绿色智能制造技术将引发产业全面变革

整理撰稿人：中科院国家科学图书馆武汉分馆先进制造与新材料团队

黄健（E-mail:huangj@mail.whlib.ac.cn）、万勇

审稿专家：中国工程院院士，中科院沈阳自动化所王天然研究员

1 主要科技内涵及意义

制造业是国民经济的物质基础和产业主体，是经济高速增长的发动机和国家安全的重要保障，也是科学技术的基本载体，是国民经济和综合国力的重要体现。制造业在国民经济中占有重要地位，无论对发展中国家还是发达国家，它始终是国民经济重要的战略组成部分。

以“绿色”和“智能”为主要发展方向的先进制造技术，是由传统制造技术与信息技术等相关领域技术不断融合产生的，在其快速发展过程中，不断与材料技术、生物技术以及纳米技术等相结合。

以先进制造技术为基础的先进制造业处于产业价值链高端环节，具有高技术含量、高附加值和低能耗、低污染等特征，担负着为国民经济各部门和科学技术的各学科提供装备、工具和检测仪器的重要任务，成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的“使能技术”[1]。

全面开展智能制造技术研究是发展高端装备制造业的核心内容和促进我国从制造大国向制造强国转变的必然。

制造技术信息化带动技术研发过程创新和产品设计方法与工具的创新、管理模式的创新、制造模式的创新，实现产品的数字化设计、网络化制造和敏捷制造，快速响应市场变化和客户需求。

制造技术自动化构成高效、高可靠的自动化装备和柔性生产线，将实现自动、柔性和敏捷制造。

制造技术智能化使制造过程具有更完善的判断与适应能力，提高产品质量、生产效率，会显著减少制造过程物耗、能耗和排放[2]。

10 年后，绝大多数产品将可回收、易拆卸，部件或整机可翻新和循环利用，绿色产品可能成为世界商品市场的主导[3]。

2 当前世界进展

从全球范围来看，虽然目前知识经济已初见端倪，但包括美国、日本、欧洲等发达国家/地区在内，其主要载体仍是制造业，其在各发达国家的国民经济中仍占有非常重要的地位。特别是在经历了金融海啸之后，西方各国纷纷提出“再工业化”，制造业有回流西方的趋势。美、日、欧等积极制定发展战略、发展规划以及相关配套政策，引导和推进本国先进制造技术及相关行业的健康、快速发展，奋力抢占全球制造业的高端价值链，引领全球制造业的技术进步，并通过生产模式变革和标准制定继续控制整个制造业产业链。

在技术方面，以当前全球范围内不断升温的3D打印为例。3D打印在制造自由度、原材料利用率等方面具有明显优势，尤其适于小批量、定制化、结构复杂的加工制造。3D打印在工业应用和个人消费两个市场均取得了长足发展。医疗器械的定制化需求是3D打印的优势所在，美国借助3D技术打印外骨骼，帮助残疾儿童提高行动能力，让一名两岁女童首次抬起手臂玩耍。航空航天则是最具前景的应用领域之一，如美国航空航天局正在与企业合作开展在微重力环境下的3D打印测试。在消费电子与汽车行业，3D打印技术主要用于设计原型制造及模具开发。通用、现代、宝马等汽车厂商已将3D打印技术应用于新车研发过程之中[4]。

3 中国的优势

2010年我国制造业产出占世界的比重为19.8%，成为全球制造业第一大国[5]。经过几个“五年计划”的实施，我国制造业得到飞速发展，取得了一大批相关的基础研究成果和长期制约我国产业发展的先进制造技术；攻克了一批长期严重依赖并影响我国产业安全的核心高端装备；针对绿色制造关键共性技术开展了研究及应用示范工作；建设了一批相关的国家级研发基地；培养了一大批长期从事相关技术研究开发工作的高技术人才。在培育形成战略性新兴产业群方面，我国与主要发达国家基本同步，有望在信息感知空间的建立技术、海量制造信息处理技术、泛在信息感知空间下制造业信息化和自动化技术、人-机行为认知及交互技术等领域率先取得突破[6]。

中科院在绿色智能制造领域具有一定的实力，在沈阳、北京、重庆、宁波、合肥等地设有相关研究机构。其中，沈阳自动化所是我国机器人事业的摇篮，是“机器人技术国家工程研究中心”、“机器人学国家重点实验室”等9个国家及省部级重点实验室和工程中心的依托单位[6]。过程工程所定位于大规模资源转化利用及替代的绿色过程的基础与应用研究[7]。重庆绿色智能技术研究院在电子信息、先进制造、生态环境3个领域进行了科技布局[8]。

4 未来的标志性目标或成果

在智能制造领域，人-机共融的智能制造模式将是智能制造技术发展的基本特征，云计算和海计算技术将引领制造信息处理新模式，泛在信息感知将为智能制造提供新的信息支撑，平行管理与可视化制造技术将为制造提供新的数字化手段，制造服务创新将为制造业升级转型提供新途径。

在绿色制造领域，面向大规模矿产、油气、生物质资源转化利用的过程制造业绿色化技术升级，在物质转化的绿色过程与工程学方面取得创新突破，在新反应介质替代、高效催化、过程强化、二次资源循环等重点方向大幅提高资源利用率、降低能耗、削减废弃物排放。产品绿色设计和全生命周期评价体系广泛应用，增材制造（3D打印技术）及再制造得以普及。

1 国家科技部.智能制造科技发展“十二五”专项规划.2012.

2 国家科技部.绿色制造科技发展“十二五”专项规划.2012.

3 电气自动化技术网.3D打印应用领域拓展消费需求爆发.2013-07-10.http://www.dqjsw.com.cn/xinwen/xingyeyanjiu/124212.html.

4 人民网.我国成为全球制造业第一大国.2012-09-05.http://cppcc.people.com.cn/n/2012/0905/c34948-18919429.html.

5 中国科学院.科技发展新态势与面向2020年的战略选择.北京:科学出版社，2013.

6 中国科学院沈阳自动化研究所.机构简介.2013-08-15.http://www.sia.cas.cn/gkjj/jgjj/.

7 中国科学院过程工程研究所.研究所简介.2013-08-15.http://www.ipe.ac.cn/gkjj/jgjj/.

8 中国科学院重庆绿色智能技术研究院.机构简介.2013-08-15.http://www.cigit.cas.cn/jggk/jgjj/.