制造业数字化转型中的工艺创新

 

国家制造强国建设战略咨询委委员 智能制造专家咨询委员会主任 朱森第

我今天的话题是要讲一下智能制造当中工艺创新的问题。这个问题我觉得应该是我们现在智能制造当中还没有得到很多人重视的一个问题。智能制造的大力推进和深入发展，对中国数字经济的发展发挥了很大的作用，数字经济这几年可以说在中国是蓬勃发展，2018年，占GDP的比例已经到了34.8%。

一般来说数字经济都用两部分来构成：一个是数字产业化，一个是产业数字化。其中，我们产业数字化占了数字经济的80%，数字产业化占了数字经济的20%。更突出的问题在于数字经济在一、二、三产业当中的比重，在服务业当中数字经济占35.9%，在工业中占18.3%。如果从另外一个结构来分析，数字经济当中，平台基础层的比重大，而应用到各行各业当中的比重，2020年预计到37%，从这个结构的分析来也看得出来，数字经济的重点是我们现有的产业如何实现数字化。

抓住智能制造当中的五个关键

由此，我们在大力推进智能制造，加快数字经济的发展当中，我们怎么能够有效地推动智能制造？所以我特别强调，智能制造是我们的一个目标，而推进到这样一个过程当中，我们要实现制造业的智能化，通过制造业的智能化来逐渐逼近智能制造这样一个目标和方向。这样我们制造业当中的大量企业都有事情可做了，否则95%的中小企业觉得智能制造离他们太远了。而我认为并不远，你可以实现制造智能化，然后你就有可能做到智能制造。智能制造已经持续推进七年，已经实现了432个数字化车间项目，这些项目中多数是成功的，但是也提出一个突出的问题，我们怎么能够有效地来推进制造业的智能化转型？我想不外乎是，不要忘了我们推进智能制造的初衷，抓住推进当中的关键问题，一定要强调市场主导，要两头发力。

推进智能制造无非就是我们要做到更高、更低、更好、更快、更少、更小、更强、更美，所以归结起来，我们实践智能制造就是要实现这八个“更”。实现这八个“更”，不同的企业有不同的做法，不可能一刀切，不可能一个模式用到几万家企业身上。我们在推进当中抓住关键，抓什么关键？我觉得有五个关键：

第一个是每个企业在构建智能制造系统的时候，要做一个比较好的系统设计；第二个是各行各业的制造工艺是不一样的，首先就要解决你自己的制造工艺的问题；第三个是应该有一个好的网络环境，现在有工业互联网，要上云，又有5G，不同的企业根据自己的情况来实现你的一个好的网络环境；第四个是精益生产，精益化是我们推进智能制造的基础，没有精益化谈不上智能、数字化转型；第五个是智能装备。

这五个关键，每一个字拼起来都是SMILE，所以说抓住了这五个关键。

强调市场主导，主要在于我们要着眼市场，要因地制宜，抓准痛点。我们要把握方向，分析市场。我们要敏捷柔性，响应市场，不要寄希望于我做了智能制造以后十年八年可以一成不变。最后一条，要未雨绸缪，创新市场，因为你要贴近用户，永续发展。这是我根据很多企业推进智能制造当中没有取得应有的效益所提出来的。我关注到很多企业他并不注重市场的变化，实施智能制造就没有得到他原来预想的效果。

最后是要两头发力。因为中国的制造企业95%是中小企业，因此要把中小企业的数字化转型作为我们推进智能制造的一个重点。同时我们要抓智能制造的关键技术和智能制造的赋能技术，这样才有可能有效的推进。其中关键的是我提到工艺的问题，制造工艺大家知道就是把物件怎么做出来，怎么做得更好的一种技术，所以没有工艺，就做不出来东西、做不好东西。工艺是制造业的核心技术，去年科技日报发了35个卡脖子的技术，这35个不是技术，35个是产品，产品的背后和核心是工艺，所以工艺是我们的核心技术，是制造企业的看家本领和商业秘密。

工艺创新至关重要

我们讲到机械制造工艺无非就是成型、加工、改性，如果要做到净成型，你就要做到更轻、更薄。我们看制造工艺当中流程工艺是至关重要的。拿冶金工艺举例，20世纪40年代的时候工艺比较长，50年代工艺缩短了，到了80年代工艺更短了，所以叫短流程。由于有了短流程，使得冶金生产的过程大大的缩短，轧钢的系统简化了，企业得到明显的经济效益。我们如果工艺不改，你去搞智能制造，我想会事倍功半。

我们所有的钢材都要经过各种工艺才能变成制件，拿焊接来讲，工业发达国家，钢材用量60%左右通过焊接工艺而成为制品的，我们国家为40%。我这里举了一个热壁加氢反应器，早几年是没有焊缝的这么一个环，才能承受高的压力。现在这个热壁加氢反应器在各种各样的化工里是一个关键部件。我们现在焊接的钢板越来越厚，因此要有一个大厚度的窄间隙埋弧焊机，要有八万吨模锻压机主油缸。过去的焊接，现在我们跟激光复合。我们现在总讲，航空工业没有心脏，心脏就是发动机，航空发动机和重型燃气电机要单晶叶片，这个工艺非常的复杂，我去成都工厂看到的，大的工序14道，还有很多小的工序，最终保证做出来焊割的单晶叶片。大家知道3D打印可以打出来很多原型，现在3D打印要打出来可以用的实物元件，我们有了在激光成型当中微区超常冶金技术和大型构件激光成形制造技术，通过这样一种技术，我们就可以做出各种各样的激光成形件，做出来以后不但质量小得多，而且性能比锻件更好。

另外，我们很多原来冷加工的件，比较注重它的精度和尺寸，现在有很多零件尺寸精度固然重要，有很多特殊的性能跟尺寸精度有密切的关系，而这些件又是我们这些装备里头的关键件，没有这些关键件，我们的装备做不出来。因此这些关键件的形状、尺寸、精度和性能两者之间是否有某种关联度，我们就可以通过质量、性能和尺寸精度找到关系，既解决了它的精度，也解决了它的性能。于是提出了高性能制造的这样一种技术，通过零件的性能和材料、几何特性参数的相容性和敏度分析。

我们很多电子的器件里要用到电感器，电感器当中的铁氧体磁环线圈自动绕制工艺是电子基础元件电感实现智能制造的前提。这样一来，研发周期从8天缩短到3天，交货期从35天缩短到7天，人员从70人减少到7人，可见首先要解决制造工艺的问题，然后再推进智能化制造。

我们在推进智能制造过程当中，如何把现在的技术赋能给工艺创新，让工艺创新与我们智能制造能够平行齐步地前进。我最近做了两件事情，一件事情就是跟几个院士交谈，工艺创新在智能制造当中的意义；第二，我们分析了2018年一等奖、特等奖获奖项目当中它的工艺对这个项目的重要性，于是我得出一个结论，我们现在很多技术应该赋能我们的工艺创新，哪些方面赋能？我觉得可以在参数的优化、在反馈的补偿上、在智能迭代、工艺仿真、数值模拟、方案比较、复合工艺、工艺装备，这几个方面可以赋能工艺创新，我们的工艺也趁着现在新一代的技术翅膀，能够更好地前进。我们现在的工艺已经步入到集成计算材料工程这样的技术，可以通过计算机工艺仿真预知到未来的技术。

因此我预计我们有了这样一些技术赋能工艺创新，我们就有可能把原来工艺问题十年磨一剑，缩短到五年磨一剑。我前面讲的我跟很多院士交谈，他们都是差不多用了十年时间最终得出这个结论，为什么？因为工艺非常复杂，要不断实验优化，还要常年的数据积累，所以工艺的问题就是要十年磨一剑。但是我们现在有了工业互联网、人工智能、大数据，在推进智能制造中，我们就有可能把原来工艺创新的十年磨一剑，缩短为五年磨一剑，能够更好地加快发展我们国家的数字经济。

（根据国家制造强国建设战略咨询委委员、智能制造专家咨询委员会主任朱森第的最新演讲整理而成，未经本人确认。）