智能制造與協同創新

◎ 中國工程院院士、中國機械工程學會副理事長 盧秉恒西安交通大學教授

智能制造與協同創新

◎ 中國工程院院士、中國機械工程學會副理事長 盧秉恒西安交通大學教授

制造業已經從電氣化時代、數控化時代走向智能化時代。3D打印處于技術發展的井噴期、產業發展的起步期，正在從專業化走向社會化，從產品開發的工具轉為批量生產制造的手段。要認清有哪些優勢、有哪些劣勢，通過協同創新，實現《中國制造2025》規劃的宏偉藍圖。

大數據已經形成了當前科學研究的第四范式。數據密集型的科學發現過程中雜亂無章的圖形，用人眼看不出什么，但是經過大數據的解析，就會對其有深入的發現。基于數據的科學發現，將是今后我們科學發現的一個非常重要的手段。但是現在制造大數據，一方面具有社會大數據的特點，當然也有制造的特點，突出表現在，數值型、非數值型數據，結構性或者非結構性的數據，連續的和離散的都是并存的。當然，我們制造大數據比起社會大數據來說，還更有規律可循。制造大數據可能有更多的結構化的數據，甚至更多的經過科學定義、經過人為收集，一些典型的結構化的甚至結構統一的數據，以及比社會大數據更方便的應用。所以，建議做大數據研究的專家，應該多關注制造大數據。

大數據對設計、制造、實時監控、運行和服務都有非常大的支撐。建議，在制造大數據方面盡早加強戰略的謀劃和前瞻性部署，做一些基礎的理論研究，攻克大數據的核心技術，逐步建設并且逐步完善制造大數據的體系平臺，尤其是要關注數據標準的研究。這個數據標準的研究，可能以后關系到中國的話語權，關系到我們的硬件和軟件能不能進入世界市場，甚至包括國內市場的占領度。

對于增材制造，大家并不陌生，它其實就是3D打印。3D打印的核心就是把原來的減材制造、等材制造變成材料增加型制造。增材制造鑄鍛焊我們已經發展了3000多年了，我們在三星堆博物館都可以看到精美的銅器鑄造。減材制造，從電動機發明以后到現在有三百年歷史，而增材制造起源于八十年代中期，整整30年，這是一個新發展的技術，是個突破性的、革命性的技術。麥肯錫預測，12項顛覆性技術中，3D打印排第九，這是2013年的預測。而且預測今后將會形成萬億美元的產值。這樣一來，3D從概念上可能占有價值鏈的三分天下。它對產品開發是顛覆性的技術，使原來開發的周期和費用降為原來的1/2以下，在各個領域都有很好的應用。3D打印是把減材變成增材，而在航空航天、很多大型柔性件，加工要切削95％的材料。如果用3D打印去做，材料的利用率提高到80％以上，而且可以把很多的結構集成為一體。這樣一來，將會使飛機的重量大為減輕，甚至變為原來的2/3就夠了。在制造中，從研發實驗中驗證的一體化打印，逐漸走向飛機發動機這樣復雜的產品。

3D打印帶來的很多裝備和產品再設計。這個制造的理念擺脫了以前加工方法給設計者帶來的約束，給創新設計帶來非常巨大的空間。包括兩萬多個零件的汽車，也可能變成幾十個件，這樣一來，大大簡化了生產流程，節約了成本，也可能提高制造的速度。

3D打印開辟了一個新的生產模式。就是有可能把批量化制造變成個性化定制，而且制造成本和周期都提升不多，同時為廣泛的創新設計帶來了非常好的驗證手段。今后的創新工作者可以不再受單位工作職位的約束，他可以設計新的服裝，設計新的飛機結構，用自己的3D打印機在家里就可以進行驗證，這樣一來我們就可以有很多創新的東西就會不斷涌現。用網絡化平臺，用3D打印去支撐萬眾創新和萬家創業，是個非常好的工具。同時，也開辟了科研的新手段，就是用3D打印做材料基因組計劃的驗證平臺，不需要那么復雜的熔煉設備，不需要消耗那么多能源，用一缸材料粉，就可以達到幾千度的高溫來冶煉出超高強度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕的一些優異的合金材料。同時，我們也可以進一步通過細胞打印、器官再創以及基因再創，用3D打印的辦法支撐生命科學的高速發展。

3D打印的趨勢正在從專業化走向社會化，從產品開發的工具，轉為批量生產制造的手段，有可能在航空航天方面首先獲得突破。另外，從控形的制造走向控形控性，從3D打印走向4D打印、智能材料，打印之后還能改變形狀。5D打印，改變以后還可以賦予它生命，人體的活性器官可以用3D打印的辦法快速的定制。以后從技術概念的三足鼎立走向產業效益的三分天下。科學家甚至設想，今后可能把制造業的一部分搬到太空中去，因為在太空中進行3D打印有很多的優勢。

現在3D打印正在處于技術發展的井噴期、產業發展的起步期，很多企業都在跑馬圈地。怎么樣推廣這些先進制造技術，《中國制造2025》作出了部署，正在加緊推進。我們要認清有哪些優勢、有哪些劣勢，必須通過全社會的協同創新，才能實現《中國制造2025》規劃的宏偉藍圖。要做好協同，例如科技研發計劃，怎么樣很快地推新工業應用。像我們高端數控機床做出來以后，還有一些問題，可靠性還不夠高，但是如果不給機會，就老是做不到應用方面去。實際上現在我們很多方面生產能力不夠，例如我們的航空航天，任務壓力很大，我們的機床企業，有些非常積極地愿意去給他們做加工工廠、做代工工廠，可以不可以?這是非常好的主意和愿望，但是還存在一些體制性的障礙。

產學研協同方面，企業是主體，但是我們發現個別企業把爭取國家的科研經費當作企業困難的一種補貼，而不是把自己當作一個研發的主體、成果應用的主體和集成創新的主體。怎么才能使我們的科技研發和企業的發展協同起來？我們的人才培養模式，應該倡導更多地把論文寫在產品上、寫在裝備上，尤其是工科學科，我認為應該有正確的評價機制。高校的教師怎么樣到企業中去發揮作用，可以探索一種模式。例如高校的老師在搞好科研的同時，到一個企業兼職，你能夠做到主任設計師，就有資格升講師或者升教授，你能做到企業副總這一級，而且確實發揮了作用，你就可以升教授。像德國的教授，都要有四五年的企業工作經歷。德國弗朗霍夫研究院領袖也是大學的教授，但是這個教授是在大企業作過副總一級的管理人員的。在新的信息化時代，信息化和工業化兩化融合，我們更需要創新，需要更多的極客或創客做創新。所謂極客，就是那些癡迷科研的人，他們1/3在大學，1/3在自家的車庫里，1/3在高新區的孵化器里。我們應打破單位圍墻對創新力量的束縛，讓知識流動起來，尤其是我們高校的一些科研力量，讓他們在網絡化、智能化這些服務平臺上，為制造業釋放更大的能量，作出更大的貢獻。

（本文摘編自作者在第十八屆中國科協年會上所作的大會特邀報告）