一、背景
近年來，勞動力成本和原材料價格節(jié)節(jié)上升，制造業(yè)已向更低成本的國家轉(zhuǎn)移，金融危機之后，發(fā)達國家提出“再工業(yè)化”，要用人工智能、機器人以及數(shù)字化制造打敗中國制造業(yè)。如中國最大的制造商之一——臺灣富士康科技集團曾宣布，計劃在三年內(nèi)安裝一百萬臺機器人來取代目前由中國工人來做的工作。事實證明，隨著智能制造技術(shù)、先進制造技術(shù)的快速發(fā)展，制造業(yè)已開始向發(fā)達國家回流，中國制造業(yè)大國的地位經(jīng)受嚴(yán)重挑戰(zhàn)。
在這樣的競爭環(huán)境下，我國政府也做出了相應(yīng)的戰(zhàn)略定位，如工信部裝備司司長張相木在亞洲制造業(yè)論壇發(fā)言時提出，“工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以蒸汽機為代表的機械時代、以電子信息技術(shù)為代表的電器時代，以計算機為代表的數(shù)字時代，下一個時代應(yīng)該叫智能時代。”2012年7月9日國務(wù)院發(fā)布的《十二五國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中指出：“要做大做強智能制造裝備，把高端裝備制造業(yè)培育成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，促進制造業(yè)向智能化、精密化、綠色化發(fā)展。” 工程院院長周濟指出：“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，中國機械產(chǎn)品總體升級為“數(shù)控一代”；到2030年，機械產(chǎn)品總體升級為“智能一代”，制造業(yè)主要領(lǐng)域?qū)⑷嫱菩兄悄苤圃炷Ｊ健?br />
可見，競爭格局、制造技術(shù)、綠色發(fā)展、國家戰(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）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。它對制造自動化的概念進行了更新，擴展到柔性化、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和諧系統(tǒng)向以機器為主體的自主運行轉(zhuǎn)變。
“智能制造國際合作研究計劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個制造過程中貫穿智能活動，并將這種智能活動與智能機器有機融合，將整個制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進生產(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
智能制造過程具有能感知與理解環(huán)境信息和自身信息，并進行分析判斷和規(guī)劃自身行為的能力。具有自律能力的設(shè)備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現(xiàn)出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協(xié)調(diào)運作與競爭。值得注意的是，強有力的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎(chǔ)。
2、人機一體化
目前IMS不單純是“人工智能”系統(tǒng)，而是人機一體化智能系統(tǒng)，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感（頓悟）思維。它能夠獨立承擔(dān)起分析、判斷、決策等任務(wù)。 人機一體化智能系統(tǒng)在智能機器的配合下，更好地發(fā)揮出人的潛能，使人機之間表現(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)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是實現(xiàn)虛擬制造的支持技術(shù)，也是實現(xiàn)高水平人機一體化的關(guān)鍵技術(shù)之一。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是以計算機為基礎(chǔ)，融信號處理、動畫技術(shù)、智能推理、預(yù)測、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)實生活中的各種過程、物件等，因而也能擬實制造過程和未來的產(chǎn)品，從感官和視覺上使人獲得完全如同真實的感受，但其特點是可以按照人們的意愿任意變化，這種人機結(jié)合的新一代智能界面，是智能制造的一個顯著特征。
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)在運行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，所以稱這種柔性為超柔性，如同一群人類專家組成的群體，具有生物特征。
5、學(xué)習(xí)能力與自我維護能力
智能制造系統(tǒng)能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學(xué)習(xí)功能，同時，在運行過程中自行進行故障診斷，并具備對故障自行排除、自行維護的能力。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
最近幾年歐美針對流程工業(yè)提出了“智能工廠”的概念。智能工廠由商業(yè)智能、運營智能、操作智能三個層次組成，如圖2所示。
圖2 流程工業(yè)智能工廠
而對于機械制造業(yè)而言，智能設(shè)計與智能裝備、商業(yè)智能、運營智能、制造智能構(gòu)成了機械制造業(yè)智能工廠的整體框架，如圖3所示。
- 智能設(shè)計&智能裝備
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)控機床、智能儀表。
- 商業(yè)智能
- 運營智能
- 制造智能
四、總結(jié)
工業(yè)革命從機械化、電器化、數(shù)字化走向智能化，這是歷史發(fā)展的必然，機械制造業(yè)必須走向智能制造、智能工廠的道路。智能設(shè)計與智能裝備、商業(yè)智能、運營智能、制造智造將構(gòu)建機械制造業(yè)的智能工廠，而智能工廠將最大限度的優(yōu)化企業(yè)資源利用，降低生產(chǎn)成本，提高客戶滿意度，實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新、經(jīng)營模式創(chuàng)新、流程創(chuàng)新、生產(chǎn)制造過程創(chuàng)新，奪取下一個十年的競爭優(yōu)勢。
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本文標(biāo)題：智能制造，制造業(yè)的未來
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