智能制造在5G環(huán)境下的發(fā)展趨勢研究

宋嘉 薛健 呂娜

摘? 要：隨著5G技術(shù)的逐步成熟將帶動移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)聯(lián)領(lǐng)域裂變式發(fā)展。該文在簡要介紹智能制造內(nèi)涵、進程、發(fā)展必要性的基礎(chǔ)上，

“智”造要素向“智”造能力發(fā)展，最終構(gòu)成智能制造系統(tǒng)，指出我國智能制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)以及未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：5G;智能制造;發(fā)展路徑

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

5G具備超高數(shù)據(jù)速率、更高的容量以及更短時延的特點，作為技術(shù)支撐助力物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等應(yīng)用，第四次工業(yè)革命正在悄然發(fā)展。為了引領(lǐng)新工業(yè)革命的歷史潮頭，美德日等發(fā)達國家紛紛制定本國的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，我國也提出《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃。各國都將發(fā)展智能制造作為本國確立制造業(yè)競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵舉措，并提出了相應(yīng)的發(fā)展路線。未來5G技術(shù)的成熟和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的實現(xiàn)，必將引領(lǐng)我國制造業(yè)企業(yè)的智能化進程。

1 智能制造

1.1 智能制造內(nèi)涵

在對智能制造進行正式論述前，有必要對智能制造的含義進行解釋說明。對于智能制造的含義，可以從不同的角度進行理解。官方（工業(yè)信息部）給出的含義為，智能制造本質(zhì)上是一種生產(chǎn)方式的變革，作為一種新型的生產(chǎn)方式，智能制造廣泛地利用了電子電路技術(shù)、通信技術(shù)和新穎的機械設(shè)計技術(shù)等多學(xué)科技術(shù)，從而服務(wù)于生產(chǎn)制造的各個組成部分。從筆者自身的角度來對智能制造進行理解，智能制造本質(zhì)上就是通過利用各種先進的科學(xué)技術(shù)，去提高生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化水平、智能化水平，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，解放勞動力。

1.2 智能制造發(fā)展三大階段

智能制造并非一種完全新鮮的物種，而是在之前的制造技術(shù)之上逐步建立起來的。按照制造技術(shù)的主題分類，可把智能制造的發(fā)展階段分為3個部分。第1個部分，即1950～1995年，以控制系統(tǒng)的電子化、數(shù)字化為代表的早期制造技術(shù);第2個部分，即在第一個部分基礎(chǔ)之上，將數(shù)字控制技術(shù)升級為網(wǎng)絡(luò)化，也是早期“物聯(lián)網(wǎng)”的原型;第3個部分，就是在網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)之上，靈活運用機器學(xué)習(xí)等各種智能算法，將“智能化”加入生產(chǎn)制造系統(tǒng)中，從而使生產(chǎn)系統(tǒng)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量得到有力提升。

1.3 智能制造發(fā)展的必要性

1.3.1 國家層面

一般來講，在國家與國家之間普遍存在著競爭，這種競爭主要體現(xiàn)在經(jīng)濟實力、軍事實力和政治等方面。國家的工業(yè)制造水平不僅與該國的國民經(jīng)濟有關(guān)，而且還與軍工研發(fā)制造也有著密切的關(guān)系，因此智能制造研究不僅具有必要性，而且還存在緊迫性。之所以說存在緊迫性，是因為由于經(jīng)濟的發(fā)展以及社會的發(fā)展，目前我國的人口老齡化現(xiàn)象越發(fā)嚴重，適齡勞動力與老年人的比例越來越不協(xié)調(diào)，我國工業(yè)生產(chǎn)制造中的人口優(yōu)勢越來越薄弱，智能制造的發(fā)展與研究更是迫切之需。

1.3.2 用戶層面

在用戶層面，可按照用戶屬性的不同，將用戶分為企業(yè)級用戶以及個人消費者用戶，行業(yè)中也將前者以及后者分別稱為B端（Business）以及C端（Client）。對于前者而言，其在商業(yè)活動的開展過程中需要一些必要的原材料以及組件產(chǎn)品（電子方面如CPU、液晶面板、PCB板等），智能制造幫助其降低原材料以及組件成本，使其達到利潤最大化的要求;對于后者而言，智能制造可以為其提供優(yōu)質(zhì)、充分滿足其需求的產(chǎn)品，從而實現(xiàn)“有求必應(yīng)”，及時跟進市場需求的腳步。

1.3.3 企業(yè)層面

這里的企業(yè)層面主要是指為B端用戶提供材料或者組件的生產(chǎn)制造企業(yè)，在工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中承擔(dān)著重要的基礎(chǔ)角色。出于提高利潤的需要，這一類企業(yè)同樣存在著對于智能制造技術(shù)的需求。智能制造技術(shù)有助于企業(yè)分析制造過程中的缺陷以及浪費，從而提高生產(chǎn)制造過程中的良品率，減少能源浪費以及原材料浪費，節(jié)省制造時間，節(jié)約人力成本，從而幫助企業(yè)達到節(jié)約成本，提高利潤率的目的。

2 我國制造業(yè)企業(yè)智能化路徑分析

對于傳統(tǒng)的制造業(yè)企業(yè)來講，其運營機理復(fù)雜，因此，對于智能制造企業(yè)在智能化方面的探索分析也比較復(fù)雜。但是，可參考傳統(tǒng)制造企業(yè)的發(fā)展歷程，從數(shù)字化研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)全過程、倉儲物流、訂單的獲取（銷售）、售后（遠程指導(dǎo)、運維）等5個方面分別進行探索分析，分析智能化的發(fā)展規(guī)律以及探索經(jīng)驗，為智能制造的發(fā)展提供寶貴的研究素材，從而有利于智能制造的進一步深入發(fā)展，解決智能制造探索過程中遇到的問題，解決相關(guān)行業(yè)的痛點。

2.1 數(shù)字化研發(fā)設(shè)計

“數(shù)字化”在不同的時期有著不同的含義，在傳統(tǒng)的制造階段時，“數(shù)字化”往往被認為是使用電子技術(shù)對有關(guān)的系統(tǒng)進行控制，并以相關(guān)的信息技術(shù)作為輔助。在智能制造階段，“數(shù)字化”被認為是利用各種仿真以及建模工具去進行模型的建立，不僅提高了開發(fā)效率，而且還節(jié)省了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)驗證所需要的時間。這種數(shù)字化研發(fā)設(shè)計普遍應(yīng)用在各行各業(yè)，如機械零件的設(shè)計、房地產(chǎn)開發(fā)、交通控制系統(tǒng)的開發(fā)等，均廣泛使用了3D建模軟件、電路仿真軟件等模型仿真軟件。

2.2 生產(chǎn)全過程智能化

生產(chǎn)全過程智能化也是智能制造的鮮明特點之一。之所以要求生產(chǎn)全過程進行智能化改造，目的就是為了提高產(chǎn)品的品質(zhì)，作為一個智能化的閉環(huán)系統(tǒng)，生產(chǎn)全過程智能化貫穿于整個生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理過程之中，起著舉足輕重的生產(chǎn)要素合理配置的作用。為了實現(xiàn)生產(chǎn)全過程智能化，企業(yè)會采取建立信息平臺的方式，通過大量的使用各種不同類型的傳感器，使生產(chǎn)的全過程均在信息平臺的監(jiān)控之下，加上各種智能化算法的作用，真正意義上實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的智能化。

2.3 智能物流倉儲系統(tǒng)

對于大多數(shù)企業(yè)而言，物流倉儲成本占據(jù)著整個產(chǎn)品制造、銷售過程中相當(dāng)大一部分比重，影響著企業(yè)的利潤。因此，建立智能化的物流倉儲系統(tǒng)，也是智能制造的必然要求之一。通過物流倉儲系統(tǒng)的智能化改造，可有效地提高物流倉儲系統(tǒng)的運行效率，同時節(jié)約成本，進而實現(xiàn)利潤的增加。在快遞物流企業(yè)中所發(fā)揮的作用較為明顯，不少快遞物流企業(yè)均建立了智能化、自動化的快遞分揀系統(tǒng)，如京東等企業(yè)，顯著提高了快遞的分揀效率，節(jié)約了快遞的分揀時間，同時也節(jié)省了人力，有利于企業(yè)又好又快的盈利。

2.4 訂單獲取智能化

訂單獲取的智能化也是智能制造的指標之一，企業(yè)通常采用在各種APP、網(wǎng)站平臺等媒介投放廣告的形式來獲取潛在的客戶，很多APP以及網(wǎng)站為了給廣告主提供精準的廣告投放服務(wù)，著重開發(fā)了智能追蹤系統(tǒng)，通過獲取用戶日常在網(wǎng)站或者客戶端平臺的內(nèi)容瀏覽數(shù)據(jù)，從而分析用戶對于商品或者服務(wù)的偏好，從而實現(xiàn)廣告的精準投放，進而為廣告主實現(xiàn)訂單獲取的智能化。

2.5 產(chǎn)品遠程運維服務(wù)

產(chǎn)品的遠程運維服務(wù)，即售后服務(wù)。對于傳統(tǒng)制造業(yè)而言，其售后服務(wù)采用傳統(tǒng)的人工形式進行，當(dāng)企業(yè)的用戶數(shù)量特別大時，往往會出現(xiàn)售后能力不足或者售后成本過大的現(xiàn)象，這種情況不僅不利于用戶的售后體驗，而且還嚴重拖累企業(yè)的利潤。因此，以京東、阿里巴巴為代表的企業(yè)利用人工智能技術(shù)開發(fā)了機器人自動客服功能，不僅有效的幫助客戶解決了售后問題，而且還節(jié)省了人力，取得了雙贏的效果。

3 我國智能制造面臨的挑戰(zhàn)

3.1 核心部件過度依賴進口

目前，我國90%的芯片，70%的工業(yè)機器人，80%的高端數(shù)控機床以及80%以上的核心工業(yè)軟件是進口來的。當(dāng)國際形勢因為政治或者狹義的民族主義等復(fù)雜因素發(fā)生改變時，往往會出現(xiàn)核心部件遭到國外公司“斷供”，一旦出現(xiàn)這種現(xiàn)象，則會對我國智能制造產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生致命的沖擊。因此，對于一些核心部件，需要早日進行相關(guān)的研究，早日實現(xiàn)國產(chǎn)化，早日實現(xiàn)自給自足，才能在智能制造的道路上越走越遠，維護我國高端制造產(chǎn)業(yè)鏈的安全。

3.2 小微企業(yè)突破難

受信貸、稅收、人才等因素的影響，導(dǎo)致小微企業(yè)在智能制造方面往往很難有機會嶄露頭角，為了支持小微企業(yè)試水智能制造，不僅需要政策方面的引導(dǎo)和扶持，同時也需要加強教育的投入，為社會培育合格的、高質(zhì)量的相關(guān)人才。

4 我國智能制造未來發(fā)展趨勢

4.1 流程領(lǐng)域率先實現(xiàn)智能制造

由于在生產(chǎn)過程中，原材料、半成品、生產(chǎn)控制系統(tǒng)等存在的變數(shù)較為簡單，處于比較容易控制的狀態(tài)，因為，從長遠來看，流程領(lǐng)域?qū)⑹紫葘崿F(xiàn)智能制造，即成產(chǎn)過程的流程化、自動化、智能化。

4.2 供應(yīng)鏈協(xié)同加速上游企業(yè)智能化發(fā)展

這方面的發(fā)展主要表現(xiàn)在2個方面。第一個方面是廠商對于市場需求變化的快速、智能化的響應(yīng)，通過不斷滿足消費者不斷變化的、挑剔的需求，來實現(xiàn)企業(yè)的盈利以及整個供應(yīng)鏈的協(xié)同發(fā)展。第二個方面是通過智能化的通信信息系統(tǒng)，提高整個供應(yīng)鏈的生產(chǎn)、交貨能力，進而實現(xiàn)最終產(chǎn)品的快速交付。

4.3 5G推進智能制造步入成熟階段

隨著5G商用部署的臨近，無線通信網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用將迎來爆發(fā)式增長。與傳統(tǒng)的工業(yè)無線通信網(wǎng)絡(luò)相比，5G比4G實現(xiàn)單位面積移動數(shù)據(jù)流量增長1 000倍、數(shù)據(jù)傳輸速率峰值可達10 Gbps、端到端時延縮短5倍、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量增加10～100倍。5G一旦實現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，將成為支撐智能制造轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵使能技術(shù)，5G將分布廣泛、零散的人、機器和設(shè)備全部連接起來，構(gòu)建統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，幫助制造企業(yè)擺脫以往無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)較為混亂的應(yīng)用狀態(tài)，推動制造企業(yè)邁向“萬物互聯(lián)、萬物可控”的智能制造成熟階段。

5 結(jié)論

隨著一系列高精尖工業(yè)、通信、信息技術(shù)的發(fā)展，如AI技術(shù)、NLP技術(shù)、人臉識別技術(shù)和5G技術(shù)的發(fā)展，尤其是5G技術(shù)，不僅革命性地更新了通信技術(shù)，使人民享受到更快的網(wǎng)速以及更低的能耗，還將進一步為我國智能制造產(chǎn)業(yè)提供強勁的技術(shù)動力和技術(shù)支撐。屆時，大部分人們可以輕松地從繁重枯燥的勞動中解脫出來，盡情享受5G技術(shù)推動下的智能制造技術(shù)所帶來的便利，共享科技發(fā)展的果實，同時也在節(jié)約能源等方面做出應(yīng)有的作用，實現(xiàn)人類的和諧綠色發(fā)展。

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