上篇　專家觀點(diǎn)

第一章
從機(jī)電一體化到智能制造

中國工程院制造業(yè)研究室主任 屈賢明

機(jī)電一體化，簡單來說就是普通的機(jī)床結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)，使它變成了數(shù)控機(jī)床；一個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)品，通過運(yùn)用機(jī)電一體化及智能改造，會(huì)變成一個(gè)高技術(shù)產(chǎn)品；傳統(tǒng)制造業(yè)經(jīng)過機(jī)電一體化、智能化改造，會(huì)變成先進(jìn)的制造業(yè)。

一、技術(shù)的融合和產(chǎn)業(yè)的融合是技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的主要途徑

先簡要說明一下世界工業(yè)發(fā)展歷程：第一次工業(yè)革命——機(jī)械化；第二次工業(yè)革命——電氣化。把機(jī)械和電氣相結(jié)合，可以稱為機(jī)械電氣一體化（見圖1-1）。

20世紀(jì)70年代，機(jī)電一體化的概念進(jìn)入中國。在1986年國務(wù)院發(fā)布的《國家十四個(gè)重要領(lǐng)域技術(shù)政策要點(diǎn)》中，有一個(gè)是《機(jī)械工業(yè)若干技術(shù)政策要點(diǎn)》（以下簡稱《政策要點(diǎn)》），其將積極發(fā)展機(jī)械電子一體化、機(jī)械電子產(chǎn)品作為主要內(nèi)容，并且是這個(gè)《政策要點(diǎn)》中的一個(gè)亮點(diǎn)。我很榮幸地作為執(zhí)筆人參與了這個(gè)《政策要點(diǎn)》的制定，這條政策對我產(chǎn)生了很大的影響。與此同時(shí)，1985年，受國家科委委托，原機(jī)械科學(xué)研究院開始進(jìn)行重大軟科學(xué)研究，《機(jī)電一體化發(fā)展預(yù)測和綜合研究》對推動(dòng)中國發(fā)展機(jī)電一體化發(fā)揮了重要的作用，這個(gè)開創(chuàng)性的研究成果獲得了國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

正是由于這一政策要點(diǎn)以及這樣一個(gè)政策研究課題，1989年誕生了機(jī)電一體化協(xié)會(huì)，這是一脈相承的。

20世紀(jì)90年代，國家提出了“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化”的概念，剛提出時(shí)，時(shí)任機(jī)械工業(yè)部的何光遠(yuǎn)部長對此是很不贊成的，認(rèn)為信息化帶不動(dòng)工業(yè)化。當(dāng)然，后來提出了“以工業(yè)化促進(jìn)信息化”，這樣就比較全面了。在20世紀(jì)90年代，我國開始推進(jìn)CAD/CAM、MRPⅡ（ERP），進(jìn)入了數(shù)字化制造階段。也就是說，“制造技術(shù)+數(shù)字技術(shù)”產(chǎn)生了數(shù)字化制造。

21世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)在中國得到了廣泛應(yīng)用，“數(shù)字化制造+互聯(lián)網(wǎng)”“數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造”應(yīng)運(yùn)而生。近幾年，隨著人工智能技術(shù)的突破，“數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造+人工智能”“數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造”出現(xiàn)，或者可以說這才是真正的智能制造。

再說遠(yuǎn)一點(diǎn)，第二次世界大戰(zhàn)之后，計(jì)算機(jī)技術(shù)誕生，其與機(jī)床的結(jié)合產(chǎn)生了最早的機(jī)械技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)融合的產(chǎn)品——數(shù)控機(jī)床。這可稱之為最早、最具代表性的機(jī)電一體化產(chǎn)品。

機(jī)械技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)緊密結(jié)合。這種結(jié)合從硬件和軟件兩方面實(shí)現(xiàn)，把機(jī)械產(chǎn)品的功能、性能及制造過程提高到了一個(gè)新的水平，使機(jī)械產(chǎn)品的構(gòu)成發(fā)生了變化，所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的。所以，日本在20世紀(jì)提出了“機(jī)電一體化”“機(jī)械電子學(xué)”，還創(chuàng)造了一個(gè)英文組合詞“Mechatronics”。

再舉一些在20世紀(jì)70年代與80年代發(fā)生的例子。

比如，日本生產(chǎn)的具有微處理器、微型計(jì)算機(jī)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，其產(chǎn)值到1979年已經(jīng)達(dá)到了儀器儀表工業(yè)總產(chǎn)值的60%。

1983年，日本生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床2.6萬臺，產(chǎn)品數(shù)控化率達(dá)到了18.9%，產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到了60.8%。

汽車采用微處理器是從1976年開始的，用它來控制燃料的噴射裝置，這就是現(xiàn)在我們所說的電噴、點(diǎn)火正時(shí)。微處理器能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)油、降低污染排放、延長汽車壽命等，意義重大。

當(dāng)然，德國在《德國工業(yè)4.0》中寫明：第三次工業(yè)革命是以1976年P(guān)LC的出現(xiàn)為標(biāo)志的。所以，無論是日本還是德國，都是從20世紀(jì)70年代開始將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)相結(jié)合，這是一個(gè)重要的發(fā)展節(jié)點(diǎn)。

從四次工業(yè)革命的發(fā)展歷程（見圖1-2）來看，工業(yè)革命實(shí)際上是技術(shù)融合和產(chǎn)業(yè)融合的產(chǎn)物。第三次工業(yè)革命也可以說是機(jī)電一體化結(jié)出的碩果，盡管后來發(fā)生了很多的變化，但是實(shí)質(zhì)、根源在于機(jī)電一體化。

二、要高度重視民生產(chǎn)業(yè)的智能化改造

機(jī)電一體化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化應(yīng)該把民生產(chǎn)業(yè)作為一個(gè)主要領(lǐng)域。

1. 傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不是“夕陽產(chǎn)業(yè)”

與人民生活密切相關(guān)的紡織、服裝、食品、飲料、家具、家電、玩具等產(chǎn)業(yè)，以及鋼鐵、石化、建材等產(chǎn)業(yè)，被許多專家稱為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，其實(shí)它們中的大部分是民生產(chǎn)業(yè)。當(dāng)然也有人進(jìn)而認(rèn)為這些產(chǎn)業(yè)是“夕陽產(chǎn)業(yè)”，認(rèn)為這些產(chǎn)業(yè)看不到未來。

說這些民生產(chǎn)業(yè)是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)沒錯(cuò)，因?yàn)槠錃v史悠久，但是說他們是“夕陽產(chǎn)業(yè)”就大錯(cuò)特錯(cuò)了。100年、1000年以后，如果人類的肌體功能沒有太大的變化，那么穿衣、吃飯、睡覺永遠(yuǎn)是人類最基本、最主要的需求。希望穿得漂亮、身體健康、家具舒適是當(dāng)今也是未來人們最大的生活需求，只不過人的需求會(huì)不斷升級。

傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是相對于新興產(chǎn)業(yè)而言的，可以分為基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)和消費(fèi)品產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要地位：傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)增加值大約占我國規(guī)模以上制造業(yè)增加值的80%以上。出口方面：2017年1—10月，我國機(jī)電產(chǎn)品及服裝、紡織品、鞋類、家具等7類民生產(chǎn)品占出口總值的78.2%；就業(yè)方面：全國2.88億名農(nóng)民工大部分在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就業(yè)，如紡織業(yè)就業(yè)人數(shù)為2000多萬人，占制造業(yè)就業(yè)總?cè)藬?shù)的10.4%。

由于勞動(dòng)力成本不斷攀升，招工難的問題日益突出。對于以勞動(dòng)密集為特征的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，比起以技術(shù)密集為特點(diǎn)的新興產(chǎn)業(yè)，更迫切要求用新的技術(shù)、生產(chǎn)工具和生產(chǎn)方式來取代傳統(tǒng)的技術(shù)和生產(chǎn)工具。當(dāng)今自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化制造是改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)最為有效的手段。

以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)將改變?nèi)祟惖纳罘绞剑矊⒔o傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來革命性的變化。“傳統(tǒng)制造+互聯(lián)網(wǎng)”將走向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造，再加上人工智能，最終將走向智能制造。傳統(tǒng)制造業(yè)的智能化改造為智能制造裝備及工業(yè)軟件的發(fā)展提供了巨大的市場，值得高度重視。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過改造提升將成為先進(jìn)制造業(yè)，“夕陽產(chǎn)業(yè)”將成為“朝陽產(chǎn)業(yè)”。

從泉州推動(dòng)智能化改造的案例中可以得到一些有益的啟示。泉州是一個(gè)以紡織服裝、制鞋、建材家具、食品飲料等傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)為重點(diǎn)的工業(yè)城市。但是從2015年到2019年，這個(gè)城市發(fā)生了巨大的變化：第一，推動(dòng)自動(dòng)化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造已經(jīng)成為企業(yè)的普遍需求，已經(jīng)有2200多家企業(yè)參與其中。2014年，泉州的達(dá)利園食品有限公司的飲料罐裝生產(chǎn)線是自動(dòng)化的，而當(dāng)時(shí)其他同類企業(yè)基本都是手工的、機(jī)械化的。第二，個(gè)性化定制生產(chǎn)模式已經(jīng)被越來越多的企業(yè)所認(rèn)識，并且身體力行地推進(jìn)。第三，面對電子商務(wù)，制造企業(yè)已經(jīng)由抵觸、恐懼轉(zhuǎn)向接受、擁抱。2014年，我參加了一個(gè)泉州企業(yè)家座談會(huì)，一些制鞋和制衣企業(yè)家建議取締網(wǎng)上銷售這種商業(yè)模式。但是五年以后，這些企業(yè)家們都接受了這種新的模式，可以說是擁抱了互聯(lián)網(wǎng)。

2018年，泉州交出一份滿意的成績單，完成地區(qū)生產(chǎn)總值8467.98億元，同比增長8.9%，總量及增速繼續(xù)占據(jù)福建“領(lǐng)頭羊”地位。而2019年的數(shù)據(jù)更讓人刮目相看：2019年前9個(gè)月，泉州出口額逆勢上升，增長17.9%，10月的數(shù)據(jù)增長達(dá)到了20%。泉州的經(jīng)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)制造業(yè)不是“夕陽產(chǎn)業(yè)”，只要抓好了轉(zhuǎn)型升級，也能成為“朝陽產(chǎn)業(yè)”。

比如，制鞋一般都是手工制作的，國外有兩家公司開發(fā)出了自動(dòng)制鞋生產(chǎn)線，但是很難適應(yīng)鞋的類型變化的需求，所以這兩條生產(chǎn)線都沒能長期運(yùn)行。但是，泉州華寶科技有限公司研制的智能生產(chǎn)線就很成功，他們掌握了一批關(guān)鍵技術(shù)，如基于3D視覺的機(jī)器人制鞋成型工藝中的膠線提取技術(shù)、施膠路線的智能化，以及大數(shù)據(jù)、云平臺的制鞋成型系統(tǒng)，建立了數(shù)字孿生系統(tǒng)（見圖1-3）。

泉州華寶科技有限公司已經(jīng)有八條智能生產(chǎn)線（五條硫化鞋線、三條冷貼鞋線）開始運(yùn)轉(zhuǎn)（見圖1-4），取得了相當(dāng)不錯(cuò)的效果，用工的人數(shù)從66人減少到8人，產(chǎn)品合格率從96%提高到99.9%，產(chǎn)品返修率從5%降低到0.5%，外觀質(zhì)量合格率從96%提高到100%。

此智能制鞋生產(chǎn)線很有推廣價(jià)值，現(xiàn)在我國年產(chǎn)120億雙鞋，就需要7000條生產(chǎn)線，一條生產(chǎn)線賣500萬元。所以這個(gè)產(chǎn)業(yè)有可能成為千億元級的產(chǎn)業(yè)集群。

2. 以紡織服裝為代表的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是我國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)

中國工程院于2019年7月將我國六大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的綜合水平與國外發(fā)達(dá)國家的綜合水平做了對比，結(jié)果是我國的紡織服裝產(chǎn)業(yè)與家電產(chǎn)業(yè)的綜合水平為世界領(lǐng)先；鋼鐵產(chǎn)業(yè)、石化產(chǎn)業(yè)、建材產(chǎn)業(yè)的綜合水平為世界先進(jìn)；食品產(chǎn)業(yè)由于食品安全性以及其裝備水平較差，所以總體差距比較大。由此，一個(gè)出人意料又在情理之中的結(jié)論是：六大傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是我國制造業(yè)最具優(yōu)勢和競爭力的板塊。

以紡織服裝產(chǎn)業(yè)為例，規(guī)上企業(yè)主營收入為53703億元，出口創(chuàng)匯2766億美元，占全球該產(chǎn)業(yè)總額的11.1%，美國進(jìn)口的紡織服裝有36.5%來自中國；實(shí)現(xiàn)凈創(chuàng)匯2501億美元，占全國凈創(chuàng)匯總額的71%，解決就業(yè)2000萬人，每年為農(nóng)村進(jìn)城務(wù)工人員提供1000萬個(gè)就業(yè)崗位。

以北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所（以下簡稱北自所）發(fā)展滌綸長絲后紡物流裝備及提供解決方案為例，可以說明我國智能制造系統(tǒng)集成商的重要作用。我國的后紡工藝普遍存在著人工作業(yè)、人工管理、占場地面積大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、人手直接接觸絲餅等問題。北自所從2009年至今，在這個(gè)領(lǐng)域一步一步地發(fā)展，一步一步地耕耘，從只能提供240萬落絲設(shè)備、0.8億元銷售收入的自動(dòng)包裝線，發(fā)展到2019年已形成7億元的銷售規(guī)模，并形成了一個(gè)很有特色的團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)規(guī)模從14人發(fā)展到50余人，客戶數(shù)量從2家發(fā)展到13家，訂單體量從幾百萬元到超過億元。北自所開發(fā)的自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)、全自動(dòng)絡(luò)絲系統(tǒng)、智能包裝線、成品立體倉庫、絲車轉(zhuǎn)運(yùn)及緩存系統(tǒng)等化纖后紡生產(chǎn)全流程智能物流系統(tǒng)，已經(jīng)在行業(yè)里得到了推廣普及，成為新建工廠的必備系統(tǒng)。目前這套解決方案占據(jù)國內(nèi)85%到90%的市場份額，其余為進(jìn)口產(chǎn)品。

北自所走了一條從點(diǎn)到線、迭代發(fā)展的道路，并發(fā)揮樣板的作用，在行業(yè)中大力推廣智能制造。如果說我們這幾年推進(jìn)智能制造時(shí)著眼的更多是一個(gè)點(diǎn)，那么北自所經(jīng)過十年的努力研究，在化纖設(shè)備領(lǐng)域走出了一條成功之路，在整個(gè)行業(yè)中發(fā)揮了重要的作用。