中國工程院院士錢鋒：“人工智能賦能原材料工業(yè)新型工業(yè)化”之實踐

　　《原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作方案(2024—2026年)》系列解讀文章之二：“人工智能賦能原材料工業(yè)新型工業(yè)化”之實踐
 

　　中國工程院院士、華東理工大學(xué)教授、國家智能制造專家委員會副主任、國家流程制造智能調(diào)控技術(shù)創(chuàng)新中心首席科學(xué)家  錢鋒

 

　　黨的二十大報告提出，“推動制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展”，并強(qiáng)調(diào)“加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實體經(jīng)濟(jì)深度融合”。2023年中央經(jīng)濟(jì)工作會議提出，“要大力推進(jìn)新型工業(yè)化，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，加快推動人工智能發(fā)展”“要以科技創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，特別是以顛覆性技術(shù)和前沿技術(shù)催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動能，發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力”“廣泛應(yīng)用數(shù)智技術(shù)、綠色技術(shù)，加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級”。以石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材等為代表的原材料工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場，也是推進(jìn)新型工業(yè)化建設(shè)的重點領(lǐng)域。人工智能作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的新質(zhì)生產(chǎn)力和核心力量，正催生AI for Engineering這一工程研發(fā)與實踐新范式。加快推進(jìn)人工智能技術(shù)和原材料工業(yè)深度融合，發(fā)展原材料產(chǎn)業(yè)數(shù)字化新質(zhì)生產(chǎn)力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈和價值鏈的協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)制造過程數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化提升、系統(tǒng)化變革，是原材料工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展的重要推動力。
 

　　近年來，我國原材料工業(yè)數(shù)字化發(fā)展不斷走向縱深，重點行業(yè)關(guān)鍵工序自動化控制率、生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率持續(xù)穩(wěn)步提升，但仍面臨數(shù)字化轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)亟待提升、復(fù)合型人才緊缺，轉(zhuǎn)型路徑尚不明確、模式不夠清晰等問題。推進(jìn)以工業(yè)元宇宙、工業(yè)大模型為代表的工業(yè)智能與智能系統(tǒng)前沿研究將打通虛擬空間和現(xiàn)實空間，極大提升研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、安全環(huán)保、管理服務(wù)等環(huán)節(jié)的決策效率和水平，為原材料工業(yè)帶來系統(tǒng)性變革。面向新形勢、新要求，為貫徹落實全國新型工業(yè)化推進(jìn)大會精神，加快推進(jìn)原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，助推現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系和制造強(qiáng)國建設(shè)，工業(yè)和信息化部等部門出臺了《原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作方案(2024-2026)》(以下簡稱《工作方案》)。
 

　　《工作方案》提出了2024-2026年原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要目標(biāo)，即：原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型取得重要進(jìn)展，實現(xiàn)重點企業(yè)完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型診斷評估，推進(jìn)數(shù)字技術(shù)在研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、市場服務(wù)等環(huán)節(jié)深度應(yīng)用，大幅提高數(shù)字化智能化水平。從內(nèi)涵上講，原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型是以高值化高端化、數(shù)字化智能化、綠色化低碳化為目標(biāo)，創(chuàng)新物質(zhì)轉(zhuǎn)化生產(chǎn)制造過程中物質(zhì)流、能量流、價值流的自主智能協(xié)同調(diào)控技術(shù)，確保最好的產(chǎn)品質(zhì)量、最低的制造成本、最安全綠色的制造過程、最短的交付周期，是企業(yè)降本增效、提升價值的核心。當(dāng)前，我國大多數(shù)大中型原材料企業(yè)生產(chǎn)操作的“手和腳”(即自動控制裝備和系統(tǒng)，如執(zhí)行器、DCS、PLC、SIS等)和“眼睛”(即各類傳感器、檢測儀器儀表等)都已比較先進(jìn)，“神經(jīng)中樞”(即各類網(wǎng)絡(luò)通訊等)也已日趨完善，亟需為企業(yè)裝上“集市場需求、研發(fā)設(shè)計、產(chǎn)品營銷、資源配置、生產(chǎn)制造、綠色低碳為一體，需求快速感知和供需精準(zhǔn)匹配”的“智慧大腦”。數(shù)字化轉(zhuǎn)型深度賦能原材料工業(yè)，本質(zhì)上是將生產(chǎn)制造過程運(yùn)行調(diào)控、能源資源優(yōu)化配置、安全環(huán)保溯源管控、企業(yè)運(yùn)營智慧決策等與5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈和價值鏈的協(xié)同優(yōu)化和水平提升，變革現(xiàn)有的生產(chǎn)、管理、營銷方式和模式，加快推進(jìn)原材料工業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展，加快構(gòu)建具有智能化、綠色化、融合化特征的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。
 

　　《工作方案》提出，以提質(zhì)升級、降本增效、綠色安全為最終目的，以“智改數(shù)轉(zhuǎn)網(wǎng)聯(lián)”為重要抓手，夯實數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化基礎(chǔ)，深化以人工智能等顛覆性技術(shù)和前沿技術(shù)為核心發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。據(jù)此，推動原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就是要建立客戶需求驅(qū)動的敏捷供應(yīng)鏈，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定；研究全流程優(yōu)化運(yùn)行的調(diào)控機(jī)制，確保產(chǎn)業(yè)鏈高端價值鏈最大；開展安環(huán)指標(biāo)的實時監(jiān)控與溯源調(diào)控，確保工業(yè)生產(chǎn)更安全更環(huán)保。進(jìn)一步地，圍繞發(fā)展目標(biāo)，《工作方案》從基礎(chǔ)能力、賦能應(yīng)用、主體培育、支撐服務(wù)等4個方面，提出14項主要任務(wù)。這些任務(wù)與以下人工智能賦能原材料工業(yè)的主要實現(xiàn)路徑息息相關(guān)：一是信息智能泛在感知，即應(yīng)用大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G等技術(shù)對制造過程全流程信息進(jìn)行智能感知與協(xié)同計算，實現(xiàn)制造過程數(shù)字孿生和虛擬制造。二是智能自主調(diào)控，依托生產(chǎn)制造信息物理系統(tǒng)，主動感知生產(chǎn)運(yùn)行狀況的變化，自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)控生產(chǎn)過程的操作模式，實現(xiàn)安全、環(huán)保、質(zhì)量、效率、能耗和價值等運(yùn)行指標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化。三是智能優(yōu)化決策，針對全球化的市場供需，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生系統(tǒng)，自主學(xué)習(xí)和主動響應(yīng)，實現(xiàn)供應(yīng)鏈敏捷管理和生產(chǎn)計劃調(diào)度的智能決策。第四是智能安環(huán)管控，通過泛在感知、風(fēng)險智能預(yù)警和人機(jī)共融決策等實現(xiàn)開放環(huán)境下制造過程全生命周期安全、環(huán)保足跡監(jiān)控，風(fēng)險溯源分析與智能處置。第五是智能運(yùn)維服務(wù)，即通過數(shù)字化與可視化技術(shù)，融合機(jī)理、專家知識和人工智能，實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)與全生命周期管理。第六是新材料研發(fā)，融合高通量計算和高通量實驗，基于生成式人工智能帶來的科學(xué)研究范式變革，開展新材料的創(chuàng)制。第七是產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化，通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，有效協(xié)同和深度賦能產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，實現(xiàn)制造過程資源能源優(yōu)化配置和綜合效益最大化。
 

　　習(xí)近平總書記就推進(jìn)新型工業(yè)化作出重要指示強(qiáng)調(diào)，強(qiáng)調(diào)要積極主動適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，把高質(zhì)量發(fā)展的要求貫穿新型工業(yè)化全過程，把建設(shè)制造強(qiáng)國同發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)信息化等有機(jī)結(jié)合，為中國式現(xiàn)代化構(gòu)筑強(qiáng)大物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。原材料工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，是以工業(yè)智能與智能系統(tǒng)前沿為核心的人工智能技術(shù)賦能原材料工業(yè)新型工業(yè)化建設(shè)的重要實踐，是促進(jìn)原材料工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎，將進(jìn)一步助力企業(yè)質(zhì)量變革、效率變革、動力變革。這也是推動產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化，為推進(jìn)新型工業(yè)化和建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系夯實重要基底的關(guān)鍵支撐。