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智能制造发展史及概念解析

【摘要】:2015年,国务院正式发布《中国制造2025》,在“战略任务和重点”一节中,明确提出“加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向;着力发展智能装备和智能产品,推进生产过程智能化;培育新型生产方式,全面提升企业研发,生产、管理和服务的智能化水平”。纵观智能制造概念与技术的发展,经历了兴起和缓慢推进阶段,直到2013年以来爆发式发展。

国际上智能制造的研究始于20世纪七八十年代,智能制造领域的首本研究专著于1988年出版,它探讨了智能制造的内涵与前景,定义其目的是“通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制来对制造技工们的技能与专家知识进行建模,以使智能机器能够在没有人工干预的情况下进行小批量生产”。1989年,Kusiak出版专著Intelligent Manufacturing Systems,并于次年创办智能制造领域著名的国际学术期刊Journal of Intelligent Manufacturing。

20世纪90年代初,日本提出了“智能制造系统IMS”国际合作研究计划,其目的是把日本工厂的专业技术与欧盟的精密工程技术、美国的系统技术充分地结合起来,开发出能使人和智能装备都不受生产操作和国界限制,且能彼此合作的高新技术生产系统,美国于1992年执行新技术政策,大力支持包括信息技术、新的制造工艺和智能制造技术在内的关键重大技术。欧盟于1994年启动新研发项目,在其中的信息技术、分子生物学和先进制造技术中均突出了智能制造技术的地位。这段时期,由于人工智能进展缓慢,智能制造技术未能在企业中广泛应用。

21世纪以来,在经历一段时间的沉寂后,智能制造又蓬勃发展起来。美国以智能制造新技术引领“再工业化”,2011年6月,启动包括工业机器人在内的“先进制造伙伴计划”;2012年2月,出台《国家先进制造战略规划》,提出建设智能制造技术平台以加快智能制造的技术创新;2012年3月,建立全美制造业创新网络,其中智能制造的框架和方法、数字化工厂、3D打印等均被列为优先发展的重点领域。德国通过政府、弗劳恩霍夫研究所和各市州政府合作投资数控机床、制造和工程自动化行业的智能制造研究。2011年,日本发布了第四期科技发展基本计划,在该计划中主要部署了多功能电子设备、信息通信技术、测量技术、精密加工、嵌入式系统等重点研发方向;同时,加强智能网络、高速数据传输、云计划等智能制造支撑技术领域的研究。

2012年,美国通用公司提出“工业互联网(Industrial Internet)”,通过它将智能设备、人和数据连接出来,并以智能的方式分析这些交换的数据,从而能帮助人们和设备做出更智慧的决策。AT&T、思科、通用电气、IBM和英特尔随后在美国波士顿成立工业互联网联盟,以期望打破技术壁垒,促进物理世界和数字世界的融合,目前,该联盟的成员已经超过200个。

在2013年4月的汉诺威工业博览会上,德国政府宣布启动“工业4.0(Industry 4.0)”国家级战略规划,意图在新一轮工业革命中抢占先机,奠定德国工业在国际上的领先地位。“工业4.0”通过利用赛博物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS),实现由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,其目标是建立高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式,推动现有制造业向智能化方向转型。

在中国,“智能制造”的研究问题于1988年首次在国家自然科学基金委(NSFC)提出,并于1993年设立NSFC重大项目“智能制造系统关键技术”,之后相关的理论研究一直在进行,但大规模的应用摸索研究并未开展。2010年,《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中首次将“智能制造及装备”列为高端制造装备中的重点发展领域。之后,智能制造技术被国家“十二五”规划、国家中长期发展规划优先发展和支持的重点领域,并制定了《智能制造装备产业“十二五”发展规划》和《智能制造科技发展“十二五”专项规划》。2015年,国务院正式发布《中国制造2025》,在“战略任务和重点”一节中,明确提出“加快推动新一代信息技术与制造技术融合发展,把智能制造作为两化深度融合的主攻方向;着力发展智能装备和智能产品,推进生产过程智能化;培育新型生产方式,全面提升企业研发,生产、管理和服务的智能化水平”。

纵观智能制造概念与技术的发展,经历了兴起和缓慢推进阶段,直到2013年以来爆发式发展。究其原因有很多:其一,近几年来,世界各国都将“智能制造”作为重振和发展制造业战略的重要抓手;其二,随着以互联网、物联网和大数据为代表的信息技术的快速发展,智能制造的范畴有了较大扩展,以CPS、大数据分析为主要特征的“智能制造”已经成为制造企业转型升级的巨大推动力。