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智能装备:发力正当时

时间:2022-03-30 08:18:26 浏览次数:

在“中国制造2025”中,智能制造被确定为中国制造业未来10年的主攻方向。智能制造是一个系统工程,它包括装备、生产、模式和基础四个方面的重要内容。这4个方面构成一个完整系统,缺一不可。

其中,智能生产是主线,以用户为中心的产业模式是主要动力,CPS和工业互联网是主要环境,而智能制造装备(下面为行文方便,非强调时亦简称“智能装备”,有时也称为“智能生产装备”)则是主体。在数字车间/数字工厂中,作为主体的智能装备起着基石的重要作用。数台智能装备组成一个智能生产单元;数个智能生产单元组成一条智能生产线;数条智能生产线组成一个智能车间;而数个智能生产车间组成智能工厂。

在“中国制造2025”中,智能生产是“智能制造工程”的主战场;生产模式变革是“制造业服务化行动计划”的主战场,而智能装备则是“高端装备创新工程”的主战场。

世间万物惟有人具备智能。机器装备智能与人类智能的内涵当然是不一样的。据中航工业信息中心首席顾问宁振波介绍,这种智能有4个特点:状态感知、实时分析、自主决策、精准执行。即利用传感系统获取企业、车间、设备的实时运行状态信息和数据,通过高速网络实现数据和信息的实时传输、存储和结构化处理,根据分析的结果,按照设定的规则做出判断和决策,再将处理结果反馈到现场调整执行状态。所以,让制造装备具备这样的智能实际上难度非常大。

最近,网上视频播放了德国的极其先进的砍树机器、废钢铁电力熔化炉、高层建筑重型吊车、高压水枪灭火机和挖树种树机,及3D打印机和工业机器人(机械手)等先进装备,让很多人瞠目结舌,以为它们就是智能装备。严格意义上讲,它们还不能称作智能制造装备。因为,它们的工作目的、具体的工作过程是人们预先设置好的,装备无法根据环境需要自行改动。

真正的智能制造装备一定是具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备。传统的机电设备并不具备这些功能,因而不是智能装备。智能装备必定是机电设备(硬件)与人工智能系统(软件)的完美融合。

北京航空航天大学飞行器制造工程系教授范玉青举了一个小例子,或许可以说明问题。他说,现代数码单反照相机内部有多种传感器(如感光、红外测距等),是具有一定的感知、分析、推理、决策、控制功能的产品。它的工作目的是“模糊”的,工作过程是非程序式的,是人们难以预先设置的,但最终能实现人们所需的功能。因此可以说,这种照相机就是一台具有初步智能的产品。当然,智能制造装备与之相比,自身属性、用途和目的都不一样,但是基本原理是一致的。

目前,完全具备上述特点的智能制造装备尚不多见,倒是一些智能产品的身上反而具备了智能化,如无人机和无人驾驶汽车。

智能产品与智能装备既有显著区别,又有紧密联系。智能化产品包括:数控机床、工业机器人等智能制造装备;智能手机、智能汽车、智能穿戴设备等消费品,以及高铁、飞机等大型服务工具。其中,数控机床、工业机器人既是智能制造的产物,又是下一个制造周期的智能制造设备。

而智能制造装备,是拥有自动化技术的硬件和信息技术的集合体,它集成了人类生产的精华,包括成熟的工艺、科学的方法和先进的理念。它是制造业所有隐性知识显性化的体现和载体。可以想见,随着制造业的不断地发展和要求的提高,制造装备终有一天变得像无人机和智能汽车一样,越来越智能。

今后的智能制造装备要具有5个特征:自律能力、人机交互能力、建模与仿真能力、可重构与自组织能力,学习能力与自我维护能力。

提起工业机器人,有些专家把它“驱逐”出智能装备队伍。清华大学机械工程系制造工程研究所所长刘辛军就认为,机械人的生产方式是机械的重复运动,并未具备完全的智能化的特征。如果机械人是完全的智能制造装备,则数月前德国大众汽车公司工厂的机器人“杀死”人事故就不会发生。目前的机器人生产线,大多数是与人隔离的,人不能参与进去。正是因为不具备智能,对人来说,它是一种“危险”的装备。

而有些专家认为它是智能装备,这些专家主要来自机器人制造企业。他们认为,工业机器人大多应用于汽车、电子、食品等行业完成组装、焊接、喷涂、切割、打磨、抛光等任务。机器人工作有一个特征,就是按照预先编排或示教的轨迹,做重复操作。如果说学习是一种智能的话,机器人虽然不能自主决策,但是也算是一种半智能的生产装备。而未来的机器人更将具备高度智能化,工人可以与它们在一起相融无碍地工作。

因为工业机器人有一个美好的智能化前景,这里我们更倾向于它是一种智能装备。

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