人工智能与智能产业——关键技术与发展趋势

谭建荣

中国工程院院士

数字化设计与制造领域专家

过去很长一段时间，我们曾错误地认为美国不再发展制造业，而开始致力于发展虚拟技术。事实上，美国信息技术之所以领先世界，是因为他们拥有领先的制造技术。制造技术的发展引领和促进了信息技术的发展，包括虚拟现实和大数据。如果没有强大的制造技术支持，就没有办法提供虚拟技术所需要的设备。

美国的基础制造业一直处于全球领先地位。发动机是制造业的王冠，以民航发动机为例，目前我们使用的飞机发动机都出自两个公司，一个是美国的，一个是英国的。美国为了保持制造技术的领先地位，提出了先进制造业国家战略计划，从技术、劳动力、供应链三方面提出了不同目标，体现出提升制造业核心竞争力的决心。而同样是制造强国的德国为了保持制造装备领域的技术优势，提出了工业4.0，主要强调三大主题，即智能工厂、智能生产和智能物流。

习主席曾经说过，核心技术是买不来的。因此，我们国家要攻克的技术难关还有很多，待解决的技术难题非常大，需要走的路还很长。中国改革开放40年，取得了很好的成绩，但目前我国大部分制造企业还处于产业链中下端，且以粗放型和代加工、资源密集型和劳动密集型的生产为主。因此，现在中国制造企业迫切需要转型升级。如何转型升级？这就需要靠数字化制造、网络化制造、智能化制造技术。

无论是美国先进制造计划还是德国工业4.0，甚至是中国企业需要转型升级，最终都聚焦到工业物联与智能制造方面。诸如大数据、虚拟现实等技术为代表的新兴信息产业的发展，带动了制造业的发展，使得整个制造业向数字化、智能化、移动化、绿色化方向发展。

我国制造业基础比较薄弱。传统工业制造业有“三基”，即基础材料、基础工艺和基础器件；现在是“四基”，即加上了基础软件或者说基础数据。举例来说，工艺的先进性决定了产品的先进性，而工艺需要模具，模具需要设计。但是我国很多企业主要是代加工，在加工方面能力很强，但是设计能力偏弱，尤其在严格意义上的创新设计方面可以说十分薄弱，大部分企业的设计是改进型设计。总之，要做好产品就需要先进的设计，而先进的设计必须要有先进的技术作为支撑，但是我国在核心技术方面还有很多不足。比如我国的高铁是中国制造的一张响亮的名片，但是高铁的很多重要部件都是进口的，就是因为制造这个部件的核心技术我们没有掌握。为此，国内制造企业转型升级势在必行。制造企业升级需要加强基础研究，依托数字化制造、网络化制造、智能化制造进行升级。

智能制造的含义包括两方面，其一是智能技术与制造技术的融合；其二是用智能技术解决制造的问题。智能技术包括交互、感知、学习、决策等技术，制造技术则包括设计、加工、装配、服务等技术。经由人工智能技术和设计制造技术的融合，智能制造得以实现数字化样机、机器人应用、精准化管理等。

其中重点谈一下数字样机。它是指用虚拟现实技术加上装备设计技术，在计算机上表达的机械产品整机或子系统的数字化模型，它与真实物理产品之间具有1∶1的精确比例，具有与物理样机一样的功能和性能，可以用来代替物理样机进行测试实验，提升企业创新的能力。从数字样机目前的发展趋势来看，一是从数字仿真发展到图形仿真，二是从虚拟仿真发展到虚实融合，三是从几何建模发展到物理建模，四是从阶段性设计性能模拟发展到产品全生命周期的模拟。数字样机关键技术，第一是异构设计分析模型转换与集成技术，第二是多学科耦合建模与仿真技术，第三是零件真实表面建模与虚拟装配技术，第四是机器人作业的规划与车间仿真技术。

数字样机在我国航空航天领域有许多成功应用的案例。用以上技术进行发动机的仿真装配，在解决了装备顺序和可靠性的问题后，几千个零件不仅能够装配起来，而且可以模拟真实运动，可以进行动力学、应力分布多性能模型实时耦合求解。此外，数字样机还应用在汽车车门生产、全断面大型掘进装备、大型造船虚拟仿真等等诸多方面，在超大型空分装备设计制造技术、高档数控机床数字化正向设计的关键技术等的研发工作中发挥了重要的作用。“ 智能制造的含义包括两方面，其一是智能技术与制造技术的融合；其二是用智能技术解决制造的问题。智能技术包括交互、感知、学习、决策等技术，制造技术则包括设计、加工、装配、服务等技术。经由人工智能技术和设计制造技术的融合，智能制造得以实现数字化样机、机器人应用、精准化管理等。”