【儀表網(wǎng) 儀表新概念】《中國制造2025》發(fā)布近一年來，概念層面可謂異彩紛呈，從工業(yè)4.0、工業(yè)信息化到智能制造、無人工廠，目前更延伸到無人駕駛汽車、無人駕駛船舶、無人化醫(yī)療裝備等熱門領(lǐng)域，似乎工業(yè)智能化、無人化時(shí)代近在眼前。

華為科技創(chuàng)始人任正非對(duì)此所做的判斷很客觀，他認(rèn)為，這是人工智能時(shí)代，首先要強(qiáng)調(diào)工業(yè)自動(dòng)化；工業(yè)自動(dòng)化以后，才可能走進(jìn)信息化；只有信息化后，才能智能化。中國工業(yè)現(xiàn)在還沒有走完自動(dòng)化，還有很多工業(yè)連半自動(dòng)化都做不到。

因而，探究工業(yè)4.0、工業(yè)無人化之前，有必要了解相關(guān)概念的歷史淵源、技術(shù)本源和經(jīng)濟(jì)意義。

自動(dòng)化是智能化的前奏
　　
20世紀(jì)80年代，美國汽車產(chǎn)業(yè)正擔(dān)心會(huì)被日本競(jìng)爭(zhēng)者擊垮。在底特律，很多人展望以“熄燈式生產(chǎn)”打敗對(duì)手。“熄燈式生產(chǎn)”就是工廠高度自動(dòng)化，燈關(guān)著，機(jī)器人自己在制造汽車。當(dāng)時(shí)，這種想法是不切實(shí)際的，日本車企當(dāng)年的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也不在于自動(dòng)化生產(chǎn)，而在于“精益生產(chǎn)”技術(shù)，而精益生產(chǎn)在大多數(shù)情況下要依賴人力。

現(xiàn)今，自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)使“熄燈式生產(chǎn)”逐漸變成現(xiàn)實(shí)。日本機(jī)器人制造商發(fā)那科（FANUC）已能將其部分生產(chǎn)線置于無人值守的環(huán)境中，自動(dòng)運(yùn)行數(shù)周不出狀況。

德國大眾旨在稱雄，這家汽車工業(yè)集團(tuán)制定了新的生產(chǎn)戰(zhàn)略：模塊化橫向矩。大眾汽車想借助這一全新的工藝，在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)所有型號(hào)的車。這一工藝終將使大眾在世界各地的工廠因地制宜，生產(chǎn)出當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)所需的任何車型。

很多年前，錢學(xué)森曾說過：“只要自動(dòng)控制做好了，即使元器件差一點(diǎn)，能打上天。”

現(xiàn)今，自動(dòng)化將在很大程度上模仿人的智能，機(jī)器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測(cè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。

從整體上看，中國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在技術(shù)裝備、能源和原材料消耗、產(chǎn)品品質(zhì)和管理水平等方面與工業(yè)強(qiáng)國相比仍有很大差距，尤其是技術(shù)裝備（比如數(shù)控機(jī)床）的差距有擴(kuò)大趨勢(shì)。大范圍設(shè)備更新，國家承受不了；維持設(shè)備現(xiàn)狀，則后果不堪設(shè)想，唯有應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，才能有效地提高企業(yè)素質(zhì)。

日本和德國的經(jīng)濟(jì)起飛，就是從這里開始的。1986年之前，美國對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用不夠重視，以至于在汽車、機(jī)械、原材料工業(yè)、計(jì)算機(jī)、電子元器件等傳統(tǒng)行業(yè)完全喪失優(yōu)勢(shì)地位。后來美國急起直追，高度重視工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)，用自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了巨大效益。

中國各個(gè)行業(yè)的自動(dòng)化現(xiàn)狀遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工業(yè)強(qiáng)國。對(duì)于任何一個(gè)企業(yè)來說，沒有強(qiáng)大、先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng)的支持，其產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量都難以達(dá)到世界水平。比如焊接工序，由人工操作的質(zhì)量不易控制，僅憑外觀也看不出質(zhì)量好壞。如果由工業(yè)機(jī)器人來操作，各個(gè)工藝細(xì)節(jié)都能標(biāo)準(zhǔn)化，焊接質(zhì)量、效率都會(huì)更高。

這就是為什么即使中國經(jīng)濟(jì)增速出現(xiàn)下滑，中國國內(nèi)市場(chǎng)，尤其是制造業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的需求有增無減。自動(dòng)化技術(shù)能給“中國制造”補(bǔ)鈣，助推中國產(chǎn)業(yè)振興。

人工智能與無人工廠
　　
無人工廠是自動(dòng)化技術(shù)全面升級(jí)跨越的結(jié)果，其基本特征就是全部生產(chǎn)活動(dòng)由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，生產(chǎn)線配有機(jī)器人而無需配備工人。

世界上座實(shí)驗(yàn)用的無人工廠在日本筑波科學(xué)城，建成于1984年4月。日本比較缺少人力，因而很早開始重視機(jī)器，建造了可以提高生產(chǎn)效率的無人工廠。

在運(yùn)用了人工智能的無人工廠中，所有工作都是由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、無人運(yùn)輸小車和自動(dòng)化倉庫來實(shí)現(xiàn)的，人不直接參加工作。工人成了“指揮員”和“醫(yī)生”，白天，工廠內(nèi)只有少數(shù)工作人員做一些核查，修改一些指令；夜里，只留兩三名監(jiān)視員。

現(xiàn)今，無人工廠在汽車及飛機(jī)制造等領(lǐng)域已相當(dāng)普及。這些生產(chǎn)線幾乎都是機(jī)器人在操作，人在旁邊起輔助作用。

不過，將人工智能真正轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用并非易事，這是一個(gè)繁雜的系統(tǒng)工程。無人工廠要突破很多關(guān)鍵性技術(shù)，包括柔性化的生產(chǎn)技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)、整體安全和監(jiān)控的技術(shù)、所有機(jī)器系統(tǒng)安全的監(jiān)控等。每個(gè)機(jī)器人的狀態(tài)、每個(gè)儀器的狀態(tài)，有什么問題都要提前預(yù)警。

無人工廠中的核心裝備是工業(yè)機(jī)器人，經(jīng)歷近半個(gè)世紀(jì)的迅速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已在諸多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，諸如汽車制造、機(jī)械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)都涉及工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)器人及其他自動(dòng)化技術(shù)代表工業(yè)自動(dòng)化的高階應(yīng)用，而終實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化、無人化，還有很長一段距離。

工業(yè)價(jià)值鏈的系統(tǒng)整合是工業(yè)無人化的關(guān)鍵。工業(yè)價(jià)值鏈主要包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)工程、生產(chǎn)執(zhí)行和服務(wù)等幾個(gè)部分，以前這些都是單獨(dú)實(shí)施的。如今，各種新技術(shù)把這些獨(dú)立的部分整合起來。制造業(yè)的未來在于，從這些技術(shù)當(dāng)中找到佳結(jié)合點(diǎn)，并學(xué)會(huì)將它們作為一個(gè)完整系統(tǒng)運(yùn)用起來。這樣就能獲得整合系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)制造效率的大幅提升。

要做到這一點(diǎn)，需要制造廠商把手頭的所有高科技工具匯合起來，這非?？简?yàn)綜合技術(shù)能力。

從“智眼”到“智人”
　　
如果說工業(yè)無人化的關(guān)鍵在于工業(yè)價(jià)值鏈的系統(tǒng)整合，在于智能制造，那么智能制造的核心就是從“智眼”到“智人”。

未來制造業(yè)必定向著越來越精致化、人性化、個(gè)性化的方向發(fā)展，必定要走向無人生產(chǎn)、靈動(dòng)制造之路。這都要靠智能制造來實(shí)現(xiàn)，其核心競(jìng)爭(zhēng)力比的是“快速和”。智能制造核心是“智”，就是信息獲取的快和準(zhǔn)、信息處理的快和準(zhǔn)。如同武功高手之間的對(duì)決，拼的是“手眼身法步”，而“眼力”和“招法”是核心關(guān)鍵。

工業(yè)價(jià)值鏈的系統(tǒng)整合，需要視覺與圖像技術(shù)相結(jié)合，就是給工業(yè)設(shè)備安裝一雙超級(jí)“智眼”。未來的工業(yè)生產(chǎn)將以“智眼”為核心，裝備在千千萬萬、形形色色的設(shè)備上，指揮各種各樣的“手、腳、身體”動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)“深度感知、智慧決策、自動(dòng)執(zhí)行”，成為“智人”。

設(shè)想一下，在一個(gè)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)車間，各種芯片和元器件的尺寸已經(jīng)從幾毫米幾十毫米縮小到幾微米幾十微米，元器件的焊接和組裝在視覺系統(tǒng)的引導(dǎo)下由機(jī)器人進(jìn)行精密操作，由于器件的尺寸和質(zhì)量都減小了幾百倍，裝配速度大幅提高，每秒鐘可以完成上百次動(dòng)作，生產(chǎn)效率提高了百倍。

視覺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多角度立體成像，大范圍毫米級(jí)成像和超精密微米級(jí)成像相結(jié)合，整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)獲取的圖像信息都可以實(shí)時(shí)處理，并綜合完成目標(biāo)定位，測(cè)量，發(fā)出動(dòng)作指令。一旦某個(gè)產(chǎn)品的一個(gè)焊點(diǎn)出現(xiàn)問題了，比如合格焊接面積2微米，實(shí)際只達(dá)到了0.85微米，這將導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)淖杩乖龃蠖构ぷ黝l率達(dá)不到正常范圍，視覺系統(tǒng)立即導(dǎo)引檢驗(yàn)機(jī)器人，剔除廢品至分支工序進(jìn)行修復(fù)。組裝車間各個(gè)成像單元監(jiān)控各種環(huán)境指標(biāo)，并把全部圖像數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)綜合到中央信息服務(wù)器。問題找到了，立即進(jìn)行故障隱患排除，系統(tǒng)飛速運(yùn)轉(zhuǎn)如常。

智能制造需要“快速和”的視覺成像，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、智能測(cè)量、智能檢測(cè)和智能互聯(lián)。

智能識(shí)別是為下一步操作找到目標(biāo)，目標(biāo)識(shí)別要從大量信息中找到關(guān)鍵特征，需要把海量信息快速收斂，其智能程度要求高，準(zhǔn)確度和可靠度是關(guān)鍵，這取決于智能測(cè)量的度。在測(cè)量的基礎(chǔ)上完成。

智能檢測(cè)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果和目標(biāo)之間的偏離度，判斷合格與否，但是檢測(cè)往往不是單一指標(biāo)的結(jié)果比較，需要多信息多指標(biāo)綜合分析判斷。

智能互聯(lián)，或者說萬物互聯(lián)（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)），是基于大數(shù)據(jù)而來的。數(shù)據(jù)互聯(lián)就像人的大腦神經(jīng)元，當(dāng)信息和節(jié)點(diǎn)超過一定數(shù)量，就能產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)、自主創(chuàng)造能力。工業(yè)大數(shù)據(jù)很大一部分源于視覺成像，當(dāng)圖像的海量數(shù)據(jù)在多節(jié)點(diǎn)采集互聯(lián)，同時(shí)將人員、設(shè)備、生產(chǎn)物資、環(huán)境、工藝等數(shù)據(jù)互聯(lián)，就會(huì)衍生出深度學(xué)習(xí)、智能優(yōu)化、智能預(yù)測(cè)等創(chuàng)新能力，顯示出大數(shù)據(jù)和智能制造的真正威力。

低成本的產(chǎn)品定制化
　　
德國產(chǎn)業(yè)界將200年工業(yè)革命的歷史進(jìn)程劃分為四個(gè)階段：以蒸汽機(jī)為標(biāo)志的機(jī)械化工業(yè)革命1.0，使人的體力被解放和大幅提升；以電力為標(biāo)志的電氣化工業(yè)革命2.0實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模流水線作業(yè)，開創(chuàng)了產(chǎn)品批量標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的新模式；以微電子和計(jì)算機(jī)為標(biāo)志的自動(dòng)化工業(yè)革命3.0實(shí)現(xiàn)了程序化自動(dòng)化生產(chǎn)，不但解放了體力勞動(dòng)，還部分接管了腦力勞動(dòng)，工業(yè)邁入少人化；工業(yè)4.0則是向兩大方向深度推進(jìn)，產(chǎn)品端是定制化，制造端是智能化、無人化。

不要簡(jiǎn)單以為在生產(chǎn)車間內(nèi)用一款機(jī)器人代替車間工人的流水化操作就是智能工廠，或是工業(yè)無人化。

真正的智能制造和工業(yè)無人化遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止如此。它們是制造企業(yè)從單一產(chǎn)品制造向智能制造生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、向產(chǎn)品加服務(wù)轉(zhuǎn)型的探索。通過智能化、無人化改造，客戶個(gè)性化產(chǎn)品單個(gè)生產(chǎn)的費(fèi)用可以變得和大批量生產(chǎn)的費(fèi)用一樣。

將傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合的階段，是在未來工廠中每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰可見、高度透明，整個(gè)車間悄然地運(yùn)轉(zhuǎn)的，工業(yè)機(jī)器人與其他自動(dòng)化設(shè)備不僅彼此協(xié)作，還與遍布的員工、客戶以及智能分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)作。

信息技術(shù)的改造已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的智能制造，更大的變化是生產(chǎn)組織方式：通過對(duì)客戶歷史采購量和中長期需求等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，依據(jù)產(chǎn)出能力自主安排生產(chǎn)時(shí)間和數(shù)量，客戶經(jīng)理、操作工人以及原料供應(yīng)商“串”在同一條信息鏈上。

未來的工廠即無人化的智能工廠，就是代表率的樂園：次品、停機(jī)、浪費(fèi)和等待這些問題統(tǒng)統(tǒng)不復(fù)存在。工廠經(jīng)理和CIO（數(shù)據(jù)官）們齊心協(xié)力，確保數(shù)據(jù)和生產(chǎn)、IT和制造無縫結(jié)合起來，每個(gè)機(jī)器的每次轉(zhuǎn)動(dòng)、每個(gè)刀具的每次切割以及交付鏈上每個(gè)部件的每次運(yùn)輸，都一覽無遺。

建立體系優(yōu)勢(shì)，應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)
　　
工業(yè)無人化實(shí)質(zhì)上是工業(yè)制造智能化、化的一個(gè)縮影，前提是工業(yè)自動(dòng)化的持續(xù)跨越升級(jí)。邁入工業(yè)4.0，先要經(jīng)歷2.0、2.5還有3.0之路。其間要思考，一個(gè)企業(yè)、一個(gè)團(tuán)隊(duì)，能否掌握信息革命的這些工具，能否攻克工業(yè)革命的堡壘？

制造業(yè)經(jīng)過智能化改造之后，人員結(jié)構(gòu)將會(huì)從原來的一線產(chǎn)業(yè)工人占主要比重的金字塔形，向中間的技術(shù)工人越來越多的倒梯形轉(zhuǎn)變。“無人工廠”也并非完全無人，而是追求一種人與機(jī)器之間的有機(jī)互動(dòng)與平衡。

近些年來，國內(nèi)勞動(dòng)密集型的“萬人工廠”越發(fā)逼近薄利甚至零利。企業(yè)和政府往往基于成本壓力，以“機(jī)器換人推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)”的角度去看待工業(yè)信息化和無人化。而真正應(yīng)該深入思考的，是如何利用智能裝備來改變工藝生產(chǎn)流程，解決制造周期、成本以及整個(gè)工藝流程的問題，讓產(chǎn)品更有競(jìng)爭(zhēng)力，從而實(shí)現(xiàn)全體系的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，除了國內(nèi)高度關(guān)注的工業(yè)4.0或者是說信息化和工業(yè)化深度融合之外，還有一個(gè)維度是化。

宏觀層面，政府正在推進(jìn)“走出去”戰(zhàn)略，鼓勵(lì)一些中國有優(yōu)勢(shì)的傳統(tǒng)制造業(yè)，把產(chǎn)能向海外轉(zhuǎn)移；微觀層面，國內(nèi)大型制造業(yè)企業(yè)高度強(qiáng)調(diào)要打造成化公司。

可是信息化和工業(yè)化深度融合之后，必然會(huì)沖擊國內(nèi)企業(yè)的化思維。工業(yè)4.0模式基本上可以做到無人化，工業(yè)無人化必將沖擊制造業(yè)格局。不管在美國、歐洲、中國或是東南亞、南亞國家都是一樣的，基于勞動(dòng)力成本的差距消失了，整個(gè)世界的制造業(yè)格局將被改寫和刷新。

工業(yè)4.0或者中國制造2025，都會(huì)帶來一個(gè)新的“刷屏”時(shí)代。新形勢(shì)下，怎么促進(jìn)化，利用什么優(yōu)勢(shì)來實(shí)現(xiàn)化？

制造業(yè)的智能化改造已經(jīng)成為政府和企業(yè)家的共識(shí)。“機(jī)器換人”推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)、自動(dòng)化進(jìn)程，就必須在政策制定和實(shí)施過程中全面考慮到包括機(jī)器人技術(shù)發(fā)明家、企業(yè)創(chuàng)業(yè)家、產(chǎn)業(yè)資本家、應(yīng)用、基地服務(wù)員和產(chǎn)業(yè)組織者六大人群的實(shí)際需求。整合資源，在系統(tǒng)層次（系統(tǒng)框架、發(fā)展方向）上尋求創(chuàng)新突破。

面向智能制造的產(chǎn)業(yè)升級(jí)不是某項(xiàng)單一技術(shù)、甚至某個(gè)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，而是以新的運(yùn)行方式和更緊密的產(chǎn)業(yè)互動(dòng)重塑整個(gè)工業(yè)體系。這個(gè)轉(zhuǎn)型升級(jí)不是升級(jí)幾條生產(chǎn)線、或是新一代產(chǎn)品設(shè)計(jì)這么簡(jiǎn)單。它對(duì)于從系統(tǒng)層次把握工業(yè)全局（即頂層設(shè)計(jì)）的能力提出了更高要求。而中國制造業(yè)未來的信息化、無人化轉(zhuǎn)型升級(jí)，在于營造“全鏈條”生態(tài)環(huán)境和產(chǎn)業(yè)體系，建立體系優(yōu)勢(shì)，應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。

（原標(biāo)題：工業(yè)無人化的技術(shù)本源和經(jīng)濟(jì)前景 ）