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根云-工業(yè)趨勢分析
返回智能制造源于人工智能的研究，人工智能是用人工方法在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的智能。智能制造的概念提出于20世紀(jì)80年代，日本1989年提出智能制造系統(tǒng)，且于1994年啟動了先進(jìn)制造國際合作研究項(xiàng)目，包括了公司集成和全球制造、制造知識體系、分布智能系統(tǒng)控制、快速產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的分布智能系統(tǒng)技術(shù)等。
加拿大制定的1994—1998年發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃，認(rèn)為未來知識密集型產(chǎn)業(yè)是驅(qū)動全球經(jīng)濟(jì)和加拿大經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，認(rèn)為發(fā)展和應(yīng)用智能系統(tǒng)至關(guān)重要，并將具體研究項(xiàng)目選擇為智能計(jì)算機(jī)、人機(jī)界面、機(jī)械傳感器、機(jī)器人控制、新裝置、動態(tài)環(huán)境下系統(tǒng)集成。
歐洲聯(lián)盟的信息技術(shù)相關(guān)研究有ESPRIT項(xiàng)目，該項(xiàng)目大力資助有市場潛力的信息技術(shù)，1994年其啟動的新的R&D項(xiàng)目，選擇了39項(xiàng)核心技術(shù)，其中三項(xiàng)（信息技術(shù)、分子生物學(xué)和先進(jìn)制造技術(shù)）中均突出了智能制造的位置。
我國80年代末也將“智能模擬”列入國家科技發(fā)展規(guī)劃的主要課題，已在專家系統(tǒng)、模式識別、機(jī)器人、漢語機(jī)器理解方面取得了一批成果。2015年，作為我國未來十年實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的行動綱領(lǐng)和未來三十年實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國夢的奠基性文件的《中國制造 2025》明確提出：“智能制造是新一輪科技革命的核心，也是制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的主攻方向”。智能制造在我國獲得了快速發(fā)展的新契機(jī)，已成為我國現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)新的發(fā)展方向。
智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是指一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。智能制造通過人和智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。智能制造不只是“人工智能系統(tǒng)，而是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是混合智能”。智能制造系統(tǒng)可獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù)，突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時機(jī)器智能和人的智能真正地集成在一起，互相配合，相得益彰，本質(zhì)是人機(jī)一體化。
智能制造的典型特征如下：（1）狀態(tài)感知：準(zhǔn)確泛在感知外部輸入的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)；（2）實(shí)時分析：對獲取的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的分析；（3）精準(zhǔn)執(zhí)行：對外部需求、企業(yè)運(yùn)行狀態(tài)、研發(fā)和生產(chǎn)等做出快速應(yīng)對和準(zhǔn)確執(zhí)行；（4）自主決策：按照設(shè)定的規(guī)則，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，自主做出判斷和選擇，并具有自學(xué)習(xí)的能力。
“工業(yè)4.0”是德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部在2013年漢諾威工業(yè)博覽會上提出的概念。“工業(yè)4.0”的內(nèi)涵是利用賽博物理系統(tǒng)CPS，將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造和銷售等信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速、有效、個性化的產(chǎn)品供應(yīng)。“工業(yè)4.0”出現(xiàn)后，在歐洲乃至全球工業(yè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域都引起了極大的關(guān)注和認(rèn)同，德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界認(rèn)為，“工業(yè)4.0”即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，它描繪了制造業(yè)的未來愿景，是繼前三次工業(yè)革命后，人類迎來的以賽博物理系統(tǒng)(Cyber—Physical System，CPS)為基礎(chǔ)的，以生產(chǎn)高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機(jī)器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命。
“工業(yè)4.0”有三大主題：（1）“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)；（2）“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。該計(jì)劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(chǎn)技術(shù)的使用者和受益者，同時也成為先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者；（3）“智能物流”，主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)等，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。
智能制造和“工業(yè)4.0”異曲同工，“工業(yè)4.0”的本質(zhì)是通過充分利用賽博物理系統(tǒng)CPS，將制造業(yè)推向智能化的轉(zhuǎn)型。而智能制造是一種新的制造模式，從智能制造系統(tǒng)由低層級向高層級逐步演進(jìn)發(fā)展的角度來看，智能制造的內(nèi)涵包含了“工業(yè)4.0”的三大主題。
2014年2月，美國國防部牽頭成立了“數(shù)字制造與設(shè)計(jì)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”（Digital Manufacturing and Design Innovation Institute，DMDI）。2014年12月，美國能源部也宣布牽頭籌建“智能制造的清潔能源制造創(chuàng)新機(jī)構(gòu)”（Clean Energy Manufacturing Innovation Institute on Smart Manufacturing，CEMI）。為什么美國連續(xù)成立數(shù)字制造和智能制造兩個機(jī)構(gòu)，兩個機(jī)構(gòu)又是如何分工的，各自研究領(lǐng)域的主要區(qū)別在哪里？
首先，我們來理解什么是數(shù)字化制造？
數(shù)字化技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)軟（硬）件及網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)，對描述的對象進(jìn)行數(shù)字定義、建模、存貯、處理、傳遞、分析、優(yōu)化，從而達(dá)到精確描述和科學(xué)決策的過程和方法。數(shù)字化技術(shù)具有描述精確、可編程、傳遞迅速、便于存貯、轉(zhuǎn)換和集成等特點(diǎn)，因此數(shù)字化技術(shù)為各個領(lǐng)域的科技進(jìn)步和創(chuàng)新提供了嶄新的工具。數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)的結(jié)合即數(shù)字化制造技術(shù)。
其次，讓我們來分析美國數(shù)字制造機(jī)構(gòu)DMDI和能制造機(jī)構(gòu)CEMI的愿景：
（1）美國數(shù)字制造機(jī)構(gòu)DMDI：①目標(biāo)：在整個供應(yīng)鏈中利用增強(qiáng)的、可互操作的信息技術(shù)系統(tǒng)，全面改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造過程。②專注：將來自于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和產(chǎn)品使用中的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合并加以運(yùn)用，減少制造周期和成本；將制造過程全數(shù)字化，加強(qiáng)產(chǎn)品全壽命周期的建模與先進(jìn)分析工具，提升產(chǎn)品性能、工藝效率和企業(yè)績效。③核心技術(shù)：通過基于計(jì)算機(jī)的集成系統(tǒng)，將設(shè)計(jì)、制造、保障和報廢系統(tǒng)的要求進(jìn)行連接，完善成熟整條“數(shù)字線”。在實(shí)施設(shè)計(jì)時，綜合利用智能傳感器、控制器和軟件來提升保障性，同時考慮系統(tǒng)的安全性。
（2）美國智能制造機(jī)構(gòu)CEMI：①目標(biāo)：從實(shí)時能量管理、能源生產(chǎn)率和過程能量效率的角度，降低制造成本。②專注：在整個生產(chǎn)運(yùn)行中將效率信息實(shí)時集成，重點(diǎn)是將能量和材料使用降到最低；特別面向能量密集型的制造部門。③傳感器——能夠在高溫高壓環(huán)境中工作，控制系統(tǒng)——使用來自這些傳感器的數(shù)據(jù)，計(jì)算模型——模擬傳感器和控制系統(tǒng)的運(yùn)行，開放式平臺——驗(yàn)證這些技術(shù)的集成如何提升能效。
可以看出，美國DMDI和CEMI兩個機(jī)構(gòu)都不可避免地研究各類智能制造技術(shù)，其中美國數(shù)字制造機(jī)構(gòu)DMDI的技術(shù)方向和研發(fā)內(nèi)容更加貼合離散制造業(yè)的智能制造需求，而美國智能制造機(jī)構(gòu)CEMI的技術(shù)方向和研發(fā)內(nèi)容更加貼合流程制造業(yè)的智能制造需求。
因此，我們可以認(rèn)為，傳統(tǒng)的數(shù)字化制造技術(shù)與目前的智能化制造技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)不同，傳統(tǒng)的數(shù)字化制造技術(shù)側(cè)重于產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，而智能制造側(cè)重于人工智能技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)字化制造技術(shù)是是實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)，同時智能化是數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展方向之一，即采用智能方法，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)、智能工藝、智能加工、智能裝配、智能管理等，進(jìn)一步提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造管理全過程的效率。
2015年5月，國務(wù)院正式發(fā)布了《中國制造2025》，明確提出要以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向。“互聯(lián)網(wǎng)+制造”，正在成為中國經(jīng)濟(jì)的下一個重要增長點(diǎn)。據(jù)估算，在未來20年中，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展可帶來3萬億美元左右的GDP增量。
那么“互聯(lián)網(wǎng)+制造”與智能制造有什么區(qū)別？可以說“互聯(lián)網(wǎng)+制造”是我們實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的一種手段和方式，而智能制造是目標(biāo)，我們把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到日常的生產(chǎn)制造中，逐步實(shí)現(xiàn)制造的自動化、網(wǎng)絡(luò)化，最終實(shí)現(xiàn)制造的智能化。
ICT技術(shù)的發(fā)展引發(fā)了第四次工業(yè)革命，主要是指云、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)三個技術(shù)領(lǐng)域的突破性發(fā)展。云數(shù)據(jù)中心使海量數(shù)據(jù)的存儲成為可能，并且存儲成本大幅度降低。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對工廠生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的挖掘和利用，作出更加有利于管理者的商業(yè)洞察。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)與通信，使人機(jī)交互更加自由與可靠，推動生產(chǎn)自動化和柔性化的發(fā)展。“互聯(lián)網(wǎng)+制造”其實(shí)就是講前沿的ICT技術(shù)與傳統(tǒng)的制造相結(jié)合，最終達(dá)到降低成本提升競爭力的作用。
毫無疑問，智能化是制造自動化的發(fā)展方向。在制造過程的各個環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計(jì)，工藝過程設(shè)計(jì)，生產(chǎn)調(diào)度，故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)制造過程智能化。而人工智能技術(shù)尤其適合于解決特別復(fù)雜和不確定的問題。但同樣顯然的是，要在企業(yè)制造的全過程中全部實(shí)現(xiàn)智能化，如果不是完全做不到的事情，至少也是在遙遠(yuǎn)的將來。
實(shí)現(xiàn)智能制造是一個長期的過程，一般來說需要先實(shí)現(xiàn)制造的自動化、信息化，最終走向智能化。互聯(lián)網(wǎng)+制造，是把互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和思維模式引入到我們?nèi)粘５纳a(chǎn)組織當(dāng)中去。在我們的日常生產(chǎn)中，人、設(shè)備、產(chǎn)品、物料等時刻都在產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)信息，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得海量的數(shù)據(jù)信息傳遞、集成、挖掘成為可能。
具體措施上，首先是以既有的兩化融合管理體系為抓手，通過標(biāo)準(zhǔn)化，特別是國際標(biāo)準(zhǔn)化的貫徹，引領(lǐng)制造業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展。
其次是以制造業(yè)為切入點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)行業(yè)的配合共同推動“互聯(lián)網(wǎng)+制造”。重點(diǎn)推動傳統(tǒng)裝備智能化改造升級，加強(qiáng)重點(diǎn)行業(yè)CPS(信息物理系統(tǒng))應(yīng)用水平和智能制造系統(tǒng)解決方案能力建設(shè)，積極培育工業(yè)生產(chǎn)新業(yè)態(tài)、新模式，推進(jìn)制造業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)的發(fā)展。
第三是以創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新為重點(diǎn)，加快推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+中小微企業(yè)”的發(fā)展。“這方面由工信部中小企業(yè)司來牽頭，會同相關(guān)部門一起推動。這是國家層面的‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動方案部署的重點(diǎn)任務(wù)，將圍繞著中小微企業(yè)的大眾創(chuàng)業(yè)和萬眾創(chuàng)新來開展。”
其四是以高速寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支撐，提升基礎(chǔ)設(shè)施的支撐水平，“這部分由通信司局(工信部信息通信發(fā)展司)為主，會同相關(guān)司局來推進(jìn)，把我們的4G等信息基礎(chǔ)設(shè)施做好，并且謀劃研發(fā)好5G等下一代通信技術(shù)。”
第五，以關(guān)鍵技術(shù)、軟件產(chǎn)業(yè)服務(wù)為突破口，提升信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)支撐水平。這部分由工信部的電信司(電子信息司)和信息化司(信息化和軟件服務(wù)業(yè)司)等部門一塊牽頭。重點(diǎn)是要夯實(shí)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，實(shí)施“星火計(jì)劃”，大力發(fā)展移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代技術(shù)產(chǎn)業(yè)，加快云計(jì)算+大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。
（來源：智普咨詢）
