智能制造与协同创新

◎ 中国工程院院士、中国机械工程学会副理事长 卢秉恒西安交通大学教授

智能制造与协同创新

◎ 中国工程院院士、中国机械工程学会副理事长 卢秉恒西安交通大学教授

制造业已经从电气化时代、数控化时代走向智能化时代。3D打印处于技术发展的井喷期、产业发展的起步期，正在从专业化走向社会化，从产品开发的工具转为批量生产制造的手段。要认清有哪些优势、有哪些劣势，通过协同创新，实现《中国制造2025》规划的宏伟蓝图。

大数据已经形成了当前科学研究的第四范式。数据密集型的科学发现过程中杂乱无章的图形，用人眼看不出什么，但是经过大数据的解析，就会对其有深入的发现。基于数据的科学发现，将是今后我们科学发现的一个非常重要的手段。但是现在制造大数据，一方面具有社会大数据的特点，当然也有制造的特点，突出表现在，数值型、非数值型数据，结构性或者非结构性的数据，连续的和离散的都是并存的。当然，我们制造大数据比起社会大数据来说，还更有规律可循。制造大数据可能有更多的结构化的数据，甚至更多的经过科学定义、经过人为收集，一些典型的结构化的甚至结构统一的数据，以及比社会大数据更方便的应用。所以，建议做大数据研究的专家，应该多关注制造大数据。

大数据对设计、制造、实时监控、运行和服务都有非常大的支撑。建议，在制造大数据方面尽早加强战略的谋划和前瞻性部署，做一些基础的理论研究，攻克大数据的核心技术，逐步建设并且逐步完善制造大数据的体系平台，尤其是要关注数据标准的研究。这个数据标准的研究，可能以后关系到中国的话语权，关系到我们的硬件和软件能不能进入世界市场，甚至包括国内市场的占领度。

对于增材制造，大家并不陌生，它其实就是3D打印。3D打印的核心就是把原来的减材制造、等材制造变成材料增加型制造。增材制造铸锻焊我们已经发展了3000多年了，我们在三星堆博物馆都可以看到精美的铜器铸造。减材制造，从电动机发明以后到现在有三百年历史，而增材制造起源于八十年代中期，整整30年，这是一个新发展的技术，是个突破性的、革命性的技术。麦肯锡预测，12项颠覆性技术中，3D打印排第九，这是2013年的预测。而且预测今后将会形成万亿美元的产值。这样一来，3D从概念上可能占有价值链的三分天下。它对产品开发是颠覆性的技术，使原来开发的周期和费用降为原来的1/2以下，在各个领域都有很好的应用。3D打印是把减材变成增材，而在航空航天、很多大型柔性件，加工要切削95％的材料。如果用3D打印去做，材料的利用率提高到80％以上，而且可以把很多的结构集成为一体。这样一来，将会使飞机的重量大为减轻，甚至变为原来的2/3就够了。在制造中，从研发实验中验证的一体化打印，逐渐走向飞机发动机这样复杂的产品。

3D打印带来的很多装备和产品再设计。这个制造的理念摆脱了以前加工方法给设计者带来的约束，给创新设计带来非常巨大的空间。包括两万多个零件的汽车，也可能变成几十个件，这样一来，大大简化了生产流程，节约了成本，也可能提高制造的速度。

3D打印开辟了一个新的生产模式。就是有可能把批量化制造变成个性化定制，而且制造成本和周期都提升不多，同时为广泛的创新设计带来了非常好的验证手段。今后的创新工作者可以不再受单位工作职位的约束，他可以设计新的服装，设计新的飞机结构，用自己的3D打印机在家里就可以进行验证，这样一来我们就可以有很多创新的东西就会不断涌现。用网络化平台，用3D打印去支撑万众创新和万家创业，是个非常好的工具。同时，也开辟了科研的新手段，就是用3D打印做材料基因组计划的验证平台，不需要那么复杂的熔炼设备，不需要消耗那么多能源，用一缸材料粉，就可以达到几千度的高温来冶炼出超高强度、超高耐温、超高韧性、超高抗蚀的一些优异的合金材料。同时，我们也可以进一步通过细胞打印、器官再创以及基因再创，用3D打印的办法支撑生命科学的高速发展。

3D打印的趋势正在从专业化走向社会化，从产品开发的工具，转为批量生产制造的手段，有可能在航空航天方面首先获得突破。另外，从控形的制造走向控形控性，从3D打印走向4D打印、智能材料，打印之后还能改变形状。5D打印，改变以后还可以赋予它生命，人体的活性器官可以用3D打印的办法快速的定制。以后从技术概念的三足鼎立走向产业效益的三分天下。科学家甚至设想，今后可能把制造业的一部分搬到太空中去，因为在太空中进行3D打印有很多的优势。

现在3D打印正在处于技术发展的井喷期、产业发展的起步期，很多企业都在跑马圈地。怎么样推广这些先进制造技术，《中国制造2025》作出了部署，正在加紧推进。我们要认清有哪些优势、有哪些劣势，必须通过全社会的协同创新，才能实现《中国制造2025》规划的宏伟蓝图。要做好协同，例如科技研发计划，怎么样很快地推新工业应用。像我们高端数控机床做出来以后，还有一些问题，可靠性还不够高，但是如果不给机会，就老是做不到应用方面去。实际上现在我们很多方面生产能力不够，例如我们的航空航天，任务压力很大，我们的机床企业，有些非常积极地愿意去给他们做加工工厂、做代工工厂，可以不可以?这是非常好的主意和愿望，但是还存在一些体制性的障碍。

产学研协同方面，企业是主体，但是我们发现个别企业把争取国家的科研经费当作企业困难的一种补贴，而不是把自己当作一个研发的主体、成果应用的主体和集成创新的主体。怎么才能使我们的科技研发和企业的发展协同起来？我们的人才培养模式，应该倡导更多地把论文写在产品上、写在装备上，尤其是工科学科，我认为应该有正确的评价机制。高校的教师怎么样到企业中去发挥作用，可以探索一种模式。例如高校的老师在搞好科研的同时，到一个企业兼职，你能够做到主任设计师，就有资格升讲师或者升教授，你能做到企业副总这一级，而且确实发挥了作用，你就可以升教授。像德国的教授，都要有四五年的企业工作经历。德国弗朗霍夫研究院领袖也是大学的教授，但是这个教授是在大企业作过副总一级的管理人员的。在新的信息化时代，信息化和工业化两化融合，我们更需要创新，需要更多的极客或创客做创新。所谓极客，就是那些痴迷科研的人，他们1/3在大学，1/3在自家的车库里，1/3在高新区的孵化器里。我们应打破单位围墙对创新力量的束缚，让知识流动起来，尤其是我们高校的一些科研力量，让他们在网络化、智能化这些服务平台上，为制造业释放更大的能量，作出更大的贡献。

（本文摘编自作者在第十八届中国科协年会上所作的大会特邀报告）