浅谈智能制造的核心价值与新特点

常建永

浅谈智能制造的核心价值与新特点

常建永

（上海龙阳精密复合铜管有限公司，上海，201201）

智能制造是一种由智能机器和人类专家思维共同构成的“人机一体化”智能系统。该系统在制造过程中，能够进行诸如具体分析、推理、判断、决策，到最终进行操作等智能活动，其发展具有核心价值。研究表明：智能制造是先进制造、信息及控制、人工智能专家等技术在制造装备上的集成和深层次的融合，是一种能够最大程度上实现高效、高质、可控和保证安全生产的新一代制造方式。

智能制造；核心价值；人工智能；新特点

引言

当前，全球研发高新技术相互融合的热情不减，特别是智能化、信息处理与通信等技术的融合，其重要系统——“智能制造”被提到重要的发展地位。百年来，第一、二、三次工业革命的进程，使得制造业的生产方式和制造模式从机械化、自动化正逐渐向“智能化”（也称“智能制造”）转变。

我国智能制造技术研发对外依赖程度仍较高，特别是核心关键技术。本文阐述了智能制造发展现状、新特点和发展趋势；在此基础上，分析智能制造的发展方向，以及我国智能制造的重点领域、道路思考。

1　智能制造发展现状

智能制造是当今高端制造产业的核心，是当今制造业发展的基础和前沿，成为当前工业先进国家激烈竞争的目标和国家技术实力的一个重要衡量指标。对我国而言，发展智能制造业对于提高设备的生产效率、加快国家制造行业转型升级、降低能源消耗，实现设备制造的智能化具有重要作用。

美国是智能制造的发源地之一，非常重视智能制造的发展，并将其纳入国家的科技发展战略计划之中。从上个世纪90年代开始，美国就开始智能制造的各项研究，内容涉及了智能制造过程中的智能决策、智能并行设计、传输的智能自动化等各项计划。近期更是加快了对智能制造的研究。2011年宣布实施“Advance Manufacturing Partnership Plan”（先进制造联盟计划），在这份报告中，美国确定了优先发展的目标，通过加快对数字信息技术和自动化技术的研究和建设，以改变当前的制造方式，加快生产力的解放和发展，在国际上获得更多的经济效益和竞争优势。

智能制造发展水平较高的日本，从上个世纪90年代就开始加强对智能制造的研究，提出了10年的智能制造系统国际合作计划，与智能制造发展水平较高的美国、加拿大、澳大利亚等国进行了智能制造的联合研究，并将本国的专业技术与联盟国精密工程技术、系统技术等充分结合，开发出的生产系统能够适应不同装备与系统的实际操作需求。

欧盟，特别是制造业发展水平特别高的德国，除了实施“Smart Factory”（智能工厂）策略之外，近期又投资高达两亿欧元的“工业4.0计划”，将信息系统、计算机设计和物理紧密连起来，形成信息物理融合系统。

我国智能制造起步较晚。但是国家积极开展政策研究，加强投资，强化对智能制造产业的政策和资金支持。2009年和2012年相继出台了《装备制造业调整和振兴规划》、《高端装备制造“十二五”发展规划》、《智能制造装备产业“十二五”发展规划》等，明确将智能制造作为高端装备制造的发展重点，以实现制造过程的智能化，提升智能制造装备的创新能力，促进智能制造对国民经济的发展。目前我国的智能测控装置和部件制造已经进入产业化阶段，涉及仪器仪表、工程机械等众多产业领域，但是整体技术水平仍处于较低的状态，未能掌握核心技术，产品生产性价比较低。重大智能制造设备方面，目前已经取得标志性成果，制造了石油石化智能成套设备领域内全自动油田固井车以及褐煤提水装置等众多的成套自动化智能设备；在智能食品生产线制造领域，建设路乳制品无菌化数字车间，有效提高了生产效率，降低了生产过程中的能源消耗，提升了乳制品的产品质量；在智能化纺织成套设备制造领域，我国已经开发无人操作的智能染色系统、装卸纱机器人以及自动物流系统等智能新产品在内的多种智能制造设备[1]。

2　智能制造特点与重点

智能制造是各类新型设备、信息系统等与人的思维逻辑协同，具有感知、分析、推理、决策以及控制等功能，可以实现各类设备制造的过程。它是建立在装备数控化、系统信息化基础上的可实现精确制造的先进装备。

2.1装备系统化，生产质量更高

科技进步使得制造业的发展呈现出系统化的特点，制造过程中需要解决的问题更多、更复杂，需要控制的质量、精度更高，使制造系统更加“智能化”成为智能制造需要不断创新发展。根据智能系统的制造特点，可以将当前的智能系统粗略地分为单纯的人脑系统、由人类智能直接参与的系统（包括金融系统、社会系统等）、人和机器协同工作组成的人机系统以及模拟人类智能的机器系统（包括智能计算机系统、智能机器人系统、智能语言理解、专家系统等）共四类。其中前两类与后两类有着本质的区别。关于智能行为的分类，不同的研究者具有不同的看法，造成了智能行为内涵的差异，而智能行为的具体内涵与智能制造又紧密相关。

基于智能行为的智能制造系统具有以下特点：① 多信息的感知、融合与应用；② 制造过程涉及了知识的表达、获取、存储以及处理等过程；③ 涉及了知识的联想记忆；④ 自我形成一个能够进行学习、组织和维护行为的整体；⑤ 具有容错性；⑥ 能够进行智能的分解和继承；⑦ 智能控制等。智能系统的最大优点在于具有经验积累能力，因此在实际的应用过程中，系统能够积累制造经验，不断对新的问题进行解决，这也是其区别于传统制造系统的本质区别[2]。

尤为重要的是，智能系统具有容错能力，即使运行过程中存在着错误，也不会导致系统运行受阻或者崩溃，保证系统正常稳定运行。

2.2控制系统化，智能处理水平更高

智能制造基于数字技术，并结合知识的处理、智能优化以及智能数控加工方法，保证整个制造系统的高效、稳定运行，保证生产制造的效率。同传统制造系统相比，智能制造处理的对象是系统的知识而并非数据，系统处理的方法是智能灵活的；建模的方式是智能数学的方法，而不是经典数学（微积分）的方法。但时至今日，智能数学方法还未能完整系统地建立起来。近年来，利用智能数学研发的方法包括：专家系统、模式识别、博弈论、定性推理、多值逻辑、数据挖掘、网格计算等数量繁多的智能方法，将这些方法进行重新组合，能够形成新的计算方法，以极大扩展智能制造领域，因此智能数学方法的系统建立仍是未来智能制造的研发重点[3]。

3　智能制造发展趋势

当前智能制造的发展趋势较为清晰的国家是德国和美国，德国推出“工业4.0计划”，美国提出以基于互联网的智能制造——云制造为代表，促进智能制造发展。

3.1德国工业4.0：智能工厂与智能生产

德国“工业4.0计划”充分利用信息物理系统，将集中式控制向分散式增强型控制的新型模式转变，目的在于建立高度灵活的个性化和数字化生产模式，推动制造业向智能化方向转变[4]。GPS是一个将计算、网络以及实际的物理环境综合起来的多维复杂系统通过3C技术进行有机整合，以实现系统的感知、控制以及信息服务的综合性系统。智能制造过程中，GPS能够实现计算、通信与物理系统的一体化，使得系统运行更加高效、可靠，并实现实时协同。“工业4.0计划”主题包括智能工厂和智能生产。智能工厂能够实现工厂生产的智能化和网络化分布；智能生产涉及了整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术，最终实现制造的系统化。

3.2云制造：基于互联网的智能制造

2013年，美国某公司发表了《工业互联网——打破智慧与机器的边界》的报告，指出工业化创造了机器、设备以及系统性的网络，建立工业互联网能够将机器、设备以及系统网络联系起来，提高制造业生产效率，极大程度上减少资源、能源的消耗。工业互联网具有革命性的优势。伴随着工业革命，出现了数量众多的机器、设备以及工作项目等。信息网络的发展使得互联网智能具有强大的影响力，在网络的影响下，计算、信息以及通讯设备等副产品将随之不断发展产生。

伴随着工业互联网的建设，智能机器、高级分析以及工作人员三者之间将会呈现出逐渐融合的趋势。其中，智能机器将世界范围内的各种机器、设备组、系统网络以及传感器等控制和软件应用程序进行连接，以一种全新的方式，将更大范围内的机器进行有效连接。高级分析利用物理分析的方法、自动化以及材料科学等众多学科在内的综合专业知识，对机器和大型系统的运作方式进行理解和推算。工作人员建立了更为密切的实时连接方式，并且连接方式更广、连接人员更多，能够支持更加大型、更为智能的设计、操作和维护，提供质量更高的服务和更为完善的安全保障。云制造通过将这些元素进行连接融合，将制造装备与设计、分析、感应等融合汇聚，形成工业互联网设备[5]。

4　结束语

我国智能制造发展的水平较低，丞需加大资金支持，完善产业创新体系，提升自主创新能力，同时强化专业人才队伍建设，培育和引进创新型人才，创新当前的产业管理模式，完善产业发展环境，这些措施都是提升目前我国智能制造能力的重点，能够为智能制造创造良好的发展环境。

未来智能制造将会引领制造行业走向低碳、节能、高效的发展和转变，智能制造的竞争优势将会逐渐得以呈现，同时也将会不断向各个领域，尤其是工业机器人、基础制造装备、自动化生产线以及各种新型的传感器等重点领域进行扩展和渗透。基于这种趋势，加强对智能制造新技术引进并将自主创新研发作为重点，才是正确发展道路。

[1]林汉川, 汤临佳. 新一轮产业革命的全局战略分析——各国智能制造发展动向概览[J]. 人民论坛·学术前沿, 2015(11): 62-75.

[2]王宏颖, 彭二宝. 复杂加工工件智能自适应加工及智能刀具系统研究[J]. 工具技术, 2016(6): 27-30.

[3]苏畅. 高新技术在装备制造业向智能工厂转型中的应用[J]. 科技经济导刊, 2016(6): 25.

[4]王维园. 携手京津冀 助力中国制造——“机械行业智能制造技术‘京津冀’职业教育协同发展高峰论坛”在天津机电职业技术学院隆重召开[J]. 中国职业技术教育, 2016(16).

[5]严英仕, 杨爱民. 智能制造技术与信息化技术的结合[C]// 中国家用电器技术大会. 2014: 779-782.

On Core Value and New Characteristics of Intelligent Manufacturing

CHANG Jian-yong
(Shanghai Longyang Precision Composite Copper Co., Ltd., Shanghai, 201201, China)

Intelligent manufacturing is currently a human-machine integration composed of intelligent machine and human expert intelligent system. In the manufacturing process, it can achieve intelligence activities such as specific analysis, reasoning, judgment and decision making. Its development has core value. The research shows that, intelligent manufacturing is the deep fusion of advanced manufacturing technology, information technology and artificial intelligence technology. Also, it is a new generation of manufacturing that can maximize realization of high efficiency, energy saving and safety insurance.

Intelligent Manufacturing; Core Value; Artificial Intelligence; New Features

TP751

A

2095-8412 (2016) 05-1031-03工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.055

常建永(1978-)，男，汉族，本科，河南新乡人。职称：电气工程师。