智能制造：定义与实践

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：定义智能制造是先进智能系统强化应用、新产品制造快速、产品需求动态响应，以及工业生产和供应链网络实时优化的制造。因此，也有一种观点认为这些战略规划就是在讲“智能制造”，这实际上过于泛化了，不利于理解智能制造的本质特征。关于该定义的解释如下：智能制造面向产品全生命周期而非狭义的加工生产环节，产品是智能制造的目标对象。智能制造技术的应用是针对制造系统的关键环节或过程，而不一定是全部。

关于“智能制造”一词的定义非常多，下面列举了其中一些定义：

（1）1991年，日本、美国和欧洲国家共同发起实施的“智能制造国际合作研究计划”中定义“智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统”。

（2）百度百科中“智能制造”一词采用了路甬祥报告中的定义，“一种由智能机器人和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新、扩展到柔性化、智能化和高度集成化”。

（3）2011年6月，美国智能制造（Smart Manufacturing Leadership Coalition，SMLC）发布了《实施21世纪智能制造》报告。定义智能制造是先进智能系统强化应用、新产品制造快速、产品需求动态响应，以及工业生产和供应链网络实时优化的制造。智能制造的核心技术是网络化传感器、数据互操作性、多尺度动态建模与仿真、智能自动化，以及可扩展的多层次的网络安全。

（4）在我国《智能制造科技发展“十二五”专项规划中》，定义智能制造是“面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造，是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化等。智能制造系统最终要从以人为主要决策核心的人机和谐系统向以机器为主题的自主运行转变”。

（5）在我国《2015年智能制造试点示范专项行动实施方案》中，定义智能制造是“基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个关节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称，具有以智能工程为载体、以关键制造环节智能化为核心、以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑等特征，可有效缩短产品研制周期，降低运营成本，提高生产效率，提升成品质量，降低资源能源消耗”。

（6）2015年12月，《国家智能制造标准体系建设指南（2015年版）》提出了智能制造系统架构模型，该模型从生命周期、系统层级和智能功能三个维度来阐述智能制造的内涵，所构建的智能制造标准体系结构包括基础共性标准、关键技术标准和重点行业标准三大部分，其中，关键技术标准包括智能装备、智能工厂、智能服务、工业软件和大数据、工业互联网五个部分。

从上述定义可以看出，随着各种制造新模式的产生和新一代信息技术的快速发展，智能制造的内涵在不断变化，人工智能的成分在弱化，而信息技术、网络互联等概念在强化，同时，智能制造的范围在扩大，横向上从传统制造环节延伸到产品全生命周期，纵向上从制造装备延伸到制造车间、制造企业甚至企业的生态系统。

关于智能制造的理解存在一定的分歧，比如，在国家973项目“高品质复杂零件智能制造基础研究”中，认为智能制造的“科学理念集中体现在智能工艺和智能装备上，是复杂工况下高性能产品制造的有效手段”，这可视为对智能制造的狭义理解。虽然“工业4.0”“工业互联网”和“中国制造2025”都没有给出智能制造的定义，但“工业4.0”中强调智能生产（Smart Production）和智能工厂（Smart Factory），“工业互联网”强调智能设备（Intelligent Devices）、智能系统（Intelligent Systems）和智能决策（Intelligent Decisioning）三要素的整合，“中国制造2025”把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。因此，也有一种观点认为这些战略规划就是在讲“智能制造”，这实际上过于泛化了，不利于理解智能制造的本质特征。

本书从智能制造的本质特征出发，尝试给出智能制造较为普适的定义，即“面向产品的全生命周期，以新一代信息技术为基础，以制造系统为载体，在其关键环节或过程，具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，能动态地适应制造环境的变化，从而实现某些优化目标”。关于该定义的解释如下：

（1）智能制造面向产品全生命周期而非狭义的加工生产环节，产品是智能制造的目标对象。

（2）智能制造以新一代信息技术为基础，包括物联网、大数据、云计算等，是泛在感知条件下的信息化制造。

（3）智能制造的载体是制造系统，制造系统从微观到宏观有不同的层次，如制造装备、制造单元、制造车间、制造企业和企业生态系统等。制造系统的构成包括产品、制造资源（机器、生产线、人等）、各种过程活动（设计、制造、管理、服务等）及运行与管理模式。

（4）智能制造技术的应用是针对制造系统的关键环节或过程，而不一定是全部。

（5）“智能”的制造系统，必须具备一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，这是其区别于“自动化制造系统”和“数字化制造系统”的根本地方，同时，“能动态地适应制造环境的变化”也非常重要，一个只具有优化计算能力的系统和一个智能的系统是不同的。

（6）构建“智能”的制造系统，必然是为了实现某些优化目标。这些优化目标非常多，如增强用户体验友好性、提高装备运行可靠性、提高设计和制造效率、提升产品质量、缩短产品制造周期、拓展价值链空间等。应当注意，不同的制造系统层次、制造系统的不同环节和过程、不同的行业和企业，其优化目标及其重要性都是不同的，难以一一枚举，必须具体情况具体分析。

智能制造：定义与实践

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