数控机床行业以“智”赋能的全新变革

随着人工智能和制造业的不断融合,智能制造被赋予了更加深刻的内涵。众多行业专家表示,智能制造已经成为制造强国的关键,也成为国际竞争的制高点之一。

“智能制造为中国制造业跨越发展提供了历史性机遇,新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合所形成的新一代智能制造技术,成为新一轮工业革命的核心驱动力。”中国工程院院士周济日前在北京举行的 “智能+数控”——新一代人工智能数控系统和智能机床研讨会上表示。

为把握从“数控”到“智能”的进程,也为推动新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合,实现机床行业的“换道超车”,机床行业正在走一条以 “智”赋能的全新变革之路。

从 “数控”到 “智能”

随着实体经济的不断发展,中国制造业增加值至2010年已经跃升世界第一,中国已经成为名副其实的世界制造大国。但是随着制造企业转型升级的不断发展,中国制造“大而不强”的问题日益显现。自主创新能力不足、产品质量不足、产业结构不合理等问题时刻提醒着制造业“由大到强”已经刻不容缓。

智能制造如何成为制造业“由大到强”的关键,成为制造业走向世界的跳板?对此,周济表示,智能制造是我国制造业创新发展的主要抓手,也是我国制造业转型升级的主要路径,更是加快建设制造强国的主攻方向。

周济认为,随着互联网、云计算、大数据等信息技术飞速发展,并极其迅速的普及应用,集中汇聚在新一代人工智能的战略性突破,使得新一代人工智能已经成为新一轮科技革命的核心技术。新一代智能制造技术将引发制造发展理念、制造模式发生重大而深刻的变革,重塑制造业的技术体系、生产模式、发展要素及价值链,推动中国制造业获得竞争新优势。

而被称为“工业母机”的机床将得益于人工智能技术,让人与信息系统发生根本性的变化,“从‘授人以鱼’到 ‘授人以渔’”。周济说,“新一代智能机床能够实现自主感知、自主学习、自主优化与决策、自主控制与执行,极大提高机床加工质量、使用效率,降低成本,是第四次工业革命的典型产品。”

事实上,从 “数控”到 “智能”,机床行业变革之路不仅仅是技术发展大趋势的自然要求,也是行业对当前经济高质量发展的必然响应。根据3月份中国机床工具协会发布的《2018年机床工具行业经济运行情况分析》,2018年我国机床工具行业虽总体发展平稳,但与机床数控系统需求端密切相关的3C消费电子领域和汽车制造领域需求放缓,以新能源汽车为代表的车身结构轻量化,高强度需求成为主流,3C产品加工也从金属加工走向玻璃、陶瓷加工,下游产业对精密化部件的需求,让机床行业向智能化、高精度化转变。

“智能”之路并非坦途

“以‘智’赋能不是一条坦途。”北京航空航天大学教授刘强坦言,智能机床有三个基础共性问题:一是信息、状态感知与数据处理; 二是“机床-信息系统-人”通讯协议和接口;三是智能分析和控制算法。 “工业4.0时代数控机床面临的挑战是对新型材料的加工,对产品更高的质量和对更高效率的需求。”

刘强认为,高端数控机床作为“工业母机”中的“高、精、尖”产品,在面对工业4.0时代的挑战,其智能水平是极为关键的一环,而智能化则主要体现在感知、互联、学习、决策和自适应等方面。智能机床能够感知和获取机床状态和加工过程及数据,通过变换处理、建模分析和数据挖掘,形成支持决策的信息和指令,实现对机床及加工过程的检测、预报、优化和控制,同时还具有符合通用标准的通讯接口和信息共享机制,使机床满足高效柔性生产和自适应控制的要求。

刘强表示,未来制造业面临着四大全新的转变:从单一制造场景到多种混合制造场景的转变,从基于经验的决策到基于证据的决策的转变,从解决可见问题到避免不可见问题的转变和从基于控制的机器学习到基于丰富数据的深度学习的转变。“这需要数控机床走向智能化。”刘强认为,数控机床成为智能机床需要解决的就是上述三个基础共性问题。

“当前的智能机床,只是实现了一些简单的感知、分析、反馈、控制,远没有达到替代人类脑力劳动的水平。关键是在自主学习等方面,没有取得革命性的技术突破。由于过于依赖人类专家,进行理论建模和数据分析,导致知识积累艰难而缓慢,最终导致智能机床的适应性和有效性不足。”华中数控股份有限公司董事长、华中科技大学国家数控系统工程技术研究中心主任陈吉红表示。

对此,陈吉红建议,新一代的人工智能机床不仅仅只是“机床+传感器+互联网”,而是应该满足在大数据、云计算、人工智能的基础上,实现自主感知、自主学习、自主决策、自主执行,实现优质、高效、可靠、低耗、绿色的制造。

让“数控”插上“智能”之翼

那么,如何克服困难,让“数控”插上“智能”之翼?对此,陈吉红以华中数控为例说,华中数控在2018年发布的新一代智能数控系统概念机的基础上,研发了首台搭载AI芯片的华中数控新一代人工智能数控系统——华中9型工业样机。这款样机拥有 “感知与互联” “学习与建模” “