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智能制造如何少走弯路?制造业10大技术发展趋势与典型应用全面解读

全球制造业竞争力指数(GMCI)的研究发现,投资于指数制造技术和创新生态系统的国家会比单单在价格方面展开竞争的国家更具有竞争力。更高的价值、先进产品以及需要一流产品质量、带来更高利润的流程在推动更快速、更持久的创新。

作者:李阳/沈建苗编译来源:CIO进化论|2018-05-08 13:23

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【51CTO.com原创稿件】● 人工智能(AI)市场预计从2016年的80亿美元增长到2021年的720亿美元,年复合增长率高达55.1%。

● 在全球研发开支排名前100位的公司中,有86%来自制造业。

● 未来,制造企业技术投入重点包括:先进分析技术、云计算、建模及仿真、物联网平台以及优化和预测分析。

诸如此类的调查结果来自德勤联合竞争力理事会和奇点大学(设在加州硅谷心脏地带,美国宇航局埃姆斯研究中心内,是为迎接电脑优于人脑的时代来临,谷歌与美国宇航局(NASA)展开合作,是致力开办一所培养未来科学家的学校)最近开展的一项名为《制造业指数技术》的研究报告。

该研究旨在发现制造业在评估和采用技术方面的最新机会和障碍,探究全球制造企业如何最有效地利用新兴技术推动产业发展。

研究对指数技术定义为:得益于计算能力、带宽和数据存储等方面的重大进展,这种技术能够让企业以迅速、非线性的步伐进行变革。

研究的主要内容包括如下:

●预计人工智能(AI)市场将从2016年的80亿美元增长到2021年的720亿美元,年复合增长率高达55.1%。

AI今天用于实现协作机器人、基于预测分析的自动化工作流程以及优化设备和工厂效率。在如今的制造业,AI有成百上千个潜在的使用场景,使得这个领域成为全球风投界投入最多的领域之一。来自人工智能的技术包括:机器学习、计算机视觉、自然语言处理、语音识别、机器人、优化、基于规则的系统以及规划和调度。

具体而言,如机器学习算法、应用和平台正在帮助制造商寻找新的商业模式,调整产品质量、优化车间生产效率:

1、机器学习可减少50%供应链预测误差,减少65%销售损失

供应链是所有制造企业的生命线,机器学习可以减少运输、仓储、供应管理的相关成本,分别达到5%、10%和25%-40%。由于机器学习技术的存在,总库存可以减少20%到50%。

2、机器学习可以提高需求预测的准确度,降低能源成本和价格差异,同时也能准确反映价格的弹性和敏感性

霍尼韦尔已经将人工智能和机器学习算法整合到了采购、战略供货和成本管理中。

3、使用机器学习自动进行库存优化,可以提高16%的服务水平,增加25%的库存能力

人工智能和机器学习约束的算法和建模能够在所有分布的位置上进行规模库存优化,并且参考影响需求和客户交付能力的外部独立变量优化。

4、机器学习整合实时监控,可以优化车间操作,实时了解机器负载和生产进度查询

在实时了解每台机器的负载水平如何影响总体生产进度情况下,可以更好的管理每台机器的生产运行状况。在特定的生产任务中,使用机器学习算法,优化最高效率的机器集群。

5、提高多个生产场景的生产效率和准确性,降低多场景50%的成本

使用实时监控技术来准确的数据集,捕捉价格、库存消耗速度和相关变量,从而让机器学习应用程序可以在多个制造场景中确定准确成本。

●预计3D打印市场从2016年的130亿美元增长到2021年的360亿美元,年复合增长率达到22.3%。

到2020年,全球75%的制造业务可以使用3D打印工具、夹具和固定装置来生产成品。德勤预测,汽车设计、快速原型打印以及航空国防部件打印将成为制造业几个最大的细分市场。

如今这项技术增长最快的领域包括:牙齿打印、医疗植入体及设备打印、产品制造以及原型打印。

在未来,3D打印将进入一个更成熟的新阶段。新一代3D打印技术公司正由原先以注射制模为主导向更快速、更优连接性的全新自动化系统为主导的业务模式转型,可以减少一些耗时的前后处理流程,以便实现大规模生产。

我们已经见证了该领域里的一些发展成果,比方说新一代3D打印技术公司正由原先以注射制模为主导向更快速、更优连接性的全新自动化系统为主导的业务模式转型,可以减少一些耗时的前后处理流程,以便实现大规模生产。

●预计先进机器人支出将从2016年的920亿美元增长到2021年的2250亿美元,年复合增长率达到19.7%。

如今制造业、能源行业、消费业和医疗保健业是几个最大的细分市场。对先进机器人而言增长最快的细分市场包括:消费业、医疗保健业和零售业。机器人被日益采用于航空航天制造业,以提高产品质量、成品率、降低运营成本,并缩短产品进入市场的时间。

未来全球工业机器人主要有以下趋势:

(1)机器人与信息技术深入融合

大数据和云存储技术使得机器人逐步成为物联网的终端和节点。信息技术的快速发展将工业机器人与网络融合,组成复杂性强的生产系统,各种算法如蚁群算法、免疫算法等可以逐步应用于机器人应用中,使其具有类人的学习能力,多台机器人协同技术使一套生产解决方案成为可能。

(2)机器人产品易用性与稳定性提升

随着机器人标准化结构、集成一体化关节、自组装与自修复等技术的改善,机器人的易用性与稳定性不断被提高。

一是机器人的应用领域已经从较为成熟的汽车、电子产业延展至食品、、化工等更广泛的制造领域,服务领域和服务对象不断增加,机器人本体向体积小、应用广的特点发展。

二是机器人成本快速下降。和工艺日趋成熟,机器人初期投资相较于传统专用设备的价格差距缩小,在个性化程度高、工艺和流程繁琐的产品制造中替代传统专用设备具有更高的经济效率。

三是人机关系发生深刻改变。例如,工人和机器人共同完成目标时,机器人能够通过简易的感应方式理解人类语言、图形、身体指令,利用其模块化的插头和生产组件,免除工人复杂的操作。现有阶段的人机协作存在较大的安全问题,尽管具有视觉和先进传感器的轻型工业机器人已经被开发出来,但是目前仍然缺乏可靠安全的工业机器人协作的技术规范。

(3)机器人向模块化、智能化和系统化方向发展

目前全球推出的机器人产品向模块化、智能化和系统化方向发展。

第一,模块化改变了传统机器人的构型仅能适用有限范围的问题,工业机器人的研发更趋向采用组合式、模块化的产品设计思路,重构模块化帮助用户解决产品品种、规格与设计制造周期和生产成本之间的矛盾。例如,关节模块中、和检测系统的三位一体化,由关节、连杆模块重组的方式构造机器人整机。

第二,机器人产品向智能化发展的过程中,工业机器人控制系统向开放性控制系统集成方向发展,伺服驱动技术向非结构化、多移动机器人系统改变,机器人协作已经不仅是控制的协调,而是机器人系统的组织与控制方式的协调。

第三,工业机器人技术不断延伸,目前的机器人产品正在嵌入工程机械、食品机械、实验设备、医疗器械等传统装备之中。

●预计物联网(IoT)解决方案方面的投入将从2016年的7370亿美元增长到2021年的15210亿美元,年复合增长率达到15.6%。

物联网正在革新制造业务的许多方面,包括实时生产监控,以及提高关键度量指标的准确性,包括整体设备效率(OEE)、生产成品率和生产效率等指标。物联网增长最快的几个领域包括保险业、消费业、医疗保健业和零售业。

2018年,我们将会看到物联网不仅仅能像神经那样收集信号,还拥有了“意识”,转变成为产品的“大脑”,不断地从产品系统中心发出、接收、拓展、收集各种信息,比如说:
利用智能制造推动产量增长,产品质量提升,操作和人员安全性提高,降低资源消耗量;

利用产品联网影响产品性能,包括产品使用现场的详细信息采集,远程诊断和远程维护;

利用供应链联网提高供应链的透明度和协调性,跟踪资产或库存变动信息,以实现对供应链的高效管理。

当物联网工程技术在设计阶段就已经渗透到产品和设备中,通过这一技术,制造商不仅可以监控设备性能,提前预测维护时间,并且可以获得设备运转的实时详细信息,包括是何时以何种方式运行的,这就提供了一个改变制造业“游戏规则”的竞争优势。

●预计2016年至2021年,区块链市场的年复合增长率将达到61.5%,从2亿美元增长到2021年的23亿美元。

最大的细分市场涉及金融服务、技术、媒体和电信。最主要的协议包括比特币、以太坊和Ripple。德勤发现,据报道银行界利用区块链技术提升运营效率,每年节省了80亿美元至120亿美元。

●2016年至2021年,数字设计、仿真与集成(DDSI)市场的年复合年增长率预计将达到12.4%,从2016年的250亿美元增加到2021年的450亿美元。

德勤发现,这个市场中增长最快的领域包括:设计自动化、工厂设计、产品设计及测试以及绘图和3D建模。汽车制造商从2D切换到3D CAD后将设计时间缩短了20%。

●预计全球先进分析支出将从2016年的1360亿美元增长到2021年的2320亿美元,年复合增长率达到11.3%。

先进分析是制造智能的基础,为制造商提供了基于上下文的洞察力和情报,这有赖于从工厂车间的机器和流程捕获而来的数据。离散型制造商和流程型制造商在加快采用先进分析技术,以提高产品质量、缩短生产延迟,并缩短新产品投入市场的时间。

●预计生物技术市场将从2016年的3640亿美元增长到2021年的5840亿美元,年复合增长率达到9.9%。

目前使用生物技术的几大行业是医疗产品、医疗保健、食品和农业以及环境和工业制造。2017年上半年,22家合成生物初创公司筹集到的风险投资、公共资金和专款超过了5亿美元。

●预计高性能计算(HPC)市场将从2016年的250亿美元增长到2021年的400亿美元,年复合增长率达到9.3%。

预计量子计算和高性能数据分析将成为预测期内增长最快的两个细分市场。高性能计算指:以提供极高性能的方式来聚集计算能力,即系统的运行速度通常每秒超过1012次浮点运算,从而解决科学、工程和商业等领域的高度复杂的重大问题。

●预计先进材料市场将从2016年的1950亿美元增长到2021年的2830亿美元,年复合增长率达到7.7%。

先进材料包括各种化学品和材料,比如轻盈高强度金属和高性能合金、先进陶瓷和复合材料、关键材料、生物基聚合物和纳米材料。目前流行的应用包括减轻飞机和汽车部件的重量,生产电动汽车(EV)电机中的永磁体。先进材料对于生产过滤有毒污染物的汽车催化转化器来说也必不可少。

●预计网络安全市场将从2016年的810亿美元增长到2021年的1170亿美元,年复合增长率达到7.7%。

由于联网的智能制造、数字供应网络和整个制造生态系统面临重大的运营风险,尤其是网络基础设施和物理基础设施的交汇处岌岌可危,现在网络安全的角色变得尤为重要。德勤预测,到2021年,全球可能350万个网络安全方面的岗位空缺。

未来制造业的竞争优势将重新转向拥有强大创新生态系统的先进制造业国家,而不是昔日成本方面拥有竞争力的国家。

全球制造业竞争力指数(GMCI)的研究发现,投资于指数制造技术和创新生态系统的国家会比单单在价格方面展开竞争的国家更具有竞争力。更高的价值、先进产品以及需要一流产品质量、带来更高利润的流程在推动更快速、更持久的创新。

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