數控機床行業以“智”賦能的全新變革

隨著人工智能和制造業的不斷融合,智能制造被賦予了更加深刻的內涵。眾多行業專家表示,智能制造已經成為制造強國的關鍵,也成為國際競爭的制高點之一。

“智能制造為中國制造業跨越發展提供了歷史性機遇,新一代人工智能技術與先進制造技術深度融合所形成的新一代智能制造技術,成為新一輪工業革命的核心驅動力。”中國工程院院士周濟日前在北京舉行的 “智能+數控”——新一代人工智能數控系統和智能機床研討會上表示。

為把握從“數控”到“智能”的進程,也為推動新一代人工智能技術與先進制造技術深度融合,實現機床行業的“換道超車”,機床行業正在走一條以 “智”賦能的全新變革之路。

從 “數控”到 “智能”

隨著實體經濟的不斷發展,中國制造業增加值至2010年已經躍升世界第一,中國已經成為名副其實的世界制造大國。但是隨著制造企業轉型升級的不斷發展,中國制造“大而不強”的問題日益顯現。自主創新能力不足、產品質量不足、產業結構不合理等問題時刻提醒著制造業“由大到強”已經刻不容緩。

智能制造如何成為制造業“由大到強”的關鍵,成為制造業走向世界的跳板?對此,周濟表示,智能制造是我國制造業創新發展的主要抓手,也是我國制造業轉型升級的主要路徑,更是加快建設制造強國的主攻方向。

周濟認為,隨著互聯網、云計算、大數據等信息技術飛速發展,并極其迅速的普及應用,集中匯聚在新一代人工智能的戰略性突破,使得新一代人工智能已經成為新一輪科技革命的核心技術。新一代智能制造技術將引發制造發展理念、制造模式發生重大而深刻的變革,重塑制造業的技術體系、生產模式、發展要素及價值鏈,推動中國制造業獲得競爭新優勢。

而被稱為“工業母機”的機床將得益于人工智能技術,讓人與信息系統發生根本性的變化,“從‘授人以魚’到 ‘授人以漁’”。周濟說,“新一代智能機床能夠實現自主感知、自主學習、自主優化與決策、自主控制與執行,極大提高機床加工質量、使用效率,降低成本,是第四次工業革命的典型產品。”

事實上,從 “數控”到 “智能”,機床行業變革之路不僅僅是技術發展大趨勢的自然要求,也是行業對當前經濟高質量發展的必然響應。根據3月份中國機床工具協會發布的《2018年機床工具行業經濟運行情況分析》,2018年我國機床工具行業雖總體發展平穩,但與機床數控系統需求端密切相關的3C消費電子領域和汽車制造領域需求放緩,以新能源汽車為代表的車身結構輕量化,高強度需求成為主流,3C產品加工也從金屬加工走向玻璃、陶瓷加工,下游產業對精密化部件的需求,讓機床行業向智能化、高精度化轉變。

“智能”之路并非坦途

“以‘智’賦能不是一條坦途。”北京航空航天大學教授劉強坦言,智能機床有三個基礎共性問題:一是信息、狀態感知與數據處理; 二是“機床-信息系統-人”通訊協議和接口;三是智能分析和控制算法。 “工業4.0時代數控機床面臨的挑戰是對新型材料的加工,對產品更高的質量和對更高效率的需求。”

劉強認為,高端數控機床作為“工業母機”中的“高、精、尖”產品,在面對工業4.0時代的挑戰,其智能水平是極為關鍵的一環,而智能化則主要體現在感知、互聯、學習、決策和自適應等方面。智能機床能夠感知和獲取機床狀態和加工過程及數據,通過變換處理、建模分析和數據挖掘,形成支持決策的信息和指令,實現對機床及加工過程的檢測、預報、優化和控制,同時還具有符合通用標準的通訊接口和信息共享機制,使機床滿足高效柔性生產和自適應控制的要求。

劉強表示,未來制造業面臨著四大全新的轉變:從單一制造場景到多種混合制造場景的轉變,從基于經驗的決策到基于證據的決策的轉變,從解決可見問題到避免不可見問題的轉變和從基于控制的機器學習到基于豐富數據的深度學習的轉變。“這需要數控機床走向智能化。”劉強認為,數控機床成為智能機床需要解決的就是上述三個基礎共性問題。

“當前的智能機床,只是實現了一些簡單的感知、分析、反饋、控制,遠沒有達到替代人類腦力勞動的水平。關鍵是在自主學習等方面,沒有取得革命性的技術突破。由于過于依賴人類專家,進行理論建模和數據分析,導致知識積累艱難而緩慢,最終導致智能機床的適應性和有效性不足。”華中數控股份有限公司董事長、華中科技大學國家數控系統工程技術研究中心主任陳吉紅表示。

對此,陳吉紅建議,新一代的人工智能機床不僅僅只是“機床+傳感器+互聯網”,而是應該滿足在大數據、云計算、人工智能的基礎上,實現自主感知、自主學習、自主決策、自主執行,實現優質、高效、可靠、低耗、綠色的制造。

讓“數控”插上“智能”之翼

那么,如何克服困難,讓“數控”插上“智能”之翼?對此,陳吉紅以華中數控為例說,華中數控在2018年發布的新一代智能數控系統概念機的基礎上,研發了首臺搭載AI芯片的華中數控新一代人工智能數控系統——華中9型工業樣機。這款樣機擁有 “感知與互聯” “學習與建模” “