中国制造2025和工业4.0

    我们讲工业4.0首先要回顾一下上个世纪90年代国家智能科学基金委员会美国学者提的一个观点：四大技术汇聚引领21世纪技术发展、经济发展、社会发展。我们中国学者也非常赞同这个观点，新世纪15年，我们回过头看看美国学者这个预言对不对，对到什么程度。基本是对的，确实像生命技术、纳米技术、信息技术、认知科学技术这四大技术确实是自然科学前沿里对我们科学技术发展起到一个牵引作用。但是也有所不足，就是对生命科学、纳米技术、认知科学这三项技术对经济的牵引、对社会发展的牵引估计过高，期望过大。10年前、15年前我们第一线科技局长最热门的是在推广纳米技术。当然现在纳米技术仍然是前沿技术，但是对整个社会带动作用、牵引作用还不是十分充分。

    在这个过程当中，信息技术对技术的牵引作用仍然是非常大。在这样的背景下，社会上出现了三大优先突破技术。第一，美国先进制造业国家战略计划，强调三大优先突破技术：先进制造的感知控制、智能制造技术平台、先进材料制造。第二，德国提出工业4.0三大主题：智能工厂、智能生产、智能物流。第三，中国制造2025解决三大核心：数字化制造、网络化制造、智能化制造。

    中国工业现状：2.0-2.5

    工业4.0国际上有很多版本：18世纪下半叶工厂取代作坊是第一次工业革命：机械化生产。20世纪初流水线普遍应用导致第二次工业革命：大规模生产。21世纪初用数字化制造技术进行第三次工业革命：定制分散的生产。

    一个美国人提出互联网技术和可再生能源是两个驱动新经济模式的轮子，然后导致第三次工业革命。

    真正比较有影响力的是这本书：《第三次浪潮》。华盛顿大学教授托夫勒著作。80年3月出版。认为人类历史发展是三个阶段：第一，农业阶段。第二，工业阶段。第三，现在面临信息化阶段。

    工业4.0，它是西门子提出的发展战略，经过研究专家论证，上升为德国国家发展战略。说明德国是由企业主导。像我们中国是政府主导推中国制造2025。电子、IT、工业机器人是工业3.0，重点解决自动化问题。工业4.0最核心的是信息物联系统CPS。重点解决智能化的问题。信息物联CPS是美国国家自然基金委员会上世纪90年代提出的。并且预言CPS作为21世纪引领性的关键技术之一。所以还是老美引领了技术发展，但是德国应用的比较好，特别是制造业应用德国领先。

    在这样背景下，我们中国工业4.0，也有人说我们中国离的太远。这个话对不对?既对，也不对。西门子自我评估还没有到4.0，是3.8。中国工程院对中国企业进行了调研评估，认为大部分企业还处于2到2.5的水平。最近听说华为邀请了一些国际上评估机构进行评估，他是2.7的水平。应该说华为代表中国最具有创新性的企业之一，水平最高的企业之一。我们工程院提出中国工业4.0智能制造应该是2.0补课，3.0普及，4.0示范。我们很多企业还处于粗放型生产，还需要补2.0的课。3.0要推广应用。而4.0是我们努力目标。

    中国提出了中国制造2025，在制造业范畴里，国家层面提出这么一个宏大的计划，解放以来还是第一次。证明国家高度重视制造业发展。提出十个优先重点发展领域：新一代信息技术、高档数控机床与机器人、航空航天装备、海洋工程装备与高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、新材料、生物医药及高性能医疗机械、农业机械装备。 这十个优先重点发展领域跟之前提出的七个战略性新兴产业、十六个专项有些是重合，有些是交叉，有些是整合过的。比如第二个，高档数控机床与机器人。高档数控机床本身就是16个专项之一，根据现在形势发展，现在与机器人整合在一起。

    智能制造难题：做甚么产品?

    中国制造2025跟工业4.0有很大联系，但是也考虑到中国企业现状和特点。中国制造2025是工程院向工信部、国务院建议的。起源于两个：第一，周济院士提出的制造强国发展战略。由50多个院士和100多名专家经过调研分析，向工信部、国务院建议。第二，路甬祥牵头的创新设计发展战略。他是搞液压的，后来当了全国人大副委员长、中科院的院长。改革开放以来，路甬祥院士的液压技术在行业里NO.1。在液压领域还没有听说哪个人超过路甬祥。路甬祥研究了我们国家制造业发展。他认为中国要从制造大国走向制造强国，最薄弱的就是创新设计。现在搞工业4.0、智能制造最大的问题是就是我们做什么产品。搞了工业4.0、智能制造，效率大大提高、质量也提高了。

    比如说原来喇叭每天可以做100件，用了4.0、智能制造每天可以做200件，确实效率提高的。但是我们中国制造业现状是几乎每个领域都是产能过剩，前面100都没有卖掉，现在做200个更卖不掉，所以首先要解决创新设计的问题。工业4.0解决的是怎么做的问题。但是我们现在做什么的问题还没有解决。整体来说，我们全国特别江苏、浙江、广东沿海几个省份改革开放以来制造业有了很大的发展，人们生活水平有了很大提高。但是我们基本上是仿制为主，真正原创性的产品基本没有或者不多。所以我们搞智能制造第一个前提就是要解决创新设计的问题。

    大数据、移动网络、智能生产

    21世纪三大前沿科技对我们制造业的牵引，第一个，大数据场。第二，移动网络。第三，智能化生产。

    第一，大数据。我们日常生活中装了很多摄像头，发微信、短信、邮件构成了大数据。每个人的行为都可以追溯出来。工业大数据应用非常的震撼。像电梯都有监控系统，电梯也有传感器。GE生产的航空发动机据说有5000个传感器。发动机运行的状况可以实时传回。

    第二个就是移动网络，阿里巴巴搞淘宝网，一天就成交900亿。在深圳如果有一个百亿级企业，当地政府要把你当成宝了。而阿里巴巴一天成交900亿。给我们制造业带来很大的冲击和挑战。我们制造模式和商业模式是紧密相关的，我们做出来的产品最终的目的是要卖出去，让客户用。所以移动网络非常重要。

    第三，以3D打印打印和机器人为代表的智能化生产。这三大技术给我们制造业带来很大冲击和挑战。使得制造业不得不往这四个化的方向发展：数字化、智能化、拟人化、绿色化。

    什么是智能制造?可以说领导搞不清楚、企业搞不清楚，专家也不明白。去年工作信部推出两个项目：智能制造示范企业项目、智能制造重大攻关项目。很多企业还把原来中国制造的内容改头换面，新瓶装旧酒。什么是智能制造呢?数字制造有很多定义，但我个人认为都不确切，我给出一个定义，数字制造是数字技术与制造技术的融合。但是这个融合站在我们制造业角度是用数字技术来解决制造的问题。现在互联网+非常热。去年中国工程院西安交大机械学院院长卢院士上课期间，李克强总理非常感兴趣，问现在到底是互联网+制造业，还是制造业+互联网?卢院士当时回答的也是比较含糊。因为这个问题比较难回答。

    我个人认为有几个观点：第一，谁加谁不重要，不影响结果。关键是怎么制造业跟互联网怎么融合。第二，对网络型、软件型企业，是互联网+制造业。GE作为一个制造企业，提出制造业+互联网。我用互联网技术目的什么?解决制造当中的问题。

    哪些数字技术呢?包括数据库技术、产品建模技术等等，制造技术包括产品技术、产品加工技术等等。智能制造是智能技术与制造技术的融合，用智能技术解决制造的问题。制造第一个问题是什么?就是做什么的问题。第二个问题是解决怎么做的问题。

    数字制造与智能制造的关系：数字制造是智能制造的基础。智能制造是数字制造的提升。

    阿尔法狗与智能制造

    什么是智能?时间关系我不展开。我举个例子。美国人搞了一个波斯登大狗、一个阿尔法狗。波斯登大狗比较稳定，有自恢复功能，人把体踢倒可翻起来。而且可以能爬山、过河。而且两个狗可以协调的跑步。另外一个狗就是阿尔法狗。阿尔法狗本质是什么?人机大战引发了一些问题。人们关心机器人到底能不能战胜人?是人厉害还是机器人厉害?我个人看法到目前为止还是人厉害，虽然4：1战胜了韩国九段棋手，但是现在为止还是人厉害。为什么呢?因为阿尔法狗的程序也是人编出来的。并没有超过人的范围。但是将来怎么样不知道。

    阿尔法狗对我们智能制造也是一个很好的借鉴。这个程序用了两个网络，一个是价值网络，计算局面。第二，策略网络，选择怎么下棋。去年阿尔法狗就5：0战胜了欧洲围棋高手。他是两步：第一步，把九段棋谱输入到计算机里面。第二，人下棋，高级棋手会算五步以后，而他可以算十步甚至上百步。这个就是深度学习算法。这里启发我们智能制造要搞就是三个核心问题：第一，知识库/知识工程。知识库是核心，人为什么有智力?因为知识比较多。年纪大的人为什么智力衰退?因为知识忘记了。所以我们第一步要建立知识库。最宝贵的就是人，人有知识。第二，这个知识库不是死的，要动态传感、实时更新。第三，自主学习/自主决策。

    智能制造的十步

    我们搞智能制造，第一步要智能设计。知识获取、表达和建模技术。第二，智能设计：基于智能检索的设计方案优选。第三，基于知识的协同求解。第四，加工过程协同仿真与智能优化。第五，过程监控与误差智能误差补偿。第六，加工参数的智能优选。第七，基于智能导航的装配精确定位技术。第八，装配顺序与装配路径的智能优选技术。第九，装配预紧力与智能调试技术。现在大飞机就要数字化、智能化装配。我们装配系统成功实现了大型飞机数字化、智能化装配。第十，挖掘客户隐式需求的智能服务技术。其实智能手机以前没有这么多需求，后果苹果把客户隐式需求挖掘出来了。智能手机几乎打垮了原来所有手机厂。