智能制造的内涵

　　智能制造是制造业未来发展方向。智能制造推动生产方式、组织形式发生系统性、整体性变革，为产业转型升级和持续发展提供支撑，是推动制造业高质量发展的有效途径。

　　智能制造的定义

　　1988 年， 美国的赖特（P.K. Wright）和伯恩（D.A.Bourne）在《智能制造》一书中首次提出智能制造概念。该书认为智能制造的定义为“通过集成知识工程、制造软件系统和机器人控制来对制造技工们的技能和专家知识进行建模，以使智能机器可自主地进行小批量生产”。

　　然而迄今为止，智能制造尚未形成一个统一的概念。我国发布的《智能制造发展规划（2016—2020 年）》将智能制造定义为基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。

　　智能制造是制造技术和信息技术的创新集成，可以促使企业实现生产智能化、管理智能化、服务智能化和产品智能化，打造核心竞争优势。

　　智能制造的特征

　　智能制造集自动化、柔性化、集成化和智能化于一体，可以实时感知、优化决策、动态执行，具体来看，其特征主要表现为以下几个方面。

　　自组织能力。智能制造中的各组成单元能够根据工作任务需要，结合成一种超柔性最佳结构，完成特定的工作。运行方式具有柔性，结构组成也具有柔性。

　　自律能力。自律能力的基础是强大的知识库和基于知识的模型。智能制造系统可以对环境信息和自身信息进行理解并分析，能够监测环境和自身作业状况并对信息进行处理，根据处理结果自行调整控制策略，以采取最佳方案运行，使整个制造系统具有自适应能力，不被干扰、容错纠错。

　　自学习能力。智能制造系统在实践中不断学习，更新和充实原有的专业知识库，删除不合适的知识，使知识库更加完善合理化。在运行过程中，对系统故障进行诊断、排除和自我修复，系统可以进行自我优化调整并适应复杂环境。

　　智能集成。智能制造系统的各个子系统不仅实现智能化，而且各个子系统整合为一体，形成整个制造环境的智能集成，实现系统整体的智能化。

　　人机一体化。智能制造系统不仅包括智能机器，还包括人。在人机一体化过程中，人在制造环境中处于核心地位，在智能机器的运行过程中，人机之间各自发挥作用，并可以相互协作，相辅相成。

　　虚拟现实。虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上仿真和模拟从产品设计、加工、装配到检验等的全部流程。

　　通过虚拟制造技术，企业能够在设计阶段就对产品制造的全过程进行虚拟集成，预测、检测、评价产品性能和制造可行性，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化以及生产效率的最大化。

　　智能制造技术的发展

　　18 世纪后期，蒸汽机的发明使得人类进入了蒸汽时代，历史上发生了第一次工业革命，工厂机械化代替了人类的手工劳动。19 世纪后半期至 20 世纪初，世界进入电气时代，人类进入第二次工业革命时期，大规模分工合作模式开启，零部件的生产和产品装配分离，产品实现批量生产，石化等工业实现了大发展。20 世纪50 年代后，电子技术、空间技术、生物工程等领域取得重大突破，电子和信息技术广泛应用开辟了信息时代，人类开启了第三次工业革命，制造的自动化程度不断提升。第四次工业革命以信息物理系统（Cyber—PhysicalSystem，简称CPS）为基础，石墨烯、量子技术、生物技术等实现巨大突破，生产实现由集中转变为分散。

　　制造业经历了机械化、电气化、自动化三次技术革命后，智能制造的诞生拉开了第四次工业革命的帷幕。同时，我们发现制造技术的生产方式沿着“手工—机械化—单机自动化— 刚性流水自动化—柔性自动化—集成敏捷虚拟自动化—数字网络绿色智能化”方向发展。

　　智能制造技术发展经历了三个阶段，数字化制造、网络化制造、智能化制造。首先是数字化制造，数字化技术不断普及，在制造业中深入应用，企业大量采用计算机辅助设计、计算机辅助制造等数字化建模，计算机集成制造系统得以应用，企业产品质量有较大提升。

　　其次是数字化网络化制造，即 “互联网垣制造”，在数字化制造的基础上实现了网络化，制造业和互联网融合发展。通过网络将人、流程、数据等实现连接。企业内部、企业之间的供应链实现连接，数据流、信息流实现共享。企业和用户之间的互动提升，大规模个性化定制、网络协同制造等新模式不断兴起。

　　最后，制造将实现数字化网络化智能化制造。大数据、云计算、物联网等新一代信息技术快速发展，人工智能技术不断实现突破，推动形成新一代智能制造，数字化网络化智能化制造。制造系统具有“认知学习”能力，随着增强学习、迁移学习等技术的深入应用，智能制造结构体系不断完善，形成真正的智能制造。

　　智能制造的几种模式

　　一般而言，智能制造包括离散型智能制造、大规模个性化定制、网络协同制造、流程型智能制造、远程运维服务等模式。

　　如，在离散型制造中，产品被分解为多个任务来完成。离散型智能制造模式具有以下要素，拥有工厂布局、产品工艺的数字化模型，建立了产品数据管理系统，生产线的数控化率较高，关键设备之间实现信息互通互联，建立生产过程的数据采集、管理系统，建立车间制造执行系统和企业资源计划系统，建立信息安全防护系统。

　　大规模个性化定制模式中，产品实行模块化设计，通过个性化定制服务平台，企业与用户之间进行信息交流，建立产品数据库，对用户需求进行挖掘，企业的数字化制造系统实现集成。

　　当前，随着新一代信息技术的深入应用，推动新兴制造模式不断涌现，出现了社会化企业、云制造、制造物联等新模式。如，云制造是将云思想应用于制造的全生命周期之中。

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