單元、設備的數據通訊協(xié)議，實(shí)現泛在感知和數據的獲取，即第一要解決平臺問(wèn)題；第二層次是制造單元本身的自動(dòng)化、數字化，為實(shí)現制造的智能化打下基礎。所以，國家在大力發(fā)展5G等高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )平臺，是非常重要的工作；另外，我國制造設備控制器長(cháng)期由他國主導，設備的網(wǎng)絡(luò )化協(xié)議五花八門(mén)，很難統一，所以，制造單元之間的連接非常困難，形成了數據孤島和信息“梗阻”，非常不利于制造過(guò)程中的數據獲取，因而難以實(shí)現制造全局的優(yōu)化控制，包括智能化生產(chǎn)管理等。第二個(gè)層次中制造設備的自動(dòng)化、數字化問(wèn)題也是參差不齊，如果按照德國“工業(yè)4.0”來(lái)分類(lèi)，智能制造屬于“工業(yè)4.0”階段的話(huà)，那么我國大量的制造設備仍然處于2.0、甚至1.0狀態(tài)，因此，實(shí)現我國制造業(yè)的數控化，即達到3.0，為“工業(yè)4.0”做好準備和基礎就是當前亟待解決的問(wèn)題之二了。

《自動(dòng)化博覽》：您認為與其他國家相比，我國的智能制造發(fā)展戰略具有哪些獨特之處？

梅雪松：首先，我國是制造業(yè)大國，聯(lián)合國公布的281種工業(yè)品我國全部都能夠自主生產(chǎn)，而其中的271種產(chǎn)量居全世界第一，如汽車(chē)制造，我國一年就生產(chǎn)超過(guò)2000萬(wàn)輛汽車(chē)，比世界其他國家之和還要多。因此，我國智能制造發(fā)展戰略的獨特之處就是建立在這種制造大國的基礎之上，也決定了其發(fā)展方式是世界上獨一無(wú)二的；其次，前面所述的我國制造設備的自動(dòng)化、數字化水平參差不齊，我國大量的制造企業(yè)處于2.0、甚至1.0階段，設備自動(dòng)化程度不高，依賴(lài)人力實(shí)現，但是也有非常先進(jìn)的制造范例，如海爾等企業(yè)。再有，我國當前制造業(yè)很多都在追求大而全，幾萬(wàn)人的大型制造企業(yè)比比皆是，而智能制造的內涵不僅是對產(chǎn)品本身的制造智能化，也不只限于制造設備的智能化，而是制造模式的變革。因此，我國智能制造發(fā)展戰略需要考慮如何從過(guò)去集中式的大而全方式，變成分散式的專(zhuān)而精等問(wèn)題，所以，一些觀(guān)點(diǎn)認為“工業(yè)4.0”時(shí)代應該把企業(yè)做小做精，而不是做大做強。當前我國眾多的大型制造企業(yè)如何面對這樣的轉變也是一個(gè)急需解決的重要問(wèn)題。

《自動(dòng)化博覽》：請介紹一下我國智能控制技術(shù)相關(guān)學(xué)科產(chǎn)學(xué)研的發(fā)展情況。

梅雪松：智能控制技術(shù)是智能制造中的重要一環(huán)，也是當前產(chǎn)業(yè)界迫切需要解決的問(wèn)題之一。我國智能控制技術(shù)在流程工業(yè)中發(fā)展得較好，如化工過(guò)程等大型的控制裝置開(kāi)發(fā)與應用相對有成熟的產(chǎn)學(xué)研合作范例。近年來(lái)。在科技部863等項目支持下，浙江中控、和利時(shí)等企業(yè)與高校合作，開(kāi)發(fā)了很多智能控制器，一些大型的工業(yè)制造過(guò)程已經(jīng)實(shí)現國產(chǎn)控制器應用，但與西門(mén)子、ABB、三菱電機自動(dòng)化等國際領(lǐng)先企業(yè)相比，產(chǎn)品還是有明顯的差距。離散工業(yè)中的控制技術(shù)最引人注目的是數控機床控制系統技術(shù)。我國華中數控、廣州數控等眾多企業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速，國產(chǎn)高檔數控機床目前已經(jīng)部分采用國產(chǎn)數控系統，但與日本發(fā)那科、德國西門(mén)子等數控系統相比仍存在明顯差距。因此，未來(lái)智能化技術(shù)在數控系統中的應用將成為我國在數控系統領(lǐng)域迎頭趕上的一個(gè)重要機會(huì )。

當前，智能控制技術(shù)急需解決的就是我國離散工業(yè)中應用的各種通用設備的智能化問(wèn)題。在“十二五”期間，科技部實(shí)施的“數控一代”重點(diǎn)專(zhuān)項、國家04重大專(zhuān)項等對此方面的研發(fā)和應用進(jìn)行了支持，取得了很好的進(jìn)展，但距離設備的真正智能化仍有較大的差距。隨著(zhù)人工智能技術(shù)的發(fā)展，相信我國的智能控制技術(shù)會(huì )迎來(lái)新的發(fā)展機會(huì )。

《自動(dòng)化博覽》： 您認為要實(shí)現《中國制造2025》發(fā)展戰略，對于智能控制技術(shù)急需哪些創(chuàng )新或突破？發(fā)展重點(diǎn)有哪些？

梅雪松：首先，實(shí)現車(chē)間設備之間數據通訊的現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)要突破，從而實(shí)現各種制造設備的數據互聯(lián)互通，進(jìn)而為獲取制造過(guò)程中的大數據提供平臺；同時(shí)，開(kāi)放式的控制平臺至關(guān)重要，只有控制系統軟硬件的真正開(kāi)放才能夠讓?xiě)谜邔?shí)現各種智能算法，并將其應用于工業(yè)中各種控制對象；另外，要開(kāi)展針對具體制造過(guò)程的優(yōu)化分析軟件平臺開(kāi)發(fā)，即制造執行系統MES，這個(gè)MES必須能夠便利地獲取制造現場(chǎng)的各種數據，從而能夠實(shí)現制造系統的優(yōu)化分析。

此外，人工智能技術(shù)在制造中的應用也將是未來(lái)重要的發(fā)展方向，最近備受關(guān)注的谷歌AlphaGo人機圍棋大賽、波士頓動(dòng)力公司的智能仿人機器人等，都說(shuō)明了人工智能技術(shù)近年來(lái)在各個(gè)領(lǐng)域的應用大有突破之勢。這些實(shí)例說(shuō)明，隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )化、計算速度的飛速發(fā)展，可以實(shí)現非結構化數學(xué)建模和求解的復雜人工智能算法將逐步得到解決，可以預料，結合人腦科學(xué)的發(fā)展，將進(jìn)一步為這種復雜的人工智能數學(xué)建模提供理論基礎和方法。因此在制造領(lǐng)域中如何把人工經(jīng)驗固化成機器的動(dòng)作，機器如何在工作中實(shí)現自學(xué)習和自提高等智能化功能將急需得到突破和創(chuàng )新。如廣泛使用的數控機床，因為環(huán)境溫度、工況的變化導致加工精度飄忽不定等精度穩定性問(wèn)題長(cháng)期困擾所有制造企業(yè)，使得產(chǎn)品加工質(zhì)量不穩，尤其是現在企業(yè)難以招聘到有經(jīng)驗的操作工人，使得原本就難以實(shí)現高品質(zhì)制造的問(wèn)題雪上加霜，加工的產(chǎn)品大量報廢不僅直接影響企業(yè)的生存，而且是帶來(lái)嚴重的資源、能源浪費等社會(huì )問(wèn)題，雖然過(guò)去對熱誤差這樣的問(wèn)題研究很多，但就是難以在數控機床中得到實(shí)際有效的應用，而如果利用人工智能的方法對機床進(jìn)行智能化的補償將有可能有效解決這一問(wèn)題。

《自動(dòng)化博覽》：要將先進(jìn)的智能控制技術(shù)研究成果有效地應用于制造業(yè)，還要重點(diǎn)關(guān)注哪些方面?

梅雪松：要從多方面加強產(chǎn)學(xué)研合作，促進(jìn)技術(shù)與應用的融合，當然包括各種科技項目的立項實(shí)施等；從管理者角度來(lái)講機制和體制的突破非常重要，如何打破科技成果和工業(yè)需求之間的壁壘需要國家在機制和體制上的創(chuàng )新，從立法上真正保護科技人員的利益，激發(fā)科技人員的熱情；從企業(yè)和科技人員角度來(lái)講，思想觀(guān)念的轉變至關(guān)重要，科技人員一定要創(chuàng )新，模仿國外的技術(shù)肯定不能夠實(shí)現技術(shù)的超越。企業(yè)要敢于創(chuàng )新應用新技術(shù)，給新技術(shù)應用和驗證的機會(huì )，同任何新技術(shù)一樣，智能控制技術(shù)也需要在應用中得到逐步完善。

摘自《自動(dòng)化博覽》2016年4月刊