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装备制造业转型发展趋势:绿色化与智能化

厂商:《自动化博览》
  点击数:2305  发布时间:12-11-01 09:44
当今世界正处在大变革、大调整时期,2012年世界经济将处于格局大变迁的前夜!各国发展都面临难得的机遇和严峻的挑战,能否实现科学、和谐、有创造力的发展是各个国家(特别是中等收入国家)面临的共同课题。

   当今世界正处在大变革、大调整时期,2012年世界经济将处于格局大变迁的前夜!各国发展都面临难得的机遇和严峻的挑战,能否实现科学、和谐、有创造力的发展是各个国家(特别是中等收入国家)面临的共同课题。

   如何科学地、可持续地健康发展,党中央、国务院通过“讲话”与“规划”都有明确的指示。

   2010年6月7日,中共中央总书记胡锦涛在两院院士大会上的讲话中向科学界提出,要重点推动八大科研领域发展,争取尽快取得突破性进展。其中,制造业被列为八大领域之一。胡锦涛指出,要大力发展新材料和先进制造科学技术,促进我国制造业结构升级和战略调整,发展先进装备制造业,推进制造业的绿色化和智能化。

   2012年1月16日,温家宝总理在《在世界未来能源峰会》上的讲话,强调指出:“中国将继续同世界各国人民一道,加强国际合作,推动可持续创新,致力发展未来能源,共同建设一个绿色和可持续发展的新世界!”而近期以来,绿色化和智能化,正是装备制造业研究和发展的重点。

   本文就绿色化和智能化的问题,从宏观概念与国家政策层面,谈一些个人的看法,供大家参考! 

   1 “绿色化与智能化”是引领世界发展的潮流

   绿色与智能,一直是近年来国际工业领域的重要发展潮流, 自然也顺理成章地成为了“2012汉诺威工业博览会”的展览主题。汉诺威工业博览会(HANNOVER MESSE)被业界认为是联系全世界工业技术领域和商业领域的重要国际活动、是全球最具影响力的工业界盛事之一。不难看出,强调“绿色”意在提升能源、原材料的利用效率,最大限度地实现涵盖全球工业范围的可持续发展;而强调“智能”则意在提升生产效率、提高工业资源调配的合理性, 以及工业设备的可用性和可维护程度。这两大主题,无一不是对当前实际工业需求的高度概括。国际许多知名企业,如西门子、ABB、菲尼克斯电气等等,都在各自企业的发展过程中,强调“绿色与智能”。例如,“绿色”可以说是西门子集团发展史上的一个重要符号性词语。在不同的历史时期,西门子都在用“绿色”的理念影响着世界工业界的发展潮流。

  2 “绿色化与智能化”的概念及需求

   2.1 绿色化的概念及需求

   2.1.1 绿色化的概念

   绿色文化定义:根据百度百科的介绍,绿色化的概念即是从绿色文化定义引伸而来,因为,文化,是人类一切活动过程和结果的总称。狭义绿色文化是指人类适应环境而创造的一切以绿色植物为标志的文化,包括农业、林业、工业、城市绿化,以及所有植物科学等。

   由上所述,根据绿色文化的定义,具体到某一行业,应该是,行业与环境的和谐共进,并使行业实现可持续的健康发展。例如:绿色能源,指温室气体和污染物零排放或排放很少的能源,绿色制造,是指综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中,对环境负面影响最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化,能够使企业实现可持续的发展。

   目前,绿色经济受到国际社会的广泛关注。2012年将于里约召开的联合国可持续发展大会(UNCSD)的主题之一就是“可持续发展和消除贫困背景下的绿色经济”。联合国环境规划署(UNEP)从2008年开始实施绿色经济倡议,2011年2月发表了绿色经济报告书(UNEP 2011)。经济合作与发展组织(OECD)从2008年开始制定绿色增长战略,并将绿色增长作为其成立50周年的纪念主题。目前,国际上对于绿色的理解包括生命、节能、环保等三个方面。

   温家宝总理2012年4月25日在斯德哥尔摩表示,经济的“绿色化”不是增长的负担,而是增长的引擎。李克强副总理也曾强调,“中国政府高度重视发展绿色经济与应对气候变化,我们从自身实际出发,借鉴国际经验,把可持续发展作为国家战略”。随着世界经济的发展,一场绿色变革浪潮正在席卷全球。纵观世界绿色文明的发展趋势,21世纪必将成为“绿色世纪”。

   2.1.2 绿色化的需求

   中国经济正处于高速增长期,人与自然的矛盾从未像今天这样紧迫,我们已没有足够的资源来支撑高消耗、高污染的经济增长方式。必须强化全民的资源环境危机意识、必须发展循环经济以提高资源使用效率、必须发展清洁生产以降低生产过程中的污染成本、必须发展绿色消费以减少消费过程对生态的破坏、必须发展新能源以实现生产方式的彻底超越。惟有如此,才能实现社会的可持续发展,实现向生态工业文明的跨越,培育出一个人与自然、人与人双重和谐的生态文明。

   当前,由于温室气体的排放、环境污染的恶化,以及金融危机引发的全球经济放缓,使人类更多地开始注意与思考环境保护的问题。因而,各行各业对于绿色化有着迫切的需求。诸如: 绿色经济、绿色城市、绿色工业、绿色企业、绿色装备、绿色电力、绿色冶金、绿色石化、绿色物流、绿色食品等等。

   为了适应装备制造业领域的迫切需求,必须确立“全寿命周期”的绿色化理念。绿色制造是通过革新传统的制造技术、设计理念和生产方式,实现资源能源的高效清洁利用和环境影响的最小化。制造过程的绿色化是从环境保护角度出发,在制造的各个阶段(全寿命周期—管理、设计、材料、工艺、生产、物流、报废、回收、循环使用等)都要充分考虑到环境保护。这里的环境不仅是自然环境,还包括社会环境和生产环境,要做到可持续发展,走向人类社会和自然界的统一与和谐。绿色制造技术的研究将在资源的绿色转化、新资源和能源的替代、过程强化与系统集成以及绿色产品工程等四个方面展开。

   在我国高端装备制造产业技术中,强调绿色制造。重点发展先进绿色制造技术与产品,突破制造业绿色产品设计、环保材料、节能环保工艺、绿色回收处理等关键技术。开展绿色制造技术和绿色制造装备的推广应用和产业示范,培育装备再制造、绿色制造咨询与服务、绿色制造软件等新兴产业。

   绿色化是随着人类社会的进步和发展,衡量其可持续发展水平的关键。因此,研究和探讨它的内涵、特点和环境保护问题越来越引起人们的高度重视。绿色制造 ! 发展趋势就显得尤为重要。是通过绿色生产过程(包括:绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等)生产出绿色产品。中国政府高度重视发展绿色产业和绿色经济,把可持续发展作为国家战略,把建设资源节约型、环境友好型社会作为重大任务。助推“产业升级”之本:节能增效。在国内的制造业企业中,“节能增效”几乎是一个永恒的话题,每一家企业都不能完全脱离这个话题来谈自身的“转型升级”之道。在多个行业的“十二五”规划中,也都提及了“节能增效”这一目标。

   在实现制造过程的绿色化的时候,必须考虑制造行业的“低碳经济”问题,聪明的企业善于抓住机遇,转变生产方式,走在前面,将被动变为主动。利用社会发展理念的变革作为企业加速发展的动力。努力抢占“低碳经济”的制高点。企业应当在考虑企业发展战略的同时,考虑企业如何制定“低碳战略”,并力求与国家的可持续发展趋势同步增长。

   2.2 智能化的概念及需求

   2.2.1 智能化的概念

   通常人们所指的“智能”,是指人的大脑的思维能力,从其外延来看,“智能”就是发现规律、运用规律的能力和分析问题、解决问题的能力。通常“智能”包括四个方面的能力,即: 感知能力、记忆与思维能力、学习能力及自适应能力。
而对于智能化(Intelligence),目前尚无明确的、公认的、科学的定义,但通常认为应当包括两方面的含义:一是采用“人工智能”的理论、方法和技术来处理各种问题;二是具有“拟人智能”的特性,具备自适应、自学习、自校正、自协调、自组织、自诊断、自修复等功能。这可以作为衡量是不是智能化装置、设备、系统的基本标准。因此,不妨将智能化装置定义为: 采用人工智能理论、方法、技术,具有某种拟人智能特性和功能的装置。智能化装置利用计算机代替人的部分脑力劳动,具有运用知识进行推理、学习、联想以解决问题的能力。

   智能化的概念具体应用于“智能控制”,则是指:其主要的目标是使控制系统具有学习和适应能力,学习的目的是为了使系统具有适应能力,在复杂控制系统中能够根据系统所处的环境、操作条件的变化、控制目标的变化、不断学习、适应新的需求。模糊推理、神经网络、遗传算法都具有模拟人类思维结构和方式的特点,将三者有机地结合起来,发挥各自的优势,将会是智能控制研究的主要方向。从整个信息技术的发展历程来看,我们已经历了电子化、数字化、网络化的阶段,目前正处在信息化的末端和智能化的前端,就是人们所提到的智能化服务阶段,从智能化的实现开始,我们将逐步迈向智慧的阶段。

   智能化生产技术是制造业不断吸收机械、电气、电子、信息(计算机、网络、通信、控制论、人工智能等)、能源及现代系统管理等领域的成果,并将其综合运用于产品研发、设计、制造、检测、销售、使用、服务乃至回收的全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷、柔性生产,提高对市场动态多变的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

   2.2.2 智能化的需求

   制造业,特别是装备制造业是为国民经济各行业提供技术装备的战略性产业,是各行业产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。世界技术进步与经济发展表明:发展智能制造是提升制造业效能,促进经济发展的大趋势。智能应用创造的空间如此巨大,智能方案描述的情景如此之美,令人有目共睹。那么作为自动化厂商,在面对众多智能应用的新领域时应该如何发力?在如此宏大的智能产业版图中,装备制造业对于智能化的需求是十分迫切的。因此,自动化厂商在这种情况下需要考虑的是将承担什么样的角色? 

   智能化是未来制造技术的发展方向,它是将人工智能融入到生产过程的各个环节中去:通过模拟人类专家的智能活动,取代生产系统中的部分脑力劳动。在生产过程中,系统能根据生产实际进行推理,并做出合理判断, 自动调整其参数,使生产活动达到最佳状态。智能化是自动化的高级阶段,是柔性化和集成化的延伸和发展。纵观历史,剖析现状,展望未来,专家指出:今后,传统的制造业仍将朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的“六高一长”的方向发展。新型的先进制造技术将朝着小型化(微型化)、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化;在服务上:专门化、简捷化、无维护化以及组装生产自动化、无尘(或超净)化、专业化等的方向发展。在这些“化”之中,占主导地位、起关键作用的是智能化和网络化。

   智能化是制造技术发展的前景。智能化制造模式的基础是智能制造系统,它是智能和技术的集成而形成的应用环境,也是智能制造模式的载体。它突出了在制造诸环节中,以一种高度柔性与集成的方式,借助计算机模拟的人类专家的智能活动,进行分析、判断、推理、构思和决策,取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动,同时,收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。在国家高端装备制造产业技术中,强调智能制造,发展工业机器人、智能控制、微纳制造、制造业信息化等相关系统和装备,重点研发工业机器人的模块化核心技术和功能部件、重大工程自动化控制系统和智能测试仪器及基础件等技术装备,建设产业技术培训体系,推动技术集成验证与示范应用工作,制定技术与安全标准,培育一批高技术创新企业,实现制造系统智能运行,改造提升装备制造业。一些国内的知名企业, 已制定了“智能化”战略!例如,海信集团就宣布:未来10年全面“智能化”。

  中国制造业成功地承接了世界制造业的转移与外包,逐渐形成了各区域的产业集群,这种产业集聚现象又进一步降低了企业的生产成本和组织成本。使得区域制造业产业优势不断强化, 制造业竞争力进一步得到加强。中国的制造业想变得又大又强的话,必须要寻求突破,从相关数据的分析来看,总体而言,未来五年到十年,中国制造业发展趋势是高增加值化,这是中国制造业实现突破之路的必由之路!在中国,伴随着产业制造能力的不断提高,中国产业国际上的竞争力不断增长,但中国产业的创新能力提高有限,存在着产业制造能力与技术能力不对称的现象。这种不对称现象是中国经济增长方式的一个写照,它蕴藏着中国经济发展的机遇与挑战 。因此,提高中国企业的技术创新能力是未来数年的艰苦任务,需要行业与政府的共同努力。随着工业无线网络、传感器网络、无线射频识别、微型机电系统、激光技术等技术的日益成熟,人们由现在对于制造设备与制造过程的“了解不足”,向三维空间加时间的多维度、透明化泛在感知发展, 泛在计算、泛在虚拟、泛在仿真无处不在,从而促成了以泛在信息技术为主要驱动力的新一代基于泛在感知的信息化制造和自动化技术——“泛在信息制造”时代的来临,这将会是新一代先进制造技术发展的核心驱动力!

  3 必须加快绿色化、智能化步伐的原因

   为什么必须加快绿色化、智能化步伐的原因,主要是: 

   第一,我国有限的资源和严重的环境污染决定了必须走机械工业绿色制造的发展道路。机械工业可持续发展的概念可归纳为建立极少产生废料和污染物的工艺或技术系统,在加强环境系统的生产和更新能力以使环境资源不致减少的前提下,实现持续的经济发展和提高生活质量。目前,我国正大力提倡科学发展观和绿色GDP概念,推进可持续发展战略,加快发展装备制造业,尤其是开展绿色先进制造技术的开发和应用,对环境保护和资源的合理利用提出了更高的要求。

   第二,提高我国装备制造业国际竞争力的需要。我国加入WTO后,国内企业的环保、技术、法制、经济理念需要适时更新。WTO体制及其规则允许各成员采取保护人体健康、动植物健康、环境和自然资源的措施,提倡消耗适度、无污染、有利于环

   保的产品和服务。

   第三,先进工业国家的智能化水平正在加速提升,给我国装备制造业带来更大挑战。现在世界先进国家正在展开对工业智能化制高点的争夺,特别是日本,对于工业机器人和家庭机器人的研究已经开展了十多年,而且开发得非常成功。美国的发展速度也很快,2011年3月,我赴美参观某汽车零部件制造厂,在该厂汽车底盘装配车间里,堆满了各式各样的工业机器人,有六百多台机器人共同完成汽车底盘的装配工序,人工操作几乎为零。所以,未来中国机械制造业在智能化方面的速度必须大幅提升,否则真的会沦为全球的血汗工厂。

   为加快中国装备制造业的绿色化、智能化步伐,“十二五” 期间国家将在制造领域中成立绿色化、智能化制造联盟,积极推导业界的发展。可喜的是,在2011年北京国际机床展国内许多参展单位的展台上,我们已经看到了众多以绿色化、智能化为核心的机器设备和制造系统。

   第四,响应国家政府规划,实现自主创新。在“十二五”期间,国家装备制造业将投入大量精力开发工业机器人以及智能控制系统。许多国家重点院校,如:清华大学、北京大学、上海交通大学、西安交通大学、北京理工大学、上海同济大学、中南大学等均在工业机器人以及智能控制系统领域投入大量人力、物力与财力。中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院自动化研究所、广州机械科学研究院等科研单位,作为国家投入大量精力、经过长期建设发展壮大的科研机构,也在为整个装备制造业的绿色化和智能化做出应有贡献! 

   4 政府专门制订“绿色化与智能化”发展规划

   为了科学地引导中国装备制造业的可持续发展,国家科技部专门出台了《绿色制造科技发展“十二五”专项规划》和《智能制造科技发展“十二五”专项规划》,这些专门规划的出台,是全面贯彻落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》、《国民经济和社会发展第十二个五年规划》以及《国家“十二五”科学和技术发展规划》提出的重点任务,加快促进产业技术进步的重要措施,也是加强自主创新工作的重要组成部分。

   《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》明确提出“积极发展绿色制造,加快相关技术在材料与产品开发设计、加工制造、销售服务及回收利用等产品全生命周期中的应用,形成高效、节能、环保和可循环的新型制造工艺,使我国制造业资源消耗、环境负荷水平进入国际先进行列”;《国民经济和社会发展第十二个五年规划》提出建设资源节约型、环境友好型社会作为加快转变经济发展方式的重要着力点;《国家“十二五” 科学和技术发展规划》将“绿色制造”列为“高端装备制造业” 领域六大科技产业化工程之一,提出“重点发展先进绿色制造技术与产品,突破制造业绿色产品设计、环保材料、节能环保工艺、绿色回收处理等关键技术。开展绿色制造技术和绿色制造装备的推广应用和产业示范,培育装备再制造、绿色制造咨询与服务、绿色制造软件等新兴产业。”这些都对我国发展绿色制造解决当前能源紧缺和环境污染的现状提出迫切要求,为先进制造领域布局和实施绿色制造专项规划提供了指导和依据。

   智能制造是面向产品全生命周期,实现泛在感知条件下的信息化制造,是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上,通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术,实现设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化等。智能制造具有鲜明的时代特征,内涵也不断完善和丰富。

   一方面,智能制造是制造业自动化、信息化的高级阶段和必然结果,体现在制造过程可视化、智能人机交互、柔性自动化、自组织与自适应等特征; 

   另一方面,智能制造体现在可持续制造、高效能制造,并可实现绿色制造。

   《绿色制造科技发展“十二五”专项规划》(简称《专项规划》)是以“十二五”时期的需求为重点,兼顾我国中长期制造业可持续发展的需求,明确突破绿色设计、节能减排工艺、绿色回收资源化与再制造、绿色制造技术标准等关键共性技术,推动技术、标准、产业协同发展。

   选择典型示范意义的行业或区域,开展绿色制造技术、工艺装备和产品的推广应用,推动传统制造业绿色化改造,发展资源节约和节能环保的战略性新兴产业,提高我国制造企业竞争力。

   《专项规划》明确了组织实施发展绿色制造的指导思想和发展目标,确定了重点内容和实施方案,提出了保障措施和技术路线图。

   《专项规划》是“十二五”时期开展绿色制造工作的重要依据。

  《智能制造科技发展“十二五”专项规划》则是面向产品全生命周期,实现泛在感知条件下的信息化制造。智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上,通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术,实现设计过程、制造过程和制造装备智能化,是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。 

   该专项将按照抓住高端、突出重点、企业主体、服务发展的原则,结合世界发展的趋势和未来前沿制高点,研究智能制造基础理论,攻克一批前沿核心技术和共性关键技术,研制一批智能化高端装备,并进行示范应用和产业化,为实现我国从“制造大国”向“制造强国”转变奠定技术基础。

   这两项专项规划对于装备制造业的“绿色化”与“智能化” 的发展均提出明确的目标、发展思路、原则与要求,是我国装备制造业转型的重要依据。

   5 结束语

   2012年是贯彻落实“十二五”规划承上启下的关键一年, 也是装备制造业全力推进转型升级、为建设“装备制造强国”奠定基础的关键一年。当前,我国装备制造业正在向全球化、专业化、精益化、绿色化、智能化和服务化方向发展。 

   2012年3月29日,全国政协主席贾庆林出席机械工业联合会成立十周年庆祝大会,在接见全国机械行业专家学者时,对机械行业的发展提出了四点希望,明确指出,要扎实推进节能减排, 大力发展绿色制造业。

   温家宝总理更强调:经济“绿色化”不是增长的负担而是增长的引擎! “国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定”(国发〔2010〕32号)为推进产业结构升级和经济发展方式转变,坚持科技创新与实现产业化相结合、坚持整体推进与重点领域跨越发展相结合、坚持提升国民经济长远竞争力与支撑当前发展相结合的原则,将节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造产业成为国民经济的支柱产业,新能源、新材料、新能源汽车产业成为国民经济的先导产业,要求战略性新兴产业增加值到2020年要占国内生产总值的比重力争达到15%左右。

   《中国21世纪议程》指出,我国工业应着力实现清洁生产, 减少污染,保护森林、水源和生物多样性。“十二五”装备制造业总体发展规划,也将大力发展绿色制造技术列入重点任务。可见,国家对加快机械制造业绿色化和智能化十分地重视和支持。

   中国科学院重庆绿色智能技术研究院于2011年6月15日正式揭牌,中国科学院重庆绿色智能技术研究院是由中国科学院与重庆市人民政府在今年3月经友好协商、合作共建的在渝科学研究机构。研究院将面向重庆及西部区域经济社会发展重大需求, 面向世界科学技术发展前沿,以加快发展战略性新兴产业和提升传统产业为主线,在电子信息、智能制造和环境工程等重点领域布局并形成持续创新发展能力,以绿色化、智能化、产品化为方向,坚持立足重庆、服务西南,坚持技术立院、需求牵引、创新驱动,建设成为产业技术源头创新与科技资源聚集基地、技术集成创新与产业育成基地、高层次创新与创业人才培养基地和西部地区科技交流与合作的重要开放式平台,提升重庆创新发展能力,成为我国西部地区独具特色的集技术创新、成果转化、科技服务、人才培育于一体的综合性科技创新基地。

   胡锦涛总书记在党的十七大报告中指出:“提高自主创新能力,建设创新型国家。这是国家发展战略的核心,是提高综合国力的关键。”2012年7月7日,全国科技创新大会在北京闭幕。这是我国在新世纪召开的第一次全国科技创新大会,是科技界的一大盛事。在科技领域召开如此高规格、大范围的会议,是空前的。全国科技创新大会是在我国全面建设小康社会和建设创新型国家进入关键阶段召开的一次十分重要的会议,对于我们准确把握科技发展新形势、明确科技改革发展的重点任务,加快推进创新型国家建设具有重要意义。胡锦涛总书记在大会上所作的重要讲话,高屋建瓴地阐释了加快科技创新的必要性和紧迫性,指出了建设创新型国家的主要任务。

   创新源于人们对于技术的前瞻性理解!创新同样也源于人们对于新概念、新思想的前瞻性理解!如何“总揽全局 科学发展”,使中国在“稳中求进”的可持续发展道路上,阔步向前, 我国的装备制造业如何更好地实现转型,绿色化与智能化将是引领中国装备制造业转型的良好途径。绿色发展是中国必走之路。“智能化”携手“绿色化"必然迈向生态觉醒。
发展之路高歌猛进,然而转型迫在眉睫!我们应当按照胡锦涛总书记指出的那样,“把科学技术摆在优先发展的战略地位!”,“紧紧抓住和用好我国发展的重要战略机遇期,战胜一系列严峻挑战,奋力把中国特色社会主义事业推进到一个新的发展阶段。”

   摘自《自动化博览》2012年第十期