智能制造作為新一代信息技術(shù)與先進制造技術(shù)深度融合的新型生產(chǎn)方式,已經(jīng)成為新一輪工業(yè)革命的核心驅(qū)動力。新中國成立75年來,中國的智能制造從零起步,不斷建立起完善的基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的完整體系。
新中國成立初期,我國工業(yè)制造業(yè)幾乎從零起步,幾乎沒有任何大型的科研設(shè)備。
上世紀五六十年代,從新中國第一輛解放牌汽車試制成功,第一臺紅寶石激光器誕生,成功實現(xiàn)激光輸出等一系列零的突破,中國制造逐漸積累起來。
20世紀80年代,我國研制成功第一臺工業(yè)機器人樣機,隨后水下機器人等各類機器人產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),帶動我國工業(yè)制造能力不斷提升。
黨的十八大以來,隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展,我國工業(yè)加速轉(zhuǎn)型升級步伐,向高端化、智能化、綠色化發(fā)展邁進。越來越多高端、綠色的“中國制造”進入全球用戶視野,產(chǎn)品競爭力顯著提升。
75年來,從“造不了”到“造得出”再到“造得好”,中國制造業(yè)穿越了發(fā)達國家?guī)装倌甑墓I(yè)化歷程,工業(yè)增加值從1952年的120億元增加到2023年的39.9萬億元,繪就了一條“飛躍式”的增長曲線。
給中國“千里眼”造最大“眼角膜”
新中國很多第一個重要的科研裝備是在中國科學(xué)院長春光機所開始研制的,一起去看一下。
在中國科學(xué)院長春光機所的實驗室里,科研人員正在對4米量級的碳化硅反射鏡背面進行銑磨,銑磨精度要小于10微米,這是材料成型的最后一道工藝,也是關(guān)系到成品能否順利安裝到我國大型光電設(shè)備中的重要一環(huán)。
中國科學(xué)院長春光機所副研究員 崔聰聰:這塊反射鏡最終交付后,將應(yīng)用于我國地基大口徑觀測系統(tǒng)中,助力我國深空探測事業(yè)的發(fā)展。過去我國大口徑光電裝備受限于反射鏡材料的尺寸,限制了觀測能力,而現(xiàn)在我們已研制出世界上最大口徑的碳化硅反射鏡。
無論是從地面仰望星空,還是從空間俯瞰大地,都離不開光學(xué)望遠鏡這個“眼睛”。如果把光學(xué)望遠鏡比作人類的“千里眼”,那么光學(xué)望遠鏡中的主反射鏡就可以稱之為“眼角膜”,主反射鏡的口徑越大,光學(xué)望遠鏡的空間分辨率就會越高,也就是能看得更加清晰。如今,從材料制備、加工到改性、鍍膜等各環(huán)節(jié),中國科學(xué)院長春光機所已全面掌握大口徑碳化硅反射鏡制造的核心技術(shù)。
中國科學(xué)院長春光機所高級工程師 趙汝成:20世紀90年代,我國載人航天工程立項,急需相關(guān)的一些大口徑反射鏡,當時咱們國家首先沒有這項技術(shù),也查不到相關(guān)的一些信息,它是一片空白,買又買不來,我們國家就提出要進行大口徑反射鏡這方面的研制。
長春光機所,被譽為新中國“光學(xué)的搖籃”,在王大珩院士等科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)下,這里研制出中國第一爐光學(xué)玻璃、第一臺紅寶石激光器、第一臺高精度經(jīng)緯儀等十幾項“中國第一”。
2001年末,長春光機所“空間用碳化硅質(zhì)輕型反射鏡鏡體制造研究”課題正式立項,自此,開啟了碳化硅反射鏡“中國造”的科研之路。在國內(nèi)相關(guān)技術(shù)、裝備、經(jīng)驗基本為零的情況下,把碳化硅反射鏡做出來,不僅要突破多項關(guān)鍵技術(shù),還要自主設(shè)計研發(fā)全鏈路集成制造系統(tǒng)。這臺我國完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的碳化硅反射鏡燒結(jié)爐,也見證了科研人員在這里完成的成千上萬次試驗。
在長春光機所的花園里,擺放的是一面2015年研制出的反射鏡實驗鏡,它的口徑達到了4米量級,成為世界上最大口徑的碳化硅反射鏡。然而,歷經(jīng)反復(fù)試驗,已經(jīng)成形的這個反射鏡卻無法交付使用,原因就是鏡面表層頭發(fā)絲般的裂紋。
中國科學(xué)院長春光機所副研究員 崔聰聰:4米碳化硅反射鏡的打磨拋光,面形精度要求達到15納米甚至更高。如果等比放大,相當于把北京五環(huán)內(nèi)的地面平整到高度差小于1毫米的精度,這是世界上沒人啃下的“硬骨頭”,但是,我們就是要給中國的“千里眼”造出最大的“眼角膜”。
在老一輩科學(xué)家科研精神的指引下,科研團隊歷經(jīng)上萬次實驗,終于成功研制第五塊鏡坯,完成加工鍍膜后,已應(yīng)用在我國大型光電設(shè)備中。如今,在全世界大大小小的光學(xué)望遠鏡的反射鏡中,口徑最大、采用碳化硅材料制成的那一塊,就來自中國。
中國機器人事業(yè)搖籃的“智造”底氣
除了這些用于大型科學(xué)實驗和工程中的儀器設(shè)備,機器人在我國也經(jīng)歷了從無到有的發(fā)展之路。機器人被譽為“制造業(yè)皇冠頂端上的明珠”,中國科學(xué)院沈陽自動化研究所,被譽為中國機器人事業(yè)的搖籃,20世紀80年代初,中國的第一個工業(yè)機器人就在這里萌芽。
在中國科學(xué)院沈陽自動化研究所的機器人學(xué)研究室,科研人員正在對一個雙臂精細操作機器人進行性能測試。這臺機器人通過模仿人類的上肢結(jié)構(gòu),可以更好地模擬人類運動,學(xué)習人類的操作技能。
中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)研究室研究員 崔龍:一條機械臂有1.4米長,比人的手臂稍微長一些,所以它的工作范圍也會更大。精度非常高,能達到0.01毫米,它還可以通過AI算法去學(xué)習人的技能,然后脫離人的操作,自行做一些動作。
該項技術(shù)將有望幫助醫(yī)生通過精確的遠程操控實現(xiàn)實時診斷和治療。
中國科學(xué)院沈陽自動化研究所機器人學(xué)研究室研究員 崔龍:我們這款機器人所有的零部件都是國產(chǎn)的,包括里邊的核心部件,減速機、電機、驅(qū)動器,包括里面的控制算法,還有控制器都是我們自主研發(fā)的。
加快關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā),沈陽自動化所科研人員一直在加速奔跑。20世紀70年代,面對研發(fā)機器人是搞“花架子”的質(zhì)疑,沈陽自動化所在老所長蔣新松的帶領(lǐng)下,研發(fā)出中國第一臺工業(yè)機器人樣機。隨后,老一輩科學(xué)家們以水下機器人作為“突破口”,在解決一個又一個技術(shù)難題后,1985年12月國內(nèi)第一臺水下機器人——“海人一號”研發(fā)成功。
將夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。在使命的召喚下,一代代科研人員接續(xù)努力,不斷完成一個又一個新成果的研發(fā)。90年代,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,越來越多的國內(nèi)企業(yè)開始引進國外工業(yè)機器人,但由于我國當時機器人技術(shù)落后,常常面臨著國外的高價壟斷和技術(shù)封鎖。
中國工程院院士 王天然:沈陽金杯那時已經(jīng)建立了一條新的生產(chǎn)線,生產(chǎn)日本那種面包車,生產(chǎn)技術(shù)是從日本引進的,AGV車(自動導(dǎo)引運輸車)是美國的,生產(chǎn)線已經(jīng)全部做完了,廠房車間都做完了,美國人不賣了。
汽車廠找到沈陽自動化所來解決這個難題。
中國工程院院士 王天然:863課題有移動機器人的研究,非??炀妥龀隽艘粋€AGV樣機,拿到現(xiàn)場去了,結(jié)果是天天出毛病,所以我們的人盯在現(xiàn)場不斷改。這個過程持續(xù)了半年,半年時間以后,我們把所有問題都排除了,形成了國內(nèi)的第一臺產(chǎn)品,給企業(yè)用了,而且我們還技術(shù)出口了。
建所六十余年來,研究所科研成果持續(xù)服務(wù)于我國航空航天、海洋科學(xué)考察與科學(xué)研究以及制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級。研發(fā)的譜系化海洋機器人服務(wù)于我國深海資源勘探、海洋調(diào)查研究、深淵和極地科考等重大需求。
在復(fù)雜條件下的光電探測、智能信息處理等技術(shù)領(lǐng)域取得一系列創(chuàng)新成果。研制的空間智能裝備為我國載人航天、深空探測等重大航天工程提供了重要支撐。智能制造成果在電力輸送、石油開采等復(fù)雜工業(yè)過程得到規(guī)模化應(yīng)用。
中國科學(xué)院沈陽自動化研究所副所長 劉連慶:“十四五”時期,沈陽自動化所將持續(xù)關(guān)注機器人、智能制造和光電信息,做一些基礎(chǔ)性、顛覆性、前沿性的研究。對于我們的裝備,我們是應(yīng)用一代、研制一代、探索一代,形成一個體系化的發(fā)展,為國家的科技創(chuàng)新,為國家科技強國目標的實現(xiàn)做出更大貢獻。(總臺央視記者 帥俊全 張春玲 趙酉龍 王亞平 晁向榮)
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