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)數字化轉型工作方案(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控技術創(chuàng)新中心首席科學家  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”，并強調“加快發(fā)展數字經濟，促進數字經濟和實體經濟深度融合”。2023年中央經濟工作會議提出，“要大力推進新型工業(yè)化，發(fā)展數字經濟，加快推動人工智能發(fā)展”“要以科技創(chuàng)新推動產業(yè)創(chuàng)新，特別是以顛覆性技術和前沿技術催生新產業(yè)、新模式、新動能，發(fā)展新質生產力”“廣泛應用數智技術、綠色技術，加快傳統(tǒng)產業(yè)轉型升級”。以石化化工、鋼鐵、有色金屬、建材等為代表的原材料工業(yè)是國民經濟的支柱和基礎產業(yè)，是制造強國戰(zhàn)略的主戰(zhàn)場，也是推進新型工業(yè)化建設的重點領域。人工智能作為新一輪科技革命和產業(yè)變革的新質生產力和核心力量，正催生AI for Engineering這一工程研發(fā)與實踐新范式。加快推進人工智能技術和原材料工業(yè)深度融合，發(fā)展原材料產業(yè)數字化新質生產力，促進產業(yè)鏈、供應鏈和價值鏈的協(xié)同優(yōu)化，實現制造過程數字化轉型、智能化提升、系統(tǒng)化變革，是原材料工業(yè)轉型升級和高質量發(fā)展的重要推動力。
 

　　近年來，我國原材料工業(yè)數字化發(fā)展不斷走向縱深，重點行業(yè)關鍵工序自動化控制率、生產設備數字化率持續(xù)穩(wěn)步提升，但仍面臨數字化轉型基礎亟待提升、復合型人才緊缺，轉型路徑尚不明確、模式不夠清晰等問題。推進以工業(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實空間，極大提升研發(fā)設計、生產制造、安全環(huán)保、管理服務等環(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)化推進大會精神，加快推進原材料工業(yè)數字化轉型，助推現代化產業(yè)體系和制造強國建設，工業(yè)和信息化部等部門出臺了《原材料工業(yè)數字化轉型工作方案(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)數字化轉型的主要目標，即：原材料工業(yè)數字化轉型取得重要進展，實現重點企業(yè)完成數字化轉型診斷評估，推進數字技術在研發(fā)設計、生產制造、經營管理、市場服務等環(huán)節(jié)深度應用，大幅提高數字化智能化水平。從內涵上講，原材料工業(yè)數字化轉型是以高值化高端化、數字化智能化、綠色化低碳化為目標，創(chuàng)新物質轉化生產制造過程中物質流、能量流、價值流的自主智能協(xié)同調控技術，確保最好的產品質量、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。當前，我國大多數大中型原材料企業(yè)生產操作的“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，“神經中樞”(即各類網絡通訊等)也已日趨完善，亟需為企業(yè)裝上“集市場需求、研發(fā)設計、產品營銷、資源配置、生產制造、綠色低碳為一體，需求快速感知和供需精準匹配”的“智慧大腦”。數字化轉型深度賦能原材料工業(yè)，本質上是將生產制造過程運行調控、能源資源優(yōu)化配置、安全環(huán)保溯源管控、企業(yè)運營智慧決策等與5G、工業(yè)互聯(lián)網、大數據、人工智能等現代信息技術深度融合，實現產業(yè)鏈、供應鏈和價值鏈的協(xié)同優(yōu)化和水平提升，變革現有的生產、管理、營銷方式和模式，加快推進原材料工業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展，加快構建具有智能化、綠色化、融合化特征的現代產業(yè)體系。
 

　　《工作方案》提出，以提質升級、降本增效、綠色安全為最終目的，以“智改數轉網聯(lián)”為重要抓手，夯實數字化、網絡化、智能化基礎，深化以人工智能等顛覆性技術和前沿技術為核心發(fā)展新質生產力。據此，推動原材料工業(yè)數字化轉型，就是要建立客戶需求驅動的敏捷供應鏈，實現產業(yè)鏈供應鏈安全穩(wěn)定；研究全流程優(yōu)化運行的調控機制，確保產業(yè)鏈高端價值鏈最大；開展安環(huán)指標的實時監(jiān)控與溯源調控，確保工業(yè)生產更安全更環(huán)保。進一步地，圍繞發(fā)展目標，《工作方案》從基礎能力、賦能應用、主體培育、支撐服務等4個方面，提出14項主要任務。這些任務與以下人工智能賦能原材料工業(yè)的主要實現路徑息息相關：一是信息智能泛在感知，即應用大數據、工業(yè)互聯(lián)網、5G等技術對制造過程全流程信息進行智能感知與協(xié)同計算，實現制造過程數字孿生和虛擬制造。二是智能自主調控，依托生產制造信息物理系統(tǒng)，主動感知生產運行狀況的變化，自適應優(yōu)化調控生產過程的操作模式，實現安全、環(huán)保、質量、效率、能耗和價值等運行指標的多目標優(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)網和數字孿生系統(tǒng)，自主學習和主動響應，實現供應鏈敏捷管理和生產計劃調度的智能決策。第四是智能安環(huán)管控，通過泛在感知、風險智能預警和人機共融決策等實現開放環(huán)境下制造過程全生命周期安全、環(huán)保足跡監(jiān)控，風險溯源分析與智能處置。第五是智能運維服務，即通過數字化與可視化技術，融合機理、專家知識和人工智能，實現設備的預測性維護與全生命周期管理。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研究范式變革，開展新材料的創(chuàng)制。第七是產業(yè)鏈供應鏈協(xié)同優(yōu)化，通過工業(yè)互聯(lián)網、大數據、人工智能等新一代信息技術，有效協(xié)同和深度賦能產業(yè)鏈上下游企業(yè)，實現制造過程資源能源優(yōu)化配置和綜合效益最大化。
 

　　習近平總書記就推進新型工業(yè)化作出重要指示強調，強調要積極主動適應和引領新一輪科技革命和產業(yè)變革，把高質量發(fā)展的要求貫穿新型工業(yè)化全過程，把建設制造強國同發(fā)展數字經濟、產業(yè)信息化等有機結合，為中國式現代化構筑強大物質技術基礎。原材料工業(yè)數字化轉型，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賦能原材料工業(yè)新型工業(yè)化建設的重要實踐，是促進原材料工業(yè)高質量發(fā)展的重要引擎，將進一步助力企業(yè)質量變革、效率變革、動力變革。這也是推動產業(yè)基礎高級化和產業(yè)鏈現代化，為推進新型工業(yè)化和建設現代化產業(yè)體系夯實重要基底的關鍵支撐。