六大新兴技术,将给制造业带来颠覆性厘革

发布时间:2021-04-26 01:05 阅读次数:
本文摘要:世界科技创新论坛 这六项新兴技术,每项技术的创新生长都给制造业带来重大厘革。在同一时期,这六大新兴技术都取得了跨越式生长,而且是交相辉映,实现了协同应用,因此能够资助应用这些关键技术的企业实现商业模式、研发与制造模式、企业运营模式的突破性创新。 增材制造、物联网、虚实融合、质料工程、协作机械人、人工智能等新兴技术,将给制造业的生长带来颠覆性的厘革。这些新兴技术,取得了哪些最新生长?未来的应用趋势如何?

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世界科技创新论坛" 这六项新兴技术,每项技术的创新生长都给制造业带来重大厘革。在同一时期,这六大新兴技术都取得了跨越式生长,而且是交相辉映,实现了协同应用,因此能够资助应用这些关键技术的企业实现商业模式、研发与制造模式、企业运营模式的突破性创新。

增材制造、物联网、虚实融合、质料工程、协作机械人、人工智能等新兴技术,将给制造业的生长带来颠覆性的厘革。这些新兴技术,取得了哪些最新生长?未来的应用趋势如何?增材制造(三维打印)增材制造技术早期叫做快速成型(Rapid Prototyping),是20世纪90年月生长起来的一项先进制造技术,对促进企业产物创新、缩短新产物开发周期、提高产物竞争力有努力的推行动用,主要包罗FDM(熔融层积成型)、SLA(立体平版印刷)、SLS(选择性激光烧结)和DLP(数字光处置惩罚)等技术。三维打印是种种快速成型技术的统称。快速成型技术的质料主要是非金属,主要用于研发阶段的验证。

近年来,海内外多家企业和研发机构已实现了金属质料的快速成型,成型的速度、精度不停提高,质料价钱不停下降,可以直接制造单件小批的零件,因此,国际上将该技术领域称为增材制造(Additive Manufacturing)。现在,国际主流的增材制造产物息争决方案提供商包罗3D systems、Stratasys,以及专注于金属增材制造的EOS等。最近两年,主流的IT厂商开始进军该领域,增材制造领域进入了快速生长阶段。

例如惠普推出能够打印真彩色和多种质料的多射流熔融(Multi-Jet Fusion)技术的3D打印机(型号划分是3200和4200),打印速度比其他三维打印机快十倍。Autodesk公司则推出基于DLP技术(数字光处置惩罚,Digital Light Processing)的Ember三维打印机和开放的Spark三维打印平台,并与Windows10操作系统举行了集成。2016年9月,GE出资6.85亿美元收购瑞典著名工业级3D打印机制造商Arcam公司,该公司拥有电子束熔融( EBM)金属3D打印技术。

全球激光加工巨头通快团体也推出了金属质料增材制造设备。最近,由华中科技大学张海鸥教授主导研发的“铸锻铣一体化”金属3D打印技术,乐成制造出了世界首批3D打印锻件。运用该技术生产零件,其精致水平比激光3D打印提高50%。

同时,零件的形状尺寸和组织性能可控,大大缩短产物周期。全球IT巨头、制造业巨头和学术界的配合关注,市场对个性化定制需求的迅速增长,推动了增材制造技术的蓬勃生长和广泛应用。GE在美国匹兹堡设立了增材制造工厂,西门子则在瑞典设立了增材制造工厂。

增材制造技术可以与机械人加工、CAE分析、拓扑优化、质料创新,以及传统的切削加工联合起来,提高制造效率、提升制造精度、显著降低零件重量、显着提升零件强度,大幅度降低制造成本。德国机床巨头DMG MORI已率先推出增材制造和切削加工实现混淆制造的加工中心。全球设计软件向导厂商Autodesk公司推出衍生设计技术,实现了增材制造技术与拓扑优化技术的集成应用。美国的高端运动品牌Under Armour已经使用了Autodesk衍生设计和增材制造技术来制造运动鞋。

DMG MORI(德玛吉森精机)推出的全球首台混淆制造加工中心高端运动鞋品牌Under Armour使用衍生设计和增材制造技术制造的运动鞋物联网物联网技术( Internet of Things)是现在全球最热门的技术领域之一。未来传感器的数量将远远凌驾人类的数量,物联网经济的规模将远大于互联网经济。

制造业是物联网技术应用最重要的领域。思科公司的研究陈诉认为,制造业将占整个物联网市场的27%。

GE公司推出的面向制造业的工业互联网平台Predix受到业界高度关注,该平台可以有效支撑物联网的工业应用。GE组建了GE数据团体,力争将Predix生长成为制造业物联网应用的开放云平台,最近,GE宣布将Predix平台全面开放。

西门子公布了开放的工业云平台Mindsphere,可以接入种种传感器的信息,制造企业可将其作为数字化服务,例如预测性维护、能源数据治理以及工厂资源优化的基础。美国PTC公司则形成了以物联网开发平台ThingWorx为基础的整体解决方案。三一重工则联合自身在物联网应用方面的恒久实践履历,推出了“树根互联平台”,打造本土的工业物联网平台。

通过物联网实现对已交付给客户的产物传感器参数的收罗,在此基础上实现预测性维护和智能服务,可以促进产物的备品备件销售,制止产物运行时泛起异常停机,具有辽阔的生长空间。下图是一个基于物联网的预测性维护服务的典型案例。

基于物联网的预测性服务案例虚实融合技术西门子、PTC和达索系统三大PLM(产物全生命周期治理)技术主流厂商纷纷强调Digital Twin(虚实融合)技术,实现实际产物和数字产物模型的虚实融合,实际装备和装备的数字化模型的虚实融合,以及实际车间与数字化车间的虚实融合。沈阳机床团体的i5机床实现了加工中心的真实加工历程和数字模拟的加工历程的虚实融合,通过手机扫描二维码,可以在加工中心举行实际产物加工时,在手机上看到对产物的三维模型举行的加工仿真。

产物的虚实融合技术使企业可以从实际产物中,通过传感器和物联网收罗数据,对数字产物模型举行仿真分析,从而实现不仅知其然,而且知其所以然,资助企业革新产物。海尔胶州工厂应用了车间的虚实融合技术,可以将车间的三维数字模型与MES系统反馈的设备状态等实时信息联合起来,展示出车间的实时状态,为企业优化生产提供了新的途径。Digital twin技术可以资助企业革新产物性能协作机械人(COBOT)以往,工业机械人都是与人离隔,伶仃地事情。

2015年,ABB推出双臂的14轴协作机械人YUMI,可以资助电子工业等领域实现小件装配的自动化应用,将人与机械人并肩互助变为现实。博世也推出协作机械人APAS,它是协作机械人中首个获得认证的助理系统,可以协助人类事情,且无需任何分外的防护。机械人的掩护皮衣是触觉检测装置,当检测到人靠近时,其会自动降低运行速度;在人脱离该区域后,机械人会白动恢复正常速度。

未来的制造模式并不是机械换人,而是人机协作。协作机械人的应用将彻底改变未来工厂的生产组织和工人的事情方式。

博世的APAS协作机械人质料工程世界质料工业的产值以每年约30%的速度增长,化工新质料、微电子、光电子、新能源是研究最活跃、生长最快的新质料领域,复合质料的应用越来越辽阔。围绕着质料创新,海内外都在开展产学研的协作。复合质料的制造工艺与传统的金属质料制作工艺和制造装备差异很大。

既能够保持质料的强度,又能够减轻重量,是复合质料的一大优势。众所周知,波音787飞机复合质料的使用率已经到达了50%。波音787复合质料机头的制造国际著名PLM研究机构CIMDATA已经将质料工程作为产物创新平台的焦点组成部门。

在美国国家制造业创新网络中,已建成的九个研究所中,就包罗了轻型现代金属制造业创新研究所、复合质料制造创新研究所、革命性纤维和纺织品创新制造研究所等与质料创新直接相关的研究机构,足以说明美国对质料创新的重视。人工智能技术IBM很是重视人工智能技术的研究,提出了认知盘算( Cognitive Computing)理念,应用到各个行业。

在2016年汉诺威工业展上,IBM展出了认知盘算与物联网联合的应用。首先通过物联网对生产历程设备工况工艺参数等信息举行实时收罗,再对产物质量缺陷举行检测和统计;然后在离线状态下,使用机械学习技术挖掘产物缺陷与物联网历史数据之间的关系,形成控制规则;接下来在在线状态下,通过增强学习技术和实时反馈,控制生产历程淘汰产物缺陷;最后集成专家履历,革新学习效果。

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另外,语音识别技术在制造业也开始获得应用,例如Honeywell推出了语音拣货技术。华中科技大学李德群院士开发的智能注塑机,也接纳了人工智能技术来盘算最优化的工艺参数,从而大大提高产物的及格率,显著降低能耗。

以上分析的六项新兴技术,每项技术的创新生长都给制造业带来重大厘革。在同一时期,这六大新兴技术都取得了跨越式生长,而且是交相辉映,实现了协同应用,因此能够资助应用这些关键技术的企业实现商业模式、研发与制造模式、企业运营模式的突破性创新。

这昭示着,制造业已经进入了技术大厘革时代。这个时代对创新者会带来极大的机缘,而守旧者则会加速退出历史舞台。

延伸阅读制造业与七大新兴技术的关系人类履历了青铜器时代、工业时代、盘算机时代,每一次时代的更替,每一项新技术的兴起,都促使生产力水平的提升与制造效率的厘革。未来,那些改变我们生产方式和人类生长历程的新兴技术,将继续和越发令人振奋。

1 燃料电池汽车 燃料电池汽车算是电动汽车的一种,但本质上的区别却很大。好比现在被广泛运用得手机领域的快速充电体验一样,燃料电池的优点是可以在几分钟的极短时间内给电池灌满燃料,从而省去了长时间充电的贫苦。其原理在于使用氢氧混淆燃料取代一般的化学电池,通常使用增补氢气的方式来举行充电,也有一些电厂和叉车等领域使用甲烷和汽油作为电池燃料。

燃料电池汽车的泛起,不仅使电动汽车的使用变得越发环保,还大大增强了其使用效率。2 可循环使用的热固性塑料在不行再生资源逐年锐减的今天,如何生长可连续循环经济酿成了全世界各行业都密切关注的焦点。而做为现代制造业中不行或缺的质料,热固性塑料以其高轻度,耐高温等特点受到人们青睐,但其无法循环使用的难题也成为诟病,大部门热固性聚合物只能变为垃圾举行填埋。而随着科技的不停生长,热固性塑料的循环使用难题也即将获得解决。

有研究讲明一种名为“聚六氢三嗪”(简称PHT)的可循环使用的新型热固性聚合物可放入强酸中溶解,从而打破聚合物关联,分散出单体部门,然后重新组合为新产物。这种可循环使用的先进产物,有望在几年之内取代现有的不行循环的质料,为未来的制造业添砖加瓦。3 细密基因工程技术基因工程技术一直处在科技领域的至高位置,在获得更多瞩目的同时也饱受争议。

值得欣慰的是新的基因工程技术以徐徐使传统基因工程问题获得有效改善,特别是在植物的遗传学层面实现了更多重大希望。新技术可以使我们可以直接“编辑”植物的遗传密码,提高植物营养身分、让植物更好地适应气候变化等。好比CRISPR-Cas9系统可以在抑制不需要基因的基础上就可以发挥出与自然变异别无二致的功用;核糖核酸滋扰技术(RNAi)可有效预防病毒和真菌病原体,掩护植物免受病虫害,淘汰对化学杀虫剂的需求。

这种技术还可以惠及主要粮食作物,预防小麦秆锈病、稻瘟病、马铃薯晚疫病、香蕉枯萎病等。提高农作物的成活率。

新基因工程技术,是人类解锁大自然生命秘密的钥匙,相信这种细密的新技术会资助人们在生物医药等领取取得更深条理的突破。4 漫衍式制造技术漫衍式制造技术将颠覆我们的产物生产方式和销售方式。这种技术把原质料和生产方式疏散化,而产物的最终生产将在终端主顾的身边完成。

从本质上说,漫衍式制造技术的观点是尽可能多地用数字信息取代实体供应链。当前,漫衍式制造技术在使用上高度依赖自助式的“创客运动”,即喜好者们使用当地的3D打印机、用当地的质料来生产产物。

这当中有开源思维的元素,即消费者可以凭据自身需求和喜好来制作个性化的产物。漫衍式制造技术能使当前一些模式化的物品变得更为多样化,好比智能手机和汽车等等,产物的体积巨细也不成问题。这对制造业的突破是很是有启迪的。

5 能够“感知和躲避”的无人机无人机技术已成为现今军事、农业等领域被广泛使用,另有望在物盛行业大显身手。但停止现在,这些无人机仍都有人类航行员,只不外这些航行员是在地面远程操控航行器的航行。随着科技手段的生长,无人机技术将要开发可以自主航行的机械,应用领域将进一步拓宽。

要做到这一点,无人机必须能感知周围情况并做出应对,调整航行高度和航行线路,制止与途中其他物品发生碰撞。在自然界中,鸟类、鱼类和昆虫均能三五成群地荟萃在一起,每一只动物险些都能与身边的同伴同步瞬时移动,并以团队为单元航行或游动。无人机不妨对此加以模拟。

6 神经形态技术盘算机是线性的,主要依靠高速中枢,在中央处置惩罚器和存储芯片之间实现数据的往返移动。相比之下,人脑则处于全方位的互联状态,人脑中的逻辑和影象精密关联,其密度和多样性均是现代盘算机的数十亿倍。神经形态芯片旨在用与传统硬件完全差别的方式处置惩罚信息,通过模拟人脑结构来大幅提高盘算机的思维能力与反映能力。神经形态芯片能效更高、性能更强,可将卖力数据存储和数据处置惩罚的元件整合到同一个互联模块当中。

从某种意义上说,这一系统与组成人脑的数十亿计的、相互毗连的神经元颇为相仿,可更好地处置惩罚和应对图像信号的无人机、更为强大、更为智能的相机和智能手机、有助于解读金融市场玄妙或举行天气预报的大规模数据透视。试想,盘算机可以自主地举行预测和学习,而不是仅仅根据预先编写好的法式行事。7 数字化基因组排列基因组自古以来就是人类遗传学的重要课题。而数字化基因组的泛起,把原本需要花费数年和大笔资金的排序,简化到几分钟,数百美元就能完成。

而且所得数据也可以使用电脑设备轻松传输,并通过互联网渠道便捷分享。仅仅需要很低成本就能探知我们每小我私家的独占遗传结构。

不仅如此,有了数字化技术之后,医生能通过视察肿瘤的基因结构来决议如何治疗癌症患者。同时,这一新知识也有助于制定具有高度针对性的疗法,使准确用药成为可能,从而革新患者特别是癌症患者的治疗效果。可以说这种新技术的泛起将为进一步推动医疗个性化、改善医疗效果带来一场革命。


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