一、背景
近年來，勞動力成本和原材料價格節節上升，制造業已向更低成本的國家轉移，金融危機之后，發達國家提出“再工業化”，要用人工智能、機器人以及數字化制造打敗中國制造業。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、先進制造技術的快速發展，制造業已開始向發達國家回流，中國制造業大國的地位經受嚴重挑戰。
在這樣的競爭環境下，我國政府也做出了相應的戰略定位，如工信部裝備司司長張相木在亞洲制造業論壇發言時提出，“工業的發展經歷了以蒸汽機為代表的機械時代、以電子信息技術為代表的電器時代，以計算機為代表的數字時代，下一個時代應該叫智能時代。”2012年7月9日國務院發布的《十二五國家戰略性新興產業發展規劃》中指出：“要做大做強智能制造裝備，把高端裝備制造業培育成為國民經濟的支柱產業，促進制造業向智能化、精密化、綠色化發展。” 工程院院長周濟指出：“制造業數字化、智能化是新工業革命的核心技術”，他提出到2020年，中國機械產品總體升級為“數控一代”；到2030年，機械產品總體升級為“智能一代”，制造業主要領域將全面推行智能制造模式。
可見，競爭格局、制造技術、綠色發展、國家戰略都要求制造業必須走向智能制造之路。
二、智能制造的定義和內涵
智能制造系統（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，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。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。智能制造系統最終要從以人為主要決策核心的人機和諧系統向以機器為主體的自主運行轉變。
“智能制造國際合作研究計劃JIRPIMS”明確提出：“智能制造系統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、產品設計、生產到市場銷售等各個環節以柔性方式集成起來的能發揮最大生產力的先進生產系統。”
與傳統的制造相比，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境信息和自身信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。具有自律能力的設備稱為“智能機器”，“智能機器”在一定程度上表現出獨立性、自主性和個性，甚至相互間還能協調運作與競爭。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。
2、人機一體化
目前IMS不單純是“人工智能”系統，而是人機一體化智能系統，它不僅具有邏輯思維，形象思維還具有靈感（頓悟）思維。它能夠獨立承擔起分析、判斷、決策等任務。 人機一體化智能系統在智能機器的配合下，更好地發揮出人的潛能，使人機之間表現出一種平等共事、相互“理解”、相互協作的關系。
因此，在智能制造系統中，高素質、高智能的人將發揮更好的作用，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、虛擬現實技術
虛擬現實技術是實現虛擬制造的支持技術，也是實現高水平人機一體化的關鍵技術之一。虛擬現實技術是以計算機為基礎，融信號處理、動畫技術、智能推理、預測、仿真和多媒體技術為一體，借助各種音像和傳感裝置，虛擬展示現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中的各組成單元能夠依據工作任務的需要，自行組成一種最佳結構，其柔性不僅表現在運行方式上，而且表現在結構形式上，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、學習能力與自我維護能力
智能制造系統能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能，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能夠自我優化并適應各種復雜的環境。
三、智能工廠
最近幾年歐美針對流程工業提出了“智能工廠”的概念。智能工廠由商業智能、運營智能、操作智能三個層次組成，如圖2所示。
圖2 流程工業智能工廠
而對于機械制造業而言，智能設計與智能裝備、商業智能、運營智能、制造智能構成了機械制造業智能工廠的整體框架，如圖3所示。
- 智能設計&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、信息技術和智能技術的集成和深度融合，如智能加工中心、自適應數控機床、智能儀表。
- 商業智能
- 運營智能
- 制造智能
四、總結
工業革命從機械化、電器化、數字化走向智能化，這是歷史發展的必然，機械制造業必須走向智能制造、智能工廠的道路。智能設計與智能裝備、商業智能、運營智能、制造智造將構建機械制造業的智能工廠，而智能工廠將最大限度的優化企業資源利用，降低生產成本，提高客戶滿意度，實現產品創新、經營模式創新、流程創新、生產制造過程創新，奪取下一個十年的競爭優勢。
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本文標題：智能制造，制造業的未來
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