機器人換人解決的是生產(chǎn)現(xiàn)場的手工勞動問題;無人工廠、黑燈工廠解決的是生產(chǎn)線的人工控制問題;自動化系統(tǒng)可以替代人完成繁重的體力勞動,甚至輔助人完成一些簡單的腦力勞動,但終究無法替代人做出最終的決策。所以機器人換人、黑燈工廠、無人倉儲和物流等,都只是在工作現(xiàn)場實現(xiàn)了無人化,并不是智能制造。
那么,何謂智能制造?
“造”僅僅是生產(chǎn)的概念,“制”則含有系統(tǒng)的思想,包含制度、方法、標準和規(guī)范?!爸圃臁卑水a(chǎn)品策劃、概念設(shè)計、方案設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、試制試驗、批生產(chǎn)、產(chǎn)品交付及交付后的運營、維護維修以及管理和決策等重要環(huán)節(jié)和復(fù)雜管理體系。因此機器人換人、黑燈工廠都只是在執(zhí)行“造”的部分,不能稱之為制造,更不是“智能制造”。
智能制造顧名思義就是為傳統(tǒng)的制造賦予智能,這里的智能是指“人工智能”。通俗的講人工智能就是將人類的知識、經(jīng)驗、方法等驗證無誤的內(nèi)容編譯成軟件,將原來由人執(zhí)行的任務(wù)轉(zhuǎn)為由計算機來執(zhí)行的過程。也就是說把人的知識轉(zhuǎn)化成計算機的知識,計算機支持軟件運行,生成模型,完成工業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)過程管理、批生產(chǎn)交付、運行維護、大修維修以及復(fù)雜的管理體系等。
第一次工業(yè)革命發(fā)生在18世紀60年代的英國,人類從農(nóng)耕文明進入工業(yè)文明,從手工業(yè)時代轉(zhuǎn)向高度機械化的“蒸汽時代”。隨著機器的大量使用和工廠的出現(xiàn),亞當·斯密在《國富論》中第一次提出了勞動分工的觀點,勞動分工使得1+1>2成為可能,極大提升了勞動效率的同時,現(xiàn)代管理體系也在最早的工廠管理中應(yīng)運而生。
勞動分工使得勞動者提高了對專項工作的熟練程度,使得新技術(shù)和新發(fā)明的應(yīng)用成為可能。1840年前后,英國的資本主義工廠基本取代了傳統(tǒng)手工工場,工業(yè)革命基本完成,英國成為世界上第一個工業(yè)國家。以電力的廣泛應(yīng)用和內(nèi)燃機的創(chuàng)新使用為核心的第二次工業(yè)革命也稱為電氣革命。
1831年,丹麥物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,為發(fā)電機和電動機的誕生及一切有線電器設(shè)備的創(chuàng)新奠定了科學(xué)基礎(chǔ);1866年,德國西門子研制發(fā)電機成功,電力取代蒸汽作為動力成為新能源,隨后以煤氣、汽油、柴油為燃料的內(nèi)燃機問世,工作效率遠高于蒸汽機,解決了交通工具的動力問題,推動了石油開采和石油化工工業(yè)的發(fā)展,1870年全世界共計生產(chǎn)石油約80萬噸,而1900年石油產(chǎn)量猛增到2000萬噸。
19世紀70年代,美國人貝爾發(fā)明了電話;19世紀80年代年德國物理學(xué)家赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波,為無線通信奠定了科學(xué)基礎(chǔ);19世紀90年代意大利人馬可尼試驗無線電報并取得了成功。以上技術(shù)都為迅速傳遞信息提供了方便,世界各國經(jīng)濟、政治和文化層面的聯(lián)系進一步加強。
第二次工業(yè)革命期間出現(xiàn)的新興工業(yè)如電力工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)和汽車工業(yè)等,都要求實行大規(guī)模集中化生產(chǎn),使企業(yè)的規(guī)模進一步擴大,勞動生產(chǎn)率和人民生活水平得到飛速提升。電原本是作為動力使用的,在發(fā)展過程中逐漸分離出強電和弱電,電子學(xué)由此誕生,隨著電子學(xué)的發(fā)展,人類發(fā)明了模擬電路和數(shù)字電路,數(shù)字電路的發(fā)展最終催生了計算機科學(xué),計算機科學(xué)的發(fā)展又分離出了軟件工程。
從某種意義上來講第三次工業(yè)革命,甚至第四次工業(yè)革命都是以電的發(fā)明為基礎(chǔ)的,第三次工業(yè)革命也稱科技革命,引領(lǐng)我們邁入數(shù)字化時代,以電子計算機技術(shù)、原子能、空間技術(shù)和生物工程技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用為主要標志,各類工業(yè)軟件也在這一時期如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)。在電子計算機技術(shù)、計算機軟件技術(shù)的不斷推動下,云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)應(yīng)運而生,也引領(lǐng)了我們的社會悄然進入智能時代。智能制造就是通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機器人視覺和機器控制對技術(shù)工人的技能和專家知識進行建模,使智能機器人可在沒有人工干預(yù)的情況下進行小批量生產(chǎn)。
隨著制造業(yè)的需求不斷提升,工業(yè)軟件的功能也在不斷迭代。從最初的計算機輔助繪圖到計算機輔助設(shè)計、從二維平面設(shè)計到基于MBD模型的三維立體設(shè)計,在C919大型客機的研制過程中,就已經(jīng)實現(xiàn)了全數(shù)字樣機設(shè)計,并且生產(chǎn)制造部門已經(jīng)開始基于MBD模型進行后續(xù)的生產(chǎn)制造和裝配試驗,實現(xiàn)了無圖化產(chǎn)品研制。完成MBD之后,還有基于模型的仿真、基于模型的企業(yè)以及基于模型的系統(tǒng)工程。未來諸如飛機等復(fù)雜產(chǎn)品的研制,將會邁入“以綜合模型為基礎(chǔ),以數(shù)字孿生為驅(qū)動”的新型研發(fā)模式。
綜上智能制造的本質(zhì)就是在前三次工業(yè)革命打下的堅實基礎(chǔ)上,積累了大量有關(guān)產(chǎn)品研制的設(shè)計知識、工藝知識、生產(chǎn)知識、設(shè)備維修知識、管理和決策知識等,而且這些知識經(jīng)過反復(fù)驗證被證明是成熟的,人們通過高水平數(shù)字化技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用,把這些知識轉(zhuǎn)變成工業(yè)軟件和數(shù)字化的產(chǎn)品模型,
這些軟件和模型在計算機上的執(zhí)行,實現(xiàn)了對數(shù)字產(chǎn)品和物理產(chǎn)品更好的控制,對制造資源更優(yōu)化的配置,逐步實現(xiàn)產(chǎn)品本身的智能化、產(chǎn)品系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義的數(shù)字化、產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程的數(shù)字化,以及龐大的零部件供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)化,形成了全新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)。智能制造的本質(zhì)簡單歸納為三句話:第一軟件化的工業(yè)技術(shù);第二軟件定義的生產(chǎn)關(guān)系;第三生產(chǎn)關(guān)系的優(yōu)化和重構(gòu)。