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看完现在的中国制造,我跪了

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  这里是《了不起的中国制造》一汽红旗对话大国工匠系列第三期,欢迎大家点击视频观看。

  我们邀请了中国工程院院士、机械制造和自动化专家李培根,对话中国一汽红旗工厂厂长张巍、中国一汽工程与生产物流部总经理毕文权,一起聊聊智能制造的知识。

  本栏目由网易新闻学院X网易浪潮工作室联合呈现。

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  上海,一处轧钢厂房中的设备正在高速运转。三万平米的厂房中,几乎看不到几个人在现场。而每年,这里都可以生产出来10万吨的卷钢。

  这样的工厂,被称为“黑灯工厂”。这里并不是真的不亮灯,而是因为自动化水平已经足够高,以至于可以熄灭灯光,让机器自动工作。

  黑灯工厂代表了人们对工厂自动化的最终构想,而这样的工厂背后,其实是智能制造技术在大显身手。

  究竟什么是智能制造?它离我们有多远?

  智能制造,离我们并不远

  智能制造,听起来像是高大上的未来产物。

  但其实,它离我们并不远。生活中很多常见的物件,都和智能制造密切相关。

  汽车的装配流程,就集成了诸多智能制造技术。

  一辆汽车的零件多达上万件,汽车配置表上也有数十种配置;想要保证这么多配置都能装对,光靠人是不够的。

  如果来到汽车的总装工厂,你时常会看到一种载着货物、自动行驶的小车。这种小车叫做AGV小车。利用磁导航技术,这些小车就能够按照预设路径,载着指定的零件前往预设的工位。这就避免了人工操作不当,导致零件运送错误的情况。


  吉林长春,一汽红旗工厂中运送底盘的AGV

  除了运送零件的小车,汽车工厂中还用到了射频识别技术(RFID)。简单来讲,这就相当于给每一辆汽车安装了识别标签;汽车通过生产线的时候,传感器可以无接触读取汽车的识别标签,工人则能够看到这辆汽车的全部配置信息,防止装错零件。

  在汽车工厂,你已经见识了传感技术的厉害;那么在手机外壳工厂,则能直观地感受到数控机床有多精准。

  你或许对数控机床没概念,但手机和笔记本电脑总用过吧?很多电子产品的金属外壳的加工,就是由数控机床完成的。


  笔记本电脑、手机等电子产品的金属外壳的加工,就是由数控机床完成的

  想把金属表面加工得光洁顺滑,难度并不低。拿我们经常见到的铝合金外壳来说,零件的厚度、表面的光洁度要求很高。而且常见的铣削加工过程会产生震动,容易在金属表面形成震纹,破坏美观程度。

  这就对机床的精度要求很高。数控机床的精度可以达到0.005-0.01毫米,远远高于传统机床。和传统机床相比,数控车床可以用数字信号控制机床的运动,按照预先设定好的程序加工零件,直接消除了操作者导致的人为误差。


  数控机床的精度远高于传统机床

  在医院,另一关键的智能技术——3D打印也正在得到越来越广泛的应用。

  3D打印听起来仿佛和我们很远,在你的印象中,这项技术可能是用来制作飞机发动机的零部件,或者生产航天器的各种异形外壳的。

  但其实,3D打印还可以为拔过牙的患者带来福音。


  2020年9月16日,北京大学口腔医院,牙科医生在为患者进行治疗

  缺牙最好的补救方式之一,就是种植牙。但种植牙并不是真的“种”了一颗牙,而是在牙槽骨上打入金属植体,然后再在金属植体上安装假牙。

  这也就导致了种植牙手术非常麻烦。首先要在牙槽骨上钻洞,嵌入植体。三到六个月后,等到牙槽骨和植体愈合后,才能进行后续的手术,进而把假牙固定在植体上。

  但如果应用3D打印技术,患者就不需要经历打洞、植骨的过程。医院采集完患者的口腔数据后,可以直接用3D打印机制造出来有牙根的假牙。


  除了种植牙,牙齿矫正也有望应用到3D打印技术

  带牙根的假牙,就有可能在原有的牙窝上进行种植;不仅省时省钱,还帮患者减少了痛苦。

  从汽车、手机再到医疗器械,智能制造技术,其实离我们并不远。

  智能制造,不仅仅是机器人那么简单

  那么,是不是工厂里面有了数控车床、工业机器人和3D打印机,就等于实现了智能制造呢?

  并不是这样的。根据工信部对智能制造标准的规划,智能制造不仅指智能装备,还包括智能服务、工业互联网、智能工厂等多种技术。

  这也就意味着,想实现智能制造,就要打造一个复杂的系统。而对于一家企业来说,则要在设计、生产、物流、服务等全部流程上实现智能化。

  针对这个问题,中国工程院院士、机械制造及自动化专家李培根就指出:智能制造,更重要的是生态的进化。

  李培根举了汽车企业的例子来解释“生态进化”:“像汽车这样的一个产品,它也是一个复杂产品,不是说汽车公司里头,保证我的质量就行了。供应商的所有零部件、元器件,这些产品也非常重要。”


  中国工程院院士、机械制造及自动化专家李培根

  汽车企业的工厂并不负责生产汽车的全部零部件。从车身、底盘、动力总成到内饰,很多零部件都是从供应商那里采购而来的。这些零部件最后会被送入工厂,经过冲压、焊装、涂装、总装等加工步骤,最终成为一辆整车。

  而一家大型车企的零部件供应商数量,可能高达数百家。保证这么多供应商和车企的步伐协调一致,并不是件容易的事情。

  “那么像这个就一定会用到工业互联网,这一点非常重要。” 李培根认为,在5G技术的驱动下,工业互联网应用场景进一步拓展,能够通过万物互联、信息汇聚、优化调度、异地协同、远程监控,对整个供应链进行有效管理。


  汽车车身中的很多高强度钢材就是供应商提供的,对供应链制造企业来说至关重要

  除了工厂的制造、供应链的管理,智能制造还有更广泛的应用。

  李培根认为,下一代智能制造最重要的特点之一,就是数字孪生。

  数字孪生技术最早用于飞行器的维护和保障。工作人员在数字空间建立飞行器的模型,然后通过传感器实现和飞行器真实状态的完全同步。这样就可以根据飞行数据,及时分析评估飞行器的状态,判断是否需要维修。


  数字孪生技术最早应用于飞行器的维护和保障

  也就是说,数字孪生技术相当于在数字空间复制出了真实世界的“双胞胎”;借助这个虚拟世界的“双胞胎”,工作人员就可以模拟设备在真实世界的运行情况。

  “数字孪生模型(主要是)预测运行维护。”李培根用风力发电机打比方,“运行过程中,收集它的数据,来分析什么时候可以告诉风机,你该怎么调整叶片的俯仰角度。”


  2019年06月21日,新疆阿勒泰,布尔津风电场的风力发电机

  而这个虚拟世界的“双胞胎”,反过来也可以“影响机器或者设备的性能和效率。”

  不管是工业互联网还是数字孪生技术,它们都需要一定时间才可以广泛落地。智能制造远不是装几个智能设备那么简单;想要全面实现智能制造,其实还有很长的一段路要走。

  中国的智能制造水平,到什么程度了

  既然智能制造这么复杂,我们什么时候才可以大规模地应用这套技术?中国的智能制造水平,到底到什么程度了?

  如果说智能制造是一辆高速奔驰的火车,那么底层技术就相当于铁轨。想要大规模实现智能制造,首先就要让底层技术足够可靠,并且得到广泛应用。


  2020年5月,西藏日喀则的5G基站。只有底层技术足够可靠,智能制造才有可能大规模实现

  目前,中国正在这些技术的研发上穷追猛赶;有一些技术的应用,已经达到了世界领先水平。

  比如5G技术。工业互联网的大规模应用,迫切需要5G的支撑。据估计,一座智能工厂每天产生上千TB的数据,相当于一万部4K电影的大小。这么大的数据量,只能依靠5G进行无线传输。

  而目前,中国三大运营商已经相继宣布5G实现规模商用。一些城市,比如北京和深圳,甚至已经实现了5G独立组网全覆盖。


  2020年6月26日,湖北宜昌的一处5G基站

  人工智能(AI)也是一项至关重要的技术。目前,AI在制造业的应用主要是优化生产流程和质量检测。尤其在质量检测方面,用AI代替传统的人工抽样检测,不仅可以减少检测时间,还可以大大降低次品率。

  目前,中国的人工智能产业已经初具规模。根据清华大学和工信部的不完全统计,中国的AI企业已经超过4000家,核心产业规模也将在2020年突破1600亿,带动相关产业规模超一万亿元。

  除此之外,中国在数据方面的优势也不容小觑。目前,中国整体网民规模已经达到9.4亿,将为中国的AI技术提供庞大复杂的数据量。这就给AI算法升级和应用场景扩展提供了很好的基础。


  工人在总装车间灯光通道检测汽车表面。应用AI技术之后,汽车质检的效率将会大大提高

  日益成熟的底层技术,让越来越多的工厂有机会试水智能制造。来到一汽红旗的智能工厂,你就可以看到工人们如何运用这些技术,制造出高品质的汽车。

  “我们从18年开始普及智能制造规划和建设,目标是基于5G+的工业互联网平台,实现数据系统和流程的智能化。”中国一汽工程与生产物流部总经理毕文权,介绍了红旗的智能制造规划。


  一汽红旗工厂的总装车间

  “另外我们工厂里头,5G信号全都覆盖了。也就是说它这种大数据、这种5G的技术、工业互联网,也给我们提供了这种智能制造的一个机会和手段。”中国一汽红旗工厂厂长张巍补充道。

  目前,红旗总装车间智能化工位占到全部工位数量的80%以上,焊装车间焊点自动化率可达100%。

  红旗数字化工厂,已经实现了数字化工艺闭环、数字化质量闭环、数字化物流闭环三大闭环;打通系统间的数据流,形成高效的数字网络,实现生产过程的高效、可控以及透明化。


  一汽红旗工厂的整车生产线

  “这个工厂里按照原来的工艺布局,可能实现3万辆就是一大关了。”张巍说到。

  “但是正是通过这种高水平的,自动化程度的进步改善,我们现在已经达成了10万的产能,所以效率的提高,提高了3倍5倍不止。”

  红旗工厂,正在成为高质量、高效率、高智能、高生态、体系化、数字化的智能工厂,为每一位消费者生产出可靠、智能的汽车。

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