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【智能制造】第四次工业革命中的智能制造、为什么说人工智能是第四次工业革命

2018-07-26 15:37:18  来源:产业智能宫

摘要:今天我们讨论智能制造,首先要放在一个大背景下,即全球经济增长趋势、制造业在全球的竞争格局以及《中国制造2025》国家战略。
关键词: 智能制造 人工智能 工业革命
  今天我们讨论智能制造,首先要放在一个大背景下,即全球经济增长趋势、制造业在全球的竞争格局以及《中国制造2025》国家战略。
 
  制造业新格局
 
  在人类发展的历史上,经济增长一直以来受到两大因素的驱动:劳动力的增长和生产力的提高,但是归根结底,生产力才是一切的关键。
 
  从18世纪末以来人类经历了三次工业革命,无论是蒸汽机、电力还是电子信息技术,每一次革命都给人类的生产力带来了几倍或是几十倍的巨大提升。然而最近十年,尤其是在全球金融危机之后,全球生产力增长急剧减速,这意味着非常缓慢的经济增长将成为一种新常态,特别是对于发达经济体而言。世纪之交的全球乐观主义早已被对于长期停滞的恐惧所取代,甚至有学者认为,在全球金融危机之前美国和欧洲的生产力增长就出现了明显的下降。如何提高生产力,摆脱经济增长的长期停滞甚至是倒退,是摆在许多国家面前迫在眉睫的问题。
 
  与此同时,在人类正在经历的第四次工业革命历史潮流中制造业再次成为了全球竞争中的优先级。在过去几十年里,几乎所有国家都看到了工业化对国家经济实力提升所带来的实实在在的帮助。国际金融危机和欧债危机使得西方国家重新认识到实体经济的重要性,纷纷检讨过去“去工业化”战略所导致的实体经济空心化的后果。以美国为例,无论是奥巴马政府的“高端制造合作伙伴”计划还是特朗普政府主导的制造业回归,“再工业化”已经成为了发达经济体引导实体经济复苏的重要手段。
 
  但今天发达国家以拉动经济增长为主要目的的“再工业化”并不是简单地让制造业回归本国,事实上由于世界各国都看好和发展制造业,在中低端制造领域已经出现了不少产能过剩的情况,而产业升级和产业链重构则是发达国家试图重新振兴制造业的主要抓手。换而言之,以新一代技术推动、通过提高生产力和经济增长的“新制造”才是各国制造业在全球竞争中所面临的新格局。
 
  在这样的时代背景下,近年来德国、美国、日本等制造强国纷纷提出新的国家战略。无论是德国的“工业4.0”,美国的“工业互联网”,还是日本的“智能制造系统”都是根据自身情况为本国制造业制定的战略规划。
 
  作为世界第一的制造大国,中国也提出了《中国制造2025》的国家战略,计划在未来30年的时间里将中国从制造从大国转变为制造强国,其中将“智能制造”定位成中国制造业转型的主攻方向,也是实现《中国制造2025》国家战略的重要抓手。
 
  智能制造的关键特性
 
  即使是从全球的角度来看,智能制造目前依然处于起步阶段。和所有的新生事物一样,在发展初期总是伴随着各种新概念和新名词,例如数字孪生体(Digital Twin)和数字线程(Digital Thread)等,学界和业界也对其内涵有着不同的解读。为了便于理解,我们可以用一个场景来描述智能制造所能达到的具象化效果,毕竟只有结合了应用场景的概念和技术才有商业化的意义。
 
  以汽车行业为例,我们现在买车往往要去专门的品牌4S店,一辆10万元级别的普通家用轿车通常会有高中低三个配置,每个配置大约有5种不同的颜色,这样的话一辆家用轿车最多只有15个可选项供顾客选择。而汽车制造厂商也只要根据这些预设的选项排定制造计划、采购原材料并进行生产。
 
  而在智能制造时代,顾客将通过互联网直接给汽车制造商下单,并且按照自己的需求对发动机、内饰、音响、安全配置、轮胎、外观颜色等几乎所有的配置进行最大限度的个性化选择。不仅如此,智能制造时代还可以让客户在按需定制的同时通过AR、VR等技术在数字世界中“试驾”还没被制造出来的汽车,并可以实时了解定制汽车的制造进度。不仅如此,整个制造过程并非由一家厂商集中完成,而是由产业链上下游组成的“制造联盟”共同协作达成。
 
  显然,这样的实现对于目前基于资源计划的传统制造来说是无法想象的,智能制造中涉及到的“按需定制”和“实时制造”对于灵活性和可伸缩性的挑战是全方位的,甚至将完全改变制造业的流程、技术和产业链。
 
  基于以上的描述和对智能制造共性的理解,我们大致可以归纳出智能制造的一些关键特性:其一,由大规模批量生产向大规模个性化定制生产转变(柔性制造);其二,由集中生产向网络化异地协同生产转变(去中心化);其三,信息化和工业化深度融合(物理工厂+虚拟工厂)。
 
  智能制造的现状
 
  如果以之前提到的场景作为判断标准的话,智能制造显然还处于非常早期。从宏观的角度来看,目前人类社会的第四次工业革命尚处于范式构建的阶段,而智能制造作为第四次工业革命的核心,需要有相应的基础技术作为产业化发展的前提。
 
  一般而言,智能制造所需要的基础技术包括物联网、云计算、人工智能、虚拟现实、区块链、5G网络等,将它们与设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节融合形成统一的信息物理系统。而目前这些技术中只有少部分已经成熟落地,绝大部分还处于大规模爆发前的发展时期。
 
  除了技术的成熟度以外,我们也可以从一些相关领域中(如工业物联网、工业4.0等)去了解智能制造目前的发展现状。
 
  2017年德勤中国曾对156家中国制造业企业进行调研,探究企业工业物联网应用的现状、趋势和挑战,调研显示:
 
  中国制造企业普遍认同工业物联网的重要性,但尚未形成清晰的战略——89%的受访企业认同在未来5年内工业物联网对企业的成功至关重要,72%的企业已经在一定程度上开始工业物联网应用,但仅有46%的企业制定了比较清晰的工业物联网战略和规划。
 
  制造企业仍处在数据应用的初级阶段,从“后知后觉”到“先见之明”尚需时日——受访企业目前仍处在数据应用的感知阶段而非行动阶段,大部分企业利用采集到的数据解释历史表现的规律和根本原因,而非将数据用于预测性分析支持决策;
 
  受访企业在工业物联网应用面临最大的三项挑战分别为缺乏互联互通的标准、数据所有权和安全问题以及相关操作人员技能不足——52%的受访企业认为缺乏互联互通的标准是企业工业物联网应用的主要挑战,其次46%的受访企业认为数据所有权及数据安全问题是主要挑战,42%的受访企业认为缺乏相关技术人才是工业物联网应用的主要挑战。
 
  此外,2018年初德勤全球还发布了一篇名为《第四次工业革命来临——你准备好了吗?》的研究报告,通过对19个国家1600名高管的调查和访谈后获得这样一个发现:只有14%的受访者相信他们的企业能够充分利用工业4.0所带来的变革机遇,同时只有四分之一的高管相信他们拥有未来所需的员工和技能的组合。也就是说,大多数企业对于智能制造、工业4.0等趋势只有一般性的理解,并未深入到战略或日常运营中去。
 
  但是也有先行者。例如,中国在过去几年中已经开始了一步一个脚印的探索,智能制造试点示范工作从2015年就开始启动。2016年我国遴选了超60个项目,2017年遴选了97个项目,涵盖了众多制造业领域,不但包括石化、钢铁、有色、汽车、制药等多个传统制造业产业,还涉及航天、航空、高端装备制造、机器人、新能源等我国正在积极发展的战略新兴产业。
 
  根据工信部的信息,2018年我国将继续实施智能制造试点示范项目,年内遴选项目将超100个。业内预测,除了会继续涵盖上述重要的制造业领域外,还有可能在有色、稀土、纺织、家电等传统行业选择相关项目;此外,5G、物联网、车联网、智能交通等新兴领域的智能制造项目也会入选。
 
  智能制造的未来展望
 
  中投顾问发布的《2016—2020年中国智能制造行业深度调研及投资前景预测报告》预测,未来我国智能制造产业年复合增长率约为20%,到2020年产值有望超过3万亿元。
 
  根据《中国智能制造“十三五”规划》,在2025年前我国将推进智能制造实施“两步走”战略:第一步,到2020年,智能制造发展基础和支撑能力明显增强,传统制造业重点领域基本实现数字化制造,有条件、有基础的重点产业智能转型取得明显进展;第二步,到2025年,智能制造支撑体系基本建立,重点产业初步实现智能转型。
 

  为什么说人工智能是第四次工业革命?

 
  近两年,全球IT巨头纷纷布局人工智能领域:谷歌相继收购DeepMind、Kaggle为代表的人工智能公司、IBM打造Watson平台、百度进军无人汽车、阿里联合杭州市政府打造“城市数据大脑”、腾讯成立AI实验室……毋庸置疑,人工智能时代已经到来。之所以说它是一个时代,而不是单纯的“风口”,因为它的出现意味着第四次工业革命的序幕悄然拉开,人类历史即将再一次被颠覆!
 
  前三次工业革命:颠覆,还是颠覆!
 
  第一次工业革命,开始于十八世纪六十年代。英国一名普通的纺织工哈格里夫斯发明了以他的女儿名字命名的珍妮纺纱机,纺纱效率和质量的提高为他们带来了日渐富裕的生活,他自己或许还没有意识到这项发明的伟大意义:成为工业革命开始的标志。而工业革命真正意义上的标志,则是源于十年之后苏格兰数学仪器制造师瓦特的发明——蒸汽机,世界工业进入蒸汽时代。
 
  从生产技术上看,机器取代人力,大规模工厂化生产取代个体工场手工生产。
 
  从社会结构上看,传统农业社会开始转向现代工业社会,使社会明显地分裂为两大对立阶级──工业资产阶级和工业无产阶级。
 
  从城市发展上来看,工业城镇兴起,开始了城市化进程。率先完成工业革命的西方资本主义国家逐步确立起对世界的统治,世界形成了西方先进、东方落后的局面,英国成为世界上第一个工业国家。
 
  第二次工业革命,开始于十九世纪中期,以电力的广泛应用和内燃机的发明为主要标志。发电机的诞生使得人类历史从“蒸汽时代”跨入了“电气时代”,电灯、电车、电影放映机的相继问世为人类社会打开了全新的大门。内燃机的发明一方面推动了石油开采业的发展和石油化学工业的产生,石油也像电力一样成为一种极为重要的新能源;另一方面,解决了交通工具的发动机问题,推动了内燃汽车、远洋轮船和飞机的迅速发展。
 
  从生产关系层面看,垄断与垄断组织形成,主要资本主义国家进入帝国主义阶段。
 
  从经济结构层面看,重工业有长足发展,且逐步占主导地位。
 
  从城市发展层面看,城市化进程进一步加快,同时带来了环境污染等问题。
 
  从生活方式层面看,品种繁多的家用电器走进千家万户,极大地丰富了人们的生活内容;新型交通工具的出现扩大了人们的活动范围,加强了人与人之间的交流。
 
  第二次工业革命促使世界市场最终形成,美国、德国成为世界性的经济中心。
 
  第三次工业革命,开始于二十世纪中期,以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志。以原子弹、氢弹为代表的原子能技术进入新纪元,电子计算机的发明把人类从繁重的脑力劳动中解放出来,人造地球卫星的成功发射使人类跨入了航空航天新时代,分子生物学和遗传工程的出现则开启了一扇全新的生物科学之门。科学和技术密切结合,在推动生产力发展上发挥着越来越重要的作用。因此,第三次工业革命体现的是科技革命的概念。
 
  从产业结构上看,第一产业、第二产业在国民经济中的比重下降,使得第三产业的比重上升。
 
  从城市结构上看,公共交通工具(例如公交)的出现使得城市空间向密路网、复合用地、开放街区、精明增长转变。
 
  从生活方式上看,汽车、飞机、铁路的高速发展和普及极大地增加了人们的出行距离,加之互联网、计算机的出现,使得世界成为触手可及的“地球村”。
 
  以美国为首的欧美发达国家成为世界经济的中心,科学技术成为世界各国争相抢占的制高点。
 
  每一次工业革命都在颠覆性地改变人类文明进程的发展,产业、城市、生活乃至国际关系得以重塑,谁能抢占先机、顺势而为,谁才能有机会成为“革命”的弄潮儿,引领一个时代。
 
  第四次工业革命:人工智能开启未来之门
 
  历史的车轮继续向前,出现了与蒸汽机、电力、计算机的发明同等量级的新事物——人工智能,正在以迅雷不及掩耳之势席卷全球。
 
  什么是人工智能?大数据+机器的深度学习。
 
  大数据是人工智能的基础,通过大数据的收集分析为人工智能提供素材,机器基于素材的积累实现深度学习——以人的思维方式思考、解决问题。人工智能出现的意义绝不仅仅是机器人的批量生产与应用,而是作为核心驱动力驱动产业结构、城市形态、生活方式和科技格局的颠覆式变革。
 
  对产业结构的改变:跨界整合,助力升级
 
  一方面,围绕人工智能积极布局新兴领域,包括智能软硬件(例如语音识别、机器翻译、智能交互)、智能机器人(例如智能工业机器人、智能服务机器人)、智能运载工具(例如自动驾驶汽车、无人机、无人船)、虚拟现实与增强现实、智能终端(例如智能手表、智能耳机、智能眼镜)、物联网基础器件(例如传感器件、芯片),形成人工智能主题的高端产业和产业高端的聚集。
 
  另一方面,以人工智能推动制造业、农业、物流、金融、商务、家居产业在内的传统产业转型升级,形成智能制造、智能农业、智能物流、智能金融、智能商务、智能家居产业。通过智能工厂的推广大幅提高生产效率,推动人工智能在各行各业的规模化应用,全面提升产业发展的智能化水平。
 
  对城市形态的改变:立体空间,高效管理
 
  人工智能不是未来城市的全部,但从根本上影响城市空间形态与管理模式,是未来城市发展的核心驱动力。历史上畜力车、步行为主的交通方式决定了城市的道路窄、尺度小,汽车的出现则促使了以车行道为主的人车分流的城市设计,公共交通工具的出现使得城市公共空间大幅增加,未来以无人驾驶、无人机为代表的智能交通方式的普及则会推动城市立体空间(特别是地下空间)的充分利用,由此带来更加立体多面的城市尺度。
 
  同时,人工智能会推动城市管理方式升级,包括智慧政务、环境监控、数字社区、应急指挥等,智慧基础设施遍布城市各个角落,通过大数据的采集、处理与分析,极大地提高城市管理的效率与准确率。
 
  对生活方式的改变:高度自由
 
  晨起洗漱的你在智能镜子上看到今天的天气预报、新闻提要和约会提醒;吃完早餐后,自己的全自动座驾已经停在门口,将目的地设置成办公地点,便可以安心地坐在座位上准备一天的工作了;上班的你不放心家里的宠物,打开手机看到它正和机器人管家欢快地玩耍;下班回家的路上,把家里的空调提前打开给自己营造一个凉爽的环境……这只是一个很小的生活片段,人工智能所带来的不只是脑洞大开的生活,更是“三生有幸”的生活方式。
 
  人工智能渗透到生活的方方面面,把人们从繁重的脑力劳动中解放出来,实现物质和精神层面的极大丰富,有更多的时间去享受生活、体验生命。万物互联带来高度自由,人们通过搭乘智能交通工具可以迅速到达任何一个目的地,也可以凭借更加多元的社交媒体方式,和超越地理空间上的人交流。
 
  对科技格局的改变:中国崛起,领跑世界
 
  第一次工业革命,中国被动地开启近代化历程;第二次工业革命,中国面临空前的民族危机而丧失了追赶世界科技潮流的重要机遇;第三次工业革命,中国以追随者的角色在科学技术领域探索出了巨大的成就。而面对第四次工业革命,这一次,中国要做引领者。
 
  2017年7月8日,国家下发了《新一代人工智能发展规划》,不是以科技部、工信委或几部委联合下发的方式,而是国务院直接主导,这是一个鲜明的信号:中国正在举全国之力,抢占人工智能制高点。
 
  而中国自身也的确具备领跑人工智能的条件和潜力。目前全球人工智能企业最为集中的三个国家分别为美国、中国、英国,三国的人工智能企业数量占全球总数的65.73%,其中“BAT”在人工智能领域的布局跻身全球第一梯队。中国人工智能专利申请数累计达到15745项,位列全球第二。中国人工智能论文引用量排名世界第一。中国人工智能领域融资规模约为26亿美元,远高于以色列和印度……这些数据的背后是中国强大人工智能实力的彰显,也决定了中国将凭借人工智能登上世界科技舞台。
 
  人类文明的每一次进步,都伴随着科技的重大突破。轰轰烈烈的第四次工业革命大幕已经拉开,人工智能正在引领人类社会进入新纪元。面对人工智能开启的未来之窗,你准备好了吗?

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