智能制造 的定义和内涵

智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，MES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。它对制造自动化的概念进行了更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。“智能制造国际合作研究计划JIRPIMS”明确提出：“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。”

与传统的制造相比，智能制造具有如下特征。

1、自律能力：

智能制造过程具有能感知与理解环境信息和自身信息，并进行分析判断和规划自身行为的能力。具有自律能力的设备称为“智能机器”，“智能机器”在一定程度上表现出独立性、自主性和个性，甚至相互间还能协调运作与竞争。 值得注意的是，强有力的知识库和基于知识的模型是自律能力的基础。

2、人机一体化：

目前IMS不单纯是“人工智能”系统，而是人机一体化智能系统，它不仅具有逻辑思维，形象思维还具有灵感(顿悟)思维。 它能够独立承担起分析、判断、决策等任务。 人机一体化智能系统在智能机器的配合下，更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相互“理解”、相互协作的关系。

因此，在智能制造系统中，高素质、高智能的人将发挥更好的作用，机器智能和人的智能将真正地集成在一起，互相配合，相得益彰。

3、虚拟现实技术：

虚拟现实技术是实现虚拟制造的支持技术，也是实现高水平人机一体化的关键技术之一。虚拟现实技术是以计算机为基础，融信号处理、动画技术、智能推理、预测、仿真和多媒体技术为一体，借助各种音像和传感装置，虚拟展示现实生活中的各种过程、物件等，因而也能拟实制造过程和未来的产品，从感官和视觉上使人获得完全如同真实的感受，但其特点是可以按照人们的意愿任意变化，这种人机结合的新一代智能界面，是智能制造的一个显著特征。

4、自组织和超柔性：

自组织和超柔性是指智能制造系统中的各组成单元能够依据工作任务的需要，自行组成一种最佳结构，其柔性不仅表现在运行方式上，而且表现在结构形式上，所以称这种柔性为超柔性，如同一群人类专家组成的群体，具有生物特征。

5、学习能力与自我维护能力：

智能制造系统能够在实践中不断地充实知识库，具有自学习功能，同时，在运行过程中自行进行故障诊断，并具备对故障自行排除、自行维护的能力。这种特征使智能制造系统能够自我优化并适应各种复杂的环境。智能制造对于不同的行业其需求是不同的。

2、流程工业智能工厂

最近几年欧美国家针对流程工业提出了“智能工厂”的概念。流程工业智能工厂由商业智能、运营智能、操作智能三个层次组成，如图2所示。 图2 流程工业智能工厂

3、离散制造业智能工厂

离散制造业与流程工业相比较，首先在底层制造环节由于生产工艺的复杂性，车、铣、刨、磨、铸、锻、铆、焊对制造装备的智能化要求很高，投资很大。与原材料工业相比较，离散制造业特别是装备制造业、家电、消费电子等产品大都要求产品智能化，设计智能。图3给出离散制造业智能工厂的框架。

在信息物理融合系统的CPS的支持下，构建智能制造、智能经营、智能设计、智能产品、智能决策五大系统。要做到纵向、横向和端到端的集成首先要有一系列的标准的支持，信息安全的保障。

1、信息物理融合系统CPS：

通过物联网、服务网将制造业企业设施、设备、组织、人互通互联，集计算机、通讯系统、感知系统为一体，实现对物理世界安全、可靠、实时、协同感知和控制。对物理世界实现“感”、“联”、“知”、“控”。 如图4所示。

2、智能设计：

应用CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术，在设计知识库、专家系统的支持下进行产品创新设计。在虚拟环境下设计出数字化样机，对其结构、性能、功能进行模拟仿真，优化设计，实验验证。支持并行设计、协同设计。在工艺知识库的支持下进行工艺设计、工艺过程模拟仿真。最大限度缩短产品设计、试制周期，快速响应客户需求，提高产品设计的创新能力。

3、智能产品：

智能产品要具有感知、分析、推理、决策、控制功能。具有信息存储、传感、无线通信功能，进入物联网，实现远程监控、远程服务。它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。如智能加工中心、自适应数控机床、自动驾驶汽车、智能仪表。

4、智能经营：

在物联网和务联网支持下的整个价值链上从客户需求、产品设计、工艺设计、智能制造、进出厂物流、生产物流等全过程的协同供应链的优化和管理，使得任何客户的需求、变动、设计的更改，在整个供应链的网络中快速传播，及时响应。 制造服务全过程的管理。着眼于产品全生命周期，从用户需求、设计制造、卖方信贷、产品租赁、售后服务、直至回收再利用全过程的管理和服务。在上述全流程过程中的契约、协议、交易、法律、互联网金融的支持。全价值链上资源优化利用，意外的处置，生产安全、信息安全、绿色环保等一系列的保障措施。

5、智能制造：

使用智能装备、智能物流、制造执行系统，实现整个生产制造过程的优化控制、智能调度、生产及设备运行状态监控、质量管理、车间绩效等。对生产、设备、质量的异常作出正确的判断和处置。实现制造执行与运营管理、研发设计、智能装备的集成。实现设计制造一体化，管控一体化。

6、智能决策：

在智能工厂的环境下，将产生大量的数据包括结构化数据、半结构化数据、非结构化数据，用大数据的处理技术，进行建模、数据抽取、分析使企业的各级决策者获得知识或洞察力，促使他们做出对企业更有利的决策。提高决策的遇见性和准确性。对于工业企业大数据的开发利用可以用于市场和客户的分析，争取、发展和留住客户;优化企业运营，使资源利用最大化，降低成本;全面了解、深入洞察和控制财务风险;创建新的业务模式等。

智能制造之路

对于一个制造业企业特别是离散制造业企业，要全面实现智能化是一个浩大的工程。需要大量的资金，人力资源的投入，绝不是一蹴而就的事。正如“中国制造2025”的规划，要用第一个十年进入世界第二方阵，第二个十年进入第一方阵，第三个十年完成中国从制造大国向制造强国的转变，在制造业的主要领域我们要具有创新引领的能力和明显的竞争优势，建成全球领先的技术体系和产业体系。这是中国制造2025的愿景和目标，也应该成为每一个企业的愿景和目标。这样一个宏伟的目标不是短时间能完成的。所以我们一定要总体规划，分步实施，重点突破，效益为先的方针。

1、总体规划，分步实施

建设智能制造系统，智能工厂是一项长期、艰巨、复杂的系统工程，必须按照“总体规划，分步实施，重点突破，效益为先”的原则进行规划。首先要将其纳入企业的长期发展战略，5-10年企业发展愿景是什么，我们要成为什么样的企业，在国内和国际上我们在某一特定领域占有什么位置。制定企业长远发展的战略目标，抓住获取企业核心竞争能力这条主线，从而知道我们需要创新研发什么样的产品，什么样的制造技术，什么样的经营模式，什么样的服务。在这样清晰的战略目标指引下制定总体规划，分析制约企业发展的瓶颈，排出先后顺序，制定分阶段的目标和内容。

2、抓住获取企业可持续发展的核心竞争能力这条主线

什么是企业可持续发展的核心竞争能力，能为客户创造高的价值，超越竞争对手，很难复制和模仿的竞争能力。降价竞争从来不可能获得可持续竞争优势，引进一项新技术或新产品获得的竞争优势并不是可持续的。拥抱互联网，走智能制造的路，逐步实现研发设计智能化、产品智能化、经营管理智能化、制造智能化、服务智能化、决策智能化，这是制造业的发展方向。

3、智能制造也要进行投资效益分析

建设一个自动化、智能化的工厂是要花费大量资金的，为了智能化而智能化，不进行投资效益分析是不行的。中国劳动力成本是在逐年上升，但是与发达国家比较仍然是低的，在企业的若干生产活动中仍然有许多活动用人比用机器更合理、更便宜。要首先选择那些质量、效益、安全综合效益好的环节实施智能化，不要盲目追求全盘自动化、智能化。企业要结合自身的情况、所处的发展阶段、技术水平、经济实力，量力而行。二十多年前一个863/CIMS示范企业盲目追求制造自动化，向银行贷款大笔资金，背上沉重的负债，企业从此一蹶不振，这是一个沉重痛的教训。所以搞智能制造也要进行投资效益分析。

4、发挥企业的主体作用

随着新一轮工业革命的兴起，国家实施“中国制造2025”，“智能制造试点示范专项行动”，“互联网与工业融合创新”等项目相继开展，这是非常重要的。政府组织、引导、鼓励企业走新型工业化的道路。但是一定要坚持市场主导，企业为主体的思想，企业对投资效益负责。