一、背景
    近年來(lái)，勞動(dòng)力成本和原材料價(jià)格節(jié)節(jié)上升，制造業(yè)已向更低成本的國(guó)家轉(zhuǎn)移，金融危機(jī)之后，發(fā)達(dá)國(guó)家提出“再工業(yè)化”，要用人工智能、機(jī)器人以及數(shù)字化制造打敗中國(guó)制造業(yè)。如中國(guó)最大的制造商之一——臺(tái)灣富士康科技集團(tuán)曾宣布，計(jì)劃在三年內(nèi)安裝一百萬(wàn)臺(tái)機(jī)器人來(lái)取代目前由中國(guó)工人來(lái)做的工作。事實(shí)證明，隨著智能制造技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)已開(kāi)始向發(fā)達(dá)國(guó)家回流，中國(guó)制造業(yè)大國(guó)的地位經(jīng)受?chē)?yán)重挑戰(zhàn)。

    在這樣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，我國(guó)政府也做出了相應(yīng)的戰(zhàn)略定位，如工信部裝備司司長(zhǎng)張相木在亞洲制造業(yè)論壇發(fā)言時(shí)提出，“工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以蒸汽機(jī)為代表的機(jī)械時(shí)代、以電子信息技術(shù)為代表的電器時(shí)代，以計(jì)算機(jī)為代表的數(shù)字時(shí)代，下一個(gè)時(shí)代應(yīng)該叫智能時(shí)代。”2012年7月9日國(guó)務(wù)院發(fā)布的《十二五國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中指出：“要做大做強(qiáng)智能制造裝備，把高端裝備制造業(yè)培育成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)制造業(yè)向智能化、精密化、綠色化發(fā)展。” 工程院院長(zhǎng)周濟(jì)指出：“制造業(yè)數(shù)字化、智能化是新工業(yè)革命的核心技術(shù)”，他提出到2020年，中國(guó)機(jī)械產(chǎn)品總體升級(jí)為“數(shù)控一代”；到2030年，機(jī)械產(chǎn)品總體升級(jí)為“智能一代”，制造業(yè)主要領(lǐng)域?qū)⑷�面推行智能制造模式�?br />
    可見(jiàn)，競(jìng)爭(zhēng)格局、制造技術(shù)、綠色發(fā)展、國(guó)家戰(zhàn)略都要求制造業(yè)必須走向智能制造之路。

二、智能制造的定義和內(nèi)涵
    智能制造系統(tǒng)（Intelligent Manufacturing System, IMS）是一種由智能機(jī)器和人類(lèi)專(zhuān)家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類(lèi)專(zhuān)家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)。它對(duì)制造自動(dòng)化的概念進(jìn)行了更新，擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化。智能制造系統(tǒng)最終要從以人為主要決策核心的人機(jī)和諧系統(tǒng)向以機(jī)器為主體的自主運(yùn)行轉(zhuǎn)變。
“智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過(guò)程中貫穿智能活動(dòng)，并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合，將整個(gè)制造過(guò)程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來(lái)的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)。”

    與傳統(tǒng)的制造相比，智能制造具有如下特征，如圖1所示。

圖1 智能制造的特征

1、自律能力
    智能制造過(guò)程具有能感知與理解環(huán)境信息和自身信息，并進(jìn)行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。具有自律能力的設(shè)備稱(chēng)為“智能機(jī)器”，“智能機(jī)器”在一定程度上表現(xiàn)出獨(dú)立性、自主性和個(gè)性，甚至相互間還能協(xié)調(diào)運(yùn)作與競(jìng)爭(zhēng)。值得注意的是，強(qiáng)有力的知識(shí)庫(kù)和基于知識(shí)的模型是自律能力的基礎(chǔ)。

2、人機(jī)一體化
    目前IMS不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感（頓悟）思維。它能夠獨(dú)立承擔(dān)起分析、判斷、決策等任務(wù)。 人機(jī)一體化智能系統(tǒng)在智能機(jī)器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能，使人機(jī)之間表現(xiàn)出一種平等共事、相互“理解”、相互協(xié)作的關(guān)系。

    因此，在智能制造系統(tǒng)中，高素質(zhì)、高智能的人將發(fā)揮更好的作用，機(jī)器智能和人的智能將真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。

3、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
    虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬制造的支持技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)高水平人機(jī)一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，融信號(hào)處理、動(dòng)畫(huà)技術(shù)、智能推理、預(yù)測(cè)、仿真和多媒體技術(shù)為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現(xiàn)實(shí)生活中的各種過(guò)程、物件等，因而也能擬實(shí)制造過(guò)程和未來(lái)的產(chǎn)品，從感官和視覺(jué)上使人獲得完全如同真實(shí)的感受，但其特點(diǎn)是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機(jī)結(jié)合的新一代智能界面，是智能制造的一個(gè)顯著特征。

4、自組織和超柔性
    自組織和超柔性是指智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠依據(jù)工作任務(wù)的需要，自行組成一種最佳結(jié)構(gòu)，其柔性不僅表現(xiàn)在運(yùn)行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，所以稱(chēng)這種柔性為超柔性，如同一群人類(lèi)專(zhuān)家組成的群體，具有生物特征。

5、學(xué)習(xí)能力與自我維護(hù)能力
    智能制造系統(tǒng)能夠在實(shí)踐中不斷地充實(shí)知識(shí)庫(kù)，具有自學(xué)習(xí)功能，同時(shí)，在運(yùn)行過(guò)程中自行進(jìn)行故障診斷，并具備對(duì)故障自行排除、自行維護(hù)的能力。這種特征使智能制造系統(tǒng)能夠自我優(yōu)化并適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境。

三、智能工廠(chǎng)
    最近幾年歐美針對(duì)流程工業(yè)提出了“智能工廠(chǎng)”的概念。智能工廠(chǎng)由商業(yè)智能、運(yùn)營(yíng)智能、操作智能三個(gè)層次組成，如圖2所示。

圖2 流程工業(yè)智能工廠(chǎng)

    而對(duì)于機(jī)械制造業(yè)而言，智能設(shè)計(jì)與智能裝備、商業(yè)智能、運(yùn)營(yíng)智能、制造智能構(gòu)成了機(jī)械制造業(yè)智能工廠(chǎng)的整體框架，如圖3所示。

圖3 機(jī)械制造業(yè)智能工廠(chǎng)框架

• 智能設(shè)計(jì)&智能裝備

    智能設(shè)計(jì)指應(yīng)用CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術(shù)，在設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)、工藝知識(shí)庫(kù)、專(zhuān)家系統(tǒng)的支持下進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

    智能裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的制造裝備，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合，如智能加工中心、自適應(yīng)數(shù)控機(jī)床、智能儀表。

• 商業(yè)智能

    商業(yè)智能是對(duì)商業(yè)信息的搜集、管理和分析過(guò)程，目的是使企業(yè)的各級(jí)決策者獲得知識(shí)或洞察力，促使他們做出對(duì)企業(yè)更有利的決策。商業(yè)智能一般由數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、聯(lián)機(jī)分析處理、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)等部分組成。

• 運(yùn)營(yíng)智能

    運(yùn)營(yíng)智能是以ERP/SRM/CRM/TBM/EPM為手段，實(shí)現(xiàn)整個(gè)供應(yīng)鏈上物流、資金流、信息流、工作流的優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的預(yù)算、控制和績(jī)效的管理，全面提升企業(yè)運(yùn)營(yíng)績(jī)效。

• 制造智能

    制造智能指通過(guò)使用智能裝備、制造執(zhí)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)制造過(guò)程的優(yōu)化控制、智能調(diào)度、生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、質(zhì)量管理、車(chē)間績(jī)效等，對(duì)生產(chǎn)、設(shè)備、質(zhì)量的異常作出正確的判斷和處置，實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行與運(yùn)營(yíng)管理、研發(fā)設(shè)計(jì)、智能裝備的集成。

四、總結(jié)
    工業(yè)革命從機(jī)械化、電器化、數(shù)字化走向智能化，這是歷史發(fā)展的必然，機(jī)械制造業(yè)必須走向智能制造、智能工廠(chǎng)的道路。智能設(shè)計(jì)與智能裝備、商業(yè)智能、運(yùn)營(yíng)智能、制造智造將構(gòu)建機(jī)械制造業(yè)的智能工廠(chǎng)，而智能工廠(chǎng)將最大限度的優(yōu)化企業(yè)資源利用，降低生產(chǎn)成本，提高客戶(hù)滿(mǎn)意度，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新、經(jīng)營(yíng)模式創(chuàng)新、流程創(chuàng)新、生產(chǎn)制造過(guò)程創(chuàng)新，奪取下一個(gè)十年的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
 

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本文標(biāo)題：智能制造，制造業(yè)的未來(lái)

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