未來制造業(yè)：碳中和、AI和數(shù)字化 

　　——走進“2023年漢諾威工業(yè)博覽會”

　　【科技創(chuàng)新世界潮】

　　◎本報駐德國記者 李 山

　　以“產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，作出改變”為主題的2023年漢諾威工業(yè)博覽會于4月17日至21日舉行。作為漢諾威工博會的一部分，碳足跡相關(guān)的技術(shù)創(chuàng)新也得到了更多的關(guān)注。工業(yè)領(lǐng)域的參與者聚焦二氧化碳中和生產(chǎn)、人工智能、數(shù)字化工廠等方面，競相展示未來生產(chǎn)和能源供應(yīng)的解決方案。多家企業(yè)展示了實時確定產(chǎn)品碳足跡的案例。

　　4月17日至21日，全球約4000家來自機械工程、電氣和數(shù)字行業(yè)以及能源行業(yè)的企業(yè)參加了2023年漢諾威工業(yè)博覽會。在這個歷史悠久的工業(yè)貿(mào)易展覽會上，從復(fù)雜生產(chǎn)過程的自動化和數(shù)字化，到人工智能（AI）滲透和優(yōu)化生產(chǎn)與設(shè)計，以及能源管理、碳足跡分析和減少二氧化碳排放等，工業(yè)領(lǐng)域的參與者聚焦二氧化碳中和生產(chǎn)、AI、數(shù)字化工廠等方面，競相展示未來生產(chǎn)和能源供應(yīng)的解決方案。

　　二氧化碳中和生產(chǎn)

　　在漢諾威工業(yè)博覽會（以下簡稱工博會）上，人們聚焦氣候友好型生產(chǎn)轉(zhuǎn)變的方式，例如，過程用能的電氣化、氫氣和生物質(zhì)的使用、二氧化碳的回收、循環(huán)經(jīng)濟的擴展等。

　　盡管歐洲的氫能產(chǎn)業(yè)處于世界前列，但現(xiàn)在仍然迫切地需要將氫經(jīng)濟從小眾轉(zhuǎn)向規(guī)�；�。在工博會上，圍繞氫氣的工業(yè)化生產(chǎn)、遠距離運輸和安全存儲，以及氫能應(yīng)用的各種場景，很多企業(yè)提出了自己的解決方案。

　　作為化石燃料的環(huán)保替代品，電力合成燃料（E-Fuel）是由水、二氧化碳和來自可再生能源的電力制成的。它具有與傳統(tǒng)燃料相似的特性和化學(xué)性質(zhì)，可用于傳統(tǒng)內(nèi)燃機，但不會釋放額外的破壞氣候的氣體。歐盟特許2035年后繼續(xù)銷售使用E-Fuel的內(nèi)燃機汽車。經(jīng)典內(nèi)燃機的擁護者將電力合成燃料視為未來出行的氣候中和選擇方案之一。工博會上，關(guān)于電力合成燃料規(guī)�；�生產(chǎn)及其經(jīng)濟性的討論仍在繼續(xù)。德國西門子能源等展示了其在智利南部以工業(yè)規(guī)模利用綠色電力和水生產(chǎn)二氧化碳中性燃料的項目“Haru Oni”。這是世界上第一家投入運營的電力合成燃料的全集成工廠，2023年計劃生產(chǎn)13萬升合成燃料。

　　工博會上，人們還能看到不同的提取和儲存二氧化碳的方法。例如卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）熱過程工程研究所開發(fā)的技術(shù)就可從大氣中直接提取二氧化碳并將其轉(zhuǎn)化為炭黑。通過這種方式，有害的溫室氣體可轉(zhuǎn)化為高科技應(yīng)用的原料。經(jīng)過不斷改進，KIT已建成并投入使用了一個集裝箱大小的測試設(shè)施，每天可從環(huán)境空氣中提取近兩公斤的二氧化碳，并在連續(xù)運行中轉(zhuǎn)化大約0.5公斤的固體碳。

　　在二氧化碳回收方面，工業(yè)自動化領(lǐng)軍者費斯托公司獨辟蹊徑。費斯托的生物反應(yīng)器擁有最佳的生長條件，其中的藻類吸收的二氧化碳比陸地植物多一百倍。在2023年的漢諾威工業(yè)博覽會上，費斯托展示了該系統(tǒng)的規(guī)�；�以及工業(yè)化的初步階段。

　　人工智能滲透工業(yè)領(lǐng)域

　　伴隨新一波AI的熱潮，漢諾威工博會也聚焦“生產(chǎn)中的AI”這一主題。從機器人技術(shù)到生產(chǎn)單元，AI和流程自動化相互作用，在增強企業(yè)競爭力方面表現(xiàn)不凡。除了優(yōu)化流程外，制造業(yè)在仿真、測試和產(chǎn)品開發(fā)方面越來越依賴AI。

　　在智能優(yōu)化生產(chǎn)流程方面，西門子公司以一個巧克力工廠模型為例，展示了如何將機器學(xué)習(xí)模型有效集成到生產(chǎn)流程中。在模型案例中，經(jīng)過大約72小時的數(shù)字孿生訓(xùn)練，AI制定了一個最佳的解決方案，使得所有巧克力棒都盡可能快地在前面的傳送帶上運輸，并且僅在最后一個傳送帶上精確控制速度。弗勞恩霍夫所屬4個研究所聯(lián)合展示了用AI優(yōu)化生產(chǎn)計劃的例子。面對制造時間精確到分鐘，訂單網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜的情況，人工管理已很難勝任，而AI可確保將不同訂單分配給最合適的生產(chǎn)機器，以實現(xiàn)最佳的利用率。

　　弗勞恩霍夫數(shù)字媒體技術(shù)研究所（IDMT）在工博會上展示了一個基于AI的工業(yè)噪聲分析在整個生產(chǎn)鏈上應(yīng)用的案例。內(nèi)容包括過程監(jiān)控、產(chǎn)品在線和終端質(zhì)量控制以及機器的預(yù)測性維護等。創(chuàng)新的測試系統(tǒng)可以根據(jù)每次插拔過程中產(chǎn)生的噪音來識別部件是否正確連接。給人的反饋可以是聽覺的、視覺的或觸覺的，例如通過振動。機器人則直接從傳感器系統(tǒng)獲取必要的信息。IDMT開發(fā)的解決方案還包括用語音命令可靠地控制機器。即使在工廠車間嘈雜的環(huán)境中，語音識別也能正常工作。

　　在模擬仿真方面，領(lǐng)先的工程AI軟件公司Monolith AI展示了其機械工程仿真解決方案。它的AI方法比普通的數(shù)字模擬走得更遠。每次模擬都可進一步開發(fā)一個產(chǎn)品模型，從而為制造商提供更多分析數(shù)據(jù)。這意味著機械工程可節(jié)省大量測試。像ChatGPT或DALL-E這樣的系統(tǒng)已可支持當(dāng)今的文本生成、編程和設(shè)計。在傳統(tǒng)的設(shè)計空間探索（DSE）中，工程師必須手動掃描非常大的問題空間來獲得設(shè)計解決方案。而在AI的幫助下，包括芯片設(shè)計在內(nèi)的復(fù)雜設(shè)計領(lǐng)域?qū)�發(fā)生重大的變化�？梢灶A(yù)見，DSE將是未來AI項目的重點之一。

　　此外，參觀者還可在工博會中找到能激發(fā)靈感的AI工具和用例。例如，費斯托在開發(fā)生物反應(yīng)器時就利用AI和量子傳感器來檢查細胞的活力；英特爾與合作伙伴則展示了基于AI的機器人如何確保裝配線上的質(zhì)量；西門子展示了在AI系統(tǒng)ChatGPT的協(xié)助下如何加速可編程邏輯控制器的代碼編程；弗勞恩霍夫智能分析和信息系統(tǒng)研究所則展示了針對AI程序的開發(fā)測試工具和程序，從可靠性、公平性、穩(wěn)健性、透明度和數(shù)據(jù)保護方面檢查和評估AI應(yīng)用程序。

　　制造業(yè)的數(shù)字化趨勢

　　自動化之后是生產(chǎn)的數(shù)字化，目標(biāo)是生產(chǎn)效率、速度和質(zhì)量的提高，使企業(yè)在通向未來工業(yè)的道路上獲得更高競爭力。未來的生產(chǎn)是數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的。數(shù)字化工廠需要從產(chǎn)品研發(fā)、工藝、制造、質(zhì)量和內(nèi)部物流等與產(chǎn)品制造價值鏈相關(guān)的各個環(huán)節(jié)都基于數(shù)字化軟件和自動化系統(tǒng)進行支撐，例如制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）。通過監(jiān)控、跟蹤、記錄和控制整個生產(chǎn)周期來優(yōu)化制造流程，MES填補了生產(chǎn)計劃與底層工業(yè)控制之間的鴻溝，實現(xiàn)了企業(yè)計劃、執(zhí)行、控制三層之間的信息流通。

　　在工博會上，參觀者可看到下一代MES產(chǎn)品，即面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)框架的制造運營管理系統(tǒng)（MOM）�，F(xiàn)代企業(yè)需要全球化的解決方案，以實現(xiàn)供應(yīng)鏈分段管理，適應(yīng)快速的市場變化，以及任意地點設(shè)計、生產(chǎn)和銷售產(chǎn)品。MOM強調(diào)生產(chǎn)同步性，支持網(wǎng)絡(luò)化制造�，F(xiàn)代企業(yè)的管理架構(gòu)在云/工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺、本地、邊緣或混合場景中得到靈活使用。用發(fā)展的眼光看，實現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)轉(zhuǎn)型意味著要將產(chǎn)品生命周期管理、MOM和自動化整合在一起。

　　至于已提出10多年的“工業(yè)4.0”，作為德國工業(yè)制造的傘形品牌概念，它將傳感器制造商、自動化專家、機器人制造商、軟件制造商和用戶聚集在一起，成功激發(fā)了人們對自動化的熱情，也對工業(yè)過程的數(shù)字化產(chǎn)生很大的影響。

　　此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，來自亞洲的充滿活力的公司，正在企業(yè)的數(shù)字化領(lǐng)域投入巨資，并且已超越了許多西方競爭對手。慕尼黑大學(xué)與合作伙伴一起對全球899家工業(yè)公司進行了數(shù)字化程度調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有50%的生產(chǎn)過程實現(xiàn)了自動化。最有效的是兩種技術(shù)是自主運輸和AI。在德國、奧地利、瑞士、英國和美國的公司中，整個生產(chǎn)過程中只有大約44%是自動化的，而在中國，這一比例已達到69%。

　　在工博會現(xiàn)場接受科技日報記者采訪時，沈陽新松機器人自動化公司德國分公司經(jīng)理楊斐說：“我們這次重點展示了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心產(chǎn)品，包括搭載智能力控補償技術(shù)和離線編程技術(shù)的工業(yè)機器人磨拋系統(tǒng)；廣泛應(yīng)用于新能源電池頭部企業(yè)的高精度移動機器人；為工業(yè)領(lǐng)域智能、高效完成清潔作業(yè)量身打造的‘星衛(wèi)來’工業(yè)清潔機器人；讓質(zhì)量控制更加簡單高效的多可協(xié)作機器人3D掃描檢測系統(tǒng)等。我們希望各國的參觀者能夠切身感受到新松在機器人領(lǐng)域的快速進步�！�

　　楊斐希望未來能為德國客戶提供一整套的工業(yè)4.0解決方案。他強調(diào)說：“新松擁有完整的機器人產(chǎn)品線及工業(yè)4.0整體解決方案。我們的產(chǎn)品已累計出口全球40多個國家和地區(qū)，為4000余家國際企業(yè)提供產(chǎn)業(yè)升級服務(wù)。傳統(tǒng)制造業(yè)向智能制造轉(zhuǎn)變是大勢所趨。新松不斷攻關(guān)智能感知、自主決策等行業(yè)前沿、共性技術(shù)，將機器人與機器視覺融合、與更多的傳感器融合、與人工智能融合，使其成為智能制造的重要工具。”

　�。ū景嬲掌�均由本報駐德國記者李山攝）