智能制造：仪器仪表产业面临的挑战和机遇

机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（北京 100055）

SHI Zhenshan

( Instrumentation Technology & Economy Institute, P.R.China 100055 )

摘要：智能制造将引发制造业一场新的革命。本文论述了智能制造装备的发展趋势，测量、控制和自动化技术在智能制造装备中的地位和作用，以及“十二五”期间我国实施智能制造装备发展规划给仪器仪表行业带来的新的机遇和挑战。

关键词：智能制造  仪器仪表  产业政策

Abstract：The intelligent manufacturing will trigger a revolution of manufacturing. This paper discusses the development tendency of intelligent manufacturing equipment, the status and role of measurement, control and automation technology in intelligent manufacturing equipment, new opportunity and challenge of The 12th Five-Year Plan on Intelligent Manufacturing Equipment Development for China instrument and control industry.

Key word：intelligent manufacturing  instrument  industry policy

 

    智能制造是具有信息的感知与分析、经验与知识的表示与学习以及智能决策与执行功能的制造系统。智能制造是制造自动化、数字化发展的必然结果，它的发展和应用，对降低生产成本、提高生产效率与产品质量、提升制造业国际竞争力具有重要意义。自智能制造提出以来，主要发达国家相继将其列入国家发展计划，大力推广和应用。以工业机器人在制造业的应用为例，主要发达国家每万名生产工人占有机器人的数量已达200台左右，其中，日本最高达306台，远高于中国的15台。

    2008 年全球金融危机爆发以来，美、日、德等主要发达国家将智能制造作为重振制造业的重要武器。美国2011 年 6 月正式启动 “先进制造伙伴计划 ”，旨在加快抢占 21 世纪先进制造业制高点。当年度投入 7000万美元用于支持新一代机器人研发，计划在未来 20 年内通过人工智能、机器人和数字化制造三项关键智能制造技术的研发和应用，再次赢得在全球制造业的领先地位。同年 12 月，白宫宣布成立制造业政策办公室，推动美国制造业复苏和出口。2012 年，美国总统奥巴马在其《国情咨文》中再次强调，美国正面临把制造业从中国等地迁回本土的大好机会。美国加州奇点大学瓦德瓦教授在华盛顿邮报上发表署名评论“为什么说现在该轮到中国担心制造业了”，声称“人工智能＋机器人＋数字制造＝制造业革命，美国将用高新技术重振制造业并打败中国”。英国政府 2011 年发布了《英国发展先进制造业的主要策略和行动计划》，对制造业进行重新认识和定位，强调重新重视制造业的发展。法国政府也在 2010年 3 月宣布 5 年内要将制造业产出增加 25% 。日本通过加快发展协同式机器人、无人化工厂提升制造业的国际竞争力。德国也计划加大科研投入，推动制造业向永续制造、智能制造发展。

    2012年4月作者有机会参观了在德国举办的“2012汉诺威工业博览会”。汉诺威工业博览会被公认为世界工业发展的风向标，今年的主题为“绿色、智能”，各公司和企业展出了自己在智能化和自动化领域的最新技术，以及高度智能和自动化的生产流程对工业生产的根本性改变，工业生产的效率和精度得到了极大地提升，“数字工厂”的概念正在被越来越多的工业领域接受并加以应用。“2012汉诺威工业博览会”向世界工业界传递出了明确的信息：21 世纪将是智能制造获得大发展和广泛应用的时代，智能制造将引发制造业的重大变革，甚至是革命性变化。

    智能制造装备作为提升中国制造业核心竞争力、带动产业结构优化升级的基础支柱产业被赋予了无可比拟的战略意义。智能制造装备的基础作用不仅体现在对于海洋工程、高铁、大飞机、卫星等高端装备的支撑及对于其他行业制造装备的零部件等简单配套，而更重要的是为各行业提供控制系统、成套生产线、机器人等各种高级形式的配套和技术水平的提升。

    智能制造装备是传统产业升级改造、实现生产过程自动化、智能化、精密化、绿色化的基本工具，是培育和发展战略性新兴产业的支撑，是实现生产过程和产品使用过程节能减排的重要手段。智能制造装备产业的水平已经成为当今衡量一个国家工业化水平的重要标志。

    智能制造装备呈现出自动化、集成化、信息化、绿色化的发展趋势。

（1）自动化。自动化和智能化是智能制造装备的重要发展趋势，主要表现在装备能根据用户要求完成制造过程的自动化，并对制造对象和制造环境具有高度适应性，实现制造过程的优化。

（2）集成化。智能制造装备正向技术集成、系统集成的方向发展，主要体现在生产工艺技术、硬件、软件与应用技术的集成及设备的成套，同时还体现在生物、纳米、新能源、新材料等跨学科高技术的集成，从而使装备得到不断提高和升级。

（2）信息化。信息技术与先进制造技术的融合，带来巨大的、甚至是革命性的变化。将传感技术、计算机技术、软件技术“嵌入”装备中，实现装备的性能提升和“智能”。设计及制造过程的数字化、信息化与智能化的最终目标不仅是要快速开发出产品或装备，而且要努力实现大型复杂产品一次开发成功。

    绿色化。资源、能源的压力，使装备必须考虑从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全生命周期中，对环境负面影响极小，资源利用率极高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。绿色制造是提高智能制造装备资源循环利用效率和降低环境排放的关键途径。

    针对智能制造过程中的感知、分析、决策、控制、执行五个重要环节，结合智能制造装备自动化、集成化、信息化、绿色化的发展趋势，不难得出仪器仪表是智能制造的基础技术和装备核心。例如100万KW级核电站设备中传感器和检测点达到6000个；大型乙烯装置中使用的仪器仪表和传感器接近22000台；航天飞机飞行过程测控用传感器总量超过3500只。

    欧美日等发达国家都把仪器仪表技术列为国家发展战略。美国国家长期安全和经济繁荣至关重要的24项技术中有6项与传感器直接相关；日本在“国家支柱技术10大重点战略目标（2005-2015年）”中，有6项与传感器及智能化仪器仪表技术有关。在我国，近期由工业和信息化部装备工业司发布的《智能制造装备产业“十二五”发展路线图》，提出突破九大关键智能基础共性技术，推进八项智能测控装置与部件的研发和产业化，提升八类重大智能制造装备集成创新能力，促进在国民经济六大重点领域的示范应用推广。9项关键智能基础共性技术，全部是仪器仪表技术；8项智能测控装置与部件有6项属于仪器仪表范畴，提升8类重大智能制造装备创新能力和在6个重点领域的示范应用的关键点和难点也主要集中在传感器、仪器仪表和控制系统上。

    工业发达国家优势明显，国际竞争更加激烈。美国、德国、日本等工业发达国家在数控机床、仪器仪表、工业机器人等方面具有多年的技术积累，优势明显，特别是高端装备差距尤为突出。如仪器仪表行业的功能安全技术和安全仪表系统、无线传感器网络和无线仪表、生物集成微流路片等前瞻性技术和高端产品，国外公司已经有产品投入市场，而国内企业因缺少技术储备，技术水平与国外的差距很大。一旦这些新技术和新产品在市场上推广应用，有可能出现新一轮国外产品垄断市场的潜在危险。因此，我国进入智能制造装备领域将面临激烈的国际市场竞争。同时，后金融危机时代,美国、英国等发达国家重新回归重视发展高技术的制造业，德国、日本竭力保持在智能制造装备领域的优势和垄断地位，韩国也力求跻身世界制造强国之列，这更加挤压了我国智能制造装备产业的发展空间。

产业发展空间巨大，前景广阔。国民经济重点产业的发展、重大工程建设、传统产业的升级改造及降低碳排放的承诺，对智能制造装备提出了巨大的市场需求。汽车工业将继续成为高档数控机床第一重要用户，航空、航天、IT等高新技术产业的发展需要大量高效、精密、智能、多坐标联动和专用数控机床，机械、纺织、冶金、石化、造船、轨道交通等传统产业的技术改造，加大了对高档数控机床、自动化控制系统及仪器仪表的需求。例如风力发电，2009年风电控制系统销售额约为12亿元，比2008年增长82%，预计到2011年将达到26亿元，2008年至2011年平均增幅为41%。又如轨道交通，根据北京、上海等15个城市建设规划统计，预计到2015年，中国运营轨道交通线路将达到60多条，线路总长1700km，建设投资规模将达到6000亿，筹建轨道交通的城市近40个。2008年轨道交通的自动化市场需求为17.6亿元，预计未来年复合增长率为35%。此外，国家提出的大力培育和发展节能环保、新能源、新兴信息、生物、新材料、新能源汽车等战略性新兴产业，对智能制造装备提出了自动化、智能化、信息化、精密化、绿色化等方面更高的要求，并提供了新的、巨大的市场空间。

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