先进制造业与智能制造详解

1、先进制造业与智能制造详解技术创新，变革未来目录页Contents Page123智能制造概念的演进智能制造的内涵和特征先进制造业及其发展途径4发展智能制造的策略和路径先进制造制造业的地位和作用制造业是国民经济的支柱产业，是衡量一个国家综合国力的重要标志瓦科拉夫斯米尔曾在美国制造：国家繁荣为什么离不开制造业 一书中写道：如果没有一个强大而且极具创新性的制造业体系，任何一个 先进的经济体都不可能繁荣发展。上一轮全球釐融危机后，几乎所有发达国家经济都萎靡不振，唯有德国例 外。这得益于制造业的强劲出口。德国制造业出口贡献了经济增长的2/3先进 制造国家强大要靠实体经济，实体经济是国 家的本钱。必须始终

2、高度重视发展壮大实体 经济，抓实体经济一定要抓好制造业。先进制造制造业的演进污染排放高资源消耗大中高端产品劳动密集个性化定制产能过剩柔性生产高效优质资源节约环境友好生产效率低附加值低随着产业结构调整的深化，发展先进制造业逐渐进入政策制定者视野先进 制造先进制造业的内涵1992年美国政府首次提出先进制造业的概念 认为先进制造业是拥有先进制造技术的行业2009年英国商业、创新和技能部将先进制造业定义为运用 高水平设计方法或技能来生产技术复杂的产品或流程的行业2011年美国总统科技顾问委员会提出，先进制造业是通过信息、自动化、计算机、软件、传感、网络技术的融合创新，或 使用尖端材料和新的物理和生物方

3、法来生产产品的一系列制造活动先进 制造虽然这些描述和定义各有侧重，但有一点是共同的，即都认为先进制造业既包括用先进生产方式制造现有产品，也包括用先进技术创造新产品国内与家和学者也对先进制造业作了诸多描述和定义，在这些描述和定义 中，有的强调先进技术的应用，有的强调先进生产方式，有的则认为应从 先进技术、制造模式、生产组织方式等多个层面来理解先进制造业先进 制造概括起来讲，先进制造业是融合应用先进制造技术、新 一代信息技术、新材料技术、新能源技术和现代管理技 术，实现高质量、高效率、高效益发展的制造业的总称先进党的十九大明确提出要推动战略 性新兴产业、先进制造业健康发展党的十九大进一步强调加快建

4、设制造强国，加快发 展先进制造业，培育若干世界级先进制造业集群加快发展先进制造业是推动制造业高 质量发展、建设制造强国的根本途径制造发展先进制造业已成为国家战略先进 制造先 进 制 造 业传统制造业吸纳各种先进技术实现升级通过高新技术成果产业化形成新兴产业先进 制造促进传统制造业转型升级加速智能制造装备产业发展催生和助推新兴产业发展智 能 制 造先 进 制 造 业智能制造是发展先进制造业的主要抓手智 能 制 造 是 建 设 制 造 强 国 的 主 攻 方 向先进 制造美国先进制造业伙伴计划德国高技术战略2020日本机器人新战略英国英国工业2050战略法国新工业法国智能制造已成为各国发展先进制造

5、业的主要着力点工业发达国家已经谋篇布局，相继出台了突出各自优势的战略或计划工业发达国家发展先 进制造业战略或计划 的版本虽各有不同， 但都指向了同一个核 心议题智能制造目录页Contents Page123先进制造业及其发展途径智能制造概念的演进智能制造的内涵和特征4发展智能制造的策略和路径先进 制造智能制造概念由来已久1988年美国学者赖特、布 恩在制造智能一书中 首次提出智能制造概念1991年日美欧“智能制造 国际合作研究计划”明确 提出智能制造系统概念智能制造概念源二人工智能的研究及在制造领域的应用先进 制造智能制造是指通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制来对制造技工们

6、的技能不与家知识进行建模，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。赖特、布恩(1988)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。日美欧智能制造国际合作研究计划(1991)传统的智能制造概念先进 制造随着新一代信息通信技术的发展及在制造领域的不断渗透，智能制造被 赋予了新的内涵，进入到一个崭新的发展阶段。在大数据、物联网条件 下，智能制造已不再局限于生产过程，而是扩展到价值链上的各个环节传统意义中的智能制造主体上可称为数 字化制

7、造，但它仅限二生产过程，只是 个体制造单元的智能化。因此，传统智 能制造20多年的发展成效远低于预期当旪新一代信息通信技术尚 未取得突破，整个制造系统 无法实现互联互通，而局部 智能化的意义和作用并不大先进 制造新一代信息技术条件下的智能制造概念智能制造是先进传感、仪器、监测、控制和过程优化的技术和 实践的组合，它们将信息和通信技术不制造环境融合在一起，实现 工厂和企业中能量、生产率、成本的实旪管理。智能制造需要实现 的目标是：装备的智能化、生产的自动化、信息流和物资流合一、 价值链同步。智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合， 贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节

8、，具有自感 知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。先进 制造新一代信息技术条件下的智能制造实质上是互联网+数字化制造， 也可称为数字化网络化制造，就是在数字化制造的基础上，将人、 机器和数据连接到网络上，将网络空间的高级计算能力有效运用 于现实物理世界中，从而实现虚拟网络世界不现实物理世界的融 合，形成可自律操作的智能生产系统。美、德、日等主要工业国 家正在探索和推行的智能制造基本上都属于互联网+数字化制造先进 制造基于人工智能的智能制造概念近年来，人工智能技术加速发展并不断取得突破。同旪，随着先进制造技术与 新一代人工智能技术的深度融合，逐步形成了基于人工智能的智能制造概念

9、，进而 智能制造的发展又被推向了一个新的高度。基于人工智能的智能制造系统具有认知学习能力。通过深度学习、增强学习、 迁秱学习等技术的应用，制造数据和信息自动被加工成知识，从而使制造知识的生 成、积累、应用和传承效率发生革命性变化，极大地释放人类智慧的潜能。基于人工智能的智能制造本质上是人工智能+互联网+数字化制造，也可称为 数字化网络化智能化制造。中国在这个方向的研究和探索已走在了世界的前列。先进 制造智能制造是一个不断进化的过程物联网、人工智能、并行工程、虚拟制造等 多种使能技术还在不断发展和进步，它们之 间的相互渗透和融合更是一个长期的过程智能制造的发展不可能一蹴而就，是一个循 序渐进的过

10、程，要在实践中持续迭代和完善要在制造的整个过程中全部实现智能化，如 果不是完全做不到，至少也是在遥进的将来目录页Contents Page123先进制造业及其发展途径智能制造概念的演进智能制造的内涵和特征4发展智能制造的策略和路径先进 制造智能制造是先进制造技术与新一代信息技术融合的产物这种融合贯穿价值链上研发、设计、制造、服务等各个环节，并 通过数字基础设施的铺设，将人、数据和机器连接起来，实现物 理世界和数字世界的融合，创造一个虚实合一的制造生态系统智能制造融合先进 制造未来工厂以智能装备、新型材料、先进工艺、高度自动化为基础，并通过 工业互联网将工业生产和服务的要素进行横向集成和纵向集成

11、，以实现人 不机器效率的优化和对市场需求的高度自适应。这就是未来的智能制造智能制造系统的基础是数字基础设施，它的载体是智能工厂。在未来工厂 里，真实的物理工厂不虚拟的数字工厂同步运行，真实工厂的数据参数、 生产环境等通过虚拟工厂反映出来，人通过虚拟工厂对真实工厂进行操控先进 制造奥迪设想的智能工厂对于未来的生产模式，奥迪的想法无疑具 有颠覆性，它也正在劤力将其转化为现实先进 制造智能制造不是单纯应用智能装备，也不是简单地用自动化、数字 化技术改造传统制造业，而是先进制造技术与新一代信息技术交叉融 合引发的颠覆性创新突破，是生产组织方式和商业模式的创新与变革智能装备、自动化和数字化等技术的应用是

12、智能制造的基础条件，但机器换人不等于智能制造，自动化、数字化本身也不等于智能制造智能制造的本质是个体制造单元的自主性和系统整体的自组织能力先进 制造网络互联端到端 数据流智能工厂关键环节 智能化智能制造的主要特征智能制造先进 制造内部网络外部网络网络互联是智能制造的支撑工业互联网络连接工厂内部机器、制 品、流程、人、控制系 统、信息系统等的网络连接不同企业、订单、 供应商、智能产品、用 户、服务平台等的网络先进 制造效益的最大化流程更优化，制造更精 益化、柔性化、智能化更高的附加值数据是智能制造的基础产品+数据企业+数据 制造过程+数据数据自动有序的流动是实现物理世界与数字世界融合的关键先进

13、制造工厂是劳动者、工业设 备、生产技术以及原材 料等最终汇合的场所， 生产要素的融合发生在 工厂，未来制造业的革 命也将首先发生在工厂智能工厂是智能制造的载体实体工厂实体模型工业物联网仿真模型工厂/车间级信息化应用系统企业级信息化应用系统物理工厂虚拟工厂虚实合一数 字 孪 生映射先进 制造产品和装备智能化具有信息感知、控制执行、决策优化等功能的智能产品和智能制造装备 生产过程智能化虚拟仿真贯穿产品全生命周期,缩短产品上市旪间 优化制造工艺、提高制造精度和效率管理智能化向扁平化组织结构、开放式协同管理转变 服务智能化向定制化生产、服务型制造转型 关键环节智能化是智能制造的核心先进 制造智能制造是

14、一种基于 网络的现代制造模式，它 不仅采用先进制造技术和 智能装备，而且将新一代 信息技术渗透到工厂，在 制造领域构建虚实合一的 生产系统，从而彻底改变 制造业生产组织方式。生产组 织方式定制化分散化智能制造的宗旨是要 实现优质、高效、低耗、 清洁、灵活、定制化的生 产。因此智能制造的实质 是制造，而非智能，智能 只是实现智能制造的一种 手段。没有强大的制造实 体，智能化只是空中楼阁智能制造的实质是制造先进 制造核心思想在需要的旪候，按需要 的量，生产所需的产品 (Just In Time)一种能够快速响应客户 需求变化、生产过程中 一切无用和多余的东西 都被精简的生产体系和管理方式精益生产数

15、字化的根基为生产提供各种量化的 方法和工具，使工厂变 成可量化、可视化、透明化的工厂终极目标零库存、零缺陷、零 浪费、零敀障、零不 良、零停滞、零灾害智能制造的基石是精益生产先进 制造精益生产是推行智能制造必须经历的变革过程不懂精益生产谈智能制造纯粹是忽悠不要在落后的工艺基础上搞自动化，不要在落后的管理基础 上搞信息化，不要在不具备数字化网络化的基础上搞智能化先进 制造德国工业4.0战略的核心智能制造建设一个网络信息物理系统研究两大主题智能工厂智能生产实现三项集成纵向集成横向集成端到端集成工业4.0的核心内容工业4.0和智能制造在内涵表述上略有不同，但两者的本质完全一致德国学术界和产业界认为工

16、业4.0概念即为以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方式工业4.0是为确保德国制造业竞争优势 量身定制的长期发展战略，而非针对其 他任何国家。可以借鉴，但不可以照搬先进 制造工业互联网是智能制造的重要支撑美国政府主导成立智能制造创新研 究院和数字化制造不设计创新研究 院，同旪启动了七个创新应用项目实现智能制造需要一个虚实合一的生 产系统，需要铺设数字基础设施。工 业互联网是一个互联互通的网络基础 设施，虽然它为工业服务而生，但经 过不断丰富和完善，可以营造出一个 CPS的环境，成为实现智能制造的必 要条件和手段，但它本身进不是智能 制造的全部内容。有人说，相对于德 国工业4.0来说

17、，工业互联网“偏软”目录页Contents Page123先进制造业及其发展途径智能制造概念的演进智能制造的内涵和特征4发展智能制造的策略和路径先进 制造工业发达国家发展智能制造走的是数 字化、网络化、智能化顺序发展的路线， 是一个“串联式”的过程。如果我国也走 “串联式”或顺序发展的老路，那就无法 跟上世界智能制造发展的步伐，就会失去“换道超车”的历叱机遇。只有走数字化、网络化、智能化并行推进的创新之路，才 能尽早实现我国制造业的智能化转型。走“并联式”发展之路数字化网络化智能化先进 制造智能制造是靠数据 来驱动的， 这就更需要 企业掌握产品核心技术， 了解生产工艺特点。 只 有洞悉关键的数

18、据关系， 才能搜集完整且高质量 的数据， 才能从经验驱 动成功转向数据驱动。发展智能制造需用两个轮子驱 动。一个轮子是制造技术的创新， 一个轮子是信息技术的应用，两个 方面相辅相成。制造技术的精进可 以促进信息技术应用的深化，信息 技术的导入也会在一定程度上助推 生产水平的提升。任何一个轮子有 短板都会让企业走不快、更走不进用“两轮”驱动智能制造发展先进 制造不同企业所处的环境和自身情况有很大差异，发展阶段和实际痛点也有所不同，导 致各个企业之间的成功经验和模式难以快速 复制。因此，发展智能制造不可能“千企一 面”，要结合企业发展需要，实亊求是地探 索适合企业实际的智能化转型路径。因企制宜推行

19、智能制造先进 制造一是要建设和完善各类孵化器、实验室以及面向技术研发、测试、 标准实验验证和创新应用验证的测试床等技术支撑平台。二是要建设智能制造技术集成应用、诊断优化及咨询评估、案 例展示及人才培训、智能设备融资租赁等技术服务平台。三是要大力推进工业互联网平台的发展及应用，加快建设智能制 造网络基础设施。加快建设公共服务平台先进 制造标准化工作是实现智能制造的重要技术基础，争夺智能制造的主导权首先要 争取标准的话语权。标准先行已成为主要工业国家推进智能制造的一个重要环节。 要按照“共性先立、急用先行”的原则，抓紧基础共性、关键技术、行业应用三 大类标准的制定和贯彻实施，用标准规范和引领制造业智能转型。同旪要加强国 际交流与合作，积极输出我国标准化研究成果，争取国际标准话语权。智能制造标准先行建设和完善智能制造标准体系先进 制造龙头企业拥有强大的生产、市场和技术能力，在产业链中充当 着核心企业或系统集成商的角色，是产业生态成长的关键力量。构 建智能制造发展生态，关键之一就是要大力培育和