當前，新工業革命的孕育興起與我國“制造強國夢”形成了歷史性交匯。新一代信息技術與制造業的融合發展催生而出的智能制造，引領著新工業革命的推進，美、德等發達工業化國家正圍繞智能制造展開戰略部署，全球制造業競爭格局面臨結構性變革。在此背景下，如何立足國情與我國制造業發展實際，務實推進智能制造發展，搶占新一輪產業競爭的制高點，實現由制造業大國向強國邁進的“制造強國夢”，成為兼具歷史意義和實踐價值的重要課題。

　新工業革命正在孕育興起

　為什么是當下？換句話說，新工業革命孕育興起的現實條件是什么？它需要兩個方面的條件：一是技術上可行；二是應用上經濟。從技術方面看，一是高度集成的處理器和數據存儲裝置遵循摩爾定律,計算和存儲能力還在呈現指數式增長,微型計算機嵌入產品之中成為可能。正如《第二次機器革命》一書中指出的，今天人們普遍采用每18個月綜合計算能力提高一倍的說法。可以毫無爭議地說，摩爾定律將會一直持續大約半個世紀。二是物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術正以前所未有的方式加快與制造技術的融合發展，存在巨大的應用空間。例如新的IPv6互聯網地址注冊系統給物聯網預留了340萬億個新網址，這一新協議不但提供更高的安全性，讓產品更方便地與網絡連接，更支持產品在沒有IT支持下自動獲取地址。

　從應用方面看，一是高性能傳感器、微型電池以及網絡接口、無線連接和快速軟件開發工具等智能軟硬件價格不斷降低。二是信息技術尤其是互聯網技術正以前所未有的速度從價值鏈的銷售、售后服務、研發設計等外圍環節向產品本身及生產過程等內核滲透。電子商務、網絡新媒體、互聯網金融等新業態發展迅猛，如我國電子商務交易額從2008年的3萬億元增長到2014年的12萬億元，6年間增長了4倍，技術創新加速與產業化應用擴展相互促進，不斷融合，使技術可行性和經濟可行性均大幅提升，新工業革命呼之欲出。

　讓我們回顧一下信息技術是如何一步步與制造業緊密融合的。美國著名管理學教授邁克爾·波特在去年11月《哈佛商業評論》中，將IT技術與制造業的融合發展歸結為“三波浪潮”：第一波浪潮被其概括為制造企業“業務管理自動化”，發生在20世紀60年代到70年代之間，價值鏈中的個人生產活動，從訂單處理到賬單支付，從計算機輔助設計到生產資料規劃都逐漸實現了自動化，這一波浪潮促使生產管理活動的效率大大提高，部分原因是由于生產活動中的數據可以被捕捉和分析，這引發了企業生產流程的標準化革命；第二波浪潮是“供應鏈管理網絡化”，發生在20世紀80年代和90年代，企業生產活動與外部供應商、渠道和客戶之間跨地域的協調與整合，企業甚至可以對全球的供應鏈系統進行緊密整合。

　邁克爾·波特指出，在前兩次浪潮中，價值鏈發生了變化，但產品本身并沒有受到深刻的沖擊。他認為21世紀以來，IT技術與制造的融合進入了“第三波浪潮”，理由是“在現今的第三波浪潮中，IT技術正成為產品本身不可分割的一部分”，即“產品智能化”，新一代產品內置傳感器、處理器和軟件，并與互聯網相聯，同時產品數據和應用程序在產品云中儲存并運行，海量產品運行數據讓產品的功能和效能都大大提升。

　筆者非常欣賞邁克爾·波特先生的歷史洞察力，但從近幾年來IT技術與制造業融合發展的勢頭看，現在是時候將第三波浪潮再推進一步了，即IT技術尤其是物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術不僅僅嵌入到產品，成為產品本身不可分割的一部分，而且深入到產品的生產過程，正帶來生產過程的智能化。更進一步，上述三波浪潮不是“后浪推前浪”式的簡單替代，而是彼此融合貫通，最終帶來人類生產方式乃至生活方式、社會組織方式的根本變革，即新工業革命切切實實地向我們走來了。

　科學認識智能制造內涵

　智能制造不僅采用新型制造技術和設備，而且將迅速發展的信息通信技術(物聯網和服務互聯網)滲透到工廠，在制造業領域構建信息物理系統，從而徹底改變制造業生產組織方式和人機關系，并帶來商業模式的變革。因此，智能制造不是某個領域的技術突破，也不是簡單地用信息技術改造傳統產業，而是信息通信技術(ICT)與制造業的融合發展和集成創新。

　智能制造是一個新型制造系統

　智能制造是將先進自動化技術、傳感技術、控制技術、數字制造技術以及物聯網、大數據、云計算等新一代信息技術相結合，實現工廠和企業內部、企業之間和產品全生命周期的實時管理和優化的新型制造系統，能最大限度地降低生產成本、減少能源資源消耗、縮短產品開發周期，有效提高生產效率，推動生產方式向定制化、分散化、服務化轉變。

　智能制造涵蓋以智能互聯為特征的智能產品、以智能工廠為載體的智能生產、以信息物理系統為關鍵的智能管理以及以實時在線為特征的智能服務。智能制造系統涵蓋了產品設計、生產規劃、生產執行、售后服務等制造業的全部環節。信息物理系統是智能制造的基礎，智能工廠則是實現智能制造的關鍵。

　智能制造主要包括三個方面

　智能產品(裝備)

　智能產品是發展智能制造的基礎與前提，由物理部件、智能部件和聯接部件構成。智能部件由傳感器、微處理器、數據存儲裝置、控制裝置和軟件以及內置操作和用戶界面等構成；聯接部件由接口、有線或無線聯接協議等構成；物理部件由機械和電子零件構成。智能部件能加強物理部件的功能和價值，而聯接部件進一步強化智能部件的功能和價值，使信息可以在產品、運行系統、制造商和用戶之間聯通，并讓部分價值和功能脫離物理產品本身存在。

　智能產品具有監測、控制、優化和自主等四個方面的功能。監測是指通過傳感器和外部數據源，智能產品能對產品的狀態、運行和外部環境進行全面監測；在數據的幫助下，一旦環境和運行狀態發生變化，產品就會向用戶或相關方發出警告。控制是指可以通過產品內置或產品云中的命令和算法進行遠程控制。算法可以讓產品對條件和環境的特定變化作出反應。優化是指對實時數據或歷史記錄進行分析，植入算法，從而大幅提高產品的產出比、利用率和生產效率。自主是指將檢測，控制和優化功能融合到一起，產品就能實現前所未有的自動化程度。

　智能生產

　智能生產是指以智能制造系統為核心，以智能工廠為載體，通過在工廠和企業內部、企業之間以及產品全生命周期形成以數據互聯互通為特征的制造網絡，實現生產過程的實時管理和優化。智能制造系統可分為五個層次：

　——基礎自動化系統層。主要包括生產現場設備及其控制系統。其中生產現場設備主要包括傳感器、智能儀表、PLC、機器人、機床、檢測設備、物流設備等。控制系統主要包括適用于流程制造的過程控制系統，適用于離散制造的單元控制系統和適用于運動控制的數據采集與監控系統。

　——制造執行系統層。制造執行系統包括不同的子系統功能模塊(計算機軟件模塊)，典型的子系統有制造數據管理系統、計劃排程管理系統、生產調度管理系統、庫存管理系統、質量管理系統、人力資源管理系統、設備管理系統、工具工裝管理系統、采購管理系統、成本管理系統、項目看板管理系統、生產過程控制系統、底層數據集成分析系統、上層數據集成分解系統等。

　——產品全生命周期管理系統層。產品全生命周期管理系統層橫向上可以主要分為研發設計、生產和服務三個環節。研發設計環節功能主要包括產品設計、工藝仿真、生產仿真，仿真和現場應用能夠對產品設計進行反饋，促進設計提升，在研發設計環節產生的數字化產品原型是生產環節的輸入要素之一。生產環節涵蓋了上述的生產基礎自動化系統層和制造執行系統層包括的內容，產品在生產環節完成生產進入到服務環節。服務環節通過網絡實現的功能主要有實時監測、遠程診斷和遠程維護，應用大數據對監測數據進行分析，形成和服務有關的決策，指導診斷和維護工作，新的服務記錄將被采集到數據系統。

　——企業管控與支撐系統層。企業管控與支撐系統包括不同的子系統功能模塊，典型的子系統有：戰略管理、投資管理、財務管理、人力資源管理、資產管理、物資管理、銷售管理、健康安全與環保管理等。

　——企業計算與數據中心層。主要包括網絡、數據中心設備、數據存儲和管理系統、應用軟件，為企業實現智能制造提供計算資源、數據服務以及具體的應用功能，能夠提供可視化的應用界面。如為識別用戶需求建設的面向用戶的電子商務平臺、為建立產品研發的設計平臺、制造執行系統的運行平臺、服務平臺等都需要以企業計算與數據中心為基礎，可以推動各類型的應用軟件實現交互和有序工作，各子系統實現全系統信息共享。

  智能服務

　通過采集設備運行數據并上傳至企業數據中心(企業云)，系統軟件對設備實時在線監測、控制，并經過數據分析提早進行設備維護。例如維斯塔斯通過在風機的機艙、輪轂、葉片、塔筒及地面控制箱內，安裝傳感器、存儲器、處理器以及SCADA系統，實現對風機運行的實時監控；還通過在風力發電渦輪中內置微型控制器，在每一次旋轉中控制扇葉的角度，從而最大限度地捕捉風能，還可以控制每一臺渦輪，在能效最大化的同時，減少對鄰近渦輪的影響。維斯塔斯通過對實時數據進行處理預測風機部件可能產生的故障，以減少可能的風機不穩定現象，并使用不同的工具優化這些數據，達到風機性能的最優化。

　智能制造分為三個階段

　縱向集成：工廠和企業范圍的集成

　智能制造將生產過程的各個階段互連，并更好地協調來提高工廠效率。一個典型的制造廠使用越來越多的不同信息技術(IT)，在幾乎所有的傳感器和電機或驅動器中植入微處理器芯片，實現電腦控制，擁有生產管理軟件。制造過程的特定階段或制造工藝得以管理。智能制造在各個制造環節的“信息孤島”間架起橋梁，并加以集成，從而使數據在整個工廠中得以共享。機器收集的數據和人類智能的結合將推進工廠優化，改進企業管理績效，大幅增加經濟效益，提高工人操作安全性，并促進環境可持續發展。

　橫向集成：從工廠和企業內部到企業之間

　通過高性能計算平臺將不同工廠和企業的數據源進行聯接，將工廠的特定信息和供應鏈聯接起來，從原材料供應、客戶需求到產品發貨。通過利用智能電網，企業可以規劃用電，在用電高峰期放緩生產，在用電低谷期加快生產。它將使更多的產品實現定制，新產品和工藝過程實現模擬。它將支持更安全、精確定義的產品的生產，實現更快的產品跟蹤。

　端對端集成：實現生產組織方式和商業模式的變革

　通過貫穿整個價值鏈的工程化數字集成，實現基于價值鏈與不同企業之間的整合，從而最大限度地實現個性化定制，根本改變傳統的商業模式和消費者的購物行為。如亞馬遜公司15年前只是一個網上書店，通過捕捉消費者的圖書購買習慣的大量數據，亞馬遜知悉了消費者生活方式，使其商業模式實現顛覆性轉變。10年內，亞馬遜擴大了產品銷售領域，涉足許多新的類別。它現在是美國最大的在線零售商，書籍和其他傳媒產品只占其240億美元銷售額的52%。任何從亞馬遜下過訂單的人都知道，網站會建議你可能喜歡的產品，告訴你什么是消費者購買產品時需要考慮的。

　智能制造帶來三大轉變

　定制化。企業以用戶為中心，就產品設計、制造與用戶進行實時互動，為大量用戶定制產品和服務。在智能制造系統中，有獨特需求的顧客可以參與到產品的設計、生產、運作、回收等環節，甚至在生產過程中隨時根據需求改變設計及生產。消費者由單純的產品接受者轉變為生產消費者。

　分散化。在全球范圍內迅速發現和動態調整合作對象，整合企業間的優勢資源，在研發、制造、物流等產業鏈各環節實現全球分散化生產。波音公司實現在全球30多個國家、135個地方、180個供應商之間的協同研發和制造，在400多萬個零部件中，本身只負責生產大約10%。

　融合化。互聯網企業與制造企業的邊界正在打破，生產企業與服務企業的邊界日益模糊。2014年1月，谷歌宣布與通用、本田、奧迪和現代等四家整車制造企業以及一家芯片制造企業(NVIDIA)共同成立“開放汽車聯盟”。自2012年，谷歌公司已經先后收購了9家智能機器人相關企業。

　務實推進中國特色智能制造發展

　客觀評價發達國家發展智能制造對我國影響

　自2011年，我國就成為中國全球制造業第一大國，但與發達國家相比，仍有很大差距，面臨的要素成本壓力不斷加大、資源環境約束條件不斷增多。

　當前，智能制造時代就要來臨，各國正在部署新的制造業發展戰略，將重構全球制造業生態。美、德等發達工業化國家推行各自版本的智能制造發展戰略，目的不只是要搶占新一輪制造業競爭的制高點，還要通過發展智能制造，實現生產成本的大幅下降、生產效率的快速提升，為其謀求中低端制造業回歸創造條件。

　我國雖然有較為完整的制造業體系，具備龐大的市場優勢，但必須清醒地認識到：在智能制造時代，傳統的低成本競爭優勢不再那么重要，整個制造業生態都將發生根本變化，如果不及時抓住智能制造發展機遇，我國傳統的制造企業會陷入困境，面臨被淘汰的風險，我國制造業在全球的競爭優勢將不斷削弱。

　深刻認識我國發展智能制造條件與基礎

　我國已具備發展智能制造的基礎與條件。一是取得了一大批相關的基礎研究成果，掌握了長期制約我國產業發展的部分智能制造技術，如機器人技術、感知技術、復雜制造系統、智能信息處理技術等。以新型傳感器、智能控制系統、工業機器人、自動化成套生產線為代表的智能制造裝備產業體系初步形成。二是我國制造業數字化具備一定的基礎。目前規模以上工業企業在研發設計方面應用數字化工具普及率已經達到54%，生產線上數控裝備比重已經達到30%。

　然而，與發達國家相比我國還有較大差距，體現在以下幾個方面：

  一是智能制造基礎理論和技術體系建設滯后。目前，我國主要側重智能制造技術追蹤和技術引進，而基礎研究能力相對不足，對引進技術的消化吸收力度不夠，原始創新匱乏；控制系統、系統軟件等關鍵技術環節薄弱，技術體系不夠完整。

　二是我國發展智能制造的數字化基礎較為薄弱，制造業發展整體上還處于機械自動化向數字自動化過渡階段，如果以德國工業4.0作為參照系，比較一致的看法是我國總體上還處于2.0時代，部分企業在向3.0時代邁進。

  三是關鍵技術和核心部件受制于人。高端傳感器、智能儀器儀表、高檔數控系統、工業應用軟件等市場份額不到5%，大型工程機械所需30Mpa以上液壓件全部進口，大型轉載機進口部件占整機價值量的50%-60%。

　四是高端軟件產品缺乏。我國制造業的“兩化”融合程度相對較低，低端CAD軟件和企業管理軟件得到很好普及，但應用于各類復雜產品設計和企業管理的智能化高端軟件產品缺失，在計算機輔助設計、資源計劃軟件、電子商務等關鍵技術領域與發達國家差距依然較大。

　五是企業系統集成能力較為薄弱，缺乏像西門子、GE一樣的國際級大型企業。 質量和水平不高。

　加強頂層設計與統籌規劃

　將發展智能制造與貫徹落實《中國制造2025》結合，制定推進我國智能制造發展的中長期規劃。加快研究論證國家智能制造重大工程，明確所要突破的共性關鍵技術、所要建立共性技術平臺、在廣泛調研和專家論證基礎上，建立完善智能制造體系架構，明確推進智能制造的重點內容、重點領域、關鍵步驟和具體路徑。

　優先啟動五方面重點行動

　一是攻克一批關鍵核心技術，包括數字設計與虛擬仿真系統，新型傳感、工業控制等智能制造技術與系統，智能管理技術與系統，建立智能制造系統集成平臺。

　二是大力發展自主可控的智能部件、智能裝備及成套系統。加快新型傳感器、智能儀器儀表、工業機器人、工業軟件等關鍵智能部件的研發與產業化，重點發展高端數控機床、工業機器人、增材制造(3D打印)裝備、伺服驅動系統、工業控制系統等智能制造裝備及成套系統。

　三是加快建立智能制造標準體系。研究建立智能制造綜合標準化體系，依據采用現有標準、修訂現有標準或制定新標準等策略，對重點相關領域已有標準進行研究分析，規劃構建包括已發布、在制定和待制定標準的智能制造綜合標準化技術體系，率先啟動基礎和通用方面的智能制造標準。

　四是有序開展智能制造試點示與應用推廣。加快實施《智能制造試點示范專項行動實施方案》，盡快出臺《智能制造試點示范項目要素條件》，充分發揮地方政府、行業和廣大制造企業的積極性，圍繞流程制造業的智能工廠、離散制造業的數字化工廠、以信息技術嵌入為代表的智能產品(裝備)、以物流數字化、能源管理智能化為代表的智能管理，以個性化定制、網絡協同開發、電子商務為代表的新業態新模式，以在線監測、遠程診斷與云服務為代表的智能服務等六個方面，在有條件的地區、行業和重點企業率先開展智能制造示范應用，并建立《智能制造試點示范項目評價體系》，在此對試點示范項目進行評價基礎上，及時總結形成經驗和模式，在制造業加以大面積推廣。

　五是積極推進網絡基礎設施建設。圍繞智能制造示范應用，制訂工業互聯網整體網絡架構方案。 開展工業互聯網IPv6地址資源管理示范工程，規劃電信網碼號和互聯網地址資源，為智能制造應用推廣建立完善的網絡基礎設施環境。

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