本文為春節(jié)專題文章——“年度科技發(fā)展態(tài)勢總結(jié)與展望”的第五篇先進制造篇。
世界先進制造領域2019年發(fā)展態(tài)勢
多國出臺新政策和規(guī)劃，力促先進制造業(yè)發(fā)展。美國發(fā)布未來工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，提出重點發(fā)展人工智能、先進制造業(yè)、量子信息科學和5G技術，并計劃采取系列措施減少創(chuàng)新監(jiān)管障礙，確保美國能夠主宰未來工業(yè)，促進繁榮和保護國家安全。德國發(fā)布《國家工業(yè)戰(zhàn)略2030》，提出對經(jīng)濟至關重要的九大關鍵領域進行重點扶持，旨在提高工業(yè)產(chǎn)值，保證德國工業(yè)在歐洲乃至全球的競爭力。日本發(fā)布《制造業(yè)白皮書2018》，建議在制造業(yè)采用人工智能等技術，將工匠的生產(chǎn)技能數(shù)字化，加緊實現(xiàn)技術傳承，促進員工高效學習、掌握先進技能。
機器人技術迭代加快，市場規(guī)模穩(wěn)中有進。2019年，全球機器人基礎與前沿技術迭代迅速，主要圍繞人工智能、人機協(xié)作和仿生結(jié)構展開。美國人工智能研究組織OpenAI的機器手Dactyl采用強化學習模式，具有自學習特性，無需特定任務編程和頻繁人工干預，在4分鐘內(nèi)成功還原三階魔方，向真正的人工智能機器人邁進了一步，未來或?qū)⒆詣舆m應各種場景，處理各類實際任務。麻省理工學院開發(fā)出一種新型機械臂系統(tǒng)Roboraise，可通過附著在人類二頭肌、三頭肌上的非侵入性肌電圖傳感器跟蹤肌肉活動，對人類手臂動作實時復制，與人類實現(xiàn)無縫配合。美國波士頓動力公司人型機器人Atlas性能大幅提升，可完成倒立、翻滾、360°水平跳轉(zhuǎn)等復雜體操動作，且能夠在狹窄、崎嶇的復雜地形中實現(xiàn)自主導航，有望在災難救援中發(fā)揮重要作用。
3D打印技術與設備持續(xù)創(chuàng)新，更加注重高效與安全。中美高校合作開發(fā)出納米級飛秒投影雙光子光刻3D打印技術，能夠在不犧牲分辨率的情況下實現(xiàn)微小結(jié)構的高速制造，速度比已有的雙光子光刻技術快1000倍。美國北卡羅來納大學研發(fā)出可一次性打印完整物體的3D打印系統(tǒng)，無需像常規(guī)設備逐層打印，比傳統(tǒng)的3D打印更靈活，打造出來的結(jié)構表面也更光滑。美國勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室和加州大學開發(fā)新技術，能將金屬3D打印的殘余應力降低90%，可大幅提升金屬3D打印零件機械性能。美國伊利諾伊大學芝加哥分校開發(fā)出無需支架即可3D打印生物組織的新技術，有助于解決生物3D打印中支架降解時機難把握、降解產(chǎn)生有毒副產(chǎn)品等問題。
5G賦能智能制造，與工業(yè)融合成為重要趨勢。瑞典愛立信與ABB合作推動5G網(wǎng)絡切片（Network Slicing）在汽車、電子等垂直行業(yè)的合作標準制定和應用服務，以期通過5G和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提高工廠自動化程度。日本歐姆龍、芬蘭諾基亞、日本移動通信運營商NTT DOCOMO達成合作協(xié)議，將在歐姆龍公司進行5G技術試驗，打造未來工廠。英國在伍斯特市的博世工廠中開啟首次5G工廠試驗，旨在利用5G技術提高產(chǎn)量，并通過物聯(lián)網(wǎng)傳感器和數(shù)據(jù)分析確定潛在故障，提前制定預防性維護措施。
世界先進制造領域2020年趨勢展望
機器人技術應用落地，與各領域融合不斷深入。美海軍擬在2020年采購外骨骼機器人“Guardian XO”，該機器人采用電池供電，無電線電纜束縛，能實現(xiàn)完全獨立運行，運行功率不到400瓦，使用時間長達8小時，其佩戴者可提起200磅的重物。美國波士頓動力公司首批1000個Spot機器人將于2020年夏季交付客戶，該機器人具備自主導航功能，將在建筑、快遞、安全和家庭4個領域?qū)崿F(xiàn)應用。美國加州大學伯克利分校開發(fā)出低成本工業(yè)機械臂Blue，重量僅為8.7千克，連續(xù)有效載荷為2千克，具有7個自由度，在工作時能夠感受外力，并隨之調(diào)整力度，該機械臂成本僅為3000美元，預計量產(chǎn)版將在2020年開售。
政策與技術雙重支持，促進自動駕駛汽車發(fā)展。日本《道路運輸車輛法》修正案將于2020年5月起實施，該法案規(guī)定了自動駕駛安全標準，為2020年實現(xiàn)3級自動駕駛實用化做準備。日本相關企業(yè)也在加快技術開發(fā)，預計2020年實現(xiàn)高速公路自動駕駛的實用化。特斯拉自研的自動駕駛芯片，可快速處理大量圖像和視頻，性能較之前版本提高20倍，有效降低耗能，節(jié)約成本，已開始逐步安裝至特斯拉車輛。豐田汽車將于2020年7月~9月，面向東京都內(nèi)大眾提供自動駕駛試驗車TRI-P4的同乘體驗。英特爾子公司Mobileye擬于2020年在以色列展開 “自動駕駛出租車”的試點服務。
智能工廠建設推進，助力企業(yè)智能轉(zhuǎn)型。日本發(fā)那科將投資約15億元人民幣，利用IoT、AI等智能制造技術，在上海建設集生產(chǎn)、研發(fā)、展示、銷售、系統(tǒng)集成與服務為一體的機器人超級智能工廠。諾基亞在芬蘭建造了一座“未來智能工廠”，已運用4G LTE網(wǎng)絡使某些產(chǎn)線的自動化率達到約99%，未來還將逐步升級到5G連接。美國普惠公司啟動互聯(lián)工廠試點項目，將構建數(shù)字化環(huán)境，以使整個運營過程實現(xiàn)端到端的可視化，優(yōu)化物料流轉(zhuǎn)，提高設備利用率，進而提高生產(chǎn)力，快速、低成本地向客戶交付高質(zhì)量產(chǎn)品。
人工智能與制造業(yè)加速融合。中國機器人智能物流公司Geek+，將人工智能和機器人技術賦能物流倉儲行業(yè)，開發(fā)出基于“極智云腦”的柔性無人倉整體解決方案，優(yōu)化揀選、搬運、分揀等倉儲物流環(huán)節(jié)，提高倉庫效率，降低人工成本及勞動強度。美海軍研究署支持開發(fā)的增材制造機器學習軟件Senvol ML已在海軍、國防后勤局等實現(xiàn)應用。該軟件可通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的機器學習算法獲取工藝參數(shù)、特征、材料屬性、機械性能之間的量化關系，結(jié)合加工設備條件及產(chǎn)品要求，無需試驗或試錯即可直接確定適合的增材制造工藝參數(shù)，節(jié)省大量時間和成本。德國卡爾斯魯厄技術學院正在開發(fā)一種基于人工智能的敏捷生產(chǎn)系統(tǒng)，采用特殊的學習算法，可充分利用人工智能和已有技術知識進行自主學習，動態(tài)響應制造需求并確定最佳解決方案。該研究項目由卡爾蔡司基金會資助，將持續(xù)到2024年2月。
作者簡介
張宇，國務院發(fā)展研究中心國際技術經(jīng)濟研究所 研究一室 研究助理
研究所簡介
國際技術經(jīng)濟研究所（IITE）成立于1985年11月，是隸屬于國務院發(fā)展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究我國經(jīng)濟、科技社會發(fā)展中的重大政策性、戰(zhàn)略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢，為中央和有關部委提供決策咨詢服務?！叭蚣夹g地圖”為國際技術經(jīng)濟研究所官方微信賬號，致力于向公眾傳遞前沿技術資訊和科技創(chuàng)新洞見。
地址：北京市海淀區(qū)小南莊20號樓A座
電話：010-82635522
微信：iite_er
聯(lián)系客服
