從3D打印到能源互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)技術正以其獨特的方式，撼動傳統(tǒng)的制造和能源行業(yè)，催生以定制式數(shù)字制造和分布式能源供給為特征的嶄新時代。信息技術與新材料和新能源技術相結合正在孕育新一輪產業(yè)革命。
面對制造業(yè)的數(shù)字化以及能源供給的分布式發(fā)展趨勢，“中國制造”何去何從？超越“摩爾定律”的高性能計算又將帶來哪些機遇和挑戰(zhàn)？在日前于太原舉辦的“新產業(yè)革命論壇”上，來自國內外的專家、學者對此展開討論。
3D打印引發(fā)變革
“只要一臺電腦、一個創(chuàng)意設計和一臺3D打印機，每個人都能成為制造商。”英國《經濟學人》雜志編輯、“第三次工業(yè)革命”系列報道撰稿人保羅·麥基里(Poul Markillie)在“新產業(yè)革命論壇”上表示，隨著3D打印技術的推廣，制造業(yè)中的規(guī)模效應和勞動力低成本優(yōu)勢將不再重要，已經成為“世界工廠”的中國制造業(yè)面臨挑戰(zhàn)。
所謂3D打印，就是以計算機三維設計模型為藍本，通過軟件操作，對材料進行選擇性的激光熔化，從而制造產品的快速成型技術。它的工作原理類似噴墨打印機，不過它噴出的不是墨水，而是黏接劑和液態(tài)材料。由于這種制造方式不需模板，也不用組裝，產品形態(tài)完全通過軟件操控，生產一件產品與大批量生產相比，單位成本幾乎一樣，所需勞動力數(shù)量大幅減少。
除此以外，麥基里稱，“中國制造”還將面臨“美國再制造”的挑戰(zhàn)。一項預測數(shù)據(jù)顯示，到2020年，10%到30%原本從中國進口的產品將會回歸美國本土。
“正在興起的‘自造者運動’，為重振美國制造業(yè)提供了路徑。”麥基里說，這一運動強調的是，人人都可以通過在線的網(wǎng)絡制造商，利用3D打印機創(chuàng)造產品，從而鼓勵那些不愿到工廠上班的年輕人，在家中創(chuàng)造屬于自己的工廠。借助3D打印技術，勞動力密集型的制造業(yè)正變身為高端的自動化產業(yè)。
“現(xiàn)在只需要2000美元就可以買到一臺小型的家用3D打印機。”麥基里說，目前，3D打印不僅應用于跑車、航天航空、人造衛(wèi)星、醫(yī)療器械等高端制造，手工藝品、珠寶首飾，甚至家庭用具等領域內的應用也在增多。麥基里說，人們甚至可以打印出一塊熱縮冷漲的金屬板。“看似違反自然規(guī)律，其實只要通過材料和結構的巧妙設計就可實現(xiàn)，傳統(tǒng)制造技術顯然對此無能為力。”
面對即將到來的產業(yè)變革，中國3D打印產業(yè)聯(lián)盟理事長王華明表示，短期來看，3D打印的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在難加工、高性能、昂貴的復雜部件上，對傳統(tǒng)制造業(yè)的沖擊不大。同時，3D打印還面臨版權、標準等難題有待破解。但長遠來看，在日趨智能化的數(shù)字制造時代，如果不能占據(jù)技術高端，成為全球制造體系的組織者和規(guī)則制定者，就有被“鎖定”在低端市場的風險。
能源互聯(lián)已成趨勢
制造業(yè)的數(shù)字化，將直接促進生產模式的分布化，進而為可再生能源的發(fā)展帶來機遇。專家認為，可再生能源的分布式生產、優(yōu)化存儲、分配及其技術創(chuàng)新將推動能源互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展。
“比如在未來的大學校園中，能源結構將更加多樣，有屋頂?shù)墓夥l(fā)電、地面的風電、天然氣發(fā)電等。只要計算出校園一年四季對冷、熱、電的綜合需求，根據(jù)可再生能源的利用情況，協(xié)調儲能、存放電策略，就可以實現(xiàn)低碳目標。”天津大學教授、中國電機工程學會常務理事王成山說，通過這種技術，電網(wǎng)與用戶之間可以充分互動。
然而，由于太陽能、風能等分布式的電源系統(tǒng)具有間歇性、隨機性特點，對電網(wǎng)的運行會帶來很大困難。如果電網(wǎng)運行出現(xiàn)故障，分布式電源必須立即退出，否則會給電網(wǎng)的維護、檢修工作帶來危險。王成山說，它的間歇性也會影響周邊用戶的正常使用。同時，大量分散的、屬于不同用戶的分布式電源難以優(yōu)化管理。“讓誰多發(fā)，不讓誰發(fā)，怎么進行能量的平衡和能源的綜合優(yōu)化，都對電網(wǎng)帶來挑戰(zhàn)。”
對此，王成山認為，微電網(wǎng)是一個不錯的解決方案。所謂微電網(wǎng)，實際上是把大量的分布式電源、用戶負荷以及儲能等綜合在一起形成的網(wǎng)絡，既可以成為電網(wǎng)的一部分，又是獨立的用電單元，能夠快速靈活地響應用戶需求。
中科院院士褚君浩認為，要建設能源互聯(lián)網(wǎng)，太陽能電池的能效需要提高至30%，這樣才能更好地收集和儲存能源。
高性能計算駛向何方
“信息技術將成為新產業(yè)革命的先導。”褚君浩表示，3D打印技術，離不開對產品從分子設計到工藝優(yōu)化的海量計算；在微電網(wǎng)內實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，同樣需要強大的數(shù)據(jù)挖掘和計算能力。無論是數(shù)字制造，還是能源互聯(lián)網(wǎng)，都離不開計算能力的提升和計算成本的降低。
“目前，CPU計算性能的增長速度已經遠遠快于摩爾定律。”英國皇家學會院士史蒂夫·弗伯(Steve Furber)說，高性能計算駛向何方，直接關系到新產業(yè)革命花落何方。弗伯透露，他領導的研究小組正在從人腦中尋求突破。他發(fā)現(xiàn)，與電腦相比，擁有10億神經元的人腦允許低性能單元的存在，通過并聯(lián)等方式實現(xiàn)高性能計算。目前，他正在主持一項神經系統(tǒng)工程，打算用包含100萬個處理器的計算機SpiNNaker模擬人腦神經元的1%。
盡管技術方向仍不明朗，但專家十分樂觀。英國劍橋大學丘吉爾學院院長大為·華萊士(David Wallace)對中國抱有熱切期待。他表示，中國培養(yǎng)了大量熟練的研究人員，完全有潛力開發(fā)出先進的智能通信和交互系統(tǒng)，深入挖掘高性能計算這一新技術。