上篇　專家觀點

第一章
從機電一體化到智能制造

中國工程院制造業研究室主任 屈賢明

機電一體化，簡單來說就是普通的機床結合計算機技術、數控技術，使它變成了數控機床；一個傳統產品，通過運用機電一體化及智能改造，會變成一個高技術產品；傳統制造業經過機電一體化、智能化改造，會變成先進的制造業。

一、技術的融合和產業的融合是技術進步和產業進步的主要途徑

先簡要說明一下世界工業發展歷程：第一次工業革命——機械化；第二次工業革命——電氣化。把機械和電氣相結合，可以稱為機械電氣一體化（見圖1-1）。

20世紀70年代，機電一體化的概念進入中國。在1986年國務院發布的《國家十四個重要領域技術政策要點》中，有一個是《機械工業若干技術政策要點》（以下簡稱《政策要點》），其將積極發展機械電子一體化、機械電子產品作為主要內容，并且是這個《政策要點》中的一個亮點。我很榮幸地作為執筆人參與了這個《政策要點》的制定，這條政策對我產生了很大的影響。與此同時，1985年，受國家科委委托，原機械科學研究院開始進行重大軟科學研究，《機電一體化發展預測和綜合研究》對推動中國發展機電一體化發揮了重要的作用，這個開創性的研究成果獲得了國家科技進步三等獎。

正是由于這一政策要點以及這樣一個政策研究課題，1989年誕生了機電一體化協會，這是一脈相承的。

20世紀90年代，國家提出了“以信息化帶動工業化”的概念，剛提出時，時任機械工業部的何光遠部長對此是很不贊成的，認為信息化帶不動工業化。當然，后來提出了“以工業化促進信息化”，這樣就比較全面了。在20世紀90年代，我國開始推進CAD/CAM、MRPⅡ（ERP），進入了數字化制造階段。也就是說，“制造技術+數字技術”產生了數字化制造。

21世紀以來，互聯網在中國得到了廣泛應用，“數字化制造+互聯網”“數字化網絡化制造”應運而生。近幾年，隨著人工智能技術的突破，“數字化網絡化制造+人工智能”“數字化網絡化智能化制造”出現，或者可以說這才是真正的智能制造。

再說遠一點，第二次世界大戰之后，計算機技術誕生，其與機床的結合產生了最早的機械技術與計算機技術融合的產品——數控機床。這可稱之為最早、最具代表性的機電一體化產品。

機械技術與計算機技術、微電子技術、信息技術緊密結合。這種結合從硬件和軟件兩方面實現，把機械產品的功能、性能及制造過程提高到了一個新的水平，使機械產品的構成發生了變化，所帶來的經濟效益和社會效益是巨大的。所以，日本在20世紀提出了“機電一體化”“機械電子學”，還創造了一個英文組合詞“Mechatronics”。

再舉一些在20世紀70年代與80年代發生的例子。

比如，日本生產的具有微處理器、微型計算機的機電一體化產品，其產值到1979年已經達到了儀器儀表工業總產值的60%。

1983年，日本生產數控機床2.6萬臺，產品數控化率達到了18.9%，產值數控化率達到了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，這就是現在我們所說的電噴、點火正時。微處理器能夠實現節油、降低污染排放、延長汽車壽命等，意義重大。

當然，德國在《德國工業4.0》中寫明：第三次工業革命是以1976年PLC的出現為標志的。所以，無論是日本還是德國，都是從20世紀70年代開始將機械技術與電子技術、計算機技術、微電子技術相結合，這是一個重要的發展節點。

從四次工業革命的發展歷程（見圖1-2）來看，工業革命實際上是技術融合和產業融合的產物。第三次工業革命也可以說是機電一體化結出的碩果，盡管后來發生了很多的變化，但是實質、根源在于機電一體化。

二、要高度重視民生產業的智能化改造

機電一體化、數字化、網絡化、智能化應該把民生產業作為一個主要領域。

1. 傳統產業不是“夕陽產業”

與人民生活密切相關的紡織、服裝、食品、飲料、家具、家電、玩具等產業，以及鋼鐵、石化、建材等產業，被許多專家稱為傳統產業，其實它們中的大部分是民生產業。當然也有人進而認為這些產業是“夕陽產業”，認為這些產業看不到未來。

說這些民生產業是傳統產業沒錯，因為其歷史悠久，但是說他們是“夕陽產業”就大錯特錯了。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、家具舒適是當今也是未來人們最大的生活需求，只不過人的需求會不斷升級。

傳統產業是相對于新興產業而言的，可以分為基礎材料產業和消費品產業。傳統產業在國民經濟中具有重要地位：傳統產業增加值大約占我國規模以上制造業增加值的80%以上。出口方面：2017年1—10月，我國機電產品及服裝、紡織品、鞋類、家具等7類民生產品占出口總值的78.2%；就業方面：全國2.88億名農民工大部分在傳統產業就業，如紡織業就業人數為2000多萬人，占制造業就業總人數的10.4%。

由于勞動力成本不斷攀升，招工難的問題日益突出。對于以勞動密集為特征的傳統產業，比起以技術密集為特點的新興產業，更迫切要求用新的技術、生產工具和生產方式來取代傳統的技術和生產工具。當今自動化、數字化、網絡化、智能化制造是改造和提升傳統產業最為有效的手段。

以互聯網為代表的新一代信息技術將改變人類的生活方式，也將給傳統產業帶來革命性的變化?！皞鹘y制造+互聯網”將走向數字化網絡化制造，再加上人工智能，最終將走向智能制造。傳統制造業的智能化改造為智能制造裝備及工業軟件的發展提供了巨大的市場，值得高度重視。傳統產業經過改造提升將成為先進制造業，“夕陽產業”將成為“朝陽產業”。

從泉州推動智能化改造的案例中可以得到一些有益的啟示。泉州是一個以紡織服裝、制鞋、建材家具、食品飲料等傳統制造產業為重點的工業城市。但是從2015年到2019年，這個城市發生了巨大的變化：第一，推動自動化、數字化、網絡化、智能化改造已經成為企業的普遍需求，已經有2200多家企業參與其中。2014年，泉州的達利園食品有限公司的飲料罐裝生產線是自動化的，而當時其他同類企業基本都是手工的、機械化的。第二，個性化定制生產模式已經被越來越多的企業所認識，并且身體力行地推進。第三，面對電子商務，制造企業已經由抵觸、恐懼轉向接受、擁抱。2014年，我參加了一個泉州企業家座談會，一些制鞋和制衣企業家建議取締網上銷售這種商業模式。但是五年以后，這些企業家們都接受了這種新的模式，可以說是擁抱了互聯網。

2018年，泉州交出一份滿意的成績單，完成地區生產總值8467.98億元，同比增長8.9%，總量及增速繼續占據福建“領頭羊”地位。而2019年的數據更讓人刮目相看：2019年前9個月，泉州出口額逆勢上升，增長17.9%，10月的數據增長達到了20%。泉州的經驗表明，傳統制造業不是“夕陽產業”，只要抓好了轉型升級，也能成為“朝陽產業”。

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

泉州華寶科技有限公司已經有八條智能生產線（五條硫化鞋線、三條冷貼鞋線）開始運轉（見圖1-4），取得了相當不錯的效果，用工的人數從66人減少到8人，產品合格率從96%提高到99.9%，產品返修率從5%降低到0.5%，外觀質量合格率從96%提高到100%。

此智能制鞋生產線很有推廣價值，現在我國年產120億雙鞋，就需要7000條生產線，一條生產線賣500萬元。所以這個產業有可能成為千億元級的產業集群。

2. 以紡織服裝為代表的傳統產業是我國的優勢產業

中國工程院于2019年7月將我國六大傳統產業的綜合水平與國外發達國家的綜合水平做了對比，結果是我國的紡織服裝產業與家電產業的綜合水平為世界領先；鋼鐵產業、石化產業、建材產業的綜合水平為世界先進；食品產業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，一個出人意料又在情理之中的結論是：六大傳統產業是我國制造業最具優勢和競爭力的板塊。

以紡織服裝產業為例，規上企業主營收入為53703億元，出口創匯2766億美元，占全球該產業總額的11.1%，美國進口的紡織服裝有36.5%來自中國；實現凈創匯2501億美元，占全國凈創匯總額的71%，解決就業2000萬人，每年為農村進城務工人員提供1000萬個就業崗位。

以北京機械工業自動化所（以下簡稱北自所）發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集成商的重要作用。我國的后紡工藝普遍存在著人工作業、人工管理、占場地面積大、勞動強度大、人手直接接觸絲餅等問題。北自所從2009年至今，在這個領域一步一步地發展，一步一步地耕耘，從只能提供240萬落絲設備、0.8億元銷售收入的自動包裝線，發展到2019年已形成7億元的銷售規模，并形成了一個很有特色的團隊，團隊規模從14人發展到50余人，客戶數量從2家發展到13家，訂單體量從幾百萬元到超過億元。北自所開發的自動絡筒機、全自動絡絲系統、智能包裝線、成品立體倉庫、絲車轉運及緩存系統等化纖后紡生產全流程智能物流系統，已經在行業里得到了推廣普及，成為新建工廠的必備系統。目前這套解決方案占據國內85%到90%的市場份額，其余為進口產品。

北自所走了一條從點到線、迭代發展的道路，并發揮樣板的作用，在行業中大力推廣智能制造。如果說我們這幾年推進智能制造時著眼的更多是一個點，那么北自所經過十年的努力研究，在化纖設備領域走出了一條成功之路，在整個行業中發揮了重要的作用。