增材制造稽及、物聯(lián)網(wǎng)畸裳、虛實融合缰犁、材料工程、協(xié)作機(jī)器人怖糊、人工智能等新興技術(shù)帅容，將給制造業(yè)的發(fā)展帶來顛覆性的變革。這六項新興技術(shù)伍伤，每項技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展必然都將給制造業(yè)帶來重大改變并徘。在同一時期，這六大新興技術(shù)都取得了跨越式發(fā)展扰魂，而且是交相輝映麦乞，實現(xiàn)了協(xié)同應(yīng)用，因此能夠幫助應(yīng)用這些關(guān)鍵技術(shù)的企業(yè)實現(xiàn)商業(yè)模式劝评、研發(fā)與制造模式姐直、企業(yè)運營模式的突破性創(chuàng)新。

這些新興技術(shù)蒋畜，從開始到目前取得了哪些最新發(fā)展?未來的應(yīng)用趨勢如何?

增材制造(三維打印)

增材制造技術(shù)早期叫做快速成型(Rapid Prototyping)声畏，是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項先進(jìn)制造技術(shù)，對促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新百侧、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期尚羽、提高產(chǎn)品競爭力有積極的推動作用呛米，主要包括FDM(熔融層積成型)惕仪、SLA(立體平版印刷)、SLS(選擇性激光燒結(jié))和DLP(數(shù)字光處理)等技術(shù)洒已。

三維打印是各種快速成型技術(shù)的統(tǒng)稱界贮。快速成型技術(shù)的材料主要是非金屬受贫，主要用于研發(fā)階段的驗證驾萄。近年來，國內(nèi)外多家企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)已實現(xiàn)了金屬材料的快速成型浴蝉，成型的速度亥戒、精度不斷提高，材料價格不斷下降冗腐，可以直接制造單件小批的零件率偏，因此，國際上將該技術(shù)領(lǐng)域稱為增材制造(Additive Manufacturing)蚊患。

目前浙于，國際主流的增材制造產(chǎn)品和解決方案提供商包括3D systems、Stratasys，以及專注于金屬增材制造的EOS等羞酗。最近兩年腐宋，主流的IT廠商開始進(jìn)軍該領(lǐng)域，增材制造領(lǐng)域進(jìn)入了快速發(fā)展階段檀轨。

例如惠普推出能夠打印真彩色和多種材料的多射流熔融(Multi-Jet Fusion)技術(shù)的3D打印機(jī)(型號分別是3200和4200)胸竞，打印速度比其他三維打印機(jī)快十倍。Autodesk公司則推出基于DLP技術(shù)(數(shù)字光處理参萄，Digital Light Processing)的Ember三維打印機(jī)和開放的Spark三維打印平臺撤师，并與Windows10操作系統(tǒng)進(jìn)行了集成。

2016年9月拧揽，GE出資6.85億美元收購瑞典著名工業(yè)級3D打印機(jī)制造商Arcam公司剃盾，該公司擁有電子束熔融( EBM)金屬3D打印技術(shù)。全球激光加工巨頭通快集團(tuán)也推出了金屬材料增材制造設(shè)備淤袜。

最近痒谴，由華中科技大學(xué)張海鷗教授主導(dǎo)研發(fā)的“鑄鍛銑一體化”金屬3D打印技術(shù)，成功制造出了世界首批3D打印鍛件蜻赃。運用該技術(shù)生產(chǎn)零件椰严，其精細(xì)程度比激光3D打印提高50%。同時钥币，零件的形狀尺寸和組織性能可控荡偶，大大縮短產(chǎn)品周期。

全球IT巨頭嘁老、制造業(yè)巨頭和學(xué)術(shù)界的共同關(guān)注烧乙，市場對個性化定制需求的迅速增長，推動了增材制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用醉镇。GE在美國匹茲堡設(shè)立了增材制造工廠辱窘，西門子則在瑞典設(shè)立了增材制造工廠。

增材制造技術(shù)可以與機(jī)器人加工觉祸、CAE分析膝班、拓?fù)鋬?yōu)化、材料創(chuàng)新布虾，以及傳統(tǒng)的切削加工結(jié)合起來庇晤，提高制造效率、提升制造精度屹蚊、顯著降低零件重量厕氨、明顯提升零件強(qiáng)度，大幅度降低制造成本淑翼。

德國機(jī)床巨頭DMG MORI已率先推出增材制造和切削加工實現(xiàn)混合制造的加工中心腐巢。全球設(shè)計軟件領(lǐng)導(dǎo)廠商Autodesk公司推出衍生設(shè)計技術(shù)品追，實現(xiàn)了增材制造技術(shù)與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的集成應(yīng)用。美國的高端運動品牌Under Armour已經(jīng)使用了Autodesk衍生設(shè)計和增材制造技術(shù)來制造運動鞋冯丙。

物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)( Internet of Things)是目前全球最熱門的技術(shù)領(lǐng)域之一肉瓦。未來傳感器的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類的數(shù)量，物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的規(guī)模將遠(yuǎn)大于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)胃惜。制造業(yè)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用最重要的領(lǐng)域泞莉。思科公司的研究報告認(rèn)為，制造業(yè)將占整個物聯(lián)網(wǎng)市場的27%船殉。

GE公司推出的面向制造業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺Predix受到業(yè)界高度關(guān)注鲫趁，該平臺可以有效支撐物聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)應(yīng)用。GE組建了GE數(shù)據(jù)集團(tuán)利虫，力圖將Predix發(fā)展成為制造業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的開放云平臺挨厚，最近，GE宣布將Predix平臺全面開放舔远。

西門子發(fā)布了開放的工業(yè)云平臺Mindsphere弓席，可以接入各種傳感器的信息，制造企業(yè)可將其作為數(shù)字化服務(wù)陌贾，例如預(yù)測性維護(hù)转是、能源數(shù)據(jù)管理以及工廠資源優(yōu)化的基礎(chǔ)。

美國PTC公司則形成了以物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺ThingWorx為基礎(chǔ)的整體解決方案矢盾。

三一重工則結(jié)合自身在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的長期實踐經(jīng)驗粤段，推出了“樹根互聯(lián)平臺”，打造本土的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺姚藤。通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對已交付給客戶的產(chǎn)品傳感器參數(shù)的采集幢剂，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)和智能服務(wù)，可以促進(jìn)產(chǎn)品的備品備件銷售液茧，避免產(chǎn)品運行時出現(xiàn)異常停機(jī)仆加，具有廣闊的發(fā)展空間练缴。

下圖是一個基于物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)測性維護(hù)服務(wù)的典型案例：

(基于物聯(lián)網(wǎng)的預(yù)測性服務(wù)案例)

虛實融合技術(shù)

西門子缚庐、PTC和達(dá)索系統(tǒng)三大PLM(產(chǎn)品全生命周期管理)技術(shù)主流廠商紛紛強(qiáng)調(diào)Digital Twin(虛實融合)技術(shù)，實現(xiàn)實際產(chǎn)品和數(shù)字產(chǎn)品模型的虛實融合霎挟，實際裝備和裝備的數(shù)字化模型的虛實融合窝剖，以及實際車間與數(shù)字化車間的虛實融合。

沈陽機(jī)床集團(tuán)的i5機(jī)床實現(xiàn)了加工中心的真實加工過程和數(shù)字模擬的加工過程的虛實融合酥夭，通過手機(jī)掃描二維碼赐纱，可以在加工中心進(jìn)行實際產(chǎn)品加工時，在手機(jī)上看到對產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行的加工仿真熬北。

產(chǎn)品的虛實融合技術(shù)使企業(yè)可以從實際產(chǎn)品中疙描，通過傳感器和物聯(lián)網(wǎng)采集數(shù)據(jù)诚隙，對數(shù)字產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真分析，從而實現(xiàn)不僅知其然起胰，而且知其所以然久又，幫助企業(yè)改進(jìn)產(chǎn)品。

海爾膠州工廠應(yīng)用了車間的虛實融合技術(shù)效五，可以將車間的三維數(shù)字模型與MES系統(tǒng)反饋的設(shè)備狀態(tài)等實時信息結(jié)合起來地消，展示出車間的實時狀態(tài)，為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)提供了新的途徑畏妖。

協(xié)作機(jī)器人(COBOT)

以往脉执，工業(yè)機(jī)器人都是與人隔開，孤立地工作层掺。2015年坠汹，abb推出雙臂的14軸協(xié)作機(jī)器人YUMI，可以幫助電子工業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小件裝配的自動化應(yīng)用渴门，將人與機(jī)器人并肩合作變?yōu)楝F(xiàn)實蝗腻。

博世也推出協(xié)作機(jī)器人APAS，它是協(xié)作機(jī)器人中首個獲得認(rèn)證的助理系統(tǒng)涮凡，可以協(xié)助人類工作拓币，且無需任何額外的防護(hù)。機(jī)器人的保護(hù)皮衣是觸覺檢測裝置肤侍，當(dāng)檢測到人靠近時琳宽，其會自動降低運行速度;在人離開該區(qū)域后，機(jī)器人會白動恢復(fù)正常速度弄业。未來的制造模式并不是機(jī)器換人泛邮，而是人機(jī)協(xié)作。

目前歐洲普大多數(shù)人認(rèn)為協(xié)作機(jī)器人的應(yīng)用將徹底改變未來工廠的生產(chǎn)組織和工人的工作方式辈净。

材料工程

世界材料產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值以每年約30%的速度增長盯质，化工新材料、微電子概而、光電子呼巷、新能源是研究最活躍、發(fā)展最快的新材料領(lǐng)域赎瑰，復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣闊王悍。圍繞著材料創(chuàng)新，國內(nèi)外都在開展產(chǎn)學(xué)研的協(xié)作餐曼。

復(fù)合材料的制造工藝與傳統(tǒng)的金屬材料制作工藝和制造裝備差別很大压储。既能夠保持材料的強(qiáng)度，又能夠減輕重量源譬，是復(fù)合材料的一大優(yōu)勢集惋。眾所周知孕似，波音787飛機(jī)復(fù)合材料的使用率已經(jīng)達(dá)到了50%。

國際著名PLM研究機(jī)構(gòu)CIMDATA已經(jīng)將材料工程作為產(chǎn)品創(chuàng)新平臺的核心組成部分刮刑。在美國國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)中鳞青，已建成的九個研究所中，就包括了輕型現(xiàn)代金屬制造業(yè)創(chuàng)新研究所凡矿、復(fù)合材料制造創(chuàng)新研究所键先、革命性纖維和紡織品創(chuàng)新制造研究所等與材料創(chuàng)新直接相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)，足以說明美國對材料創(chuàng)新的重視紊竹。

人工智能技術(shù)

IBM非常重視人工智能技術(shù)的研究牺道，提出了認(rèn)知計算( Cognitive Computing)理念，應(yīng)用到各個行業(yè)壹会。

在2016年漢諾威工業(yè)展上颈顽，IBM展出了認(rèn)知計算與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的應(yīng)用。首先通過物聯(lián)網(wǎng)對生產(chǎn)過程設(shè)備工況工藝參數(shù)等信息進(jìn)行實時采集及键，再對產(chǎn)品質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢測和統(tǒng)計;然后在離線狀態(tài)下盖赛，利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)挖掘產(chǎn)品缺陷與物聯(lián)網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，形成控制規(guī)則;接下來在在線狀態(tài)下胸胚，通過增強(qiáng)學(xué)習(xí)技術(shù)和實時反饋甜届，控制生產(chǎn)過程減少產(chǎn)品缺陷;最后集成專家經(jīng)驗，改進(jìn)學(xué)習(xí)結(jié)果垫嚣。

另外岩模，語音識別技術(shù)在制造業(yè)也開始得到應(yīng)用，例如Honeywell推出了語音揀貨技術(shù)肖粮。華中科技大學(xué)李德群院士開發(fā)的智能注塑機(jī)孤页，也采用了人工智能技術(shù)來計算最優(yōu)化的工藝參數(shù)，從而大大提高產(chǎn)品的合格率涩馆，顯著降低能耗行施。

以上分析的六項新興技術(shù)，每項技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展都給制造業(yè)帶來重大變革魂那。在同一時期蛾号，這六大新興技術(shù)都取得了跨越式發(fā)展，而且是交相輝映冰寻，實現(xiàn)了協(xié)同應(yīng)用须教，因此能夠幫助應(yīng)用這些關(guān)鍵技術(shù)的企業(yè)實現(xiàn)商業(yè)模式、研發(fā)與制造模式斩芭、企業(yè)運營模式的突破性創(chuàng)新。

這昭示著乐疆，制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了技術(shù)大變革時代划乖。這個時代對創(chuàng)新者會帶來極大的機(jī)遇贬养，而保守者則會加速退出歷史舞臺。

制造業(yè)與七大新興技術(shù)的關(guān)系

人類經(jīng)歷了青銅器時代阶庆、工業(yè)時代郎博、計算機(jī)時代，每一次時代的更替铺享，每一項新技術(shù)的興起抱壶，都促使生產(chǎn)力水平的提升與制造效率的變革。未來潘乖，那些改變我們生產(chǎn)方式和人類發(fā)展進(jìn)程的新興技術(shù)院颜，將繼續(xù)和更加令人振奮。

1 燃料電池汽車

燃料電池汽車算是電動汽車的一種毛龟，但本質(zhì)上的區(qū)別卻很大驳墓。

好比現(xiàn)在被廣泛運用到手機(jī)領(lǐng)域的快速充電體驗一樣，燃料電池的優(yōu)點是可以在幾分鐘的極短時間內(nèi)給電池灌滿燃料胡撩，從而省去了長時間充電的麻煩韭张。其原理在于使用氫氧混合燃料代替一般的化學(xué)電池，通常使用補(bǔ)充氫氣的方式來進(jìn)行充電派交，也有一些電廠和叉車等領(lǐng)域使用甲烷和汽油作為電池燃料策冕。

燃料電池汽車的出現(xiàn)，不僅使電動汽車的使用變得更加環(huán)保效床，還大大增強(qiáng)了其使用效率模蜡。

2 可循環(huán)利用的熱固性塑料

在不可再生資源逐年銳減的今天，如何發(fā)展可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)變成了全世界各行業(yè)都密切關(guān)注的焦點扁凛。

而做為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的材料忍疾，熱固性塑料以其高輕度，耐高溫等特點受到人們青睞谨朝，但其無法循環(huán)利用的難題也成為詬病卤妒，大部分熱固性聚合物只能變?yōu)槔M(jìn)行填埋。而隨著科技的不斷發(fā)展字币，熱固性塑料的循環(huán)利用難題也即將得到解決则披。有研究表明一種名為“聚六氫三嗪”(簡稱PHT)的可循環(huán)利用的新型熱固性聚合物可放入強(qiáng)酸中溶解，從而打破聚合物關(guān)聯(lián)洗出，分離出單體部分士复，然后重新組合為新產(chǎn)品。

這種可循環(huán)利用的先進(jìn)產(chǎn)品翩活，有望在幾年之內(nèi)取代現(xiàn)有的不可循環(huán)的材料阱洪，為未來的制造業(yè)添磚加瓦。

3 精密基因工程技術(shù)

基因工程技術(shù)一直處在科技領(lǐng)域的至高位置倒恭，在得到更多矚目的同時也飽受爭議弱豹。值得欣慰的是新的基因工程技術(shù)以漸漸使傳統(tǒng)基因工程問題得到有效改善遂辐，特別是在植物的遺傳學(xué)層面實現(xiàn)了更多重大進(jìn)展。新技術(shù)可以使我們可以直接“編輯”植物的遺傳密碼履婆，提高植物營養(yǎng)成分骤扰、讓植物更好地適應(yīng)氣候變化等。

比如CRISPR-Cas9系統(tǒng)可以在抑制不需要基因的基礎(chǔ)上就可以發(fā)揮出與自然變異別無二致的功用;核糖核酸干擾技術(shù)(RNAi)可有效預(yù)防病毒和真菌病原體各囤，保護(hù)植物免受病蟲害胜姥，減少對化學(xué)殺蟲劑的需求。這種技術(shù)還可以惠及主要糧食作物芭患，預(yù)防小麥稈銹病裤谆、稻瘟病、馬鈴薯晚疫病掰闯、香蕉枯萎病等枪第。提高農(nóng)作物的成活率。

新基因工程技術(shù)的钞，是人類解鎖大自然生命奧秘的鑰匙兜蠕，相信這種精密的新技術(shù)會幫助人們在生物醫(yī)藥等領(lǐng)取取得更深層次的突破。

4 分布式制造技術(shù)

分布式制造技術(shù)將顛覆我們的產(chǎn)品生產(chǎn)方式和銷售方式抛寝。這種技術(shù)把原材料和生產(chǎn)方式分散化熊杨，而產(chǎn)品的最終生產(chǎn)將在終端顧客的身邊完成。

從本質(zhì)上說盗舰，分布式制造技術(shù)的概念是盡可能多地用數(shù)字信息取代實體供應(yīng)鏈晶府。當(dāng)前，分布式制造技術(shù)在使用上高度依賴自助式的“創(chuàng)客運動”钻趋，即愛好者們利用本地的3D打印機(jī)川陆、用本地的材料來生產(chǎn)產(chǎn)品。這當(dāng)中有開源思維的元素蛮位，即消費者可以根據(jù)自身需求和喜好來制作個性化的產(chǎn)品较沪。分布式制造技術(shù)能使當(dāng)前一些模式化的物品變得更為多樣化，比如智能手機(jī)和汽車等等失仁，產(chǎn)品的體積大小也不成問題尸曼。

這對制造業(yè)的突破是非常有啟迪的。

5 能夠“感知和躲避”的無人機(jī)

無人機(jī)技術(shù)已成為現(xiàn)今軍事萄焦、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域被廣泛利用犁谓，還有望在物流行業(yè)大顯身手。

但截至目前淋塌，這些無人機(jī)仍都有人類飛行員叫逸，只不過這些飛行員是在地面遠(yuǎn)程操控飛行器的飛行。隨著科技手段的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)將要開發(fā)可以自主飛行的機(jī)器全乙，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓寬偎洋。要做到這一點滚尼，無人機(jī)必須能感知周圍環(huán)境并做出應(yīng)對侄伟，調(diào)整飛行高度和飛行線路，避免與途中其他物品發(fā)生碰撞鉴吕。

在自然界中撇委，鳥類、魚類和昆蟲均能成群結(jié)隊地集合在一起捌唾，每一只動物幾乎都能與身邊的伙伴同步瞬時移動汪仰，并以團(tuán)隊為單位飛行或游動。無人機(jī)不妨對此加以模仿吆视。

6 神經(jīng)形態(tài)技術(shù)

計算機(jī)是線性的典挑，主要依靠高速中樞，在中央處理器和存儲芯片之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的來回移動啦吧。相比之下您觉，人腦則處于全方位的互聯(lián)狀態(tài)，人腦中的邏輯和記憶緊密關(guān)聯(lián)授滓，其密度和多樣性均是現(xiàn)代計算機(jī)的數(shù)十億倍琳水。神經(jīng)形態(tài)芯片旨在用與傳統(tǒng)硬件完全不同的方式處理信息，通過模仿人腦構(gòu)造來大幅提高計算機(jī)的思維能力與反應(yīng)能力般堆。神經(jīng)形態(tài)芯片能效更高在孝、性能更強(qiáng)，可將負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理的元件整合到同一個互聯(lián)模塊當(dāng)中淮摔。

從某種意義上說私沮，這一系統(tǒng)與組成人腦的數(shù)十億計的、相互連接的神經(jīng)元頗為相仿和橙，可更好地處理和應(yīng)對圖像信號的無人機(jī)仔燕、更為強(qiáng)大、更為智能的相機(jī)和智能手機(jī)胃碾、有助于解讀金融市場奧妙或進(jìn)行天氣預(yù)報的大規(guī)模數(shù)據(jù)透視蜻罕。試想，計算機(jī)可以自主地進(jìn)行預(yù)測和學(xué)習(xí)样京，而不是僅僅按照預(yù)先編寫好的程序行事涯贝。

7 數(shù)字化基因組

排列基因組自古以來就是人類遺傳學(xué)的重要課題，而數(shù)字化基因組的出現(xiàn)品痕，把原本需要花費數(shù)年和大筆資金的排序跃呛，簡化到幾分鐘，數(shù)百美元就能完成。并且所得數(shù)據(jù)也可以利用電腦設(shè)備輕松傳輸秦砌，并通過互聯(lián)網(wǎng)渠道便捷分享埃账。僅僅需要很低成本就能探知我們每個人的獨有遺傳結(jié)構(gòu)。不僅如此经聊，有了數(shù)字化技術(shù)之后唱棍，醫(yī)生能通過觀察腫瘤的基因結(jié)構(gòu)來決定如何治療癌癥患者。同時守譬，這一新知識也有助于制定具有高度針對性的療法估喷，使精確用藥成為可能，從而改進(jìn)患者特別是癌癥患者的治療效果澈灼。

可以說這種新技術(shù)的出現(xiàn)將為進(jìn)一步推動醫(yī)療個性化竞川、改善醫(yī)療效果帶來一場革命。

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