智能制造发展及应用前景研究

袁伟 王丽 董元鑫

摘要：改革开放以来，我国的工业迅速发展，目前已经成为全球制造业门类最全的制造大国，是当今世界经济发展重要引擎之一，但同时制造业“大而不强”的问题也越来越制约我国制造业的进一步发展。21世纪以来，随着新一代信息技术的飞速发展，诞生了制造业信息化、智能化、服务化为特征的新一轮工业革命，发达国家纷纷推出工业化战略，谋求进一步拉大与我国的差距。在面对全球制造业重大调整的大潮流下，我国也提出了“中国制造2025”战略计划，并将智能制造作为该计划的主攻方向。

Abstract： Intelligent manufacturing is a production method that can make enterprises more "smart" in R&D， production， management， service， etc. Manufacturing companies should start from the core pain points of their own development， based on reasonable overall planning and top-level design. Along with the development direction of intelligent manufacturing elements → intelligent manufacturing capabilities → intelligent manufacturing systems， acquire intelligent manufacturing elements in stages and continuously， establish， improve and expand enterprises in R&D and design， manufacturing， logistics and warehousing， order acquisition， product services， etc. The manufacturing capability of each link can ultimately form a complete， efficient and scientific intelligent manufacturing system.

关键词：智能制造;工业革命;中国制造2025

Key words： smart manufacturing;the Industrial revolution;the "made in china 2025" strategy

中图分类号：TH164                                      文献标识码：A                                  文章編号：1674-957X（2021）01-0172-02

0  引言

现代文明的起点是工业革命，自18世纪末的第一次工业革命和20世纪初的第二次工业革命以来，人类的生产方式产生了根本性变革。20世纪中期计算机的出现使开创了数字控制机器的新时代，使人和机械在空间和时间上可以分离，人不再是机器的附属品。从制造业的角度，这是凭借电子和信息技术实现自动化的第三次工业革命。

进入21世纪，随着新一代信息技术（如云计算、物联网、大数据、移动互联、人工智能）与制造的融合和落地应用，将使整个工业生产体系提升到一个新的水平，推动一场新的工业革命，而“智能制造”被认为是新一轮工业革命的核心技术[1]。

1  智能制造的“何为”与“为何”

1.1 “何为”智能制造

“智能制造”这一概念最早出现在美国学者P.K.Wright的著作《Manufacturing Intelligence》中，在书中他们将智能制造进行了定义。杨叔子等[2]将智能制造工程分为智能制造技术（intelligent technology，IMT）和智能制造系统（intelligent manufacturing system，IMS）两部分。本文认为智能制造是通过新一代信息技术、自动化技术、工业软件及现代管理思想在制造企业全领域、全流程的系统应用而产生的一种全新的生产方式。

1.2 中国“为何”需要智能制造

2012年，我国制造业增长2.08万亿美元，在全球制造业占比约为20%，与美国相当，与此同时我国制造业有着世界上门类最为齐全、独立完整的体系，是当今世界制造大国[3]。但同时，我国制造业大而不强的问题也非常突出。我国制造业正面临来自欧美发达国家和发展中国家的“前后夹击”的双重挑战，在全球制造业格局面临重大调整的同时，中国也适时提出了“中国制造2025”战略计划，并将智能制造作为该计划的主攻方向，发展智能制造是中国制造由大到强的必由之路。

2  国内智能制造发展及现状

我国智能制造起步较晚，1991年国家自然科学委员会组织了一批国内知名高校，与很多国家和地区就智能制造的国际合作签订了合作意向书。同年，国内一批高校也积极开展IMT与IMS的基础研究工作，国家制定的“九五”计划也将先进制造技术作为重点发展领域之一[4]。在这一时期，国内对智能制造主要还处于探讨人工智能在制造领域应用的研究阶段，而对整个制造环境的全面“智能化”研究工作还刚刚起步。在后面一段时间，大量学者对智能制造的概念、内涵、模式、发展路径以及影响因素等方面进行了研究。如朱剑英[5]从科学、技术和产业三者关系的角度对智能制造进行了研究，熊有伦[6]从产业交叉融合的角度对智能制造进行了阐述。

为了推动智能制造产业发展，2015年5月，国务院发布了《中国制造2025》指导性纲领，2016年12月，工信部、财政部共同颁布《智能制造发展规划（2016-2020）》[7]。在市场和政策的双重推动下，我国的智能制造的发展正式迎来了高潮，更多的专家学者参与到智能制造的研究之中。王跃飞、高彦虎等[8]提出了平行制造的概念。陶飞等[9]认为实现智能制造的关键在于如何融合和使用新一代信息技术（如云计算、物联网、大数据、移动互联、人工智能等），并提出了数字孪生是实现物理与信息融合的有效手段。

同时，各制造企业结合自身实际进行了尝试。如德国慕尼黑的宝马定制总部，客户可以看到不同车型的个性选装配置菜单，并可根据自己的个人需求从外观到内饰，从驾驶动态和舒适功能个性化定制自己的爱车，同时在其周边已形成完善的服务链，提供住宿、购物等服务，极大带动了服务业消费，具有很强的借鉴意义。国内的红领集团建立的个性化服装数据库系统，成本虽然较批量制造略微有所上升，但是得到了成倍以上的回报，同时年均销售收入和利润均大幅增长[1]。

3  W公司智能制造系统规划

3.1 W公司产品特点

W公司的产品主要是提供测试自动化、自动化生产、自动化装配设备。主要包括FCT（Functional Circuit Test）功能测试冶具、ICT（In Circuit Test）在线测试冶具和程序、FCT功能测试系统集成、自动化测试平台以及相关配套软件和技术服务。目前W公司一年生产的产品超过两千种，而且几乎每件产品的数量都很小，甚至很多时候只生产一种产品，W公司产品的特点是多品种小批量。

3.2 W公司问题分析

因为“多品种小批量”的产品多样性，生产过程的复杂性，环境条件的多变性和生产管理的动态性等这些生产特点，增加了企业对新产品的研发生产全过程的管理复杂度，导致了产品品质监控困难，管理效率低下，产品成本高等问题，大大降低了公司的市场竞争力。随着制造业自动化程度越来越高，对自动化设备的需求快速增长，公司业务规模日益扩张，使得公司品控问题越来越突出，客户投诉逐年增加。公司质量问题频发在设计和生产过程中，其中设计过程导致的质量问题出现的原因主要有客户需求管理松散，导致产品达不到客户需求。生产过程中的质量问题包括工序管理混乱，过于依赖领班的个人经验;生产过程数据电子化程度过低，导致对产品生产过程的控制能力不足，出现某些步骤漏做导致质量问题。同时，质量问题也导致了W公司的生产效率低下进而增加了生产成本。

3.3 W公司实施智能制造系统需求分析

通过以上的问题分析可以看出，W公司的质量、成本和效率问题正随着公司业务的扩张越来越突出，尤其是效率低下的问题，给公司的成本和质量控制带来了巨大阻碍，进而对其士气造成了不容忽视的负面影响，这些问题如果不解决将严重制约公司的成长。W公司现有的问题产生的原因是多个系统共同作用的结果，而智能制造系统是一整套系统体系，不是单一一个系统，它是由多个子系统共同作用，使得产品的制造全流程数据化、智能化、网络化。智能制造的目标之一就是以最低的生产成本快速满足客户的个性化需求。这非常符合W公司的产品特性。

3.4 W公司实施智能制造系统规划目标

通过对W公司的现有问题和实施智能制造系統的必要性进行分析，W公司智能制造系统的规划目标如下：

①建立生产管理系统。实现制造全流程全方位的信息化管理，进而提升生产效率、缩短制造周期、降低物料库存和成品库存。

②建立设计开发管理系统。实现产品数据，包括设计图纸、BOM数据、客户文档、方案说明书等文档的集中管理系统。

③对企业外部生态环境大数据进行情报收集和分析，迅速收集和分析原材料的价格信息、产品的市场销售情况、市场存量、未来趋势、国家政策、上下游行业信息等基本信息，供决策者科学做出合理决策。

4  总结与展望

随着我国人口红利的逐渐消减，制造业劳动成本上的优势必将不复存在，“中国制造2025”战略的出台的目的正是出于突破我国制造业目前面临的困局。目前我国智能制造的研究取得了一定成功，如红领集团、三一重工等国内企业也将智能制造的概念和技术逐步引入到实际生产中，并成功创造了较为客观的经济价值，智能制造正在重新定义中国制造。

只有所有环节的制造智能，才能全面实现智能制造[10]。随着物联网、互联网、人工智能的发展，智能制造是全球化趋势的必然要求，以特定企业或者特定领域为起点，最终实现全球所有设备、系统的互联，制造的信息世界和物理世界将成功融合，最终实现全世界制造环境内的智能制造活动有机融合。

参考文献：

[1]周济.智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J].中国机械工程，2015，26（17）：2273-2284.

[2]杨叔子，丁洪.智能制造技术与智能制造系统的发展与研究[J].中国机械工程，1992，3（2）：15-18.

[3]乔兵，朱剑英.多Agent智能制造系统研究综述[J].南京航空航天大学学报，2001，33（1）：1-7.

[4]赵东标，朱剑英.智能制造技术与系统的发展与研究[J].中国机械工程，1999，10（8）：927-931.

[5]朱剑英.智能制造的意义、技术与实现[J].机械制造与自动化，2013（03）：1-6.

[6]熊有伦.智能制造[J].科技导报，2013，31（10）：1.

[7]我国智能制造产业发展现状与趋势.https：//www.sohu.com/a/248972391_99916132.

[8]王飞跃，高彦臣，商秀芹，张俊.平行制造与工业5.0：从虚拟制造到智能制造[J].科技导报，2018，36（21）：10-22.

[9]陶飞，张萌，程江峰，等.数字孪生车间——一种未来车间运行新模式[J].计算机集成制造系统，2017，23（1）：1-9.

[10]孟月.5G+MEC+AI使能三一重工智能制造[J].通信世界，2020（16）：24.

[11]陶飞.工业4.0与智能制造发展趋势[J].中国培训，2017（12）：36-37.