上海有色金属产业走智能制造发展道路的思考与对策研究

 
1、 上海有色金属产业背景及其发展梗概  
2、 上海有色金属产业发展现状、面临的问题及瓶颈
      上海有色金属产业发展着重于加工。经过半个世纪多运行和改良，不仅具有相当的规模和较高的水平，而且成为国内工农业生产、国防建设和科学技术发展的重要材料开发地之一。
       随着改革开发的深入发展，特别是“入世”条件的影响，上海的有色金属产业发展如同全国各行各业的情况一样，面临着产业转型、改革开放和人员流失的局面。大量小厂不但淘汰了落后的设备，而且选择了关停并转调整；即便是继续运行的企业，也面临全面市场化的竞争。特别是进入新世纪后，上海有色金属产业出现了一些国内大型民营企业和国际著名有色金属加工企业来沪落户，为上海有色金属产业结构调整注入了新鲜血液。截止2012年底，上海约有近400家有色金属加工企业，有近40000名员工。各种有色金属产量达到101.2万吨，总产值约500亿元。
       但是，近年来，上海有色金属产业发展由于受环境、能源和产业再度调整等因素的影响，产业结构和产能再度大为削减，有的甚至出现全面关停局面（如铜、铝冶炼企业）。现存的加工类企业，仍然受到环保政策、周围环境、电能消耗和劳动力短缺的制约。如果不积极应对当前的现实问题和环境，即便产品市场很旺、企业效益不错和劳动力储备充足，企业的明天还会存在很大的变数。
       环保是目前企业发展的重头戏。一来是由于以前大多企业不重视环保措施，导致现在政府开始注重抓环保时或设施跟不上或资金跟不上，于是出现头疼医头，脚疼医脚的现象；二是政府环保部门缺乏详实的指导和有效的环保对策，导致关停等不作为或少作为现象严重，企业无所适从。
       劳动力短缺已经明显地影响到了企业，加之上海有色金属产业特定的地理环境和体力需求，愈来愈多的青年人不太愿意从事这一行业的工作；独生子女政策决定的单一孩儿更愿意趋向于脑力劳动或服务于金融业。因而，现在企业面临的状况是一方面是高素质年轻人不愿从事制造业工作造成劳动力短缺、劳动薪资高涨；另一方面是招到的低素质劳动力难以胜任工作，造成生产压力过大。
       电能消耗也开始愈来愈受到关注和重视。一是有色金属产业特点所致，二是政府调控政策影响，三是由于企业成本压力所致。
       总之，上海有色金属企业面临的困难很多，从外部环境来看产品应当向国际一流水平看齐，至少在国内同行中要处于前列，因而压力巨大；从内部环境来看，自身的环境、能源、成本和劳动力压力使之无明显的优势。综上可见，上海有色金属产业需要创新发展才有可能找到生存出路和开辟出新发展之路。
 
3、 智能制造与上海有色金属产业发展的关系
3.1智能制造概念及其应用
       智能制造(Intelligent Manufacturing，IM)源于人工智能（AI）的研究。智能是知识和智力的总和，前者是智能的基础，后者是指获取和运用知识求解的能力。通常说来，智能制造应当包含智能制造技术和智能制造系统。智能制造系统不仅能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能，还有搜集与理解环境信息和自身的信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。
 
3.2人工智能与智能制造的区别
       一般认为：人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学；而智能制造是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化的智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。毫无疑问，智能化是制造自动化的发展方向，智能制造是现代工业企业的发展之路。
 
3.3上海有色金属产业特点与发展需求
       上海有色金属产业经过解放前的80余年的创立、解放后改革前的35年建设和改革开放至今的调整提高，走过了漫长的道路，取得了令世人瞩目的成绩。随着改革的深入，现今的上海有色金属产业已经调整并形成了独特的专业门类，主要分布在半导体材料加工、铝材加工、铜材加工、稀贵金属材料加工和新材料研发与加工等方面，其特点主要体现在“专、精、特、新”上；从现有企业的资本结构看，主要是外资、合资、股份合作制、民营资本和国有资本等。整体上讲，除中铝上铜为国企外，其余非外企就是民营企业。
      从产业未来发展方向看，上海有色金属产业的大规模集群式发展的道路已然没有，但是根据上海高新技术产业规划特点、区域优势、人才结构和实际运行分析，上海完全取消有色金属产业的思路显然也非上策。因此，上海有色金属产业群内的企业如何利用自身的优势，结合外界的条件，走出一条专有特长、精品精致、自我特点、推陈出新的产品是摆在行业大佬们面前的一张试卷。答题对了，还可能成为榜眼；答题错了，可能就成为淘汰对象。
 
3.4上海有色金属产业发展智能制造的必要性和迫切性
       随着人口红利的消失和新一代劳动力从事制造业意愿的不断下降，上海制造业人工成本急剧上升，尤其一向被认为重体力集中的有色金属加工业市场竞争力面临重大的危机。同时，面对国际产品的压力，上海有色金属产业想躺在历史的功劳本上是不可能的事件。显然，在国际大局势背景下，沿着政府指引的推进“工业化和信息化”融合，抢先进入“工业4.0”时代，保持住我国制造业的竞争力“道路，勇于创新改造，杀出一条生路也许可能是唯一的办法。
       国务院提出了我国《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》（以下简称《规划》），指明了新材料是国家战略性新兴产业重点之一。战略性新兴产业代表了新一轮科技革命和产业变革的方向，是培育发展新动能、获取未来竞争新优势的关键领域。其中，新材料是重点之一。为此，上海需要推动有色金属产业的提质增效，与国家战略方向保持一致。《规划》的出台，应该说是为工业企业及产业发展提供了新动能，并指明了发展方向，是材料科学发展的一次好机遇。同时，针对《规划》的落实，工信部又提出了《中国制造2025》，其中重要的一项就是在材料领域加快实施智能制造工程。这种工程，不仅仅是一种工具，更重要的是产品过程的智能化，包括工艺过程、生产过程和管理过程的智能化。这样的智能化，可以防范劳动力紧缺、劳动力成本居高和劳动力人为故障的缺陷，同时，能够提供精确产品、稳定质量和高效产出。因而，值得上海有色金属行业企业引起高度关注和足够重视。
      《中国制造2025》提出的众多关键技术涉及新材料领域。上海有色金属行业内有众多条件较好的这类企业，如数家从事复合材料、半导体材料和铜管材生产的企业，若能借助于高校或研究机构的力量进行产业升级，并将生产过程自动化升级到智能制造的新材料生产上来，不仅企业的转型成本小、产业技术关联好和生产规模效益高，而且企业发展前景无量。
       上海现有有色金属产业群体企业中，有涉及稀有材料加工企业、轻合金材料加工企业数家，半导体材料加工企业和铜材料加工企业，其中有多家已经是国内同行业的标杆企业。借助本次机会，完全有可能通过智能制造技术的应用来提升企业的能力。错失良机，不仅不能躲过环境政策和存在被调整之嫌，而且随着人力成本和其他成本的大大增加而难以招架，更是会出现形同坐以待毙之局面。
      所以，思变而进取是良策，产业转型机会难得，不进则退。充分利用大好时机和发挥自身优势，变自身不利因素为有利因素，响应国家《中国制造2025》的号召，跟紧时代快速发展的步伐，采用智能制造技术手段，尽快找寻出自身发展的机会，显然是上海有色金属产业发展的一个良策和明智之举。
 
3.5上海有色金属产业发展智能制造的条件
       上海有着悠久的工业发展历史，产业基础好、人才结构合理、产业门类齐全、市场需求发达。上海有色金属产业过去得益于工业发展需求的旺盛而成长，现在应该借助于与新材料相伴的智能制造的运行而发展。
       上海市经济和信息化委员会就上海产业基础发展近年提出了“强基”计划，其意图就是明确提出了发展新材料的同时，加强上海基础产业提升的必要性。为此，政府每年有相当的资金用于促进和鼓励各产业注重基础产业的发展和提升。由此可见，市政府在产业政策宏观层面上对实体产业发展是重视的，只要在大环保规范不冲突的前提下采用新技术手段，如智能制造来推进有色新材料的发展，显然是受保护和值得称赞的。这是其一。
       其二，随着国家科学技术的发展和对新材料的布局，上海各类新材料需求和其他高新技术项目对高端材料的需求日益增长。上海有色金属产业由于悠久历史的沉淀、人杰地灵，故有着需求市场近，国际交流多、信息连接快、专业配套全等众多优势，特别是国际需求市场在上海的连接效应，促使其拥有独特的便利条件。
      其三，德国工业4.0从大工业城市推出，上海作为历史工业城市具备更多的条件对接中国式的工业4.0。所谓“工业4.0”的 概念，是智能制造为主的第四次工业革命。业内普遍认为：“工业4.0”是工业生产中，传统制造技术与物联网、服务网以及数据网等相结合，最终使生产过程全自动化，产品个性化，前端供应链管理、生产计划、后端仓储物流管理智能化。因此，以第四次工业革命的核心信息物理系统（CPS）为目标，对行业现有自动化系统进行拓展和改造，是行业实现智能化的必由之路。上海有色金属产业经过上世纪八九十年代的升级改造和近一二十年的引进合作，产业自动化水平已经有了质的飞跃。因此，好多企业嫁接智能化的基础条件已经初步具备，包括员工素质、工程能力和管理条件基本具备。
      因此，上海有色金属产业如果积极开展智能制造，经过3-5年的努力，估计有色金属加工产业内将可以形成一批具有感知、记忆、思维、学习、适应、决策能力的生产线，做到信息深度感知-智慧优化决策-精准协调控制，助力上海有色金属产业再度转型升级、绿色发展和领跑国内同行企业。
 
4、 上海有色金属产业走智能制造发展道路的战略思路探索
       当航空航天、轨道交通、电力电子、新能源汽车等产业对高强合金、特种合金、先进复合金属材料等发展需求时，上海有色金属产业应当如何在环境政策、人力成本和资源不足等严酷形势条件下认清新的机遇？显然，上述分析已经可以得出智能制造是一条有效之路。
      上海有色金属产业智能制造之路如何走？值得关联人士的重视。此文仅一家之言浅谈想法，以抛砖引玉。
首先，以行业协会为龙头，将上海有色金属产业群内企业的生产、管理和销售数据集中到统一平台上。这样做的作用，可以利用大数据和云计算平台对行业发展动态了如指掌，同时也利于行业管理和政府有关部门的宏观调控。事实上，工业4.0的重要一点就是要将“工业化和信息化”融合。只有这样，才能谈得上进入智能制造时代。由于现今社会管理结构的原因，行业协会在这方面的平台作用有限。
       其次，行业协会在有条件的前提下应当成立专门力量、配备行业专家、建立专门队伍，以协助业内企业战略转型和选择合适的智能制造战术，评估智能制造方案，协调智能制造资金落实和享受关联政策资助。去年底，工信部在确立63个智能制造试点示范项目名单中有色金属行业获得数个项目（江铜铜冶炼、复晟氧化铝、中天锂电池、新特高纯晶体硅等智能项目），涉及离散型智能制造、流程型智能制造、网络协同制造、大规模个性化定制、远程运维服务5种智能制造新模式，体现了广泛的行业、区域覆盖面和较强的试点示范价值。上海有色金属产业要走好智能制造之路，离不开这样的选型、示范和推广。
       再次，单由上述行业协会的作用还是远不够的。当下选择智能制造手段来保持上海有色金属产业的竞争力，这应该是较优的选择。从产业层面来说需要做，而从产业群内的企业角度来说更应该做。因为，只有业内众多企业响应走智能制造之路，才能够获得产业面的提升。
单从企业角度来说，如何通过从长期的生产对象中遴选出需要“智能化”的对象，利用现有的“智能技术”和自身条件，架构起或流程型、或离散型、或运程运维服务型等模式，从而来完成或流程或工艺过程的硬件，以及利用包括机器人核心部件、控制模型、数据采集运算、逻辑判断、过程优化与自学习等关键软件技术和共性技术，并将这些开发技术转化成现实的生产线或设备。
       最后，在当今迈向人工智能时代的大背景下，上海有色金属产业在面对上述提及的新兴产业群的发展需求时，企业应当适度转型到政府鼓励和资助的高强轻合金、特种合金、先进复合金属材料、高纯大尺寸硅材料等方向上来，这不仅可以列为当务之急，而且可以获得政府资助，能有效降低企业运行成本。对此，企业可以从中遴选出适合发展的某一技术专题，结合智能技术，并在行业协会专家系统支持下使之成为智能制造的典型产品。通过智能制造技术手段的尽早利用，来促使企业产品的升级换代和提升产品的市场美誉度。
 
5、 上海有色金属产业发展智能制造战略发展中应该注意的战术思考与举例
      上海有色金属产业经过上一轮的升级和地方产业的战略布局和转型，无论是轻金属、重金属、稀贵金属和硅材料等，基本上都已经转向技术加工型。因此，产业基本面朝向工业产品终端市场，产品的附加值相对工业初级产品要高一些。加之，前几节提及的种种条件，在利用好自身条件向智能制造方向上转型具有较好的条件，但在一般情形下，切切不能企业整体智能化。企业在智能制造战略确定后，应该还需要量力而行，选择而行，逐级而行，切不可一步到位。当且下一定的功夫选择好方向后，可采用或工艺段、或重点设备一步一步推行，但思考时应该整体思考，并在每一单独子项上留有通讯、数据交换和控制模块互换等，这样方才有可能使得子项智能化和全局网络智能化获得成功。
       因此，传统的上海有色金属产业企业在再次升级和实现智能制造过程中，建议从如下两个层面加以特别关注：一是利用智能制造技术实现有色金属加工过程中重点、关键工序的控制技术升级和智能化，重点工序如单晶提纯、金属熔炼、熔体铸造、变形轧制、挤压成型和材料热处理等实现智能化；二是利用智能制造技术实现有色金属加工工艺过程的智能化运行，如流程智能化或运维过程智能化等，从而实现企业运行的高效。就笔者了解的上海有色金属企业的整体情况而言，前者的的应用面远大于后者。上海有色金属产业发展走智能制造道路所需要解决的问题很多，可以选择一些共性的单项问题先行开展，成功后加以推广。然后，根据企业特点和性质，再加大工艺范围或全流程智能化设计与运作。下面举例分析几个子项的做法，供参考。
       举例1：上海有色金属产业中铸造企业众多，一般规模小、生产效率较低，工人劳动强度大，工艺装备相对落后，能耗高、污染重、环保和安全不达标。发展方向必然会向着优质、高效、智能、绿化方向发展。当智能制造战略确定后，应当选择产品品种相对较少、产量巨大的产品线作为对象。因此，从智能化铸造角度来说，可以融合虚拟铸造、快速造型、机器人应用等关键硬件，通过软件系统及专家系统技术来创新建立智能制造体系，从而建立智能铸造生产线。
举例2：板带轧制变形过程比较复杂，因此轧制过程的自动控制往往成为板带加工企业的重点。一般情形下，轧制系统会包括自动对中系统、卷径自动计算和控制系统、张力自动测量和控制系统、轧制力自动测量和控制系统、板型自动测量和控制系统、厚度自动测量和控制系统等。以前的自动化控制中，往往采用独立的系统解决专用的问题，不仅效率较低，且对操作者的经验依赖性较强。如何采用智能制造技术的核心理念，提升轧制智能化成为业界共性问题^[2]。通过对轧制过程中的智能控制技术处理来实现轧制性能的控制，从而解决镁合金板材轧制过程中存在塑性和边裂问题获得了可能。由于大多有色金属带材，特别软金属或软态金属的表面缺陷往往是影响产品质量的重要障碍。因此，带材表面检测系统的开发与在线应用于智能制造控制系统会非常有利于产品的质量提升和合理利用。尤其，当制造系统采用MES系统穿行在产品整个智能制造系统的实施过程，其作用将是显而易见的^[2]。
       举例3：上海有色金属产业涉及范围很广，且对于处于材料新技术的应用有着广泛需求的现代来说，将仿生控制工程技术应用于设备智能化中，不失为是一个很好的主意，因为仿生学的本质就是通过了解生物结构和功能原理来研制新的机械和新技术手段。例如，我们可以在通用机器人的基础上，通过仿生学研究将其开发成能形成人机共存完成较复杂工序的机器人，并运用智能技术形成专业智能设备，从而可应用其在在铝电解工艺操作过程、或铜铝熔炼工艺操作过程，或其他新材料研发过程中熔炼操作中。这样，人们不仅在特殊工艺控制中实现了工艺过程的自动化，而且可以通过仿生技术的应用实现了人机协调生产的智能化。
      上海有色金属产业智能制造刚刚开始，需要依靠政府的政策支持、需要依靠行业协会的大力推进，也需要企业的积极响应。本文仅做一个简要思索，为今后一段时间内上海有色金属产业的继续发展探索一条可借鉴的新技术路线和方法，也想通过此文为业内人士解决上海有色金属产业再次转型升级和推动有色新材料发展来构建初步的技术交流平台。
 
6、 上海有色金属产业发展智能制造的未来前景展望
      在当前经济形势压力趋紧、环保政策和操作严峻及劳动力普遍紧缺的情形下，来探索产业发展新路子和技术升级新方案，初看起来好像离我们好远。其实，无论是经济复苏也好，还是中国工业4.0离我们都不会太遥远。世界范围内的“工业4.0”时代已经开始，人类将从此进入智能制造时代。因此，对于智能制造概念、理论、技术和应用的掌握，真应该是：先知者先出头、先行者先得益。因此，上海有色金属产业界企业应该尽快对此有所了解、有所思考，尽早知悉、尽快计划、尽能行动。
      其实，“工业4.0”不仅仅可以控制将业务流程和组织重组再造，并可以根据由此产生海量数据及其分析运用，由此将催生满足动态的商业网络、异地协同设计等新型业务模式的兴起。未来更为深远的影响将是制造业的这种革命一定会渗透到人类社会。所有人和人、人和物，以及物和物之间，还会通过互联网实现“万物互联”。这样的作用，一定会受到了全世界的极大关注，并产生了巨大的影响。因此，掌握智能制造是未来社会发展的通行证，现在离我们仅一步之遥。
 
参考资料：
[1] 上海有色金属工业志编撰委员会编 《上海有色金属工业志》
上海社会科学院出版社 1999年版
[2] 张勇军,何安瑞,郭强 冶金工业轧制自动化主要技术现状与发展方向[J].冶金自动化,2015,39（3）:19.
[3] 杨智 基于ERP/MES/PCS架构的信息系统数据采集和成本核算的设计和实现[D].
南京:东南大学,2004.
[4] 杨华勇院士 机器人与智能装备发展的若干探索 《第四届中国机器人峰会文集》

相关热词搜索：上海 有色金属 智能制造