褚君浩院士:新工业革命与制造业

导读

第一次工业革命起源于英国,以机械化为特征。第二次工业革命,以电气化为特征。第三次工业革命,以信息化为特征。现阶段,正值第四次工业革命,此次工业革命具有以下三个特征:信息科学技术在物理、数学、生物基础上进一步提升;多领域涌现发明和发现,多轨并行、交叉推动;信息科学技术和多领域科学技术深度融合,将信息渗透到各个领域,以信息技术提升能级。

褚君浩院士:新工业革命与制造业

中国科学院院士褚君浩

新工业革命的技术态势主要体现在六个方面第一,智能化分布式新能源系统、能源互联网;第二,智能化复杂体系、人工智能、智慧城市;第三,智能化制造技术、先进材料、极端制造;第四,智能化诊断、修复技术、智慧医疗;第五,传统工业的智能化升级;第六,互联网、传感器、物联网、大数据。

迎接智能时代

智能时代的核心是智能化系统,智能化系统有“三大支柱”——动态感知、智慧识别、自动反应。

动态感知可以看作智能化系统的“五官”,由于二维码、条形码并非动态,所以智能化系统需要依靠传感器,达成动态感知;智慧识别可以看作智能化系统的“脑子”。智慧识别需要依靠大数据分析,而大数据分析主要体现在两个方面,一个是文本大数据,另一个则是物理大数据;对于自动反应而言,现有的基础信息平台,如互联网、物联网、集成电路、芯片技术、通信技术,可以极大程度地提高智能化系统的自动反应能力。

智能系统可实现在某个特定区域内,实施多个行为。随着区域越来越大,行为越来越多,智能系统的智能程度便越来越高。

以智慧城市为例,智能系统建立在互联网、物联网、大数据、云计算的基础信息化技术上,故智慧城市至少应该有四层架构:感知层、互联层、分析层、反应层。智能系统在城市综合管理、 交通物流贸易、能源环境安全、医疗文化教育和城市社区安居五大方面得到广泛应用。

实现智能化的两个核心技术

实现智能化需要两个核心的技术一个是通过传感器芯片实现的实时感知技术。另一个是通过模型和通过大数据的分析实现的智慧分析系统。

传感器,作为一种器件,它可以把光、声、热、电子、生物信号变成电信号。传感器领域非常重视基础研究,缘于基础研究可以提供方法、手段、模型、理论。针对不同运动形式的器件,需要发现其规律,进而在技术上提高、实现,从而做成传感器。

以光电传感器为例,智能时代背景的下光电传感器,需具有以下几个器件:少光子、单光子、光子数的可分辨的红外探测器;超大规模焦平面列阵器件;不同波段光电器件;多波段融合光电器件;室温工作红外焦平面器件;新型读出方式焦平面器件。我们要清楚材料器件的物理结构,并能精细描述和控制,从而提升技术水平并达成创新。

传感器是智能化系统中重要的核心技术,发展高性能的传感器芯片非常重要,要以更低的成本,实现更快的速度,更智能化的应用。有了好的传感器,就能握紧核心技术,再通过互联网的技术,把传感信息传递出去加以分析,进而实现传感器的多功能集成化、无线通信化、柔性化、微型化。

智慧分析系统的核心技术,就是智慧分析、模型分析、大数据分析。现阶段,我们处于一个“波动”的世界中,每种波都有其频率、强度、相位、偏振。人们会先将获取到的波谱特征存入数据库,之后将测量到的波谱与数据库中的数据进行对比,继而进行分析和判断。

新工业革命对制造业的影响

基础研究是历次工业革命的“科学源泉”,其在历次工业革命中得以发展。基础研究将推动第四次工业革命发展,在智能时代背景中催生出新发现、新技术。

工业革命总是与科技革命相伴而生,制造业也逐渐从传统迈向智能化时代。随着工业机器人、3D打印、数字化工厂取代了传统的人工,使得劳动力成本占总成本的比例不断减小,导致我国很多制造行业面临生存危机,但其也促进了人工智能机器人的发展。

未来,网络共享的经济模式会衍生出分布生产模式,如智慧工厂和互联网工厂。制造业转化的趋势,有以下五点:驱动力由依靠资源和投资,转变为依靠技术进步;生产能力由依靠扩张,转变为依靠技术能力的积累;由生产型制造,转变为服务型制造;制造业的价值链向高端发展;由挤压环境,转变为对环境友好。

在新工业革命的应对措施方面。首先,应该做好推进新工业革命的顶层设计。其次,要积极投资新工业革命需要的重要基础设施,包括宏观的新基建,以及各省、市、乡、镇的基础设施建设。再次,要培育创新环境,推动技术创新浪潮。构建未来产业的培育体系,引导产业创新。最后,推动适应新工业革命需要的机制、体制建设。其中,有四个方面的工作需要加强,第一,加强科学规律和核心技术、产业发展的三部曲。第二,加强实验室成果的中试研发,企业要提早介入,政府要分担风险。第三,切实加强产学研合作,建立产学研联合实验室、联合研发中心,政府要引导支持。第四,要提高企业的自主创新意识,增强自主创新能力。

 

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