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对数字化未来的思考(Ⅰ)

来源:国际汽车设计及制造 发布时间:2020-09-10 791
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由于受信息技术(IT)持续增长的推动,数字化浪潮不断推进。

由于受信息技术(IT)持续增长的推动,数字化浪潮不断推进。这么多年以来,我们一起见证了计算机、软件和通信网络这类的数字技术对社会发展的影响力,并且认为已经理解了数字技术所发挥的能力及其所限之处。但近年来,这些数字技术让我们开始惊讶了——云计算、大数据、虚拟现实/增强现实、3D打印、无人驾驶……长期以来很多人以为会束之高阁的数字技术,好像突然之间就成为了我们的“新宠儿”。


人工智能时代演进


1956年的夏天,香农和一群年轻的学者在位于美国的达特茅斯学院召开了一次头脑风暴式的研讨会,也称“达特茅斯夏季人工智能研究会议”。10位年轻的学者讨论的是当时计算机科学技术尚未解决甚至尚未开展的问题,包括:人工智能、自然语言处理和神经元网络等,人工智能概念就是在这次会议上提出的,这也是人工智能1.0。


2016年是人工智能历史上一个具有纪念意义的年份,它是一个时代的结束,也寓意着一个新时代的开始。2016年3月,Google的围棋计算机AlphaGo与世界著名棋手李世石九段进行了五番棋比赛,结果以4:1取胜,震惊世界围棋界和科技界,2016年也被称为人工智能元年。这一年距离1956年麦卡锡、明斯基、罗切斯特和香农等人提出人工智能概念60年。如果人工智能发展分为三个阶段:弱人工智能、强人工智能、超人工智能,目前AlphaGo只能算弱人工智能。


把目光转向硅谷,这一直是个充满智慧和力量的地方。新的技术和产品触动着世界经济的神经,引导着社会发展的未来走向,特别是半导体、计算机、互联网等行业推动了设计信息产业的发展。硅谷的确颇有神奇之处:几十年来,它一直引领全球的科学创业浪潮,加上与华尔街的合作,催生了一个个财富神话。有一种代表性的说法:硅谷是一种思维状态。从斯坦福大学、惠普、半导体发明人肖克利、八叛客与仙童半导体公司、英特尔公司、苹果乔布斯、风险投资KPCB、软件埃利森和甲骨文、思科到网络巨头雅虎、谷歌、Facebook,硅谷就像一个“流动的圣节”,每三至五年进化一次,为全世界送出一批改变世界的明星公司。


信息技术的发展是数字化的驱动力,其中一个重要的定律:摩尔定律。1965年4月,戈登·摩尔写了一篇名为“让集成电路填满更多的元件”的文章,形象地描述了他对集成电路的发展所观察到的结果。这篇文章最出名的预测是关于“填满元件”的描述:在保持元件成本价格最低的情况下,其结构复杂程度每年大约增加两倍……可以确信,短期内虽然这一增长过程不一定会加快,但会持续保持。而从长远来看,这一增长过程会略有波动,但我们有充分的理由相信,这一增长至少还能持续10年。


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摩尔定律


实际情况是,摩尔定律最大的失误是太保守了:他的定律持续了40多年,而不仅仅是10年,并且除了集成电路,数字化领域也在突飞猛进。在没有增加成本的情况下,这个现象使计算机使用的晶体管呈指数形式增加。


数字化发展的历史


20世纪40年代中期,电子数字计算机“埃尼阿克”的出现,在信息处理领域带来了一场深刻的革命。五十年代初期,第二代电子计算机出现了,这样就开始了EDP(ElectronicDataProcessing)发展的历史。


50年代初,美国的统计局、空军、大城市保险公司和通用电气公司等,首先把计算机用于数据处理领域。欧美数字化工厂最开始兴起于第四次工业革命(工业4.0),大型制造业的厂商为了满足客户对于加快生产效率、优化产品设计以及减少成本花费各方面日益增长的需求,从而想办法将当时的新兴产业——计算机与之结合。大约在上世纪70年代,设计部门最先开始在设计工作中采用数字化的方式。他们使用2DCAD(计算机辅助设计)取代原有的人工草稿来制作产品设计图,这大大缩短了他们的工作时间也增强了产品设计的准确性。随后大型制造厂商,如福特和波音,也将数字化设计融入到他们的一系列产品开发制作过程中。80年代开始,3DCAD的诞生进一步改善了生产和设计的效率。自90年代起,数字化这一方式开始被工厂的各方面所采用。


通过CAD软件,计算机能够做出更加复杂的3D模型。各种软件逐渐成熟,例如产品生命周期软件(PLMSoftware)用来管理产品整个生命周期的信息,协助各个企业方便管理整个供应链。克莱斯勒在90年代中期就是通过PLM软件跻身成为制造成本最低的汽车制造商之一。而最近随着计算机领域不断发展,新的技术比如物联网(IoT)、增强现实(AR)、机器人技术和大数据更进一步打破了原有制造产业的生产方式和流程,把虚拟的数字世界和现实世界融合在一起,加大了各方协作,各取所长。通过计算机辅助设计、自动化、数据分析等,重新定义了工业生产过程。


计算机集成制造(CIM)是最初将IT和制造业结合在一起的理念。这个理念在1973年由小约瑟夫.哈灵顿(JosephHarringtonJr.)提出,他将整个生产环节作为不可分割的整体来做规划,而不是单独看生产过程中的某一环节。但这个概念在当时并没有被很好地理解和运用。


大众汽车有限公司的数字化进程


2016年开始,上汽大众就开始了数字化工厂的进程,当时的思考就是“IT怎么帮助建立下一代的工厂”?


◆充分利用产品、过程、设施等数据的价值;


◆利用最新的技术;


◆帮助规划、仿真和验证的有效性、实现有效的敏捷生产。


大众集团未来战略是“重塑”大众的核心业务,打造未来型的电动汽车和数字化的新能力。大众也计划把效益增长点扩大到移动服务,将打造一个数字化的生态环境。未来的数字化工厂架构如下图所:


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大众集团战略


大众位于德国的茨维考工厂将在2020年底之前完全转变为电动汽车生产,并广泛实现数字化。其使用第六代VASS标准,包括用于硬件、软件和可视化的自动解决方案,以及用于应用程序培训和技术提升的资料等。通过使用西门子技术Simute控制器、HMI面板和工控机,总装线的自动化率从17%提升到28%,冲压车间则从85%提升到89%,大量使用AGV技术。Audi工厂电控拧紧机独有的全数字通讯技术与整个车间拧紧中央控制器系统结合,能将生产中的数据转到数据库。




作者:张来仪,美国加州大学圣地亚哥分校(UCSD)


张书桥,上汽大众汽车有限公司


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