中国先进制造紧盯3D打印大数据机器人

　　《中国制造2025》发布后，国内外企业和智库纷纷关注和研究。他们对比了美国的“中国制造2025”、“再工业化构想”、日本的“工业智能”、德国的“工业4.0”后，认为世界先进制造业正聚焦于3D打印、大数据、机器人等前沿热点。中国在实施《中国制造2025》的过程中，需要密切跟踪和借鉴全球制造业的前沿热点和发展路径，引导企业适时适度地改进和调整发展重点。

　　3D打印在子行业的应用

　　"归根结底，先进的制造技术使新设计和新材料得以应用."通用电气公司中国研发中心总经理魏斌这样评价3D打印技术。

　　最近欧美的制造业联盟。机构已经明确指出了3D打印子行业的发展，3D打印技术的市场需求主要定位于医疗和飞机关键零部件的制造。

　　对此，中国工程院的报告指出，3D技术将推动智能生产、智能加工和智能装备。中国的3D打印技术应该会在可穿戴电子设备、可穿戴设备、个性化手术指南和一些医疗模型方面取得更大的成就。

　　3D技术是一种基于数字模型文件，利用粉末金属或塑料等粘合材料，通过逐层打印来构造物体的技术。虽然是近几年才进入大众视野并引起广泛关注，但诞生于20世纪80年代的3D打印技术在医疗行业已经崭露头角很久了。

　　比利时Maris 3D打印技术有限。公司中国区总经理Kaiem Franç ois表示，仅在2013年公司它已经打印了15万个医学模型，包括个性化的手术指南和一些医学模型。目前，全球已有超过1000万人开始使用定制的3D打印助听器产品。

　　上海交大数字医学教育系工程研究中心教授王认为，个性化、精准化、微创化、远程化是21世纪临床医学发展的四大方向，其中数字化技术是主要支撑，3D打印技术是重要内容。

　　据王介绍，目前，3D打印技术在临床医学上的应用主要有三大领域——建模、精准手术、个体化植入。接下来的研发方向是软组织系统和组织工程支架的3D打印，同时对模型的物理性质提出了更高的要求，比如血管和肌肉是否可以打印。

　　据了解，3D打印技术本质上并不是打印技术，而是一种制造技术，业内也称之为“增材制造”。与传统制造业通过加工原材料最终成型不同，3D打印技术是一种“无中生有”的制造过程。不仅不受原材料几何形状的约束，而且几乎不产生废料，可以有效节约成本。

　　“3D打印技术可以解决很多传统工艺无法解决的问题。”通用电气公司R&D中心中国区总经理魏斌表示，先进制造业的基础在于先进的产品，而先进产品的生产必须有先进可靠的加工方法，并能应用新材料。3D打印技术在制造复杂和个性化产品方面比传统制造技术更具优势。

　　魏斌举例说，飞机发动机叶片前面的防鸟撞零件形状复杂，加工难度大，但3D打印技术可以实现“一次成型”，不仅提高了制造效率，还使产品具有满足功能要求的力学特性。

　　当然，3D打印技术的应用和管理并不局限于一台3D打印机，也不意味着只要有机器、有模型、有好材料就能生产出好产品。3D打印行业和传统制造业一样，也需要工艺流程进行管理操作，机器只是其中之一。

　　虽然3D打印技术越来越受到重视，3D打印产业也成为“十大增长最快的产业”之一，但与传统制造业的规模相比，仍然是沧海一粟。根据世界3D打印技术产业联盟的统计，直到2013年，全球3D打印市场只有近40亿美元，还不到一家大型企业的年产值。

　　业内人士认为，3D打印技术更适合“制造和销售高利润的产品和服务，为消费者提供个性化和革命性的体验”。其发展的出路不是与传统制造业竞争，而是通过其高加工制造柔性和广材料适用性与传统制造业优势互补，以其“精、准、快”的制造特点推动传统制造业转型升级。

　　3D打印技术正在成为一场世界性的科技竞赛，不仅为先进制造业的发展指明了一条道路，也为传统制造业的转型升级指明了一个方向。

　　大数据+云计算:嵌入生产全过程

　　美国的“再工业化思想”、日本的“工业智能”、德国的“工业4.0”都将大数据、云计算等新一代信息技术嵌入到制造业生产和服务的全过程，其实施的过程和效果受到广泛关注。

　　“大部分制造企业所理解的竞争，主要是在遇到问题的时候，解决问题。这只是可见的竞争。更聪明的公司已经在努力避免问题。这是隐形的竞争，未来的竞争主要是这个。”美国国家科学基金会(NSF)智能维护系统产学合作中心主任李杰表示，互联网时代全球制造业格局正在发生变化，大数据技术将发挥重要作用。

　　大数据(Big data)是指所涉及的海量信息，是当前主流软件无法在合理的时间内检索、管理和处理的，使之成为能够帮助企业进行商业决策和实现更积极目标的信息，也称为巨量数据。

　　李杰表示，信息时代制造业的大数据源是6C:连接(传感器和网络)、云(随时随地的数据和需求)、虚拟网络(赛博)、内容(内容、关联和意义)、社群(分享和交流)、定制(个性化服务和价值)。

　　“大数据技术最大的价值就是利用上述大数据，发现尚未发生的隐藏问题，进而避免问题的发生。”李杰说。

　　据报道，为了防止尿布渗漏等质量问题，宝洁公司公司以前都是用相机一个一个的筛选。发现问题，就要停机，挑出不合格的纸尿裤，重新开始生产。如何在不停产的情况下挑出不合格的产品？

　　在大数据技术的支持下，P&G公司而不是传统的对之前发现的问题进行处理的方式，通过对纸尿裤生产的实时监控，提前发现不健康的状态，在这种状态下将纸尿裤全部下架，保证生产线的连续工作。仅此一项就将为宝洁公司每年节省4.5亿美元的生产成本。

　　“中国有最大的应用市场，有很多数据，比如高铁数据，机床数据，生产线数据。如果我们不能分析它，我们将失去最大的市场。美国缺19万大数据分析工程师，中国缺190万。”李杰说。

　　高德纳协商公司认为大数据成为海量、高增长、多元化信息资产的前提，需要一种新的处理模式，这就是云计算。

　　“云计算，简单来说就是网络计算，即计算不需要绕着CPU转，而是绕着网络转，就像附在网络上的一层能力。网络延伸到哪里，你的计算能力就延伸到哪里，无处不在。”思科大中华区高级副总裁康殷说。

　　云计算是传统计算机和网络技术融合发展的典型产物。它使零碎的数据变成相关的数据，腐朽的数据变成新鲜的数据。通过云计算，可以根据需要向计算机和其他设备提供共享的软硬件资源和信息。

　　康殷说，云计算让大数据有了生存空间和价值，有了“从智能走向智慧”的可能。专家表示，信息化和工业化的融合非常重要，融合过程由两个引擎驱动——云计算性能的纵向提升和产业发展空间的横向打开。

　　IBM软件集团智慧城市事业部首席架构师朱华雨认为，制造过程中的洞察依赖于大数据的实时监控和有效预测，而产品优化中的洞察依赖于客户反馈。因此，处理非结构化数据的能力是大数据技术应用于制造业需要突破的瓶颈。

　　大数据和云计算的结合，具体对于一个企业来说，就是推动企业从生产型制造向服务型制造转变，通过互联网技术消除不对称的商业模式，培养对制造流程和产品优化的洞察力。

　　上升到整个制造业层面，大数据和云计算可以带来更高的效益、生产的灵活性和安全性，以及新的创新平台，推动制造业从生产型制造向服务型制造转变，最终走向智能制造和云制造。

　　人机融合成新一代机器人发力点

　　在未来，机器人不仅可以与人融合，还可以变得更便宜。让中小企业买得起机器人，要灵活便宜，目前很难实现，但这是下一步努力的方向。

　　根据国家部署，未来十年我国机器人产业发展将围绕汽车、机械、电子、危险品制造、国防军工、化工、轻工等工业机器人和特种机器人以及医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人的应用需求，积极研发新产品，推进机器人标准化、模块化，拓展市场应用。突破机器人本体、减速器、伺服电机、控制器、传感器、驱动器等关键部件的技术瓶颈和系统集成设计制造。

　　工业机器人作为自动化技术的集大成者，一直被誉为自动化领域的“皇冠上的明珠”。在中国工程院院士王天然看来，工业机器人从诞生到现在已经取得了广泛的发展，并且还在向其他领域转移技术，衍生出新的领域，比如服务机器人。

　　根据权威机构据预测，机器人将是未来影响人们工作和生活的关键技术之一。其中，用于提高人们生产力的工业机器人和用于医疗的机器人将产生巨大影响。

　　特别是在缓解劳动力短缺方面，工业机器人发挥着越来越重要的作用。以日本为例，王天然说，从20世纪70年代到90年代，日本经历了经济快速增长和劳动力严重短缺。用了20年成为机器人第一大国和制造强国。上世纪90年代，亚洲经济快速发展，该地区工业机器人需求增幅全球第一。目前全球对工业机器人的需求还是非常广泛的。按照乔布斯的说法，工业机器人只占5.63%。

　　王天然说，目前，工业机器人已经在汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力等领域得到了很好的应用。，而且机器人技术还在不断改进和发展，主要是两个方向:一是在机器人操作能力上追求完美，提高速度、精度和适应性，拓展应用领域；二是在机器人的智能化、网络化方面不断努力，提高机器与人的交互能力。

　　统计显示，从1990年到2000年，工业机器人的定位精度提高了61%，平均无故障时间提高了137%。价格差不多减半了。根据日本的预测，到2030年，机器人的重复定位精度将提高一倍，绝对定位精度将提高一个数量级。

　　“现在教机器人如何工作的方法很愚蠢。人们必须手持教学设备，一步一步地教机器人如何操作。机器人会一遍又一遍重复操作，不允许换产品，否则再教一遍。”王天然说，目前的努力方向是把机器人变成生产过程中的一部分，即插即用。

　　目前，机器人的应用领域正在扩大。据了解，日本在人形机器人的研发方面正在取得一些突破。日本大阪大学国际电信基础技术研究所高级研究员西尾秀吉(Nishio Hideyoshi)表示，这种机器人看起来像人形，可以由操作员远程控制，实现机器人与用户之间的自由交流。

　　“人机一体化是新一代机器人的本质特征，也是国际机器人界的主要方向。”王天然说，以工业机器人为例，未来机器人将与人在同一个自然空间工作，可以满足人的需求，学习人的技能。“未来，机器人可以像学徒一样与主人一起工作、学习，人与机器人的关系也将从主仆关系转变为合作关系”。

　　近年来，随着我国有效劳动力逐年减少，劳动力成本不断上升，对机器人的需求迅速增加。据统计，2013年中国销售机器人3.6万台，比2012年增长41%，超过日本，成为全球最大的机器人市场。国际机器人联合会预测，2017年中国将拥有40万台工业机器人，为历史最高。

“按照每个机器人价格25万元，年销量3.6万台，每个机器人完成一个价格4倍的应用项目。国内市场每年几百亿。”王天然表示，开放的市场将吸引全球机器人制造商，市场竞争将继续加剧。