前幾年大家談工業(yè) 4.0 和智能制造比較多，在回顧歷次工業(yè)革命時，通常從制造技術(shù)進步和管理流程變革兩個角度來解讀。
比較有意思的是中國工程院原院長周濟總結(jié)的 HCPS（人﹣ Cyber ﹣物理系統(tǒng)）， 把人納入物理世界和Cyber 世界的互動之中；這兩年大家關(guān)注工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，主要從數(shù)字驅(qū)動和商業(yè)模式演變的角度來闡釋，但我們始終不能忘記GE 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書看問題的角度，即探索和重新定義人和機器的邊界；最近熱點轉(zhuǎn)移到人工智能（AI）和智能機器人上來了，看問題的角度多是技術(shù)落地和社會倫理。
盡管AI 和機器人各自發(fā)展了數(shù)十年，強人工智能和能夠理解情感和人類智慧的機器人距離我們還十分遙遠， 但人們很愿意討論機器智能和人類智能的關(guān)系問題。
不久前看一篇國際紡織機械展覽會（ITMA）會刊上關(guān)于紡織工業(yè)可持續(xù)創(chuàng)新方面的訪談文章，受訪者提了一個“3P”的概念，即無論采用何種技術(shù)，無論過程如何演進，我們都在尋求人（People）、地球（Planet）、利潤（Profit）三者之間的更高水平的平衡。
看起來，無論世道如何演變，我們都離不開對人的關(guān)注，離不開人和人造系統(tǒng)的關(guān)系。
關(guān)于下一次工業(yè)革命所發(fā)生的領(lǐng)域，已經(jīng)有很多不同的預(yù)測，比如AI、能源、生物、信息和材料領(lǐng)域。
最近有一篇文章介紹卡耐基梅隆大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)出了新的非侵入腦機接口技術(shù)， 可以僅僅依靠頭戴式傳感器采集大腦皮層的腦電波信號，實現(xiàn)由人的意識控制機器臂跟蹤電腦屏幕上隨機出現(xiàn)的小球。據(jù)稱該技術(shù)的發(fā)展將引發(fā)人機交互領(lǐng)域的新革命，帶來健康養(yǎng)老等領(lǐng)域的技術(shù)飛躍。
這樣的“黑科技”實際上是柔性可穿戴智能傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、機器人技術(shù)和信息通信技術(shù)的交叉融合。
所以更加客觀的觀點其實是下一次工業(yè)革命是充分跨界的，是由不同領(lǐng)域的科技突破互相促進、互相融合之后共同激發(fā)的，而新材料及其制造技術(shù)的重大突破是所有這些領(lǐng)域發(fā)展的共同使能要素。
2014 年底，一群主要來自上海和北京，由紡織工程、工業(yè)自動化、半導(dǎo)體、鋼鐵、科技情報和媒體等跨界背景的專家自發(fā)組建的工作組，在智能制造和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級的大背景下， 開始關(guān)注德國未來紡織（FutureTEX）計劃。
2016 年 4 月，中國科技自動化聯(lián)盟紡織未來工作組正式成立，同時開始跟蹤美國革命性纖維與織物制造創(chuàng)新中心（RFT﹣MII）的運作和研究領(lǐng)域。工作組專家們反復(fù)論證后意識到：
纖維，作為一種長徑比超過一定數(shù)值的材料，其涵蓋范圍非常廣泛，而基于下一代纖維的科技革命和由此推動的下一輪產(chǎn)業(yè)革命初現(xiàn)端倪，其范圍已大大突破了纖維的傳統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)——紡織行業(yè)，將在更多傳統(tǒng)和新興行業(yè)里面起到巨大的推動作用。
2016 年 7 月，專家們正式在世界范圍內(nèi)首次提出“大纖維”這一創(chuàng)新概念，同時將工作組更名為大纖維產(chǎn)業(yè)工作組。
從此開始了發(fā)現(xiàn)、推動、編織大纖維產(chǎn)業(yè)的歷程。
大纖維是基于材料、信息、機電、生物、能源等學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)突破與交叉融合，以“智能、超能、綠色”為特征，具有多功能、多結(jié)構(gòu)、多組分特性，對眾多產(chǎn)業(yè)集群起到高滲透性、顛覆性、革命性提升效果的新一代纖維。
一個以先進纖維材料為基礎(chǔ)，具備多組分、多結(jié)構(gòu)和多功能特點，能夠感知、計算、儲能、通信、執(zhí)行的新型智能纖維家族已經(jīng)開始出現(xiàn)并走向市場，國內(nèi)復(fù)旦大學(xué)、浙江大學(xué)、東華大學(xué)等高校和研究機構(gòu)均有類似技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)，有的還注冊了公司進行小規(guī)模制造和產(chǎn)業(yè)化。
這方面的例子有很多，如香港理工大學(xué)陶肖明團隊從事的基于纖維的智能可穿戴技術(shù)開發(fā)，致力于通過纖維解決發(fā)電、傳感和通信問題，下一代可穿戴設(shè)備將在高性能織物里面集成這些功能，從而實現(xiàn)從外掛到內(nèi)嵌再到內(nèi)生的跨越。
中科院蘇州納米所李清文團隊從事的基于碳納米管的高性能納米纖維研發(fā)，有可能為我們帶來新的具備超級性能的纖維品種，從而取代被日本東麗壟斷的碳纖維。
蜘蛛絲幾十年來用傳統(tǒng)化學(xué)合成理論和方法一直無法制造出來，現(xiàn)在采用生物合成理論，用蜘蛛基因調(diào)控家蠶和細菌的蛋白質(zhì)分子，已經(jīng)能量產(chǎn)高性能蜘蛛絲，這被認為是自尼龍問世以來最重要的紡織材料進步。
上海長勝集團用冷轉(zhuǎn)?。╟ooltrans）技術(shù)精確定量以印代染，顛覆了幾千年來大量使用稀釋染液的印染工藝，實現(xiàn)基本無水耗無排放印染，而且可直接在織物上印染高精密功能線條和圖案， 成為發(fā)展智能電子織物產(chǎn)業(yè)化的平臺技術(shù)。
在柔韌性、輕量化、多功能、高性能、綠色化、智能化等方面，大纖維相比傳統(tǒng)材料如鋼材、塑料等有明顯的差異化優(yōu)勢。
鋼材的主要特征是強度高、塑性好、韌性好、耐沖擊、性能穩(wěn)定、加工性好等，但也有易銹蝕、維護費用高、耐火性差、生產(chǎn)能耗大等缺點。在高性能鋼材的傳統(tǒng)優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域，如汽車和飛機制造等，已經(jīng)有越來越高的比例將使用基于纖維的復(fù)合材料以達到更高的柔韌性、輕量化和高能效。
2018年底曾有文章報道了一個智能碳纖維汽車車身的實例，既輕量化又能根據(jù)風(fēng)阻變形。碳纖維車身用3D 織造（完全省掉了裁剪、沖壓、焊接等金屬加工工序）復(fù)合制成，又在織物中混合了具有太陽能發(fā)電功能的纖維，可取代部分電池。多功能碳纖維的采用使整車性價比大大提高。
這是很典型的大纖維部分取代傳統(tǒng)材料的應(yīng)用案例。
更進一步，智能、超能、綠色特征的進一步交叉融合將催生許多完全嶄新的纖維品種，其中相當大的比例最終將轉(zhuǎn)化為巨大的商業(yè)價值，給下游許多產(chǎn)業(yè)帶來深刻的影響并從根本上改變這些產(chǎn)業(yè)的生態(tài)，從而誕生一個龐大的新興產(chǎn)業(yè)集群。
我們把大纖維相關(guān)技術(shù) / 產(chǎn)品以及圍繞下游豐富應(yīng)用所形成的新產(chǎn)業(yè)集群叫作大纖維產(chǎn)業(yè)。
大纖維具有與生俱來的跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的交叉特性。其理論基礎(chǔ)和技術(shù)路線也呈現(xiàn)百花齊放的勃勃生機。
如在結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論指導(dǎo)下，采用基于光纖的多材料、多結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多功能智能纖維；
在納米理論指導(dǎo)下，發(fā)展基于碳納米管、石墨烯的高功能纖維；
在高分子設(shè)計理論指導(dǎo)下，從分子結(jié)構(gòu)上開發(fā)超高性能纖維；
在合成生物學(xué)理論指導(dǎo)下，通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造高性能生物纖維；
等等。
正如上文談到的，歷次工業(yè)革命實際上都離不開對人和人造系統(tǒng)關(guān)系的重新定義，離不開一個關(guān)鍵詞：以人為本。
大家都知道，人體 70% 以上的組織由纖維構(gòu)成。擁有生物兼容性的綠色纖維疊加了智能和多功能要素之后，所形成的新一代智能可穿戴系統(tǒng)或人體植入式系統(tǒng)，可以以最安全、最輕便、最有效的方式采集人體數(shù)據(jù)、監(jiān)測人體健康、施加有效影響并幫助人提升健康和運動水平。
基于所采集的數(shù)據(jù)形成的“數(shù)字人”，將成為人工智能社會里最重要、最大量的資產(chǎn)之一。只有到了這個階段，社會數(shù)字化才真正實現(xiàn)，而大纖維將成為人體世界、實體物理世界和虛擬信息世界之間最佳的橋梁。
所以說大纖維的出現(xiàn)重新定義了人機邊界或者 HCPS 的邊界，一點都不為過。
美國物理學(xué)家費曼提出過一個著名問題：“假如原子能夠按照我們設(shè)想的方式來排列，那么材料將會有怎樣的性質(zhì)？”
他的問題啟示高分子科學(xué)家要走出傳統(tǒng)高分子的范疇，將可控的分子不均一性及其相關(guān)的精確結(jié)構(gòu)引入合成高分子，拓展合成高分子的基本結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更為精密的功能化。
在美國工程院院士程正迪等撰寫的“巨型分子：化學(xué)、物理學(xué)和生物科學(xué)的交匯”一文中提出“From structure to function”的思想，提示我們要從結(jié)構(gòu)發(fā)展到關(guān)于功能性的考量。例如，紗布過去只是用于包扎傷口，但用大纖維來開發(fā)的智能紗布除了包扎傷口之外， 還有消炎、治療功能，并能與遠程醫(yī)療系統(tǒng)連接在線監(jiān)測病人狀況。
上述兩位科學(xué)家的思想告訴我們，在物理層次上，關(guān)于大纖維的討論絕不應(yīng)僅僅著眼于在纖維和織物這樣的中觀層面上進行，還應(yīng)該向微觀進發(fā)下探到分子和原子的基本層次，同時向宏觀擴展上升到器件和系統(tǒng)、甚至超系統(tǒng)（系統(tǒng)之系統(tǒng)）的層次。
因此大纖維的物理層次包括七層，它們是：原子﹣分子（鏈）﹣纖維﹣織物﹣器件﹣系統(tǒng)﹣超系統(tǒng)。過去我們較多從纖維的結(jié)構(gòu)特點和彼此之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系出發(fā)指向具體的功能，現(xiàn)在則須更多從需求出發(fā)，確定功能性，再來設(shè)計纖維結(jié)構(gòu)，必要時可以多組分、多結(jié)構(gòu)融合獲取所需要的功能。
位于德國的歐洲最大的紡織研發(fā)中心——德國紡織和纖維研究所（DITF）——提出其研究范圍覆蓋從分子到產(chǎn)品的完整紡織產(chǎn)品和價值鏈，其技術(shù)競爭力體現(xiàn)在從高分子合成、纖維和紗線、織物和結(jié)構(gòu)、功能化直至工業(yè) 4.0 的多個層次。
德累斯頓技術(shù)大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院下設(shè)的紡織機械與高性能材料技術(shù)研究所（ITM）更進一步將研究范圍延伸到從原子到成品，其教學(xué)和研究的范疇分為四個層次：仿真和材料建模、產(chǎn)品開發(fā)、工藝技術(shù)開發(fā)和機械裝備開發(fā)。
在筆者和這兩家單位的專家交流的過程中，他們普遍認為，其研究范圍早已經(jīng)超出了傳統(tǒng)紡織的范疇，也不僅僅是技術(shù)性紡織品和非織造產(chǎn)品， 屬于更加跨領(lǐng)域的高科技范疇。當他們聽說大纖維這一概念時， 無一例外地表示認同。 源自德累斯頓技術(shù)大學(xué)。
大纖維兼具材料技術(shù)革命與制造技術(shù)革命的雙重意義。它充分利用現(xiàn)有的紡織和其他先進制造技術(shù)并不斷發(fā)展出新的制造技術(shù)，在前述從原子到超系統(tǒng)的各個層面進行制造活動。
在纖維和紗線層面，有濕式 / 干式紡技術(shù)、熔融紡技術(shù)、雙組分紡技術(shù)、變形和拉伸、非織造技術(shù)、短纖維技術(shù)和精密卷繞技術(shù)等；
在織物和結(jié)構(gòu)層面，有間隔技術(shù)、編織、編帶、機織、針織、編織連接、組織工程、膜技術(shù)、編織擠拉、結(jié)構(gòu)卷繞技術(shù)等；
在功能化和器件層面，有溶膠﹣凝膠技術(shù)、染整技術(shù)、數(shù)字印刷技術(shù)、納米技術(shù)、涂層、 電子元件集成、傳感和執(zhí)行特性的開發(fā)等；
在智能系統(tǒng)和超系統(tǒng)層面，有建模仿真、虛擬化、自動化與機器人、3D 打?。ㄔ霾闹圃欤?、數(shù)字化、智能化、綠色和可持續(xù)制造技術(shù)等。
可見，大纖維對沿襲了幾千年的紡織及其制造工藝無疑具有顛覆性意義，如多材料智能纖維可用紡紗手段制造，多功能織物可以用織造和印刷手段制造，高性能織物可以用復(fù)合和混合手段制造。
大纖維所對應(yīng)的制造工藝技術(shù)體系，不僅容納了紡織工程常見的等材制造方法，常規(guī)材料加工所用的減材制造方法，以及以 3D 打印和機器人為代表的增材制造和數(shù)字建造方法，還有許多非常規(guī)的創(chuàng)新的制造工藝和方法有待我們進一步研究和開發(fā)。
可以這樣說，基于大纖維的從原子到超系統(tǒng)的制造技術(shù)體系極大豐富了我們的制造手段，可望成為繼以機床為代表的減材制造和以 3D 打印為代表的增材制造之后的又一類有著重要意義和極高價值的制造模式，大纖維產(chǎn)業(yè)工作組的專家們首次創(chuàng)新地稱之為“編材制造”。
結(jié)語大纖維面向未來智能社會的發(fā)展需求，以下一代智能、超能、綠色纖維為特征，展現(xiàn)了從原子到產(chǎn)品、再到系統(tǒng)和超系統(tǒng)的廣大縱深。
其應(yīng)用行業(yè)不僅覆蓋傳統(tǒng)領(lǐng)域如技術(shù)性紡織品、能源、輕量化構(gòu)造、醫(yī)療、建筑和土木工程，還對諸多戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)具有強大的促進作用，如物聯(lián)網(wǎng)、半導(dǎo)體、汽車、航空航天、智能機器人等。
我們知道摩爾定律支撐了半導(dǎo)體工業(yè)最近50年的發(fā)展，而按照麻省理工學(xué)院校長拉斐爾?賴夫（Rafael Reif）的說法：
“基于纖維的半導(dǎo)體（與硅基半導(dǎo)體完全不同） 的集成度正在按照每 12 個月翻一番的新摩爾定律增長，這足以創(chuàng)造一個新行業(yè)！”
與大纖維相關(guān)的以編材制造命名的新制造技術(shù)體系，不僅涵蓋了常規(guī)的等材制造、減材制造和新興的數(shù)字化增材制造技術(shù)，而且包含了大量創(chuàng)新的尖端的制造工藝和技術(shù)。
如采用編材制造技術(shù)制造多功能、多結(jié)構(gòu)的智能纖維，進一步可基于智能纖維高效、連續(xù)、低成本地制造各種功能的智能電子信息系統(tǒng)、智能機器人和裝備。
對編材制造工藝技術(shù)的研究和掌握， 以及相應(yīng)研發(fā)、制造、測試和驗證裝備的開發(fā)，是大纖維最終走向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的必由之路，同時也是一片新的制造業(yè)藍海。正所謂“一代材料、一代工藝、一代裝備”。
眾所周知，現(xiàn)代工業(yè)體系有兩個最基本的立足點，一個是材料，另一個是精密制造與加工。中國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈盡管相對比較完整，但在這兩個立足點上還十分薄弱，長期依靠跟隨策略難以解決根本問題，必須開辟新路。
而大纖維及編材制造的興起，預(yù)示著又一場新的、由材料突破和制造突破雙輪驅(qū)動的工業(yè)革命即將來臨！抓住這兩個戰(zhàn)略支點，就抓住了創(chuàng)建強大現(xiàn)代工業(yè)的牛鼻子，就有可能為我們的制造強國夢帶來全局性的突破！
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