智能制造：儀器儀表產業面臨的挑戰和機遇

機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所（北京 100055）

SHI Zhenshan

( Instrumentation Technology & Economy Institute, P.R.China 100055 )

摘要：智能制造將引發制造業一場新的革命。本文論述了智能制造裝備的發展趨勢，測量、控制和自動化技術在智能制造裝備中的地位和作用，以及“十二五”期間我國實施智能制造裝備發展規劃給儀器儀表行業帶來的新的機遇和挑戰。

關鍵詞：智能制造  儀器儀表  產業政策

Abstract：The intelligent manufacturing will trigger a revolution of manufacturing. This paper discusses the development tendency of intelligent manufacturing equipment, the status and role of measurement, control and automation technology in intelligent manufacturing equipment, new opportunity and challenge of The 12th Five-Year Plan on Intelligent Manufacturing Equipment Development for China instrument and control industry.

Key word：intelligent manufacturing  instrument  industry policy

 

    智能制造是具有信息的感知與分析、經驗與知識的表示與學習以及智能決策與執行功能的制造系統。智能制造是制造自動化、數字化發展的必然結果，它的發展和應用，對降低生產成本、提高生產效率與產品質量、提升制造業國際競爭力具有重要意義。自智能制造提出以來，主要發達國家相繼將其列入國家發展計劃，大力推廣和應用。以工業機器人在制造業的應用為例，主要發達國家每萬名生產工人占有機器人的數量已達200臺左右，其中，日本最高達306臺，遠高于中國的15臺。

    2008 年全球金融危機爆發以來，美、日、德等主要發達國家將智能制造作為重振制造業的重要武器。美國2011 年 6 月正式啟動 “先進制造伙伴計劃 ”，旨在加快搶占 21 世紀先進制造業制高點。當年度投入 7000萬美元用于支持新一代機器人研發，計劃在未來 20 年內通過人工智能、機器人和數字化制造三項關鍵智能制造技術的研發和應用，再次贏得在全球制造業的領先地位。同年 12 月，白宮宣布成立制造業政策辦公室，推動美國制造業復蘇和出口。2012 年，美國總統奧巴馬在其《國情咨文》中再次強調，美國正面臨把制造業從中國等地遷回本土的大好機會。美國加州奇點大學瓦德瓦教授在華盛頓郵報上發表署名評論“為什么說現在該輪到中國擔心制造業了”，聲稱“人工智能＋機器人＋數字制造＝制造業革命，美國將用高新技術重振制造業并打敗中國”。英國政府 2011 年發布了《英國發展先進制造業的主要策略和行動計劃》，對制造業進行重新認識和定位，強調重新重視制造業的發展。法國政府也在 2010年 3 月宣布 5 年內要將制造業產出增加 25% 。日本通過加快發展協同式機器人、無人化工廠提升制造業的國際競爭力。德國也計劃加大科研投入，推動制造業向永續制造、智能制造發展。

    2012年4月作者有機會參觀了在德國舉辦的“2012漢諾威工業博覽會”。漢諾威工業博覽會被公認為世界工業發展的風向標，今年的主題為“綠色、智能”，各公司和企業展出了自己在智能化和自動化領域的最新技術，以及高度智能和自動化的生產流程對工業生產的根本性改變，工業生產的效率和精度得到了極大地提升，“數字工廠”的概念正在被越來越多的工業領域接受并加以應用。“2012漢諾威工業博覽會”向世界工業界傳遞出了明確的信息：21 世紀將是智能制造獲得大發展和廣泛應用的時代，智能制造將引發制造業的重大變革，甚至是革命性變化。

    智能制造裝備作為提升中國制造業核心競爭力、帶動產業結構優化升級的基礎支柱產業被賦予了無可比擬的戰略意義。智能制造裝備的基礎作用不僅體現在對于海洋工程、高鐵、大飛機、衛星等高端裝備的支撐及對于其他行業制造裝備的零部件等簡單配套，而更重要的是為各行業提供控制系統、成套生產線、機器人等各種高級形式的配套和技術水平的提升。

    智能制造裝備是傳統產業升級改造、實現生產過程自動化、智能化、精密化、綠色化的基本工具，是培育和發展戰略性新興產業的支撐，是實現生產過程和產品使用過程節能減排的重要手段。智能制造裝備產業的水平已經成為當今衡量一個國家工業化水平的重要標志。

    智能制造裝備呈現出自動化、集成化、信息化、綠色化的發展趨勢。

（1）自動化。自動化和智能化是智能制造裝備的重要發展趨勢，主要表現在裝備能根據用戶要求完成制造過程的自動化，并對制造對象和制造環境具有高度適應性，實現制造過程的優化。

（2）集成化。智能制造裝備正向技術集成、系統集成的方向發展，主要體現在生產工藝技術、硬件、軟件與應用技術的集成及設備的成套，同時還體現在生物、納米、新能源、新材料等跨學科高技術的集成，從而使裝備得到不斷提高和升級。

（2）信息化。信息技術與先進制造技術的融合，帶來巨大的、甚至是革命性的變化。將傳感技術、計算機技術、軟件技術“嵌入”裝備中，實現裝備的性能提升和“智能”。設計及制造過程的數字化、信息化與智能化的最終目標不僅是要快速開發出產品或裝備，而且要努力實現大型復雜產品一次開發成功。

    綠色化。資源、能源的壓力，使裝備必須考慮從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的全生命周期中，對環境負面影響極小，資源利用率極高，并使企業經濟效益和社會效益協調優化。綠色制造是提高智能制造裝備資源循環利用效率和降低環境排放的關鍵途徑。

    針對智能制造過程中的感知、分析、決策、控制、執行五個重要環節，結合智能制造裝備自動化、集成化、信息化、綠色化的發展趨勢，不難得出儀器儀表是智能制造的基礎技術和裝備核心。例如100萬KW級核電站設備中傳感器和檢測點達到6000個；大型乙烯裝置中使用的儀器儀表和傳感器接近22000臺；航天飛機飛行過程測控用傳感器總量超過3500只。

    歐美日等發達國家都把儀器儀表技術列為國家發展戰略。美國國家長期安全和經濟繁榮至關重要的24項技術中有6項與傳感器直接相關；日本在“國家支柱技術10大重點戰略目標（2005-2015年）”中，有6項與傳感器及智能化儀器儀表技術有關。在我國，近期由工業和信息化部裝備工業司發布的《智能制造裝備產業“十二五”發展路線圖》，提出突破九大關鍵智能基礎共性技術，推進八項智能測控裝置與部件的研發和產業化，提升八類重大智能制造裝備集成創新能力，促進在國民經濟六大重點領域的示范應用推廣。9項關鍵智能基礎共性技術，全部是儀器儀表技術；8項智能測控裝置與部件有6項屬于儀器儀表范疇，提升8類重大智能制造裝備創新能力和在6個重點領域的示范應用的關鍵點和難點也主要集中在傳感器、儀器儀表和控制系統上。

    工業發達國家優勢明顯，國際競爭更加激烈。美國、德國、日本等工業發達國家在數控機床、儀器儀表、工業機器人等方面具有多年的技術積累，優勢明顯，特別是高端裝備差距尤為突出。如儀器儀表行業的功能安全技術和安全儀表系統、無線傳感器網絡和無線儀表、生物集成微流路片等前瞻性技術和高端產品，國外公司已經有產品投入市場，而國內企業因缺少技術儲備，技術水平與國外的差距很大。一旦這些新技術和新產品在市場上推廣應用，有可能出現新一輪國外產品壟斷市場的潛在危險。因此，我國進入智能制造裝備領域將面臨激烈的國際市場競爭。同時，后金融危機時代,美國、英國等發達國家重新回歸重視發展高技術的制造業，德國、日本竭力保持在智能制造裝備領域的優勢和壟斷地位，韓國也力求躋身世界制造強國之列，這更加擠壓了我國智能制造裝備產業的發展空間。

產業發展空間巨大，前景廣闊。國民經濟重點產業的發展、重大工程建設、傳統產業的升級改造及降低碳排放的承諾，對智能制造裝備提出了巨大的市場需求。汽車工業將繼續成為高檔數控機床第一重要用戶，航空、航天、IT等高新技術產業的發展需要大量高效、精密、智能、多坐標聯動和專用數控機床，機械、紡織、冶金、石化、造船、軌道交通等傳統產業的技術改造，加大了對高檔數控機床、自動化控制系統及儀器儀表的需求。例如風力發電，2009年風電控制系統銷售額約為12億元，比2008年增長82%，預計到2011年將達到26億元，2008年至2011年平均增幅為41%。又如軌道交通，根據北京、上海等15個城市建設規劃統計，預計到2015年，中國運營軌道交通線路將達到60多條，線路總長1700km，建設投資規模將達到6000億，籌建軌道交通的城市近40個。2008年軌道交通的自動化市場需求為17.6億元，預計未來年復合增長率為35%。此外，國家提出的大力培育和發展節能環保、新能源、新興信息、生物、新材料、新能源汽車等戰略性新興產業，對智能制造裝備提出了自動化、智能化、信息化、精密化、綠色化等方面更高的要求，并提供了新的、巨大的市場空間。

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