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中国先进制造业未来发展思考和探讨




纵观人类文明的发展史,科学技术的革命是一种在历史上起到巨大推动作用的、革命性的力量,它主要是通过促进人们的生产方式、生活方式和思维方式的变革来推动社会的发展。

人类社会从原始社会发展到今天,大致可以分为农耕文明和工业文明。根据马克思历史唯物主义的哲学体系:“生产力与生产关系的矛盾,是推动人类社会发展的基本动力”,而且认为生产力的三要素分别为:以生产工具为主的劳动资料;引入生产过程的劳动对象;具有一定生产经验与劳动技能的劳动者。笔者客观的认为,劳动资料和劳动对象的核心内容应该是生产方式。生产方式的先进与落后直接决定了生产力良莠,先进制造业就是在先进的生产方式上而形成的先进生产力。

什么是先进制造业?原机械工业部总工程师、中国机械工业联合会特别顾问朱森第这样定义“先进制造业”:它是不断吸收信息、机械、材料以及现代管理等方面的高新技术,并将这些先进的技术综合应用于制造的各个环节和全过程,实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,从而取得很好经济社会和市场效益的制造业总称。而构成先进制造业的三大方面即为:产业先进性、技术先进性、管理先进性。

激光—先进制造产业的核心生产方式

从生产方式的角度来看待科技工业革命,农耕文明是以“力加工”的生产方式,影响了人类社会几千年;值得人类自豪的工业文明,也分别经历了三次科技工业革命,笔者客观的从加工方式的角度进行分类,分别认为是:火加工、电加工和光加工。为什么这么分类呢?综合来看三次科技工业革命主要标志:第一次是18世纪60年代蒸汽机的广泛应用,火加工生产工具的出现;第二次是19世纪70年代电力的广泛应用,电加工生产工具的出现;第三次是20世纪50年代在原子能技术、计算机技术、空间技术、激光技术和生物学技术等领域取得的重大突破,光加工生产工具的出现。

以光加工为表现形式的第三次工业革命,通过新型的激光核聚变技术(原子能技术)、光子计算机技术(计算机技术)、激光通信技术、激光测量技术、激光加工技术、激光增材制造技术、激光生物学技术等等,正推动着国际经济格局的调整。科学技术的发展,使世界各国经济相互依存更加紧密,科学技术的竞争也进一步扩大了发达国家同不少发展中国家的经济差距。因而,第三次科技革命对每一个发展中国家,特别中国来说,既是机遇,又是挑战。

激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现,但直到1960年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的,它一问世,就获得了异乎寻常的飞快发展。激光可使人们有效地利用前所未有的先进加工方式,去获得空前的效益和成果,从而促进了生产力的飞速发展。激光已在人类社会发展中发挥了三个不可替代的作用:1、已全面渗透到交叉学科中,催生了光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光打标、激光切割、激光焊接、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器、激光通信、激光生物学、激光医学、激光微制造、激光3D打印等几十个新学科。2、在各国经济发展中发挥着不可替代的作用,2010年美国评估了工业制造、交通运输、生物医药、信息通信等领域由激光科技应用拓展形成的经济贡献,达到7.5万亿美元;3、在世界各国国家安全和国防现代化中发挥不可替代的作用。

激光器由激励源、工作物质和谐振腔三个部分构成。随着半个多世纪激光器技术的不断进步,特别是在工作物质的选择、谐振腔和激励源的结构设计、制冷散热技术、光纤耦合技术等方面的不断改善,激光器也变得电光效率更高、光束质量更好、输出功率更大、传输更加柔性、稳定性和可靠性更高。激光器也从最开始的小功率固体激光器,经历了大功率CO2激光器、灯泵浦激光器、全固态YAG激光器、Disk激光器、光纤激光器到半导体激光器;输出方式也从光学输出、导光臂到光纤。目前,行业内公认大功率Disk激光器和光纤激光器是市场的主流,高功率、高亮度半导体激光器是未来。特别是这些光纤输出的高功率激光器与智能机器人、自动化生产线、大数据的工艺加工技术数据库和系统解决方案仿真数据库结合,将会引领全世界的先进制造业,并将对全世界的工业智能化进程产生深远的影响。例如,汽车零部件和整车领域的激光焊接、激光切割、自动化上下料、自动喷漆的工作站和自动化生产线;工程机械行业零部件的激光复合焊接、激光落料、自动搬运等工作站和生产线;医疗器械行业的激光维加工、激光焊接和激光切割;冶金行业的不等厚的激光拼焊生产线、钢卷在线拼焊生产线、在线激光落料系统、冶金部件轧辊等的激光再制造装备等等;石化行业各类装备的激光焊接、激光切割、激光再制造等等;航空航天领域的激光焊接、三维激光切割、激光增材制造等等;电子电器、光伏、显示面板等等行业激光维加工生产线(激光打标、激光划线、激光刻蚀、激光打孔等等)。。。。。。激光加工技术作为先进制造产业的核心加工方式,凭借其高效率、高质量、污染小、节能环保、自动化程度高等优点正逐渐替代传统的加工制造方式。

目前,德国、日本和美国成为激光产业的主导国家,并产生了诸如通快公司、罗芬公司,相干、光谱物理、IPG等著名公司,几乎垄断了国际市场。2013年,我国激光市场已突破200亿元规模,近几年年均增长率约18%~22%,已经成为最大的世界激光加工产品市场。同时,随着我国重大基础设施和重大科技专项的不断发展,激光技术正在向多个领域渗透和扩散,市场潜力巨大。然而,我国大部分激光企业缺少自主创新和核心技术,大都采取进口激光器及零部件进行简单粗放的集成;激光加工工业基础水平也比较低,正面临着快速发展和不断创新的局面。未来通过提升核心器件的自主研发能力,和提高激光加工工艺的技术水平,将给我国的激光企业提供更多的发展机会。

人类社会将迈入光的世界,以光加工为表现形式的第三次工业革命即将到来,中国准备好没有?

机器人—先进制造产业的核心单元

纵观世界经济发展,人口条件一直是世界经济走势的主脉络,其它因素似乎都是补充条件。战前婴儿潮让战后日本迅速崛起,随着婴儿潮人口的退休,日本经济开始急速下滑。欧美是战后婴儿潮,也带来七八十年代的高速发展,而今欧美经济已陷入泥沼。而中国60年代和70年代上半期的婴儿潮带来了30多年中国经济突飞猛进,随着该时期出生人口的逐步走向老龄化和退休,劳动力成本上升和产业结构升级等压力,廉价劳动力优势不在,预料15年后中国经济发展的人口红利将完全丧失,中国经济将面临巨大考验。而近些年来,机器人的大量研究和广泛应用似乎给未来中国经济注入了新的希望,工业机器人代替人工将成为发展趋势。

机器人的应用是一个国家工业自动化水平的重要标志。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来,机器人技术及其产品发展很快,已成为柔性制造系统(FMS)、自动化工厂(FA)、计算机集成制造系统(CIMS)的自动化工具。工业机器人作为先进制造产业的核心单元,广泛使用后不仅可以提高产品的质量与数量,而且对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低生产成本有着十分重要的意义,并正在日益改变着人类的生产和生活方式。

纵观目前经济发展现状,我国机器人市场增长异常迅猛。2012年,尽管全球工业机器人的需求增长有所放缓,但机器人销量仍然继2011年后创出历史第二高,全年销量超过15.9万台。其中,中国工业机器人销量约2.7万台,同比增速达到19.2%。中国是全球工业机器人需求增长最快的市场,也是仅次于日本的全球第二大市场。2005-2012年,中国工业机器人的市场销量以年均29%左右的速度高速增长。目前,汽车行业、电子行业、工程机械行业成为了中国工业机器人应用规模最大的几个领域,主要以焊接、搬运、装配等类型的工业机器人为主。

目前,相比于外资品牌的工业机器人,我国工业机器人的竞争力仍有较大差距,本土工业机器人企业仍主要以下游系统集成商为主。2012年,外资品牌占到中国工业机器人单元产品总销量的96%,其中,FANUC、YASKAWA、KUKA、ABB四巨头就占到53.8%;本土工业机器人单元产品生产企业中,只有东莞启帆销量达到400台,而安徽埃夫特、上海沃迪、广州数控、沈阳新松等本土企业的工业机器人单元产品销量均未超过200台。尽管如此,外资品牌仍然通过本地化疯狂的瓜分中国市场。FANUC公司在华工业机器人生产基地位于上海,年产机器人及其成套系统3800套。上海ABB工程有限公司是ABB机器人业务全球总部,同时也是ABB惟一的喷涂机器人全球生产基地和全球最大的工业机器人生产基地。2013年,全球领先的工业机器人制造商KUKA在上海松江区举行了盛大的亚洲新工厂开幕典礼,该工厂拥有350名员工,每年可生产5000台机器人。机器人作为一套智能化的设备,构成的执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统,每一部分都需要强大的基础产业来支撑。针对目前我国机器人产业纯技术层面多一下,产业化层面少一些;下游集成商多一些,上游基础产业少一些;科研机构多一些,产业整合少一些的特点,发挥我们的本土服务优势、系统集成优势,通过产业整合、国外并购,尽快在基础产业上取得长足的进步,形成真正的自主知识产权产品和品牌,占领中国这个现在和未来足够大的机器人市场。

目前,欧美和日本都在加快速度研究和推出各类型智能机器人,中国未来经济需要机器人,我们有10年时间发展自己的机器人工业,中国经济需要机器人,机器人或将成为中国人口红利逐渐消失后中国未来经济的救星。

大数据—先进制造产业的架构师

大数据作为云计算、物联网之后,IT行业又一大颠覆性的技术革命。一方面云计算为数据资产提供了保管、访问的场所和渠道,另外一方面互联网、无处不在的信息感知和采集终端为我们采集了海量的数据,而这些数据才是真正有价值的资产。

如果说“光加工”是先进制造产业的核心生产方式,机器人是具体执行结构的核心单元的话,那么我们可以通过互联网和物联网,采集海量的先进制造行业解决方案(文件类、视频类、图片类、语音类等等)、激光加工工艺数据、各类执行结构(机器人、数控机床、工装夹具、自动化上下料系统、控制系统等等)的基本资料,这样我们就可以构建起了一个与先进制造产业物质世界相平行的数字世界。

就如同大家所讲的,“大数据”可能带来的巨大价值正渐渐被传统产业所认可,它通过技术的创新与发展,以及数据的全面感知、收集、分析、共享,为企业的管理者和参与者提供了一种全新的看待世界的方法。实际上,先进制造产业的“大数据”,通过数据的分析手段,不仅可以为企业提供供应链的优化手段,以目标为导向的解决方案参考资料,可以实现具体技术要求的制造方式、工艺路线和工艺参数,可是实现运动功能和制造功能的部件选择,而且可以针对大数据分析后构建的系统进行仿真,进而重新评估数据挖掘的有效性和价值,甚至可以为用户提供更加专业化和个性化的服务,以及企业内部员工和客户的培训。综上所述,大数据是先进制造业的架构师,也是新形势下先进制造企业快速发展、保持获利和不断创新的捷径。

目前,我国在先进制造产业领域开展大数据的研究工作,并建立相应的体系并不落后。中国的先进制造企业也应该未雨绸缪,从现在开始就应该着手准备,为企业的后期的数据收集和分析做好准备,并学会培养以下能力:第一,整合相关产业链和企业数据的能力;第二,数据挖掘的能力和制定精确行动纲领的能力;第三,准确快速进行实时行动的能力。

如何发展我国先进制造产业

中国是制造大国,但还不是制造强国。目前,我国制造业的持续发展面临诸多问题。例如,资源环境的制约异常突出,产业发展乏力,产业技术创新能力薄弱,产业结构调整的任务非常艰巨,发展方式转变十分困难。要实现由制造大国向制造强国的转变,加快发展先进制造业势在必行。随着我国制造业的劳动力红利时代即将结束,很多发展中国家已接纳了不少转移的产业,对我国制造业形成了挑战。美国及其他工业发达国家正在引领着新一轮产业革命,正在重塑其制造业优势。目前,我国制造业正面临着“前有围堵后有追兵”的局面,加快发展先进制造业刻不容缓。

从先进制造业的“先进”概念上来讲,如何加快我国先进制造业的发展,我们应该综合考虑以下三个问题:

一、如何保证产业先进性?

首先,要充分认识到先进制造产业是新兴产业的融合体,可能是以光加工为主的加工方式,以机器人为主的智能装备,以大数据为主的系统构架设计下的产业融合体。其次,保证产业的先进性就要做好顶层设计,解决过去我国制造产业急功近利和单独作战的模式,“让市场在资源配置中发挥决定性作用,更好的发挥政府的作用”,例如由国家发改委牵头相关部门设立“先进制造产业基金”和“先进制造技术研究院”,分别由熟悉金融和产业执行团队来进行实施,整合地方在产业化技术研究方面不错的激光和机器人产业技术研究院,并通过资本的手段构建紧密的产业融合体,通过协同研究和创新保证产业的先进性。最后,产业的先进性必须得到市场的认同,发挥虚拟经济和实体经济结合的优势,把先进性体现在全球市场的占有率上,让市场在资源配置中发挥决定性作用。

二、如何保证技术先进性?

先进制造技术的主要特点是系统与集成。它包含了先进的制造工艺技术——光加工等,先进的单元执行机构——智能机器人等,先进的物质流、能量流和信息流技术——大数据等。如何保证技术的先进性,也就是如何保证颠覆性创新和持续性创新持续的问题,我们只能通过加大研发投入力度,专注研究关键环节技术;同时,实施走出去战略,加快对国外先进制造核心技术企业和核心基础产业技术企业的并购,保证技术的先进性。

三、如何保证管理先进性?

落后的管理不可能持续发展先进的产业和先进的技术,企业管理的先进性也就是企业文化的先进性。加快实施混合所有制经济,让民营经济在先进制造业经济中发挥更大的作用;加快地方产业技术研究院转化为先进制造业支柱企业的研发中心;同时政府在市场资源的配置中发挥更好的作用。

综上所述,先进制造业是我国制造业转型升级的重要途径,将成为我国参与国际竞争的先导力量。朱森第先生曾用三个词来形容我国发展先进制造业的重要性和紧迫性:势在必行、刻不容缓、影响深远。如果战略正确、措施有力、实现协同创新,经过十年到二十年的努力,我国先进制造业将成为引领我国制造业由大变强的利器。

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