2023数字工厂技术推动制造业转型升级

数字工厂技术推动制造业转型升级我国正处于制造业转型升级发展的攻关时期，习近平总书记就此明确提我出“国家强大要靠实体经济”、“抓实体经济一定要抓好制造业”。通过制造业与新一代信息技术的深度融合，推动制造业业务活动、制造装备与系统、终端产品的智能化。《数字工厂报告：制造业的数字化转型》报告从人工智能、增材制造、机器人、工厂智能方面，介绍了国际最新研究，分析对制造业数字化发展的影响，对我国智能制造、人工智能、智能装备系统的研究与发展具有一定参考价值。人工智能将对产品设计产生颠覆性影响在物联发展，人类逐步积累了充足的工业

能推动人类见解和算法融合。也就是说，未来设计师或工程师可能仅提供“需求”指导，计算机可以快速生成设计方案，并评估和自动优化。同时，结合3D打印和复杂机器人突破异型制造的限制，形成的全新制造技术将推动产品设计概念发生革命性变化。发达国家对人工智能技术在ICT产业应用的研究开展较早，我国现有技术研究与世界其他制造强国基本同步，在人工智能与制造业融合发展方面拥有技术基础与历史机遇。得益于我国的大数据及在算法上的经验，AI与制造业的深度融合将推动我国制造业的跨越式发展与创新。我国制造领域可借鉴发达国家过去30多年的成果，直接进入到基于机器学习和深度学习的人工智能时代。3D打印装备将成为生产车间的实用装备型为基础，对材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，实现了制造方式从等材、减材到增材的重大转变，颠覆了传统在80%以上。在功能强大的嵌入式软件与能化水平日益提高，成本不断降低。影响打印完的后续处理，包括零件清洗、热处理、研磨抛光、涂层工艺等。因此，国外门系统、检测设备等集成为成套智能制造生产系统，形成从创新设计、工艺仿真、制造装备、检测与质量控制的全流程自动全球增材制造在最近二十多年间总体保持30%左右的复合年增长率高速发展。“十二五”和“十三五”期间，我国在增材制造技术研发和应用示范方面开展积极

研究。金属高性能增材制造结构件已经在多种型号的飞机上获得小批量装机应用，航空发动机新型空心涡轮叶片的设计已普遍采用选择性激光熔化增材制造技术，显著缩短了研发周期。国内已形成西安、北京、武汉、南京等多个增材制造研发基地，一批专业化的增材制造企业发展迅速，研究成果在航空、航天、动力、能源领域相关新产品研发、汽车模具、大型铸型、人体植入物个性化制造等技术方面紧跟国际发展趋势，部分成果达到了世界领先水平。未来，我国将继续加强增材制造工艺原理、产品优化设计、集成应用、标准化等方面的技术机器人是智能制造的代表性产品。传统工业机器人需要专业工程师进行配置操作，用户难以根据不断变化的生产需求进行重新配置。下一代机器人可实现即插即用，通过简化的网络布线实现互联，使得安装、编程和维护难度、成本大幅降低，让小型企业用户也能用得起，使需要灵活配置生产环境的用户实现快速配置。工业机器人的广泛应用，使得传统的加工、装配、物流、检测向更为智能、灵活、协作的方向发展，协作机器人使机器人与人类之间实现更多互动，有望重塑自动化工厂。目前，我国机器人技术在多个环节实现了突破，在工业机器人应用及系统集成方面，已在国民经济多个行业领域开展了大量的应用集成，实现了单机、多机协同的现场应用。我国工业机器人产业已经初具规模，国产机器人市场占有率在40%左右，培育了新松、广数等多家机器人主机和系统集成骨干企业，全国规模以上的机器人产业园超过20余家。尽管近几年我国机器人得到长足发展，但机器人产业发展尚处于跟踪和模仿，基于新一代信息技术、人工智能技术与机器人的深度融合研究不足，高性能机器人仍需大量进口。“十四五”期间，我国工业机器人领域应探索适应未来制造模式的机器人，加大面向柔性制造的机器人技术与系统研发、面向复杂应用工艺的机器人技术与系统研发。数字工厂改变国际制造业竞争格局

高度自动化制造中更具竞争力，引发发达国家制造业外包格局的变化，即制造业重返发达国家。数字化制造新模式将如何影响制造业劳动力？该报告提出了“替代技术”与“增强技术”的区别，即过去数字制造技术是“替代”工人，现在则是使工人提高生产率，而非直接取代工人。随着个性化定制、多品种小批量生产的发展，与机器人共同作业的需求将会增加，数字制造技术增强人类的能力，而非替代人类的工作。由于我国适龄劳动力持续减少，人力成本增加，在国际竞争中已不再拥有劳动力比较优势。只有寻找新的经济增长点，实现动能转换，提高生产效率，才能保持中国经济高质量持续增长。实现数字制造对劳动能力的“增强效应”主要体现在两个方面：一是通过替代大量可自动执行的常规且重复的程序性工作，使工人们更有效地利用时间，并将时间用于更加体现创造性的工作之中；二是通过人工智能技术对工人进行辅助，使工人能够突破人体及能力的极限，进而创造更大价值。因此，引入人工智能进一步替代人的劳动、弥补我国劳动力缺口、提高劳动生产率，以实现新旧动能转换，能够给我国实体经济发展注入新的活力，推动我国制造业向全球19世纪末，当电气化技术出现时，人们认为用电动机代替蒸汽机和水车会使工厂效率大幅度提高，但实际上真正使电气化技术改变工业生产效率，却用了将近40年的时间。这是因为19世纪的企业仅是将现代电动机与旧有系统连接在一起，没有对机器与工厂进行重新设计，因此，并未产生显著的效率改变。直到20世纪20年代，利用电力驱动技术对机器创新，围绕物流和人力重新设计流程，诞生了现代工厂。迪拜3D打印640平米二层建筑，打破吉尼斯世界纪录迪拜政府与工程公司ECC合作完成了一项3D打印建筑项目，打印出一座640平米的二层建筑。建筑3D打印技术能够减少所需工人数量，降低建筑成本。此项目仅利用一台3D打印机以及本地材料完成建筑构建，其3D打印混凝土墙能够有效提高隔热效果，该建筑已被吉尼斯世界纪录评为世界上最大的3D打印建筑。CerebrasSystems发布“世界上最快的AI计算机”美国AI芯片初创公司CerebrasSystemsSupercomputing2019世界上最快的人工智能计算机CS-1，且已获得美国联邦政府超级计算计划的认可。Cerebras用。CerebrasCS-140AI哈佛大学开发3D打印新技术，突破多材料多喷头打印难题哈佛大学工程与应用科学院开发出一种多材料多喷头的3D打印技术，研究人员通过立体式的三维流道结构设计将多个材料入口和材料出口集成到单个喷头上，并使用高速电磁阀精准控制每个流道内的压力使不同材料在喷头处可以连续切换打印，从而实现单个喷嘴对材料的体素级控制。该打印技术最多可支持软硬度不同的8种材料同步打印，极大拓展了3D打印制造复杂功能结构的能力。美国莱斯大学利用3D打印技术打印聚合物防弹块美国莱斯大学利用3D打印技术制造出一种聚合物立方体，能够以惊人的效果抵挡子弹的冲击。该3D打印的交联碳纳米管微结构聚合物块吸收冲击的效率比同类材料的立方体高出10倍，且在重压之下不会直接破裂。研究人员正在进一步优化设计以使该结构能够在军事、工程等领域实现应用。德国大陆公司开发新型固态3D闪光激光雷达，助力自动驾驶技术发展德国大陆公司开发出新型汽车级固态3D闪光激光雷达HFL110。该雷达传感器速率高达330纳秒每帧，可在任何时间和天气条件下提供近距离（约50米或更短）详细而准确的3D图像。该激光雷达集成了加热器和可配选自动清洗系统，还可与大陆公司的雷达和2D摄像头相结合，可对目前的环境传感器起到补充作用，也将助力全自动驾驶技术的实现。美国和瑞士研究人员开发出一种可引导光子并改变其速度和前进方向的光学开关美国国家标准技术研究院和瑞士黎世联邦理工学院研究人员开发出一种光学开关装置，可让光子于20亿分之一秒内在芯片间移动。研究人员采用紧凑型设计，将纳米金膜、硅光学、电学和力学组件集成在一起，成功开发出一款可在微型通道内引导光子并改变其速度和前进方向的光学开关。研究人员表示，这款紧凑型开关是首个能在足够低电压下运行的开关，因此可被集成到硅芯片上，并以极低信号损失改变光子的方向，有望在自动驾驶、神经网络和量子计算机等领域发挥重要作用。IBM人工智能辩论机器人在剑桥联合会上展开自我辩论IBM推出的ProjectDebater辩论机器人在英国剑桥联合会上就“AI是否构成威胁”问题展开自我辩论。IBM将ProjectDebater定义为AI系统。ProjectDebater可在大量新闻稿件和论文中凝练最相关、最有说服力的主张和证据，创作出连贯的辩论词，且该过程无需人工介入。此前，ProjectDebater仅具备与人类辩论的能力。IBM研究人员表示，ProjectDebater为高效信息收集工具的开发铺平了道路，有望为决策者和意见提出者建立有效的沟通渠道。谷歌母公司Alphabet从垃圾分类机器人开始重启机器人项目谷歌母公司Alphabet重启机器人项目，其下属Xmoonshot部门启动了“日常机器人”（EverydayRobot）习算法来观察世界，而无需针对每个任务进行编程。研究人员以垃圾分类机器人为切入点，通过在虚拟环境中对机器人进行模拟训练，帮助其完成垃圾分类的任务。该机器人可将办公室垃圾分类错误导致的污染水平从20%降到5%。瑞士苏黎世联邦理工学院采用3D打印技术开发结构复杂的多孔玻璃瑞士苏黎世联邦理工学院采用一种名为立体光刻技术的3D打印技术生产结构复杂的多孔玻璃。研究人员首先采用树脂和玻璃前驱体制备打印材料，然后利用商业紫外激光3D打印机进行打印。通过改变光照强度，研究人员可以精确控制打印体的孔径大小。打印结束后，研究人员对胚料进行烧制，在600摄氏度下烧掉聚合物树脂骨架，在1000摄氏度下使玻璃前驱体进行玻璃化转变，最终得到结构高度复杂的多孔玻璃。研究人员表示，该技术有望用于生产复杂玻璃器皿。相关研究成果发表于《自然材料》期刊。新加坡国立大学新研究，用于柔性软机器人的新型金属材料这种新材料将铂等金属与烧过的纸（灰烬）结合在一起，具有更强的功能同时也保持了传统纸和塑料的可折叠性和轻便性。该新材料的重量是纸的一半，这也使其具有更高的功率效率。这些特性使这种材料成为制造柔韧而轻巧的假肢的强有力的材料60％。这样的假肢可以提供实时的应变感测，以反馈有关其弯曲程度的信息，从而为用户提供更好的控制和即时信息，同时还无需外部传感器，也避免了将给假肢增加不必要的