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助力企业打开“技术黑箱” ——临港未来智造体验中心探访记

2020-01-17点击次数:

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想象一下,你身无一技之长,正四处寻觅工作。有天,你留意到一条招聘信息,以令你心动的待遇,招聘航空发动机装配工。工作不难,只需安装发动机的表面管路;但你完全不知道这根管路该装在哪,那个螺帽又该拧几圈。


没有任何装配经验的你忐忑地走进工厂。人事说,不用培训,直接上生产线吧。于是,你更忐忑地走到装配台前,却发现这份工作比想象中简单得多——待装配的发动机边上就有它的实时影像,且有动画演示下一步装配动作;你也不用在繁杂的零件箱里找对应的零件,绿色的指示灯明确地告诉了你该拿哪个;你甚至不用担心出错,这一步若未做到位,下一步的动画操作演示将不会显示,直到你按动画纠正了错误。



“哪怕工人未经培训,在这套‘人工智能导引装配系统’的辅助下,也能干这些以往只有熟练技术工人才能干的工作。”上海交通大学弗劳恩霍夫协会智能制造项目中心中方主任、上海交通大学机械与动力工程学院副院长王皓说。


在上海自贸区临港新片区的未来智造体验中心里,同样没有装配经验的记者在这套系统的辅助下,也顺利完成了展示品的装配。而这套系统更是早已飞出新片区,在中国商飞、航天科工、江南造船厂等多家先进制造业企业中投入应用;更多工业4.0与智能制造领域最前沿的技术也在这里陆续诞生。





人工智能让高精尖产品制造“严丝合缝”




“‘人工智能导引装配系统’能大大缩短企业人员培训周期,降低人力成本。对于结构复杂的产品制造,能规范工人的操作,减少出错率;同时可以追溯每一次操作,让错误无处遁形。”记者按系统操作时,王皓解释了这套系统的优越之处,“此外,它可移植性强,无论是发动机表面管路、火箭舱体内部导线,还是中小型机械装备,都有其用武之地。通过人工智能的自我学习,它还能不断提升性能。”


言罢,体验中心的灯突然熄掉大半。记者惊讶间,顺着身旁研发人员的指引,看到身后地面上,投影出一张巨大的图表。


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不过,文科出身的记者一时没看懂这张复杂的表,只见上面有不少数据、术语,还有一些设备的3D模型图。


“这是基于信息物理系统的‘实时数字孪生系统’。”王皓介绍,“它能实时跟踪生产车间的机械运动、物料位置、设备状况、性能参数等……”



见记者仍旧满脸困惑,一名研发人员将体验中心的一个机械臂转动了一下,图表上相应位置的数据也随之实时改变。甚至当记者从手边的筐内拿出一个零件,图表上的该种零件数量也随之减少了1个单位。


这下就好理解多了——用王皓的话说,这就是给制造业常用的计划与排产系统“通过称重、视觉、标签等信息物理系统安装了‘火眼金睛’”。通过“基于信息物理系统的实时数字孪生系统”,这笔曾经的“糊涂账”终于能够基于实时数据,调整排产系统,实现更高效的统筹规划。该系统在航天、飞机结构件等小批量、多品种的零部件加工企业拥有很强的泛用性。





小天地里研发出
前沿应用技术




除了上述两套系统外,未来智造体验中心里还有可变拓扑生产线、协作机器人集成系统等多项前沿应用技术的展示。这些技术已得到了多家中国制造业巨头的青睐,应用在全国各地多个工厂内,而研发团队就在一墙之隔的小小实验室里工作。


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团队大都来自上海交通大学。正是这支小而精的队伍,在这方小天地里研发出了这些前沿应用技术,并得到了多家中国制造业巨头的青睐。


“核心技术以中方自主研发为主,但德方给了我们理念、思路上的启迪。”一名项目中心工作人员说。王皓的说法则更为直接:“就我个人而言,没有弗劳恩霍夫制造技术和自动化研究所的工业4.0理念,我们很难确定现在的研发方向。”


与国内思路不同,德国人在工业4.0与智能制造领域并不一味追求将工作完全交给机械与人工智能,而是强调人机协作。王皓曾经到精密机械及电气工程领域赫赫有名的工业企业博世的洪堡工厂调研,该工厂生产柴油机的燃油喷嘴,制造、装配精度均要求达到2微米,“自动化水平非常高”。然而,王皓告诉记者,工厂通过大数据和人工智能系统做数据的收集与分析,最后的决策还是由三名经验丰富的“老师傅”负责。


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甚至,有的时候,人工智能系统还会反过来学习、模仿人类。“有的熟练技术工人的做法、手艺,轨迹编程很难模拟,只能靠机器人的控制系统反复学习人类的手艺。”王皓说。


智能制造系统还能通过外骨骼、人机协作等形式帮助工人减轻工作强度,提高装配质量。项目中心一名研发人员告诉记者,船舶、汽车等制造业领域已开始进行相关技术尝试,未来将成为十分通行的先进做法,“全靠机器人,编程角度上说很难,且麻烦;全靠人工,工人天天反复做弯腰等动作,容易得腰肌劳损等病。通过人机协作,工人引导机器人定位,机器人帮助人类负重,人机协作更加合理、科学。”


“智能制造系统应该服务人、保护人、规范人,而不是代替人。”王皓说,“代替人没必要,也做不到。”





破解“技术黑箱”
才能进入核心




2019年3月26日,正值德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会成立70周年之际,上海交通大学与协会签署正式合约,在临港成立上海交通大学弗劳恩霍夫协会智能制造项目中心。9个多月来,项目中心为中国制造业企业带来的不仅仅是工厂里的一套套工业4.0、智能制造系统。


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根据德国弗劳恩霍夫协会的宗旨,其旗下的研究所与国际合作的项目中心必须做到公共研发不做销售、企业服务不能独占、专利转化不能买断三点。德国工业4.0应用中心主任米歇尔·利科菲特说,他们致力于促进全世界全行业进步。包括上海交通大学弗劳恩霍夫协会智能制造项目中心在内,其主要提供的是工业4.0新技术的高端服务,而非原有成熟技术的集成项目。


“中国制造业企业的需求大都‘偏硬’,总是想让掌握先进技术的外方供应商迅速将需求落地,连设备都一并搭好。”王皓说,“短期来看,可能收效较快。然而,国外公司给了你一个自己打不开的‘技术黑箱’——你可以用,但很难掌握背后的核心技术。”


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授人以鱼,不如授人以渔。2019年3月20日,上海发布《关于进一步深化科技体制机制改革,增强科技创新中心策源能力的意见》共25条,其中明确提出,要大力发展科技创新服务业,加强高校、科研院所公共研发专业服务机构建设。王皓表示,相对于“交钥匙工程”,类似弗劳恩霍夫协会这样的非营利、共性研发机构,也许难以直接提供商业化的产品,但所提供的技术服务,有助于我国企业真正掌握前沿、核心技术,实现自主创新和可持续发展。


“弗劳恩霍夫协会在德国有72家研究所,依托知名高校,由大学教授兼任研究所所长,近一半科研人员为高校研究生,起到学界与业界的桥梁作用。”王皓告诉记者,项目中心遵循弗劳恩霍夫协会的宗旨,与其一脉相承,由上海交通大学教授兼任事业部负责人,科研人员亦以交大的硕博研究生为主,得以依托上海交通大学雄厚的科研实力。


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“对于大型企业而言,我们能提供更先进的技术;对于中小企业而言,我们能为其省去设置研发部的成本,为其开发新技术,新产品,新工艺。”





“德国质量”与
“中国速度”结合




弗劳恩霍夫协会是欧洲最大的应用科学研究机构,也是全世界最成功的应用转化研究机构之一。它对本土企业的辐射效应显著,各国均希望与其形成合作。此前,其在加拿大、日本、韩国、匈牙利等若干国家设有研究中心或代表处。而在中国,上海交通大学弗劳恩霍夫协会智能制造项目中心是第一个弗劳恩霍夫项目中心,也是协会在中国的第一个科研机构。


临港新片区想在2020年初步建成国际智能制造中心框架,成为我国参与全球智能制造竞争的战略高地;上海市则希望以临港为核心建设“一核一带”智能制造产业集群。智能制造项目中心落地临港,是最好的结果,但过程却没那么顺利。


“最大的困难,是法律问题。”王皓说,弗劳恩霍夫协会第一次进入中国,担心合作会影响其非营利属性。2017年10月,与上海交通大学签署合作谅解备忘录后,弗劳恩霍夫协会进行了三轮法律咨询,耗时一整年,终于扫清了法律障碍。


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“最后还是谈成了。”王皓说。记者留意到,在多次公开报道中,米歇尔·利科菲特反复提及了中国广阔的市场。


项目中心落地前后,临港管委会为其提供了强有力的支持。项目中心工作人员告诉记者,管委会为其提供了公共资金支持与免费场地;新片区挂牌成立后,出台的多项支持政策也为外籍专家的签证、工作许可等提供了更多的便利。此外,临港新片区有大量智能制造产业与上下游的企业,这对项目中心也是一大利好。


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此外,德方人员在文化层面也会“水土不服”。“我们学习德国的规则较为容易,我还找了学校的德语老师,教我们简单的德语与德国文化。”王皓说,“但德国人适应我们仍需时间。计划精密、注重细节,年初就计划好了全年日程的德国人,如何适应飞速发展变化的中国制造业,是一个不小的挑战”


不过,这些都是“小问题”,项目中心完全有信心将“德国质量”与“中国速度”完美结合起来。眼下,项目中心在研发、技术服务等方面正渐入佳境。记者采访时,一名来自海外咨询公司的美国人恰好也在项目中心参观,他听完项目中心工作人员的介绍后,惊叹道:“有华为的例子在先,我相信,现在轮到中国在这些技术领域取得领先地位了。”


来源:上观新闻