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[智能制造]产业发展的新趋势

时间:2020-06-01     【转载】   阅读

智能制造解析


智能制造这一概念,最开始是美国提出的。通常被认为是智能制造技术与智能与智能制造系统的统称,是制造业与信息化相结合的产物。简而言之,智能制造是智能技术与信息技术支撑的智能产品、智能生产和智能服务。

当前,世界经济进入下行趋势,各国对于制造业发展愈发重视,纷纷加快推动技术创新,促进制造业转型升级,智能制造战略由此不断升温。目前,因此,智能化、绿色化已成为制造业发展的主流方向,智能制造也将成为世界各国竞争的焦点。

2010年,中国制造业产值达到1.955万亿美元,超过美国总产值,高居全球第一。随着制造业智能化的升级改造,我国智能制造产业呈现较快增长。到2017年,中国智能制造产业产值规模将近15000亿元,预计到2020年产值规模将达到一个新高度。

哪些产业属于智能制造

自律能力即搜集与理解环境信息和自身的信息,并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的设备称为“智能机器”,“智能机器”在一定程度上表现出独立性、自主性和个性,甚至相互间还能协调运作与竞争。强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。


智能制造技术包括自动化、信息化、互联网和智能化四个层次,产业链涵盖智能装备(机器人、数控机床、服务机器人、其他自动化装备),工业互联网(机器视觉、传感器、RFID、工业以太网)、工业软件(ERP/MES/DCS等)、3D打印以及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。

智能产业链,基于一般的产业链分析模式,我们认为智能产业链由“基础、核心、应用和服务”四个方面构成,每个环节都能形成较大的产业集群。

智能基础产业是构成智能化系统的最基本元件或材料,包括电子元器件、光学配件、精密基础件、光电材料、智能材料等,一般不具有独立应用功能。

智能核心产业是构成智能化系统的核心功能组件,包括感知、传输、计算、控制等功能单元,具体涵盖计算机设备、网络传输设备、仪器仪表、集成电路、物联网技术和软件等。智能应用产业是推动智能化产业发展的终端应用领域,可分为智能电网、智能交通、智能汽车、智能金融、智能医疗、智能建筑、智能安防、智能物流、智能家居、智能商业等领域,智能应用领域的产业关联度、技术复杂性较高,是最终引领智能产业发展的驱动力量。

从智能应用的不同领域看,有些是偏重生活方面的,有些是偏重生产方面的,有些的影响是全方位的,如智能电网,其辐射范围相当广阔,包括新材料、电力电子元器件制造、电池制造、新能源发电、钢铁制造、通信设备、智能家电、电动汽车、智能家居等上下游产业,而后续还将衍生出诸如智能城市、智能交通等更多新的产业。



智能汽车和智能家居是影响人们生活最重要的两个方面,都具有非常巨大的市场空间。智能化汽车设备主要体现在众多辅助驾驶系统上,如智能雨刷、自动前照灯、智能空调、智能悬架、防打瞌睡系统等电子信息技术的广泛应用,为汽车的智能化提供了广阔的前景。

智能化家居主要体现在智能楼宇管理上,安防监控、中央空调、火灾自动报警、立体车库、远程抄表,这些现代化的智能家居系统目前已初步应用于温州的几个新建住宅小区。智能制造是生产领域的典型代表。自动化改造是我国制造业转型与升级的主要方式。我国制造业升级与转型应从制造环节开始,自动化改造包括两个方面:一是以自动化器械代替人工;二是以智能化器械代替非智能化器械,包括工业机器人、智能化数控机床、智能纺机等,是不断提升生产效率、提高产品质量的重要保障。

智能制造未来行业趋势分析

无人机



中国无人机市场正在逐渐走向成熟,从技术、成本、应用成熟度和行业发展规律等角度看。首先,随着传统数据处理芯片厂商如因特尔、高通、英伟达布局无人机数据处理平台上,无人机将成为实现人工智能的最佳载体,快速突破专业应用的技术瓶颈。

其次,以歌尔声学、比亚迪为代表的ODM厂商逐渐布局无人机生产制造,加速产品量产及迭代,有效降低专业应用成本,从根本上推动专业应用市场的发展。

再次,经过几年的用户培养,无人机在各专业领域尤其是农业植保的应用逐步为用户所接受,无人机专业应用将呈现旺盛的市场需求;最后,由于航拍应用的局限性,消费级无人机市场短期内将不会呈现爆发式增长,愈发激烈的竞争也促使企业向专业级应用转型。

虚拟现实

为实现将用户置身于一个包括视觉、听觉、触感和嗅觉全体感的”以假乱真”的虚拟环境中,VR需要更加丰富的人机交互形式。作为人类沟通中最自然的语言与视觉,语音识别技术和眼球追踪技术将成为下一阶段人机交互技术发展的热点,情感合成技术、跨语言交流技术等已经崭露头角。



动作捕捉、触觉反馈、方向追踪、手势跟踪等一系列更加自然化的人机交互技术也将呈现革命性的突破,同时如何组合不同的交互技术带来沉浸式的VR体验也是各企业追逐的焦点。随着人机交互技术的全面爆发,预计被多数用户及业内人士认可的VR设备交互范式将有望在明年出现。

机器人

机器人在汽车、电子制造等产业中的应用已经非常普遍,而随着传感器、人工智能等技术的进步,机器人正朝向与信息技术相融合的方向发展,通过云计算和人工智能深度学习,机器人可从执行一项简单重复性的工作进化为执行各种复杂多样化的工作,并开始应用大数据实现自律化。



如今,微软、谷歌、英特尔等科技巨头已进军机器人产业,布局“机器人2.0”时代,引领智能机器人的创新发展。我国已发布《机器人产业发展规划(2016-2020年)》,重点开展人工智能、机器人深度学习等新一代机器人技术研究,注重战略性、前瞻性、创新性的工作,以期在机器人产业变革中实现“弯道超车”。

视觉系统技术正加速向机器人、汽车、无人机等多领域渗透

随着机器人产业的快速发展,视觉感知方式正在从传统的深度地图、激光雷达系统向视觉系统转变,而该领域的技术已经于近两年有了较大的突破,以韩国、美国、日本为代表的多个国家的机器人研究院均在2016年的多场世界级机器人大赛中应用视觉技术。



而随着电动汽车的加速普及,无人驾驶技术的快速突破,消费级无人机市场的进一步开拓,在视觉系统于机器人产业领域应用愈发成熟的背景下,以无人驾驶、无人机、机器人为代表的新兴领域将成为视觉系统应用的新焦点。

云制造

云制造是一种基于泛在网络、以人为中心的智能制造新模式,是两化深度融合和产业链资源优化配置的重要途径,未来云制造将获得更多的投资关注。一方面,云制造已经渗透到产业链的各个环节,包括云端3D打印、供应链融资、基于工业云的大数据研发等,在航空航天、汽车工业、工程机械、石油化工、电子电气等众多行业均有广泛的应用。



另一方面,云制造也在重塑产业生态,例如在数控机床领域,已经出现了以数控机床生产力和云平台为主要商业模式的新型互联网制造形态;在汽车工业领域,也有企业开始尝试打造汽车全产业链生态圈,形成资本、资源、研发、生产、销售、充电、售后等全方位的云平台制造模式。

数字孪生

数字孪生是以数字化方式为物理对象创建虚拟模型,模拟其在现实环境中的行为特征,实现产品全生命周期内生产、管理、连接的高度数字化及模块化。智能工厂是数字孪生的核心载体,其设备和系统的智能化、集成化程度是数字孪生得以发挥作用的关键因素。



汽车工业在智能工厂、数字化车间、自动化生产线建设方面具备良好的基础,汽车是工业机器人最大的应用领域,并在PLM、MES等应用方面等成熟度高,能较好的进行系统集成,预计数字孪生将率先在汽车领域推广应用,形成集设计与仿真、制造执行(MES)与质量追溯、数据采集与分析为一体的新一代智能工厂。

智能制造

随着《中国智能制造发展规划(2016-2020)》的出台和智能制造试点示范项目的展开,智能制造产业将迎来巨大的发展机遇。



智能制造属于资金密集型行业,而广大中小企业普遍面临着融资难问题,资金已经成为制约中小型智能制造企业发展的一个重要因素,来自中央和地方政府的大规模产业和科研基金投入,将为智能制造产业提供强大的动力和资源,解决智能制造企业孵化、发展、扩大规模的资金需求及资源引进、配置问题。

目前北京市、广东省、山东省、湖南省均已经出现不同形式的智能制造产业投资基金,预计智能制造产业基金产业总体规模将成为智能制造产业发展的重要推动力。

代工模式将在制造业领域加速铺开

随着全球制造业的发展模式正在向网络化、智能化、绿色化转变,大量中低端生产力正在加速被淘汰。



由于传统制造业拥有重资产、生产周期长等特点,拥有新技术、新模式的企业难以在短时间内将技术及模式转化为生产力,而在互联网共享思维不断普及,金融资本大量注入到智能制造领域的背景下,“苹果+富士康”这一成功的代工模式能够将新技术、新模式与现有生产力进行有机的融合,极大缩短企业从初创到投产的生长周期,推动产业更加快速的更新迭代,而在发展相对成熟的汽车等传统制造业领域,该模式有望加速铺开。

医疗机器人

发展医疗机器人产业是我国实现工业4.0的重要环节,随着《中国制造2025》、《机器人产业发展规划(2016-2020年)》等一系列重要文件的发布,医疗机器人等高智能医疗设备成为了未来几年我国发展的重点领域之一。各地政府也在积极打造医疗机器人测试及应用平台,并为建立行业标准给予政策指导,政策方向明确。



目前,医疗机器人主要集中在北美市场,国内市场刚刚兴起,市场渗透率不足5%,存在巨大的市场空间和发展潜力,国外企业纷纷将中国市场视为提升业务的关键点。新松、博实、金山科技、妙手集团等国内企业也为抢占国内市场高地,加速对医疗机器人领域的产业布局。那么,面对智能制造十大未来行业趋势,智能制造的发展如何取得进一步突破呢?专家认为,应当站在制造业视角,充分挖掘、利用人工智能技术价值,引导、促进传统产业的转型变革,要通过不断的创新去加快人工智能技术的发展,从而为智能制造发展赋能。



当然,在智能制造热潮下,不少企业迷失了方向、忘记了初心,开始舍本逐末。实际上,智能制造只是创造、提升企业价值的手段之一,但并非唯一的选项。包括自动化技术、信息化技术以及传统制造技术等都是可以选择的方向。智能制造与以往发生的技术革命一脉相承,“有人成功也有人失败”,企业应当根据自身条件做出最适合的选择。

当前,智能制造发展进入洗牌期,主要表现是工业机器人产业和数控机床行业告别高增长阶段。尽管产业增速有所回落,但在国家政策的支持下,智能制造领域的发展前景依然被业界看好,呈现十大新趋势。

趋势一:需求导向、痛点聚焦将指引工业人工智能从理想走入现实。

要实现这一目标,一方面,人工智能技术在制造业的应用重点在于工业智能产品或具体工业痛点的解决方案。另一方面,相较于“锦上添花”的工业智能产品,“雪中送炭”的技术更容易被制造业企业接受。比如,基于机器视觉的表面质量检测技术帮助提升产品质量;或用基于知识图谱的智能CAD来提高生产效率;又或者用基于人工智能的能源分配来降低生产成本。

在福建泉州、浙江宁波、湖北武汉等城市,无论是传统的石化行业还是纺织服装行业,都发生了可喜的变化。泉州华宝鞋业公司智能改造后,减少用工70%以上,提高产能1.25倍;江苏胜利精密公司三年来完成20多条生产线的智能化改造,一线工人减少70%,效率和产出提升超过30%,智能化和数字化为传统产业快速赋能。

趋势二:工业大数据将成为智能制造和工业互联网发展的核心。

在工业大数据发展过程中,安全性将成为企业智能化升级决策的重要依据。例如,工业核心数据、关键技术专利等数字化资产对企业的价值正在加速提升;降低数据安全隐患、提升系统安全和数据安全成为企业数字化改造升级中愈加重要的参考指标;增加厂区生产安全、过程安全迫在眉睫。

趋势三:基于大数据的工业智能将带来更多服务型应用场景。

正在快速形成的基于工业数据的故障诊断及预测性维护就是典型的服务型应用场景。这种服务场景通过对生产线的监测和历史数据进行处理并存储后,进行基于人工智能的预测性分析,对企业给出维护建议并对生产进行实时预警。

新业态、新模式在试点城市快速涌现。以海尔COSMO、树根互联、航天云网为代表的工业互联网平台迅速发展,工业机器人、无人机、信息智能硬件、智能网联汽车等新动能快速发展。在新松“机器人智能工厂”,企业生产效率提高200%,新的工厂模式仅需三个月即可完成快速复制,能有效提升国产高端机器人产能。

趋势四:设备状态智能管理系统将成为远程运维的新模式。

将形成以数据为核心,从智能采集、智能分析、智能诊断、智能排产、自动委托、推送方案、远程支持到智能检验,再进入新一轮智能采集的闭环运行模式。

趋势五:工业区块链将服务于数据安全及分布式智能生产网络。

去年10月,中央政治局第十八次集体学习强调要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口。这为工业区块链的发展营造了有利的政策环境。运用工业区块链技术,有望突破工业互联网“工业数据安全”与“企业盈利模式”两大瓶颈。

一方面,工业区块链技术可以为工厂提供不同安全等级的区块链加密服务,对工厂间的重要数据进行无中介传递,保障各重要生产数据的加密安全;另一方面,随着工业区块链技术应用,将形成分布式智能生产网络,以终端客户需求为主导,促进工业的服务化转型。通过集成化与智能化生产,提高企业效率。通过标准化与网络化生产,降低企业生产成本。

趋势六:协作机器人将成为工业机器人的主流发展方向。

分析认为,人机协作将成为工业生产的重要模式。2019年的上海工博会上,丹麦的UR公司、日本发那科、川崎、德国库卡等国际领先机器人企业在现场首发最新协作机器人产品;国产企业如新松、埃夫特、节卡、珞石、邀博等也发布了自己的协作机器人。2019年,在世界机器人大会、上海工博会及世界智能制造大会上,协作机器人受到国内外厂商大力追捧,未来前景可期。

趋势七:基于算法的工业智能平台将成为应用场景的重要基石。

分析认为,不同工业行业有各自独特的行业门槛,每个工业场景在不同行业、不同企业中的需求差异较大。人工智能与制造业深度融合的路径就是将信息技术与工业场景应用端结合。将核心工艺模型化、算法化、代码化的工业智能算法平台面向工业场景,可以为底层应用提供便捷的开发服务。

趋势八:云边协同将成为工业智能应用产品重要技术路线。

一方面,未来将丰富的云端业务能力延伸到边缘节点,实现传感器、设备、应用集成、图像处理的协同;另一方面,行业将在云端与边缘共同发力,云边结合打造行业的工业大脑。算法升级将由云端完成。

趋势九:TSN和5G技术将引领工业网络发展。

TSN即时间敏感网络,它与5G技术主要用于解决工业物联网难题。在技术应用方面,目前由中国新科集团、烽火科技、大唐移动与中国移动合作,建成了全国首个全流程5G智能制造生产线。该生产线基于5G的工业控制互操作,工厂自动化线体效率提升了70%,总体制造运营效率较改造前提升30%以上。此外,中国商飞联合中国联通和华为,建成全球首个5G工业园区,并同步建设5G云端,具备了海量数据的人工智能飞机处理能力。

趋势十:工艺装备的智能化将成为制造业转型发展的突破口。

未来核心工艺装备与人工智能融合,实现工艺装备的智能化,将成为制造业转型发展的突破口。

来源:RIG-AI数据库


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