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3D打印引发制造业革命 能源互联是大趋势

发表于:2019-10-14 15:13 作者:新闻小编 来源:新闻小编

  从3D打印到能源互联网,数字化和互联网技术正以其独特的方式,撼动传统的制造和能源行业,催生以定制式数字制造和分布式能源供给为特征的崭新时代。信息技术与新材料和新能源技术相结合正在孕育新一轮产业革命。

  面对制造业的数字化以及能源供给的分布式发展趋势,中国制造何去何从?超越摩尔定律的高性能计算又将带来哪些机遇和挑战?在日前于太原举办的新产业革命论坛上,来自国内外的专家、学者对此展开讨论。

  3D打印引发变革

  只要一台电脑、一个创意设计和一台3D打印机,每个人都能成为制造商。英国《经济学人》杂志编辑第三次工业革命系列报道撰稿人保罗?麦基里(PoulMarkillie)在新产业革命论坛上表示,随着3D打印技术的推广,制造业中的规模效应和劳动力低成本优势将不再重要,已经成为世界工厂的中国制造业面临挑战。

  所谓3D打印,就是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件操作,对材料进行选择性的激光熔化,从而制造产品的快速成型技术。它的工作原理类似喷墨打印机,不过它喷出的不是墨水,而是黏接剂和液态材料。由于这种制造方式不需模板,也不用组装,产品形态完全通过软件操控,生产一件产品与大批量生产相比,单位成本几乎一样,所需劳动力数量大幅减少。

  除此以外,麦基里称中国制造还将面临美国再制造的挑战。一项预测数据显示,到2020年,10%到30%原本从中国进口的产品将会回归美国本土。

  正在兴起的自造者运动,为重振美国制造业提供了路径。麦基里说,这一运动强调的是,人人都可以通过在线的网络制造商,利用3D打印机创造产品,从而鼓励那些不愿到工厂上班的年轻人,在家中创造属于自己的工厂。借助3D打印技术,劳动力密集型的制造业正变身为高端的自动化产业。

  现在只需要2000美元就可以买到一台小型的家用3D打印机。麦基里说,目前,3D打印不仅应用于跑车、航天航空、人造卫星、医疗器械等高端制造,手工艺品、珠宝首饰,甚至家庭用具等领域内的应用也在增多。麦基里说,人们甚至可以打印出一块热缩冷涨的金属板。看似违反自然规律,其实只要通过材料和结构的巧妙设计就可实现,传统制造技术显然对此无能为力。

  面对即将到来的产业变革,中国3D打印产业联盟理事长王华明表示,短期来看,3D打印的优势主要体现在难加工、高性能、昂贵的复杂部件上,对传统制造业的冲击不大。同时,3D打印还面临版权、标准等难题有待破解。但长远来看,在日趋智能化的数字制造时代,如果不能占据技术高端,成为全球制造体系的组织者和规则制定者,就有被锁定在低端市场的风险。

  能源互联已成趋势

  制造业的数字化,将直接促进生产模式的分布化,进而为可再生能源的发展带来机遇。专家认为,可再生能源的分布式生产、优化存储、分配及其技术创新将推动能源互联网快速发展。

工业互联网

  比如在未来的大学校园中,能源结构将更加多样,有屋顶的光伏发电、地面的风电、天然气发电等。只要计算出校园一年四季对冷、热、电的综合需求,根据可再生能源的利用情况,协调储能、存放电策略,就可以实现低碳目标。天津大学教授、中国电机工程学会常务理事王成山说,通过这种技术,电网与用户之间可以充分互动。

  然而,由于太阳能、风能等分布式的电源系统具有间歇性、随机性特点,对电网的运行会带来很大困难。如果电网运行出现故障,分布式电源必须立即退出,否则会给电网的维护、检修工作带来危险。王成山说,它的间歇性也会影响周边用户的正常使用。同时,大量分散的、属于不同用户的分布式电源难以优化管理。让谁多发,不让谁发,怎么进行能量的平衡和能源的综合优化,都对电网带来挑战。

  对此,王成山认为,微电网是一个不错的解决方案。所谓微电网,实际上是把大量的分布式电源、用户负荷以及储能等综合在一起形成的网络,既可以成为电网的一部分,又是独立的用电单元,能够快速灵活地响应用户需求。

  中科院院士褚君浩认为,要建设能源互联网,太阳能电池的能效需要提高至30%,这样才能更好地收集和储存能源。

  高性能计算驶向何方

  信息技术将成为新产业革命的先导。褚君浩表示,3D打印技术,离不开对产品从分子设计到工艺优化的海量计算;在微电网内实现资源的优化配置,同样需要强大的数据挖掘和计算能力。无论是数字制造,还是能源互联网,都离不开计算能力的提升和计算成本的降低。

  目前,CPU计算性能的增长速度已经远远快于摩尔定律。英国皇家学会院士史蒂夫?弗伯(SteveFurber)说,高性能计算驶向何方,直接关系到新产业革命花落何方。弗伯透露,他领导的研究小组正在从人脑中寻求突破。他发现,与电脑相比,拥有10亿神经元的人脑允许低性能单元的存在,通过并联等方式实现高性能计算。目前,他正在主持一项神经系统工程,打算用包含100万个处理器的计算机SpiN-Naker模拟人脑神经元的1%。

  尽管技术方向仍不明朗,但专家十分乐观。英国剑桥大学丘吉尔学院院长大为?华莱士(DavidWallace)对中国抱有热切期待。他表示,中国培养了大量熟练的研究人员,完全有潜力开发出先进的智能通信和交互系统,深入挖掘高性能计算这一新技术。

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