以人为本,构建智能制造新体系

MEMS 2022-12-09 00:00

刚刚落幕的2022世界智能制造大会余热未尽。聚焦各类前沿领域,新材料、人工智能、医疗装备等分论坛的成果分享和思想碰撞,引发与会专家深深地思考:智能制造到底能赋能多少行业?智能制造系统核心到底是技术本身还是人?

火星上国旗舒卷——智能制造为新材料创造无限可能

距离地球150万公里的火星上,“天问一号”探测器上的五星红旗在外太空依旧傲然屹立。这是如何做到的?“原理很简单,加热!”智能制造助力新材料产业发展论坛上,中国科学院院士、哈尔滨工业大学教授冷劲松解答了“天问一号”舒卷国旗背后的奥秘——通过精确控制形状记忆材料结构状态,实现国旗的卷绕收纳与释放。

但通过加热控制材料结构状态并不容易。“这需要4D打印技术!”冷劲松解释说,3D打印是用增材制造打一个复杂架构,4D打印在此基础上有了时间变形等功能。比如打印鸟巢,初始状态是鸟巢的形状,加热变软后可以压缩,如果需要恢复到原来的形状再次加热即可。而打印鸟巢的智能材料结构是一种能感知外部环境变化,并能主动响应的多功能材料结构。

冷劲松表示,目前可编程智能材料的4D打印技术研究掀起了学术界和工程界广泛的研究热潮,为智能材料与结构应用的进一步发展提供了无限空间和可能性,同时也推动了诸多高科技领域的发展。

延伸阅读:《3D打印和增材制造技术及市场-2022版》

产业升级,材料先行。材料是国家制造业的基础,新材料研发水平及产业化的规模,成为衡量国家科技与经济实力的重要标志。

“近年来,我国碳纤维及复合材料以国防航空航天需求为牵引广泛应用,逐步拓展到民用的各个领域。”智能制造助力新材料产业发展论坛承办方江苏省产业技术研究院院长助理姚正军认为,智能制造带来了一把“金钥匙”,高性能、低成本、高效率的制造技术已经成为碳纤维及复合材料产业蜕变的“基石”。

不只是记忆材料,碳纤维的广阔市场也引起了广泛讨论。澳大利亚工程院院士、江苏产研院先进复合材料成形技术与装备研究所所长叶林认为,碳纤维复合材料的大量应用还是取决于将来的市场,包括建筑、能源、汽车、轨道、交通等领域。近年来提出的不同尺度上的复合材料智能制造关键技术,可实现复杂结构件的一体化成形,为先进复合材料结构的低成本快速制造提供有效的技术途径。

“针对关键工艺环节中控制精度低的问题,我们率先将光纤传感技术应用于碳纤维制造过程,在线采集关键工艺温度数据,高精度检测和控制原液温度和凝固液温度。”我省碳纤维龙头企业中复神鹰碳纤维股份有限公司副总经理金亮同样用上了智能制造的“金钥匙”,通过自主创新打破国外技术封锁,在国内率先实现万吨级产业化。

“智能制造最终还是要回归‘人’的主体性。”在金亮看来,智能化就是机器取代人的经验,把人的经验反映到机械,用程序化控制实现智能化。“机器有了‘人’的经验,对碳纤维生产全流程进行更有效地检测和可视化。”金亮表示,目前,公司已实现高性能碳纤维制造工艺、设备、能耗、质量全流程的智能化生产与数字化管理。

医疗机器人前景广阔——把握智能制造与人本身的结合点

要想实现数字化时代的弯道超车,亟需把握智能制造与人本身的结合点。“人工智能在医疗机器人领域发挥着非常重要的作用,达到医疗精准化、个性化的目的。”在智能制造助力医疗装备发展论坛上,南京医科大学原副校长李建清对人工智能在医疗机器人方面的应用抱有信心,例如在居家康复中,利用人工智能对康复训练的模式进行智能化的评判,并设计合理的康复范式。

康复机器人的发展,不能仅仅面对冷冰冰的康复机器,这成为了目前许多临床医生的共识。李建清介绍,情绪障碍与神经功能的受损程度密切相关,通过运动、情感的交互,可能会达到非常好的康复效果。“如果治疗师引导运动,比简单的器具康复效果更加有效。我们正在研发身心康复机器人,整合精准的认知干预治疗,促进患者在身体和心理双重层面回归生活和重返社会。”

“比如通过5G联网,可以让远在千里之外的华西医院医生为藏区百姓进行CT操作,另外还可以将智能设备搬到车载环境中,相当于一个超级的‘救治方舟’。”李建清认为,智能制造技术的升级带动医疗资源的跨地区流动,移动的治疗方案使医疗的可及性大大提升,通过5G的数字化解决方案,远程介入优秀医疗资源。

智能制造已经随着技术的升级逐渐渗入到生活的各类场景,甚至可以伴随人的活动进行24小时健康监测。“华为运动健康整体的战略就是围绕手机终端构建全场景的生活延伸,为用户提供全生命周期的健康管理服务。”华为运动健康研究总监圣荣介绍,目前,智能健康设备已经提供了比较丰富的检测能力,包括脉搏、心率、心电、血压、血氧、体温和体脂等,在APP端呈现多模态的健康指标和变化趋势,还可以通过简单的一键AI筛查实时预警风险。“未来,我们将持续利用科技发展,进化人类身体智能的感知,把数字健康带给每个人、每个家庭和每个行业。”

“面向人民生命健康,医疗装备是医疗卫生的重要基础,事关健康中国战略和制造强国战略的实施,也代表了多学科交叉融合的创新水平。”长三角国创中心副主任、江苏产业技术研究院党委书记罗扬介绍,我省医疗器械产业规模位居全国第一,医疗器械产品注册数和备案数同时位列全国第一位。“面对产业发展的机遇期、窗口期,将数字化、智能化技术与医疗器械产业融合发展作为主要方向,实现医疗器械产业从高速增长向高质量发展的转变。”

赋能“城市生命线”——人工智能与先进制造深融

人工智能与先进制造的深度融合,不仅勾勒出日新月异的数字社会,也让实体经济活力更足、动力更强。在人工智能赋能智能制造分论坛上,与会专家用一个个生动的AI智能制造应用案例,推动我省新型工业化迈上新台阶。“当然,人工智能再智能,最终还是以人的经验为依据和标准。”多个专家如此说道。

面对着城市建设这样复杂的系统,人工智能能做什么?江苏未来城市应用研究所所长王庆给出了面向未来的城市智能图景。“城市里物体的物理描述,比如道路、建筑物、林田湖草,将其转化成数据在计算机内‘重生’为‘数字孪生’,赋能智慧城市分析和决策。”

以供排水、燃气、桥梁等城市运行的“城市生命线”系统为例,今年,江苏在南京、无锡、苏州、徐州、南通、宿迁、昆山7个城市,试点先行推进城市生命线安全工程建设,运用物联网、云计算、大数据等信息技术,对管线等基础设施运行开展综合监管和智慧监测,提升安全管理水平。“城市生命线安全工程聚焦燃气爆炸、城市内涝、供水爆管、桥梁倒塌、路面塌陷等7个风险场景,未来,结合国民经济建设,还有更多应用场景正在开发中。”王庆说。

智能制造依托人工智能,而人工智能的发展需要算力的“喂养”,因此,算力资源的升级对人工智能的进化尤为重要。而算力和数据从哪里来,到哪里去,都需要连接能力的保驾护航。“没有连接能力,算力就达不到应用需求;没有数据的传输,就不可能做到智能化。”中兴通讯股份有限公司副总裁段向阳现场展示了一张南京滨江5G智造工厂平面图,5G+人工智能在其中得到了多维度应用,包括云化AGV、云化PLC、机器视觉等,覆盖生产的全过程。

“通过连接+智能,我们更好地为生产智造环节进行AI赋能,让生产更灵活,环节更简化,达到提质、降本、增效。”段向阳介绍,中兴通讯布局的南京滨江5G智造工厂是非常典型的“黑灯”工厂,在生产车间很少看到人的身影,而是用5G技术+智能+信息数字化进行人力替代和加持。“单点的算力是不够的,通过网络把分布式的算力融合在一起,更好地提升智能训练和推理效率,这也是连接+智能的理念。”

“用人工智能赋能智能制造,对长三角地区来说需求迫切。”江苏省产业技术研究院高级顾问胡义东总结道,长三角国创中心体系着力推进人工智能赋能智能制造,其中,在上海打造7个功能级平台,在江苏创建17个研究所,正在“多点开花”并肩作战。

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