智能制造的內(nèi)涵和本質(zhì)

1.智能制造的概念

智能制造概念是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展的過(guò)程，內(nèi)涵不斷在豐富和升華。早在1988年，美國(guó)人賴特和伯恩首先提出了智能制造概念，并對(duì)智能制造做了定義，即智能制造是指通過(guò)集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺(jué)和機(jī)器人控制來(lái)對(duì)制造技工們的技能與專家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)。早期的智能制造是基于數(shù)字技術(shù)和智能裝備的智能制造，亦稱數(shù)字化制造。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，智能制造進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+制造”階段。比較有代表性的就是2013年德國(guó)提出的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略，本質(zhì)是通過(guò)建立具有適應(yīng)性、資源效率和基因工程學(xué)的智能工廠，實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)，其物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)是物聯(lián)網(wǎng)+賽博物理系統(tǒng)（IoT&CPS）。互聯(lián)網(wǎng)+制造是基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)的智能制造，亦稱數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造。

近年來(lái)，以人工智能為代表的新興科技快速發(fā)展，大大拓展了時(shí)間、空間和人們的認(rèn)知范圍，人類正在進(jìn)入一個(gè)人機(jī)物三元融合的萬(wàn)物智能互聯(lián)時(shí)代。人機(jī)物三元世界是指人類社會(huì)、賽博空間和物理世界，賽博空間是利用數(shù)字孿生、人工智能技術(shù)構(gòu)建的一個(gè)虛擬空間，是物理世界的數(shù)字孿生模型，它跟物理世界精準(zhǔn)映射，融合共生。人工智能已經(jīng)不只是一種發(fā)展趨勢(shì)，而是已經(jīng)開(kāi)始與制造業(yè)深度融合，開(kāi)啟了工業(yè)人工智能時(shí)代。智能制造開(kāi)始進(jìn)入新的發(fā)展階段。

工業(yè)人工智能時(shí)代，智能制造被賦予了新的內(nèi)涵：智能制造是基于數(shù)字技術(shù)與工業(yè)知識(shí)和智能裝備深度“融合”，以賽博物理系統(tǒng)為物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)，貫穿產(chǎn)品全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式?！叭诤稀钡南葲Q條件是利用人工智能等技術(shù)構(gòu)建賽博空間（數(shù)字孿生模型）?，F(xiàn)代智能制造是基于現(xiàn)代人工智能的智能制造，亦稱數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造。

綜上，智能制造包括數(shù)字化制造、網(wǎng)絡(luò)化制造和智能化制造三個(gè)發(fā)展階段。智能制造的發(fā)展都有階段性，這三個(gè)發(fā)展階段不是截然分離的，后一個(gè)階段對(duì)前一個(gè)階段有繼承性，前一個(gè)階段在后一個(gè)階段會(huì)繼續(xù)演進(jìn)，智能制造的發(fā)展又有相容性。

目前，智能制造正在全球范圍內(nèi)全面推進(jìn)，總體上已處于數(shù)字化制造普及、網(wǎng)絡(luò)化制造推廣、智能化制造示范階段，也就是說(shuō)這三個(gè)發(fā)展階段又是并行推進(jìn)的，從應(yīng)用層面講，我國(guó)已經(jīng)趕上了全球發(fā)展的步伐。

2.智能制造的靈魂：制造知識(shí)

大家都說(shuō)數(shù)字技術(shù)是智能制造的使能技術(shù)，但它只是一種工具，就像當(dāng)年的蒸汽機(jī)，本身不是生產(chǎn)力，它的價(jià)值在于人將其融入到制造業(yè)場(chǎng)景，融入過(guò)程中必然會(huì)遭遇諸多的問(wèn)題，比如，數(shù)學(xué)模型如何建立？數(shù)據(jù)從哪里來(lái)？數(shù)據(jù)又該怎樣分析？ 解決這些問(wèn)題需要靠制造知識(shí)，不掌握核心技術(shù)，不懂得制造機(jī)理，不了解工藝特點(diǎn)，就無(wú)法構(gòu)建智能制造系統(tǒng)，而且制造知識(shí)在不斷地生成和積累，新制造知識(shí)的應(yīng)用不斷推動(dòng)生產(chǎn)方式創(chuàng)新與變革。

3.智能制造的基石：精益生產(chǎn)

智能制造的基石是精益生產(chǎn)。精益生產(chǎn)是一種能夠快速響應(yīng)客戶需求變化，生產(chǎn)過(guò)程中一切無(wú)用和多余的東西都被精簡(jiǎn)的生產(chǎn)體系和管理方式。對(duì)于智能制造而言，精益生產(chǎn)是推行智能制造必須經(jīng)歷的變革過(guò)程。

4.智能制造的精髓：智能工廠

狹義上講，智能制造的本質(zhì)是通過(guò)建立智能工廠實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)。智能工廠是智能制造系統(tǒng)的基本載體，是智能制造的精髓，智能生產(chǎn)是智能制造的核心環(huán)節(jié)。

智能工廠由物理實(shí)體工廠、虛擬制造平臺(tái)和智能決策系統(tǒng)組成。物理實(shí)體工廠為制造過(guò)程提供智能化的硬件基礎(chǔ)設(shè)施和制造資源；虛擬制造平臺(tái)是基于這些制造資源和制造過(guò)程的數(shù)字孿生模型；智能決策系統(tǒng)既可以在虛擬制造中對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行迭代優(yōu)化，也可以在實(shí)際制造中實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整制造過(guò)程。

5.智能制造系統(tǒng)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)：賽博物理系統(tǒng)

智能制造系統(tǒng)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)是賽博物理系統(tǒng)，賽博物理系統(tǒng)源于數(shù)字技術(shù)與制造場(chǎng)景的深度融合。簡(jiǎn)單說(shuō)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將物理設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上，利用數(shù)字孿生、人工智能等技術(shù)，在虛擬空間對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字重構(gòu)和全息重建，形成具有感知、分析、決策、執(zhí)行能力的數(shù)字孿生模型（數(shù)字虛體），數(shù)字虛體與物理實(shí)體精準(zhǔn)映射、融合共生，即構(gòu)成賽博物理系統(tǒng)。

6.智能制造的基本特征：“四個(gè)化”

智能制造的基本特征有“四個(gè)化”：一是裝備智能化，采用的是智能制造裝備；二是技術(shù)軟件化，數(shù)字技術(shù)作用于制造場(chǎng)景，基本方式最終體現(xiàn)就是工業(yè)軟件，沒(méi)有深厚的工業(yè)技術(shù)積累就沒(méi)有優(yōu)秀的工業(yè)軟件；三是流程數(shù)據(jù)化，業(yè)務(wù)流程由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，今后的智能制造系統(tǒng)是虛實(shí)合一的系統(tǒng)，實(shí)的系統(tǒng)是由虛的系統(tǒng)操控的，虛的系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的；四是生產(chǎn)自動(dòng)化，全部工序都是智能化生產(chǎn)，不是一個(gè)一個(gè)獨(dú)立的自動(dòng)化生產(chǎn)。通過(guò)“四個(gè)化”可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體制造單元的自主性和整個(gè)制造系統(tǒng)的自組織。

7.智能制造的本質(zhì)：先進(jìn)制造

智能制造的本質(zhì)是先進(jìn)制造，制造就是人按照某種工藝，利用工具把原材料加工成產(chǎn)品的過(guò)程，從這個(gè)意義上來(lái)講，智能制造的本質(zhì)是先進(jìn)制造，基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)，靈魂是工藝，表現(xiàn)形式是智能裝備和工業(yè)軟件，關(guān)鍵和難點(diǎn)是融合，所以智能制造中制造是主角。

而數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能制造的概念不是一回事，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是利用數(shù)字技術(shù)優(yōu)化現(xiàn)有業(yè)務(wù)，是一場(chǎng)技術(shù)革命和管理思維轉(zhuǎn)型。在制造業(yè)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型不觸及制造技術(shù)和工藝，IT和OT彼此獨(dú)立行事、相互分割。智能制造是制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的集中體現(xiàn)，是IT與OT深度融合的生產(chǎn)方式變革。簡(jiǎn)單說(shuō)，實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵在于制造系統(tǒng)的軟硬共生、虛實(shí)合一。在制造業(yè)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型就是數(shù)字化制造，數(shù)字化制造是智能制造的起點(diǎn)和基礎(chǔ)。

智能裝備的發(fā)展方向和路徑

人類正在進(jìn)入一個(gè)人機(jī)物三元融合的萬(wàn)物智能互聯(lián)時(shí)代。萬(wàn)物智能互聯(lián)是指物與物之間、物與人之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，就是將智能融入萬(wàn)物，使“機(jī)器變?nèi)恕?，讓各種各樣的產(chǎn)品都具備特定智慧功能，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。

人工智能、腦科學(xué)的發(fā)展，使獨(dú)立于自然人而自主存在的機(jī)器智慧漸成可能。近年來(lái)，基于人工智能等技術(shù)，越來(lái)越多的產(chǎn)品被冠上智能的名頭，開(kāi)始實(shí)現(xiàn)智能化，給人類生產(chǎn)生活帶來(lái)深刻影響。智能產(chǎn)品正在成為未來(lái)發(fā)展的主流趨勢(shì)。

智能產(chǎn)品的概念比較廣泛，涵蓋了許許多多的不同產(chǎn)品。根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域和特征，智能產(chǎn)品可以分為消費(fèi)電子產(chǎn)品、家居智能產(chǎn)品、工業(yè)智能產(chǎn)品、醫(yī)療智能產(chǎn)品、交通智能產(chǎn)品等。智能裝備是“智能產(chǎn)品們”最杰出的代表。

1.智能裝備的內(nèi)涵和特征

智能裝備是數(shù)字技術(shù)與產(chǎn)品技術(shù)在裝備上的集成和融合。簡(jiǎn)單說(shuō)，智能裝備是指將傳感器、處理器、存儲(chǔ)器、通信模組等智能模塊嵌入到裝備，使裝備具備感知、分析、決策、控制和執(zhí)行功能?；\統(tǒng)講，任何一種具有計(jì)算處理能力，具備靈敏的感知功能、正確的思維與判斷功能、高效的執(zhí)行功能的裝備都是智能裝備。

智能裝備是物聯(lián)網(wǎng)的“移民”。機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、工程機(jī)械、發(fā)電設(shè)備、汽車、飛機(jī)等原本都不是智能裝備，但在萬(wàn)物智能互聯(lián)時(shí)代，它們都要數(shù)字化、智能化，都要接入到網(wǎng)絡(luò)世界，從而蛻變?yōu)橹悄苎b備，并成為物聯(lián)網(wǎng)的“移民”。

智能裝備分為智能制造裝備和其他智能裝備，分別用于不同行業(yè)和場(chǎng)景。智能制造裝備用于制造業(yè)，是智能制造系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素；其他智能裝備用于其他行業(yè)，是千行萬(wàn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。

2.智能制造裝備是智能制造的核心要素

智能制造有很多的構(gòu)成要素，最核心的要素就是智能裝備。制造裝備具有機(jī)器智慧，是智能制造系統(tǒng)的突出特征，是實(shí)現(xiàn)智能制造的先決條件，也就是說(shuō)，智能制造裝備是工業(yè)之母。沒(méi)有智能制造裝備，智能制造就是無(wú)源之水、無(wú)本之木，就是 “空中樓閣”，扼住智能制造裝備就從源頭上卡住了現(xiàn)代制造業(yè)的命脈。要自主可控發(fā)展智能制造，具備智能制造裝備供給能力是前提。

3.智能裝備助力各行各業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

智能裝備還可以助力各行各業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，人類社會(huì)的發(fā)展由生產(chǎn)工具演變所主導(dǎo)，生產(chǎn)工具的每一次變革都帶來(lái)劃時(shí)代的生產(chǎn)方式變革，并隨之帶動(dòng)社會(huì)形態(tài)的更替，新的生產(chǎn)工具的發(fā)明，新的勞動(dòng)資料的形成，也就是新的生產(chǎn)力的出現(xiàn)。

作為物質(zhì)資料最主要因素，裝備發(fā)展和演進(jìn)對(duì)各行各業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步都具有決定性的影響。智能裝備能夠充分釋放數(shù)字技術(shù)的放大、疊加、倍增效應(yīng)，極大提高裝備的性能和效能，重塑和再造裝備價(jià)值體系，所以智能裝備的發(fā)展和應(yīng)用不僅給制造業(yè)帶來(lái)顛覆性的變化，而且還將引發(fā)國(guó)民經(jīng)濟(jì)其他部門和領(lǐng)域的深刻變革。

4.智能裝備源自裝備的數(shù)字化

裝備數(shù)字化是指將實(shí)體裝備接入到網(wǎng)絡(luò)世界，并利用大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能等技術(shù)，在虛擬空間對(duì)實(shí)體裝備進(jìn)行數(shù)字重構(gòu)和全息重建，從而為實(shí)體裝備創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)態(tài)同步的數(shù)字虛體，并通過(guò)虛實(shí)融合，使裝備的形式和內(nèi)容發(fā)生蛻變，成為具有狀態(tài)感知、決策優(yōu)化、自主控制和執(zhí)行能力的智能裝備。

通俗地說(shuō)，智能裝備就是將數(shù)字技術(shù)以模塊形式嵌入到實(shí)體裝備，兩者合而為一，融合共生，當(dāng)裝備感應(yīng)到觸發(fā)條件時(shí)，它們將成為有理解力的工具，具備了類似于人的眼睛、神經(jīng)和大腦的功能。智能裝備是一個(gè)單元級(jí)的賽博物理系統(tǒng)，從這個(gè)角度講，智能裝備等于實(shí)體裝備+數(shù)字孿生裝備。

5.智能裝備重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域和方向

6.智能裝備發(fā)展路徑

（1）構(gòu)建智能裝備創(chuàng)新生態(tài)

突破數(shù)字孿生、人工智能、多源數(shù)據(jù)融合等在產(chǎn)品全生命周期的融合應(yīng)用技術(shù)；研制智能傳感器、智能控制器、智能網(wǎng)關(guān)等關(guān)鍵零部件；開(kāi)發(fā)工業(yè)APP、裝備模型庫(kù)等核心軟件。

（2）挖掘智能裝備應(yīng)用場(chǎng)景

面向智能制造、智能交通、智能醫(yī)療等領(lǐng)域，挖掘一批具有代表性的應(yīng)用場(chǎng)景，以場(chǎng)景應(yīng)用帶動(dòng)智能裝備發(fā)展；完善網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和安全防護(hù)措施，保障智能裝備更好發(fā)揮性能和效能。

（3）推動(dòng)現(xiàn)有裝備智能升級(jí)

在具備改造基礎(chǔ)的裝備上嵌入智能傳感器、控制器、通信模組等智能模塊，形成具備感知、控制等功能的裝備；升級(jí)一批在役裝備，通過(guò)模塊升級(jí)和云化部署等，提高裝備數(shù)字化智能化水平。

（4）研究發(fā)展新型智能裝備

推進(jìn)正向設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，通過(guò)集成智能部件、核心軟件，并融合新機(jī)理、新材料、新工藝，突破一批新型智能裝備；結(jié)合仿生技術(shù)、類腦智能等技術(shù)，探索孵化一批原創(chuàng)性前沿智能裝備。

（5）激活智能裝備數(shù)據(jù)價(jià)值

暢通數(shù)據(jù)資源供給與匯聚渠道，推動(dòng)智能裝備全生命周期數(shù)據(jù)的多向流動(dòng)，形成可控制、可信任、可追溯的高質(zhì)量裝備數(shù)據(jù)資源；建立數(shù)據(jù)交易平臺(tái)，推動(dòng)裝備數(shù)據(jù)安全共享、可信流通。