先进制造2024｜新一代装备前沿概念：无人装备助力科研探索与产业革新（先进制造前沿第3期）

  新一代装备主要由两类装备研制过程中应运而生，第一类是人类在探索新空间、研究新现象、发现新科学过程中研制的各类科研装备。第二类是人类在解决现有经济作业或社会治理过程中为实现更加安全、高效和经济的作业方式研制的各类智能装备。从产业化角度，结合经济发展需求，未来随着产品技术逐渐成熟，科研装备及有关技术有着一定产业化潜力，而智能装备大多在产业化进程中，部分装备已经实现产业化。无人装备是指有着执行无人化、系统智能化、作业网联化等能力特征的新一代装备，是由机械、控制、计算机、通信、材料等多种技术融合而成，对提高经济发展效率，降低人类作业风险，培育新经济新业态，探索未来发展空间有着重要意义。

  执行无人化是指无人装备具有通过自身实现各类运动功能与作业操作的能力特征，是各类机械、控制、材料、能源有关技术赋能装备的极致功能体现，使得无人装备可协助人类在更为复杂危险的环境中作业。

  系统智能化是指无人装备具有通过自我感知当前作业环境并做出准确分析，进而建立作业计划系统分析当前态势的能力特征，是人工智能、大数据、计算机有关技术赋能装备的集中体现，也是装备自主开展高效作业与环境感知的前提。

  作业网联化是指无人装备具有与人类、其他无人装备、其他有人操作装备与系统之间交换并运用信息的能力特征，是5G、卫星互联网及其他通信技术赋能装备及相关系统的综合体现，是无人装备高效开展各类科研与经济活动的基础。

  依据无人装备的作业空间，可将无人装备大体划分为空中无人装备、陆地无人装备和海洋无人装备。不同空间中可延展出适应不一样空间的细分无人装备产品，在实际作业过程中也会出现各类无人装备在两种或三种作业空间相互融合协作开展相关作业的现象。

  低空、临空、深空等空间有着广阔的经济发展与科技探索空间，是驱动万亿级产业的超级场景，而空中无人装备是开发万亿产业的核心产品。空中无人装备是由低空无人飞行器、临空无人飞行器、无人航天器以及深空探测器等各类装备组成。其延展的相关作业系统是保障空中无人装备运行与网联的基础支撑设施，包括网络设施、数据平台、监管设施以及固定和移动的各类飞行起降场地。

  低空无人值守系统能从空中获取作业面的大部分视角，以此来实现高效作业。同时在一些高风险或恶劣环境下，使用低空无人值守系统在降低人员伤亡的风险的同事提高作业效率。

  具体来看，低空无人值守系统是一种先进的智能化管理系统，这种系统通过集成先进的技术和设备，实现了无人机的自主起降、飞行任务执行以及数据收集和处理等功能，无需人工现场操作。低空无人值守系统主要由低空的固定翼或旋翼机、高空的无人飞艇和气球、太空中的卫星、机库（固定式无人机库和可移动式机库）、云端服务器、地面信号接收站、地面数据指挥中心等要素构成。

  陆地作业空间是最常见的作业空间，其无人装备种类较为丰富，最重要的包含了前沿仿生机器装备和陆地无人运输与驾驶载具，还有别的例如无人农机、无人工程机械等无人装备。无人装备为传统工业产业升级赋能，降低人员风险，提升生产效率，广泛的运用在无人采掘作业空间和无人工厂作业空间中，其他的还有其他例如农业等陆地无人作业空间。此外，在无人矿产采掘和无人工厂作业过程中还需借助微型检测无人机、智能监控装置及可视化远程监控装置等设备构成的辅助作业系统。

  随着近年来科学技术加快速度进行发展，人工智能、工业互联网、云平台、大数据、机器人、5G等先进的技术为地下矿井采掘装备赋能，叠加矿山井下作业本身就具有环境错综复杂的特点，作业安全风险隐患无处不在，人员作业面临极高的风险。为降低这种风险并提升工作效率，地下矿井无人采掘系统应运而生。

  地下矿井无人采掘系统利用远程监控设备，并且结合微型矿井检测无人机反馈数据对矿场勘探和挖掘进度进行进度监控、安全监测，并且利用AI对采掘计划进行决策，将任务分配给智能无人采掘机和无人轨道交通载具等。推动井下采掘全流程向无人化、自主化、智能化和高效化的方向发展。

  地球上71%的面积被海洋所覆盖，但人类对海洋的开发远少于对陆地和天空的开发，海洋无人装备则是助力探索新空间、研究新现象的重要装备。海洋无人装备是由无人船/艇、海洋无人基础设施、水下无人作业装备及深海无人作业装备等各类装备组成。其延展的相关辅助作业系统保障互联运行，包括卫星、无人机、地面通讯基站和数据处理中心等。

  海洋无人观测系统多用于科研工作，这中间还包括了可搭载多种海洋环境监视测定仪器的水面和水下无人航行器，在水面和水下进行同时观测，并且通过水面浮标、空中无人飞行器和卫星共同构建的通信网络将信息传回地面数据中心，以此来实现海洋持续无人观测。

  系统谋划新场景，坚持从场景中挖掘需求。未来，需从顶层设计出发，做全面、系统的规划，培育建设标杆场景，建立场景探索、开发开放、试点示范、综合应用的成熟模式。与此同时，还需逐渐完备无人装备的监管场景，确保其运行的安全性和合规性，为无人装备的运行提供坚实保障。

  随着无人装备的应用领域不断探索，相关产业的升级与转型进程将不断推进。在这一进程中，须高度关注无人装备在区域协作与产业协同中所面临的新挑战和问题，关注场景中各类需求的可持续性，采取有明确的目的性的措施，深入无人装备应用场景的经济化探索。

  建议着重关注无人装备的跨域感知、智能交互、网络安全等技术方向最新成果，以此推动相关成果的转化，为科学技术创新和产业升级注入新动力。另一方面，需同时制定科学的技术标准，提升产品质量，引导形成产品加工新工艺。

  中试是产业化发展不可或缺的环节，它能够有效地降低科技研发的成本，并提升科技成果的转移与转化效率。加强中试相关资源整合的必要性日益凸显，对加速无人装备产品化研制的步伐，形成完整的产业创新体系有着重要促进作用。

  建议政府积极发挥引领作用，引导市场和投资机构等多元主体形成合力，吸引长期投资者参与新兴起的产业投资，共同为产业创新提供持续且稳定的资金支持，在整个产业链中形成循环效应和复利效应，加速无人装备向产业化进程发展。

  建议政府、高校和企业三方共同参与，从政策支持和资金保障、教育资源和人才储备、实践平台和职业发展三方面形成合力，培养出一支拥有战略科学家、科技领军人才、青年科学技术人才、高素质技术技能人才、企业经营管理人才的人才队伍，对无人装备产业化进程发展提供助力。

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