夯實工業自動化基礎 化解AI創新焦慮

焦濤

中國的工業發展錯過了大航海時代和兩次工業革命，改革開放四十多年來，總算接軌上了工業革命的中后階段。加入了WTO，中國逐步在工業制造端以巨大的產能和消費市場，走上了快速發展之路，同時，也在互聯網的信息化時代，不斷與世界最發達的國家縮小差距，甚至在工業制造方面迅速趕超，在很多領域掌握了一些主動權，尤其在全工業流程領域，我國取得了一些優勢。

根據國家統計局公布的數據，在具體的工業制造領域，我國的工業數據和美國的工業數據對比如下：

2023年造船業：中國4232萬噸，美國60萬噸；

2023年水泥：中國20.23億噸，美國1億噸左右；

2023年鋼鐵：中國13.6億噸，美國0.7億噸；

2023年發電量：中國9.2萬億千瓦時，美國4萬億千瓦時；

2023年汽車：中國年產3016萬輛，美國年產1000萬輛；

2023年肉類：中國產量9641萬噸，美國產量4600萬噸；

但是，2023年中國GDP僅相當于美國的65.36%。

2024年春節，在中國人還在過新年的時候，openAI最新的AI軟件Sora推出，震驚了全球科技界。各大媒體都在驚呼，似乎下一代的新的AIGC智能人工智能的時代就要到來。而高端芯片領域，英偉達、AMD的GPU被美國限制進口到中國，在一定程度上影響了算力，甚至可能會帶來中國大模型的研究及其他AI進步被重新拉開距離。

在科技浪潮洶涌澎湃的當下，人工智能（AI）正迅速而廣泛地滲透到我們生活的每個角落，人們的“AI創新焦慮”也與日俱增，夯實工業自動化成為化解“AI創新焦慮”的重要路徑。

作為工業自動化后來者，一些領域，我們通過努力學習往往能夠迎頭趕上，然后利用規模優勢、人海戰術實現精準突破，再利用成本優勢、價格優勢，讓部分行業進入我們的節奏。中國高鐵制造就是個很好的例子。某個國家要造高鐵，中國、日本、法國、德國競標，那中國一定是性價比最高的，技術也是最成熟的。國家統計局2023年的數據已經充分證明了這一點。

面對最前沿的AI人工智能科技的到來，要夯實工業自動化，除了加強基礎科學研究，發揮新型舉國體制優勢，還要加大整體大模型的創新支持，加快高新芯片的追趕速度。事實上，通過四十多年追趕，中國已經在工業化全產業鏈上形成了整體優勢。我們除了需要補足高端研發創新，其實，更需要的是在我們整體工業化制造優勢上繼續加大創新，不斷升級工業化制造，使其走向智能制造，讓整體工業化創新走向不斷創新的工業自動化、智能化。

在工業制造全產業鏈上，我們的工業制造主要包括儀器儀表智能化、控制系統網絡化、工業通信無線化、物聯網與自動化、云計算與自動化、低碳經濟自動化、安全生產自動化、節約降耗自動化、模擬仿真普適化和工控軟件的發展。

作為物聯網與自動化這個領域的研究者，我參與了一些與之相關的項目，并獲得了中國造船工程科學技術一等獎和山東省泰山產業領軍人才等榮譽。以該領域的現代造船技術為例，在船體制造中，切割、卷板、剪板、折彎等工藝已經實現了自動化，唯獨復雜曲面的加工成型仍然處于手工作業階段，該工藝被稱為“水火彎板工藝”，其效率低、成型質量差、嚴重依賴高級技工的個人經驗且污染環境。復雜曲面工件在現代造船中必不可少，因為，復雜形狀的拼接可以保證船體的流線型結構，減少船舶行進過程中的阻力，其加工難度大、耗時長，已經成為制約船體制造的“瓶頸難題”。

早在20世紀60年代至90年代，美國、日本、韓國的專家學者就對該難題進行廣泛和深入的研究。其中，日本石川島播磨重工業公司（IHI）開發了ALPHA System，韓國首爾大學研制了iCAM 自動水火彎板自動加工系統，美國麻省理工學院Hardlt教授提出了可重構模具（Reconfigurable Die）的概念。以上研發都停留在研究階段，均未投入工程化應用。

為了解決這一難題，我們從可重構模具的理念出發，構建了“軟件驅動、硬件互聯”的物聯網成型體系，讓方形壓頭矩陣在控制系統的控制下任意升降和造型，取代了變化萬千的模具，其主要的創新點有以下幾個方面：1、發明了一種新的板材成形方法：方形壓頭可調活絡模具板材曲面成形裝置，解決了壓痕與皺褶問題。2、提出了非對壓地成型的新方法，解決了板材起皺問題。3、提出了上模可移動裝置：不僅降低了彎板機的高度與重心，增大了彎板機的穩定性，同時視覺空間增大，更有利于實時激光三維測量，方便了板料的安放與起吊和對上、下模具的維護和保養。4、提出了上模聯動施壓方法：使用并聯油路油缸驅動的上模群壓頭對船板施壓的技術，具有先壓住板材受壓縮變形部位的功能，能進一步防止板材截面受壓發生失穩的情況。5、提出了基于在線實時檢測的快速逐步逼近彎曲成形法，無須進行復雜的回彈計算和曲面重構，即可簡單方便地解決船板成形加工的回彈難題，為船舶三維數控冷彎機的研制奠定了基礎。6、提出了基于中型PLC的組網并行控制方法，由伺服電機、驅動器、減速機驅動螺桿精確運動，伺服電機群組組網可任意延展，實現可重構模具的任意造型。此外，通過集成創新，我們開發了船舶三維數控彎板機控制系統。包括基于非均勻有理B樣條（NURBS）的曲面成型技術、自動調形控制；通過集成創新，我們還開發了具有自主知識產權的船舶三維數控彎板機的智能控制系統，在此基礎上形成了技術成熟的三維船體外板加工流程。

以上關鍵的創新點解決了很多難題，包括工件加工的表面問題、工件成型的精度難題、工件加工的效率難題、工件加工的速度難題、工件加工的能力難題、工件加工過程中的污染難題、工件加工過程中對加工工藝依賴的難題等。

以上技術已經在中國造船、航空、醫療等領域被廣泛地應用，并于2020年被中國造船工程學會吳優生院士為首的專家組鑒定為中國首創和世界領先。隨著工程化應用帶來的技術進步，以上技術得到了更加充分的提升，其中神經網絡自學習功能可以記錄每一個不同高級技師的操作和彎板習慣，并進行學習模仿，大數據庫可以記錄每一個不同工件的材料特性和成型辦法，并進一步輔助生產，提高效率。

作為這個行業的創新者、參與者，通過我們智能化的工業自動化不斷創新，不但讓我們的全產業工業制造可以在全球繼續保持絕對的領先，同時，在人口老化及勞動力優勢不斷降低的趨勢下，在全球競爭中，還能讓我們的工業制造形成一個工業自動化、智能化的高效率制造優勢，讓最好的AI出現，讓終端產品制造形成具備量產和普及的產業優勢。

就像特斯拉，全球最好的電動汽車量產工廠最終還是在我們的上海特斯拉工廠實現。同樣，蘋果手機不斷在全球轉移制造業，但其最高端、最新的產品量產依然離不開中國的制造工廠。我們擁有全球最大數量的全產業制造工程師，同時，這也是我們中國全產業鏈的工業自動化、智能化在不斷進化的結果。