2020年前沿科技發(fā)展態(tài)勢及2021年趨勢展望——先進(jìn)制造篇

作者：張宇

世界先進(jìn)制造領(lǐng)域2020年態(tài)勢總結(jié)

受新冠疫情影響,，全球制造業(yè)發(fā)展滯緩,。2020年,，全球制造業(yè)受新冠肺炎疫情影響嚴(yán)重,。前半年制造業(yè)處于嚴(yán)重萎縮狀態(tài),，5月份全球制造業(yè)PMI指數(shù)跌至40%以下，降至2018年以來最低谷,。后半年全球經(jīng)濟(jì)開始復(fù)蘇,，制造業(yè)緩慢回升。世界主要國家均采取各類措施刺激發(fā)展,，對沖疫情影響,。美國啟動(dòng)“大眾企業(yè)貸款計(jì)劃”，以支持受疫情影響的中小企業(yè),。英國通過降息,、撥款、擬定創(chuàng)業(yè)就業(yè)計(jì)劃等措施,，應(yīng)對出現(xiàn)的失業(yè)潮,。歐盟簽署總額5400億歐元的緊急救助計(jì)劃，并醞釀采取措施吸引制造業(yè)回歸,，降低供應(yīng)鏈外部依賴,。德國信貸擴(kuò)張，國家為企業(yè)提供不設(shè)上限的貸款金額,，同時(shí)為小微企業(yè)提供500億歐元的緊急援助,，保障就業(yè)。

5G技術(shù)賦能工業(yè)領(lǐng)域,，促進(jìn)智能制造新發(fā)展,。英國投資900萬英鎊啟動(dòng)名為“5G-Encode”的5G技術(shù)與制造業(yè)融合項(xiàng)目，將探索工業(yè)環(huán)境中專用5G網(wǎng)絡(luò)的新業(yè)務(wù)模型,，研究5G在改善復(fù)合材料設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中的實(shí)際應(yīng)用,。韓國現(xiàn)代重工集團(tuán)與電信運(yùn)營商KT公司合作開發(fā)基于5G網(wǎng)絡(luò)的先進(jìn)智能船廠解決方案，進(jìn)一步提升自主機(jī)器人技術(shù),，以提高效率和安全性,。法國施耐德電氣和Orange電信在勒沃德勒伊工廠部署工業(yè)領(lǐng)域的室內(nèi)5G通訊基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過5G技術(shù)將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)維活動(dòng),，并部署遠(yuǎn)程機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觀察，旨在將5G技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境，打造可靠,、可擴(kuò)展,、可持續(xù)的連接解決方案，以滿足未來工業(yè)需求,。英國電信（BT）與伍斯特郡5G測試平臺（W5G）開展合作,，加速實(shí)時(shí)5G專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，促進(jìn)實(shí)現(xiàn)制造過程的智能化,、動(dòng)態(tài)化和全自動(dòng)化,，推動(dòng)工業(yè)4.0和智能制造發(fā)展。

數(shù)字孿生技術(shù)與解決方案幫助制造業(yè)效能大幅提升,。美國Authentist公司將Nebumind公司的數(shù)字孿生工具集成到制造執(zhí)行系統(tǒng)中,，生成“數(shù)字孿生”可視化效果，將3D打印設(shè)備參數(shù)和傳感器數(shù)據(jù)與原始零件幾何形狀融合,，幫助用戶識別各零件的問題區(qū)域,，提高檢查效率，使返工需求識別速度可提高10倍,。南卡羅來納大學(xué)為美海軍艦船開發(fā)“數(shù)字孿生”系統(tǒng),，以提高美海軍艦船動(dòng)力系統(tǒng)和平臺的韌性、效率,、適應(yīng)性和自主性,，并為艦船上昂貴的電氣部件提供實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)測性維護(hù)。英國宇航系統(tǒng)公司采用數(shù)字孿生技術(shù)對第六代戰(zhàn)斗機(jī)“暴風(fēng)”的概念外形進(jìn)行設(shè)計(jì)和測試,，同時(shí)試飛員能夠在陸基模擬器上駕駛戰(zhàn)機(jī),，數(shù)字孿生后續(xù)還可為飛機(jī)全生命周期的各環(huán)節(jié)提供支持。

3D打印技術(shù)與成果持續(xù)更新,，行業(yè)應(yīng)用逐步深化,。美國馬薩諸塞大學(xué)開發(fā)出一種融合了注塑元素的新型3D打印技術(shù)。該方法先3D打印出外殼結(jié)構(gòu),，然后向空腔內(nèi)注射塑料進(jìn)行填充,，其打印速度比傳統(tǒng)的FDM技術(shù)快3倍。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室利用3D打印技術(shù),，在3個(gè)月內(nèi)完成了核反應(yīng)堆原型的設(shè)計(jì)與制造,，并利用制造過程中的持續(xù)監(jiān)測和人工智能技術(shù)完善原型堆的設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步評估材料和性能,。美國3D打印初創(chuàng)公司Relativity Space完成了其3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)Aeon 1的首次地面全周期點(diǎn)火運(yùn)行實(shí)驗(yàn),。Aeon 1共含100多個(gè)零件，平均制造周期僅為一個(gè)月,，其成本和工序都大大減少,。美陸軍立項(xiàng)研究利用增材制造技術(shù)開發(fā)下一代彈藥,，以增強(qiáng)彈藥的穿透能力和殺傷力，幫助實(shí)現(xiàn)更高的初速度和更遠(yuǎn)的射程,。

世界先進(jìn)制造領(lǐng)域2021年趨勢展望
機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用齊頭并進(jìn),，商業(yè)落地進(jìn)程提速。機(jī)器人基礎(chǔ)與前沿技術(shù)迭代速度將持續(xù)增快,，主要將圍繞人工智能,、人機(jī)協(xié)作等方向展開；全球服務(wù)機(jī)器人市場空間廣闊,，規(guī)模將不斷擴(kuò)大,。機(jī)器人公司波士頓動(dòng)力積極開發(fā)配件，幫助已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的Spot機(jī)器人應(yīng)用程序更加多樣化,，2021年將為其配備機(jī)械臂,，以執(zhí)行開關(guān)門和物品拾取等任務(wù)，同時(shí)還將配備自充電基座,，使其能夠在無人操作環(huán)境下自行返回充電,。韓國SK電訊和日本歐姆龍合作開發(fā)出搭載了AI、5G,、機(jī)器人自動(dòng)控制等尖端技術(shù)的防疫AI機(jī)器人,，這種機(jī)器人可與搭載5G網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，執(zhí)行建筑物消殺,、體溫檢查,、驅(qū)散聚集人群等任務(wù)。預(yù)計(jì)這種機(jī)器人2021年起將向國外出口,。

智能工廠建設(shè)推進(jìn),，助力制造業(yè)升級轉(zhuǎn)型。作為智能制造的重要載體,，智能工廠成為未來制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢,。2020年，世界經(jīng)濟(jì)論壇已遴選出54家燈塔工廠作為全球智能工廠標(biāo)桿,，預(yù)計(jì)2021年全球智能工廠建設(shè)步伐將進(jìn)一步加快,。日本發(fā)那科集團(tuán)上海智能工廠三期項(xiàng)目開建，該工廠將通過發(fā)那科的工程集成及技術(shù)服務(wù)能力,，利用其IoT,、AI等智能制造技術(shù)，建成集生產(chǎn),、研發(fā),、展示、銷售,、系統(tǒng)集成與服務(wù)為一體的機(jī)器人超級智能工廠,。韓國中小企業(yè)和創(chuàng)業(yè)部計(jì)劃在2025年前將智能工廠的推進(jìn)率從22%提高到30%,，將其數(shù)量增加至1000家，并從中選出代表不同的行業(yè)的100家工廠作為“燈塔”,，在工業(yè)園區(qū)建立數(shù)字集群,，推動(dòng)制造業(yè)與第一、三產(chǎn)業(yè)結(jié)合,。

人工智能技術(shù)與制造業(yè)深度融合成為重要趨勢。市場研究機(jī)構(gòu)Research and Markets發(fā)布《制造業(yè)中的人工智能——到2027年的全球預(yù)測》報(bào)告,，指出制造業(yè)中的人工智能技術(shù)在2019年~2027年預(yù)測期內(nèi)年復(fù)合增長率可達(dá)39.7％,，預(yù)計(jì)到2027年將達(dá)到270億美元。英國信息技術(shù)公司AVEVA與加拿大Axonify公司共同推出基于人工智能的微學(xué)習(xí)解決方案,，提供具有豐富擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)功能的仿真培訓(xùn),，以及用于教學(xué)設(shè)計(jì)和課程開發(fā)工具的一體化教學(xué)平臺，首創(chuàng)在制造業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域借助人工智能技術(shù)對員工進(jìn)行個(gè)性化高效培訓(xùn)的范例,。德國開發(fā)出可監(jiān)測機(jī)器人裝配線故障的智能系統(tǒng),。這種智能系統(tǒng)基于人工智能算法，可忽略不相關(guān)的背景噪音,，并區(qū)分多個(gè)目標(biāo)聲音,，通過監(jiān)測機(jī)器人正確作業(yè)時(shí)本應(yīng)發(fā)出的聲音來判斷其是否正常工作，以進(jìn)行預(yù)測性維護(hù),。Geek+物流機(jī)器人公司應(yīng)用先進(jìn)機(jī)器人和人工智能技術(shù),，依托穩(wěn)定可靠的硬件和高效算法大幅提升全球性供應(yīng)鏈智能化水平，使物流更經(jīng)濟(jì)實(shí)用,、高效率,、靈活、安全和敏捷,。

政策支持與技術(shù)進(jìn)步齊發(fā)力,，助推自動(dòng)駕駛汽車發(fā)展。IDC《全球自動(dòng)駕駛汽車預(yù)測報(bào)告（2020~2024）》顯示,，預(yù)計(jì)2021年全球L1~L5級自動(dòng)駕駛汽車出貨量將達(dá)到3605萬輛,。中國工信部發(fā)布的《汽車駕駛自動(dòng)化分級》從2021年1月1日起正式實(shí)施。該文件明確了自動(dòng)駕駛汽車的分級定義,、分級原則,，將為后續(xù)相關(guān)法律法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)的出臺提供支撐。英國政府計(jì)劃在2021年將自動(dòng)駕駛汽車合法化,，允許自動(dòng)駕駛車輛在高速公路的慢車道上以不高于112公里的時(shí)速行駛,。Waymo公司計(jì)劃在2021年與俄亥俄州交通研究中心（TRC）開展合作，共同打造囊括丘陵以及密集型城市環(huán)境的全新測試場地,，以便在不常見或危險(xiǎn)性較大的場景中對自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行測試,。中國無人駕駛卡車公司圖森未來獲得美國卡車制造商N(yùn)avistar投資,，雙方將共同研發(fā)L4級無人駕駛卡車，并計(jì)劃在2024年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),。


作者簡介
張宇
國務(wù)院發(fā)展研究中心國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所研究一室,，研究助理
研究方向：機(jī)器人、3D打印,、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),、高端裝備制造等