夯实工业自动化基础 化解AI创新焦虑

焦涛

中国的工业发展错过了大航海时代和两次工业革命，改革开放四十多年来，总算接轨上了工业革命的中后阶段。加入了WTO，中国逐步在工业制造端以巨大的产能和消费市场，走上了快速发展之路，同时，也在互联网的信息化时代，不断与世界最发达的国家缩小差距，甚至在工业制造方面迅速赶超，在很多领域掌握了一些主动权，尤其在全工業流程领域，我国取得了一些优势。

根据国家统计局公布的数据，在具体的工业制造领域，我国的工业数据和美国的工业数据对比如下：

2023年造船业：中国4232万吨，美国60万吨；

2023年水泥：中国20.23亿吨，美国1亿吨左右；

2023年钢铁：中国13.6亿吨，美国0.7亿吨；

2023年发电量：中国9.2万亿千瓦时，美国4万亿千瓦时；

2023年汽车：中国年产3016万辆，美国年产1000万辆；

2023年肉类：中国产量9641万吨，美国产量4600万吨；

但是，2023年中国GDP仅相当于美国的65.36%。

2024年春节，在中国人还在过新年的时候，openAI最新的AI软件Sora推出，震惊了全球科技界。各大媒体都在惊呼，似乎下一代的新的AIGC智能人工智能的时代就要到来。而高端芯片领域，英伟达、AMD的GPU被美国限制进口到中国，在一定程度上影响了算力，甚至可能会带来中国大模型的研究及其他AI进步被重新拉开距离。

在科技浪潮汹涌澎湃的当下，人工智能（AI）正迅速而广泛地渗透到我们生活的每个角落，人们的“AI创新焦虑”也与日俱增，夯实工业自动化成为化解“AI创新焦虑”的重要路径。

作为工业自动化后来者，一些领域，我们通过努力学习往往能够迎头赶上，然后利用规模优势、人海战术实现精准突破，再利用成本优势、价格优势，让部分行业进入我们的节奏。中国高铁制造就是个很好的例子。某个国家要造高铁，中国、日本、法国、德国竞标，那中国一定是性价比最高的，技术也是最成熟的。国家统计局2023年的数据已经充分证明了这一点。

面对最前沿的AI人工智能科技的到来，要夯实工业自动化，除了加强基础科学研究，发挥新型举国体制优势，还要加大整体大模型的创新支持，加快高新芯片的追赶速度。事实上，通过四十多年追赶，中国已经在工业化全产业链上形成了整体优势。我们除了需要补足高端研发创新，其实，更需要的是在我们整体工业化制造优势上继续加大创新，不断升级工业化制造，使其走向智能制造，让整体工业化创新走向不断创新的工业自动化、智能化。

在工业制造全产业链上，我们的工业制造主要包括仪器仪表智能化、控制系统网络化、工业通信无线化、物联网与自动化、云计算与自动化、低碳经济自动化、安全生产自动化、节约降耗自动化、模拟仿真普适化和工控软件的发展。

作为物联网与自动化这个领域的研究者，我参与了一些与之相关的项目，并获得了中国造船工程科学技术一等奖和山东省泰山产业领军人才等荣誉。以该领域的现代造船技术为例，在船体制造中，切割、卷板、剪板、折弯等工艺已经实现了自动化，唯独复杂曲面的加工成型仍然处于手工作业阶段，该工艺被称为“水火弯板工艺”，其效率低、成型质量差、严重依赖高级技工的个人经验且污染环境。复杂曲面工件在现代造船中必不可少，因为，复杂形状的拼接可以保证船体的流线型结构，减少船舶行进过程中的阻力，其加工难度大、耗时长，已经成为制约船体制造的“瓶颈难题”。

早在20世纪60年代至90年代，美国、日本、韩国的专家学者就对该难题进行广泛和深入的研究。其中，日本石川岛播磨重工业公司（IHI）开发了ALPHA System，韩国首尔大学研制了iCAM 自动水火弯板自动加工系统，美国麻省理工学院Hardlt教授提出了可重构模具（Reconfigurable Die）的概念。以上研发都停留在研究阶段，均未投入工程化应用。

为了解决这一难题，我们从可重构模具的理念出发，构建了“软件驱动、硬件互联”的物联网成型体系，让方形压头矩阵在控制系统的控制下任意升降和造型，取代了变化万千的模具，其主要的创新点有以下几个方面：1、发明了一种新的板材成形方法：方形压头可调活络模具板材曲面成形装置，解决了压痕与皱褶问题。2、提出了非对压地成型的新方法，解决了板材起皱问题。3、提出了上模可移动装置：不仅降低了弯板机的高度与重心，增大了弯板机的稳定性，同时视觉空间增大，更有利于实时激光三维测量，方便了板料的安放与起吊和对上、下模具的维护和保养。4、提出了上模联动施压方法：使用并联油路油缸驱动的上模群压头对船板施压的技术，具有先压住板材受压缩变形部位的功能，能进一步防止板材截面受压发生失稳的情况。5、提出了基于在线实时检测的快速逐步逼近弯曲成形法，无须进行复杂的回弹计算和曲面重构，即可简单方便地解决船板成形加工的回弹难题，为船舶三维数控冷弯机的研制奠定了基础。6、提出了基于中型PLC的组网并行控制方法，由伺服电机、驱动器、减速机驱动螺杆精确运动，伺服电机群组组网可任意延展，实现可重构模具的任意造型。此外，通过集成创新，我们开发了船舶三维数控弯板机控制系统。包括基于非均匀有理B样条（NURBS）的曲面成型技术、自动调形控制；通过集成创新，我们还开发了具有自主知识产权的船舶三维数控弯板机的智能控制系统，在此基础上形成了技术成熟的三维船体外板加工流程。

以上关键的创新点解决了很多难题，包括工件加工的表面问题、工件成型的精度难题、工件加工的效率难题、工件加工的速度难题、工件加工的能力难题、工件加工过程中的污染难题、工件加工过程中对加工工艺依赖的难题等。

以上技术已经在中国造船、航空、医疗等领域被广泛地应用，并于2020年被中国造船工程学会吴优生院士为首的专家组鉴定为中国首创和世界领先。随着工程化应用带来的技术进步，以上技术得到了更加充分的提升，其中神经网络自学习功能可以记录每一个不同高级技师的操作和弯板习惯，并进行学习模仿，大数据库可以记录每一个不同工件的材料特性和成型办法，并进一步辅助生产，提高效率。

作为这个行业的创新者、参与者，通过我们智能化的工业自动化不断创新，不但让我们的全产业工业制造可以在全球继续保持绝对的领先，同时，在人口老化及劳动力优势不断降低的趋势下，在全球竞争中，还能让我们的工业制造形成一个工业自动化、智能化的高效率制造优势，让最好的AI出现，让终端产品制造形成具备量产和普及的产业优势。

就像特斯拉，全球最好的电动汽车量产工厂最终还是在我们的上海特斯拉工厂实现。同样，苹果手机不断在全球转移制造业，但其最高端、最新的产品量产依然离不开中国的制造工厂。我们拥有全球最大数量的全产业制造工程师，同时，这也是我们中国全产业链的工业自动化、智能化在不断进化的结果。