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中国工程院院士、清华大学汽车安全与节能国家重点实验室专家指导委员会主任 柳百成柳院士

发布日期:2018-10-25   来源:网络   作者:xiao_yang   浏览次数:556

 车网中国现场报道
                                 
            
                                                        中国工程院院士、清华大学汽车安全与节能国家重点实验室专家指导委员会主任 柳百成柳院士
   柳百成:各位领导、各位专家、女士们、先生们,大家早上好!刚才邬贺铨院士作了很精彩的报告。我这个报告稍微偏离一点整个的主题。
 
    我今天报告的,我聚焦在关于智能方面做一点阐述,报告有几个方面,讲一下世界各国对重振制造业的发展战略,第二讲一下“制造强国战略”几个主要观点。第三讲一下智能制造聚焦五大工程,五大工程主要主攻方向是智能制造、发展只能制造关键性技术,模仿与仿真技术。
 
    下面谈第一个问题,大家知道经过金融危机以后,世界各国,特别是工业发达国家都一致公认,要发展实体经济,特别是制造业,制造业对国家的繁荣昌盛、人民的幸福至关重要。首先美国在2011年宣布启动了“先进制造(业)伙伴关系”计划,呼吁政府、高校及企业之间加强合作,强化美国在制造业的领导地位。
 
    到了2013年,美国进一步就如何实施AMP,美国发布建立国家制造创新网络,创新网络由一批制造创新研究院组成。它的制造创新网络是有一批实体的制造创新研究院组成,目前已经成立了14个创新研究院。
    为了使得更加确切地了解美国的创新战略,它正式命名为“制造业-美国”,英文是Manufacturing USA,这是美国制造业的发展战略。我们在2015年工程院专门组团到美国考察,我们考察了美国先进制造国家制造办公室,他们的主任、副主任接待我们,今年7、8月份,它的副主任访问中国,在工程院我们又专门请他做了报告。我们跟美国在学术界大家还是互相在交流、沟通的。
 
    特朗普上台以后,几乎对奥巴马的东西都推翻了,唯一保留的就是Manufacturing USA,今年又新公布了一个战略,就是“美国在先进制造领导地位战略”,强调美国在制造业要保持领导地位。
    
  下面我简单再举一两个例子,再进一步说明一下。美国的制造业的研究院,它主要目的是要解决原厂到产业化之间的中间角色,他们认为,进入到原始创新的成果进入到了“死亡谷”,他把制造创新分成六个阶段,第一、第二阶段,美国具有很强的原始创新能力,大家知道全世界的统计,一直都在美国,美国有很强的第四、第五、第六线,但是对于广大的中小企业确实有一个中间环境,就是说原始创新要到产业化,它需要从样品要到批量的认证等等,所以它主要是解决从原始创新到产业化架设一个桥梁,来解决他叫做“死亡谷”。
 
    目前它已经建了14个创新研究院,14个创新研究院里面有4个是聚焦在智能制造。第一个政策制造,第二个智能制造,第三个叫DMDII,数字化制造与4G创新研究院,第四个就是机器人。我想说明一个问题,就是美国对智能制造十分重视,他们要保持领先地位,除了智能制造以外,材料工艺不可或缺,所以里面有三个关于材料方面的创新研究院,复合材料、纤维材料等等,实际上在聚焦智能制造的同时对材料供应方面仍然给予足够的重视。
 
    美国的创新研究院的特点值得我们借鉴,66%是企业,美国的创新研究院它是为企业服务的,所以它组成一个联盟,由高校、研究院所等等,由MIT等等,但是66%是企业,而32%企业中间,又是中小企业,它比较广泛地受到了美国中小企业的欢迎。这是去年我参加美国的会议,它公布的一个主题,就是整个的研究院的创新联盟中66%是企业参与的,这个也体现了美国对企业为主体的理解,其中60%又是中小企业。
 
    同时,为了充分利用美国的企业、高校院所的资源,它建设的中心、建设的联盟不是另起炉灶,他通过网络大家可以看到,每个创新研究院的联盟组成网络,互通信息,有些仪器设备可以共享。同时整个的14个研究院形成了网络,这个网络已经有1200个单位组成,现在参与到里面去,共享资源已经到了将近10000万人。
 
    第二个是近年来,英国发布了未来制造业报告,计划建设一批高价值制造技术与创新中心,聚焦在材料分析。里面有成形技术、先进制造、过程创新、制造技术、国家复合材料等7个高价值制造技术与创新中心,聚焦于先进和前沿制造技术的创新发展的产业化,最近英国公布制造更智能报告,英国也是把智能制造作为发展研究的重要的方向。
    
    2015年10月份,为了庆祝韩国国家工程院成立20周年大会,韩国请了三个主题报告,第一个美国代表,美国在会上作了一个智能工业及社区的物联网的大会主题报告。德国西门子总裁作了报告,转变制造模式-走向工业4.0,副标题是On the way to Industry4.0,实际上它是走在工业4.0的道路上。
 
    韩国发布了创新平台,目标与战略,转变制造业为集成智能与服务制造业。工程院派我在会上作了报告,智能制造一开始我们中文翻译不准确,容易造成误解,过去认为到2020年什么都是智能制造这是一个误解。我现在在国外,今天我到德国去作报告,我说美国你有Manufacturing USA,为什么中国不能有自己的智能制造。我们专门访问了慕尼黑西门子总部,它说工业4.0要有三个维度,一个维度是叫智能工厂,一个维度是智能服务,还有一个叫智能产品、智能服务、智能车间三个维度。它进一步强调了德国的工业4.0仍然是在进行之中,这张图他描述了工业发展的阶段,第一阶段、第二阶段、第三阶段、第四阶段是工业4.0,而工业4.0的他的提法是数字化仍在进行中,而且它里面写了请大家注意,德国他把智能制造作为一个大范围,这个东西仍然还在发展之中,仍然还在描绘之中。
 
    因此,第一个问题我总结一下,德国强调了工业4.0,主要是讲智能制造,或者他用了另外一个名字,数字化转型。美国是Manufacturing USA,它有一个智能制造因此院提出了一个新的口号,better than the Last。它是说经过了大数据,经过了人工智能,今天经过数据以后,明天还可以做得更好,这些方面反映了世界各国都已经以智能制造和数字化转变作为主要的发展方式,这是我谈的第一个问题。中国也应运而生提出了“制造强国战略”。
 
    下一个问题,“制造强国战略”,已经有很多文章报道了。我强调三点,有人让我介绍“制造强国战略”的话,我强调三点:
    第一,中国已是世界制造大国。
    第二,取得举世瞩目成就。
    第三,总体我们还是大而不强。这三句话是比较准确地概括描述中国的现状。
    这是美国去年公布的,我们国家1999年,包括到2003年,我参加中国“十三五”规划的时候,美国老大、日本第二、德国第三。但是经过十几年的努力到了2011年开始,中国是第一,中国的制造业增加值在全世界24%,这是2013年的数据,新的数据可能还要增加一点。美国第二16%,日本8%。大型的游轮、液化气都讲了,但是往往我们忽视了下面这句话,就是我们的创新能力薄弱。
 
    每年世界银行公布,叫GII,全球创新能力指数,我们国家今年是进入到前20位,去年我们是排20,今年进入前20位,你再看一下是17位。我们还是创新能力薄弱。第二,缺少关键核心共性技术,资源与环境严峻。今天我接到天气预报未来三天有重度雾霾。
    “制造强国战略”的如何形成?我强调了有三个特点:
    第一,“制造强国战略”是结合国情的,我们不是照搬德国的工业4.0,我们也不是照办美国的Manufacturing USA。
 
    第二,“制造强国战略”要面向新的科技与产业革命,我们有人工智能、大数据等等,我们也要跨步前进。
 
    第三,我特别强调“制造强国战略”的形成过程中间,我们也学习了世界各国的经验。2014年工程院组团考察德国工业4.0。2015年中国工程院组团考察美国先进制造伙伴计划及制造创新研究院。这是我们拜访密西根大学,他是现在美国新制造伙伴计划的策划者,我们参加了美国的生产制造创新研究院,这个月刚刚我们到德国,原院长周济带队,参加了中德40号展厅的交流活动。这个就不展开了,因为时间关系。
 
    “制造强国战略”我简单地描述一下,主要是三点,“制造强国战略”中间我特别强调关于智能制造的问题,“制造强国战略”公布以后有一个具体的实施,有一个1+X的计划,前面是主要部分,要制造五大工程。第一,创新体系功能,第二个,工业强基工程,第三个,智能制造工程,第四个,绿色制造工程,第五个高端装备工程。这个里面我们提出来主攻方向是智能制造,现在各地区、各单位智能制造很热,现在每个地方都在报,甚至报到一个市、报到一个县,我参加到一个会,要乡镇企业智能化,而且定的“制造强国战略”近期目标,对智能上我谈一些自己的观点。
 
    第一个观点,五大工程相互依赖、相互支持,我们突出主攻方向智能制造不是单独的,不是孤军奋战。我是主要参与了战略咨询委员会里面的工业强基础,我们国家的原材料不过关、工艺不过关,谈不上智能制造。刚才邬贺铨院士讲的,互联网也好、智能网也好、汽车也好,你要不要有传感器?我们高端的传感器全部进口,我们讲传感器我们不过关,我们不可能支撑进一步地发展,所以我们在强调智能制造是主攻方向的同时,千万不要忘记,而且我国也是每年投了大量的经费,为了研制传感器、轴承、齿轮等等,这些零部件不过关是一个方面。
 
    第二个观点,我们国家正在建一批创新体系,我们已经建立了9个,其中我们建立了智能传感器创新中心,我们已经政策批准,马上下礼拜挂牌,26号在武汉成立了数据和智能制造创新中心,这个创新中心计划在北京设分中心,由清华牵头在做。我举这些例子说明,智能制造是怎么发展的,但是又不要忘记,万层高楼不可能建在沙滩上,我们仍然要大步地补基础,元器件、原材料、原工艺要扎扎实实,否则就变成空中楼阁了,创新体系功能到2020年已经建设15万,现在已经建了9万,这方面会建一批和智能制造有关、和加强基础有关的中心,比如我们已经建了第八个创新中心,就是轻量化材料。我们已经建立了9个创新中心的名字和美国已经建立14个很多名字大体相仿。
 
    高端装备聚焦十大领域,我们主攻方向智能制造方面,现在行业很多,有搞艺术的、有搞酱油的、食品的,我们国家的五大工程还是要有所为、有所不为,我们政府还是要聚焦在十大重点领域,我就不细讲了,这里面就包括了汽车,现代汽车、智能汽车。
 
    我刚才讲的话再归纳一下,我们国家要建一批国家的制造创新中心,通过平台来支持智能制造。这个创新平台希望能够为我们的企业,特别是中小企业提高共性基础,解决中间环节缺失的问题。或者通俗一点来讲,要为高校院所的研究成果的产业化架设桥梁,我们要大大加强工业强基工程,材料、元器件、工艺,为智能制造提供技术支撑。最后一句话,如何发展智能制造?我认为第一步是数字化设计与制造,现在工业4.0大家炒得比较热,但是我们有的单位还在2.0,这或我和德国的同事交流的,所以我们中国的2.0,智能制造我们要选择一批有条件的已经是3.0,或者已经进入4.0的作为试点,大多数企业还在2.0的,你制定一个路线图,根据你的路线图进行发展,但是不可能2.0直接跨越到4.0。
   
    我下面举三个例子:
    第一个,航空发动机。“制造强国战略”建议中国发展智能制造,当时的副总理非常明确地问我们,什么是制造强国?要有几个标志,不能自己夸我是强国。他提的第一个标志是航空发动机会不会自己做?航空发动机从设计、工艺、材料有一系列的问题,上个月工程院组团院士到沈阳航空发动机研究所,去了40个专家,我们航空发动机的设计和制造技术跟国外的差距大概是20年到25年。所以我们人呢还是需要埋头苦干、脚踏实地。“制造强国战略”不能搞短平快。
    
    第二个,数控机床车间,我们国家数控机床出口很大,你进口一台人家的数控机床上千万,所以中高端的数控机床仍然受制于人。
 
    第三个,机器人,我们国家是机器人的消费大国,但是一多半依赖进口。
 
    这次我们有机会访问德国的时候,专门看了一下KUKA,我们国家每一万工人需要的机器人跟国外有很大的差距,美国一万个人1200台,我们现在大概是在500多台,所以我们国家机器人的发展是大有可为。但是你的变速器、关键零部件不过关,机器人仍然上不去。KUKA已经提出来了机器人发展的思路,根据工业4.0、1.0、2.0、3.0,它提出来机器人发展的4.0,这个就不展开了。
    
   下面我谈第四个问题,我们国家公布的《智能制造发展规划(2016—2020)》将感知,什么是感知?就是传感器,就是眼睛、鼻子、耳朵、手这个感觉靠什么?靠传感器,现在大数据讲得很多,第一大数据不可能共享,通用汽车公司的数据能给福特吗?第二,数据如何获得,获得数据传感器,你没有传感器谈不上数据。第二建模与仿真,这一技术发展人工智能。所以这里面看到,我们国家规定很明确,感知、建模仿真、控制,什么是控制?机器人,建模仿真等同于大脑,是这么一个系统,再加上人工智能技术。这个观点和美国的发展观点相仿,这是美国的智能制造创新研究院也将感知、技术、及建模与仿真作为关键性技术。
 
下面这张是美国的智能制造端关键技术,所以呢我强调发展智能制造要重点从政府部门、国家部门重点要把这些关键技术加以重视,在这下面进一步地发展每个厂可以支持的技术。
 
    所以智能制造我把他分两半,从智能的部分,和制造的部分。制造部分我们要发展先进制造业,现在强调质量、高质量,我们不能用落后的制造方式。智能制造的制造部分必须是先进的、高质量的、绿色的、节能的。而智能部分就是自感知、自决策、自控制能力。这个里面再进一步来讲,就是传感、建模、仿真、控制,这个观点跟各个国家的观点相仿。
 
    我们今年参加了“中-德制造业数字化转型”会议,西门子报告称,数字孪生是智能制造工厂的“心脏”。什么叫数字孪生?就是现实与虚拟。所以说德国的西门子,它是德国目前智能制造工业4.0的领先者,他特别强调要搞数字孪生,所谓数字孪生一个物理世界、一个虚拟世界。现在可以在虚拟世界实现以后,百分之百地可以直接用在物理世界,而关键技术还是建模与仿真。数字化设计与制造智能制造的关键基础技术,而建模与仿真是科学基础。
    
   下面我举一个例子,波音777,是第一架飞机无图纸,没有蓝图,完全靠设计,这上面有一句话,波音777是采用数字化设计的典范缩短研发周期40%,减少返工量50%,广泛采用先进建模与仿真技术,更好、更快、更符合要求地制造出创新产品。波音787在数字化上面更加精准,设计有4D,数字化设计、研究开发、制造及全生命周期。所以波音787是全世界最先进的大飞机,它就是把数字化、模拟仿真用到了当代的一个典范。
    不光是美国,罗-罗公司采用全流程建模与仿真技术研究与开发航空发动机涡轮盘制造技术。它在全过程建模与仿真,实际上就是数字软件的虚拟部分。
 
    美国工业界十分重视ICME应用,福特汽车公司提出从原子到汽车多尺度,全流程集成计算材料。
 
    大家知道去年我们国家成立了航空发动机中心,地点在北京,第二天新华社报道国外经验研发全新航空发动机要20多年。
 
    下面是举的一个例子,这是美国通用电气公司采用建模仿真技术研发航空发动机单晶片制造技术。美国公司2005年B767时,要进行77次风洞实验,而现在研发B787时,其中进行11次手阿验,大大缩短研发周期,降低研发成本。2014年,美国搞了创新研究院以后的数字,美国用了叫高性能计算机,因为有的模拟仿真他讲了往往要一万个节点并行支撑,我们对这方面有很大的优势,这是航空发动机的喷嘴,这个优化大大地降低燃料,大大提高了效率。我举这些例子就是想说明一下,智能制造的关键就是数字化制造与设计,数字化制造的基础就是模拟仿真技术。
    
    下面举两个我们国内研究进展的例子,首先,我们清华和航空材料研究院,我们是产学研紧密结合,对单晶叶片的研究取得突破。单晶叶片的“高温合金定向凝固叶片多尺度仿真”取得进展。通过冷却能降200度,表面涂层是陶瓷的,又可以保障200度降温。这是它的温度的情况,我们主要看下面一张图。
    
    大家可以看到,底下可以看到上百个晶体在生长,这是公司的一个绝密的关键,等到上了螺旋以后,最后一个晶体上来形成了单晶,大家看到三个地方发生了沙晶,这个就报废,航空发动机的叶片一公斤多少钱?一辆汽车的价钱。我们给它采取液化,最后包括一个晶体产生,这个技术已经得到了印证。这个工作是需要做大量的技术研究工作,我们对底下的技术研究工作逐层分析,我今天就不打开了,同时我们有实验,经常地建模、仿真,在生产中间考虑。
    
     第二个就是轻量化,轻量化我讲一个和今天的大会有比较紧密的联系,不管是什么车,汽车的轻量化至关重要,轻量化目前国际上有数字,汽车现在大量的是铝合金,最后有一个例子,本来一个发动机的底架原来是钢板27公斤,用了铝合金16公斤,大大减轻,重量也减轻,燃油效价低,污染也减少了。我们现在可以做到这个零件不仅能做成可预测,这是一个高铁上面的零件,我们可以用模拟仿真预测它,大家知道铝合金假如你能够模拟到它,预测到它的使用强度,预测到它的颜色变化,所以我们现在轻量化的发展,完全可以由模拟仿真,不仅是零件组成的,可以预测这个零件的组成、性能,甚至它的疲劳寿命。
 
    还有一个就是大型钢锭,我们国家大型钢锭仍然是十分重要的,大家知道我们核电大型的钢锭需要钢锭200吨到300吨,现在主要问题一重也好、二重也好,层层坯下降了,所以我们和一重合作,专门就这个问题进行了研究。为什么要做模拟仿真,不是空对空,必须要有验证,必须要有检验,我们在中心专门为模拟仿真交出了36吨的钢锭,不是小东西。解剖了500毫米试件,取1800试样,建立全面的碳及硫的图谱。这两张图,很多人都以这两张图检验它的模型是不是可靠,我讲模拟仿真、模拟仿真不是空对空,不是学生穿白大褂在学校里面做出来的,而是要实地考察,必须要有进一步地考证、验证。
 
    在这个基础上面,我们比如说举个例子,要交一个430吨的钢锭,我们做分析以后,我们采取了叫反喷气的办法,每3吨的钢水的成分不同,最后采用了这种方法,大大地改善了它的效果。
    因为时间的关系,我就讲一下结束语,世界各国都将智能制造作为先进制造业发展趋势和主要研究方向。“制造强国战略”聚焦实施五大工程,以智能制造为主攻方向,但是仍然需要和创新工程、强基工程、绿色工程等相互支持和协同。
    
    要加强发展智能制造的传感、建模仿真、控制、平台等关键共性技术及研发相应支持软件。我国在数字化设计与制造及建模与仿真领域已经具有较好基础,我们国家第九个制造业创新中心在26日武汉正式挂牌,已经经过了专家论证,工信部已经批准了,这个中心在武汉,而且考虑到我们国家的地区,准备在北京地区、在上海华东地区,在广州深圳华南地区设立分中心,而且组织的人员一定要做到以企业为主体,有机是中小企业,这个中心要为中小企业提供关键技术支撑。
 
    最后一句话,全面实施智能制造,任重而道远。这句话其实2015年得到西门子总裁他是德国的工业4.0的创造者,他也用了一句话,我翻译了一下,走在智能制造的大路上。
    谢谢大家!

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