在智能制造過程中，利用多功能傳感器和智能控制系統(tǒng)，設(shè)備可以進(jìn)行自感知、自分析、自決策等智能活動，減少設(shè)備響應(yīng)問題的時間，實(shí)時反饋并優(yōu)化生產(chǎn)物流信息，提升企業(yè)生產(chǎn)效率。

智能制造可分為三個層次：

一是智能制造裝備，智能制造離不開智能裝備的支撐，包括高級數(shù)控機(jī)床、配備新型傳感器的智能機(jī)器人、智能化成套生產(chǎn)線等，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化、智能化、高效化；

二是智能制造系統(tǒng)，是一種由智能設(shè)備和人類專家結(jié)合物理信息技術(shù)共同構(gòu)建的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，可以不斷進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和優(yōu)化，并隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐動態(tài)發(fā)展；

三是智能制造服務(wù)，與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的智能制造過程涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)的全生命周期，可以根據(jù)用戶需求對產(chǎn)品進(jìn)行定制化生產(chǎn)，最終形成全生產(chǎn)服務(wù)生態(tài)鏈。

智能制造企業(yè)對產(chǎn)品生產(chǎn)到經(jīng)營的全生命周期進(jìn)行管控，通過融合生產(chǎn)工藝流程、供應(yīng)鏈物流和企業(yè)經(jīng)營模式，有效串聯(lián)業(yè)務(wù)與制造過程，最終使工廠在一個柔性、敏捷、智能的制造環(huán)境中運(yùn)行，大幅度優(yōu)化了生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息數(shù)字技術(shù)的迅速進(jìn)步，智能制造大范圍推廣成為可能。經(jīng)過十多年的技術(shù)積累，在21世紀(jì)的第二個十年，智能制造在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展，制造業(yè)強(qiáng)國不斷推出新舉措，通過政府、行業(yè)組織、企業(yè)等協(xié)同推進(jìn)智能制造發(fā)展，以提升工業(yè)制造實(shí)力，培育行業(yè)競爭優(yōu)勢。2011年美國實(shí)施“先進(jìn)制造伙伴計(jì)劃”戰(zhàn)略，2013德國提出“工業(yè)4.0”計(jì)劃，2014年英國開展“高價值制造”戰(zhàn)略，2015年日本頒布“機(jī)器人新戰(zhàn)略”，2016年歐盟頒布“數(shù)字化歐洲工業(yè)計(jì)劃”。智能制造產(chǎn)業(yè)升級在世界范圍內(nèi)逐漸擴(kuò)大興起，我國的智能制造也應(yīng)運(yùn)而生。2015年5月，我國發(fā)布《中國制造2025》文件，同樣指出要以推進(jìn)智能制造為制造業(yè)發(fā)展主攻方向，構(gòu)建以智能制造為重點(diǎn)的新型制造體系。這些戰(zhàn)略說明智能制造已成為制造業(yè)重要發(fā)展趨勢，促進(jìn)新的生產(chǎn)管理方式、商業(yè)運(yùn)營模式、產(chǎn)業(yè)發(fā)展形態(tài)的形成，將對全球工業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局帶來重大的影響，進(jìn)而引發(fā)第四次工業(yè)革命。

裝備制造業(yè)是制造業(yè)的核心和支柱，是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是各行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、技術(shù)進(jìn)步的基礎(chǔ)條件。高度發(fā)達(dá)的裝備制造業(yè)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能化的必要條件，也是一個國家的技術(shù)水平和綜合國力的集中體現(xiàn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國裝備制造業(yè)已形成門類齊全、產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)群，少數(shù)產(chǎn)品已達(dá)到世界領(lǐng)先水平，取得了不錯的成績，但仍需意識到我國傳統(tǒng)裝備制造業(yè)還面臨高端核心技術(shù)依賴國外進(jìn)口、技術(shù)創(chuàng)新體系不健全以及產(chǎn)品產(chǎn)能過剩等問題。

如今中國智能制造快速發(fā)展，為傳統(tǒng)制造業(yè)的升級提供了良好契機(jī)。加快推進(jìn)裝備制造業(yè)智能化，建立完備的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系，是落實(shí)工業(yè)化和信息化深度融合戰(zhàn)略的重要舉措。以智能制造帶動裝備制造業(yè)智能化升級，再以裝備制造業(yè)智能改造推動智能制造在全行業(yè)普及，可以更好地達(dá)成我國的制造強(qiáng)國夢。

智能制造發(fā)展的主要領(lǐng)域

分析智能制造發(fā)展現(xiàn)狀可知，智能制造的集成創(chuàng)新和應(yīng)用示范主要聚焦感知、控制、決策、執(zhí)行等核心關(guān)鍵環(huán)節(jié);通過推進(jìn)產(chǎn)教研用聯(lián)合創(chuàng)新，攻克關(guān)鍵技術(shù)，提高質(zhì)量和可靠性;通過集成開發(fā)一批重大成套裝備，推進(jìn)工程應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。以下六大領(lǐng)域是智能制造的重點(diǎn)研發(fā)方向。

工業(yè)機(jī)器人

工業(yè)機(jī)器人(IndustrialRobot)是一種集成計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、自動控制技術(shù)并配備傳感器、人工智能系統(tǒng)的智能生產(chǎn)裝備。其主體由機(jī)器本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，具有擬人化、自控制、可重復(fù)編程等特性。隨著人工智能技術(shù)、多功能傳感技術(shù)以及信息收集、傳輸和分析技術(shù)的迅速突破與提升，配備了傳感器、機(jī)器視覺和智能控制系統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人逐漸呈現(xiàn)出智能化、服務(wù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢。智能化使工業(yè)機(jī)器人可以根據(jù)對環(huán)境變化的感知，通過物聯(lián)網(wǎng)，在機(jī)器設(shè)備之間、人機(jī)之間進(jìn)行交互，并對環(huán)境自主作出判斷、決策，從而減少生產(chǎn)過程對人的依賴;服務(wù)化要求未來的機(jī)器人結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)，在離線的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)在線的主動服務(wù);標(biāo)準(zhǔn)化是指機(jī)工業(yè)器人的各種組件和構(gòu)件實(shí)現(xiàn)模塊化、通用化，使工業(yè)機(jī)器人使用更加簡便，并降低制造成本。

智能數(shù)控機(jī)床

智能數(shù)控機(jī)床是數(shù)控機(jī)床的高級形態(tài)，融合了先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)，具有自主學(xué)習(xí)能力，可以預(yù)估自身的加工能力，利用歷史數(shù)據(jù)估算設(shè)備零件的使用壽命;能夠感知自身的加工狀態(tài)，監(jiān)視、診斷并修正偏差;對所加工工件的質(zhì)量進(jìn)行智能化評估;通過各種功能模塊，實(shí)現(xiàn)多種加工工藝，提高加工效能和控制度。其發(fā)展呈智能化、多功能化、控制系統(tǒng)小型化趨勢。

3D打印(增材制造)

3D打印技術(shù)以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，應(yīng)用可粘合材料，通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實(shí)體，因而又被稱為增材制造(AdditiveManufacturing，AM)，是融合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿性、知識綜合性應(yīng)用技術(shù)，可對個性化、小批量產(chǎn)品進(jìn)行很好的成本控制，預(yù)計(jì)未來將會更多地應(yīng)用在生物醫(yī)療、航空航天、軍工等小批量個性化需求的領(lǐng)域。此外，為了節(jié)省支撐材料帶來的打印成本，未來3D打印將向著無支撐化研究發(fā)展，例如現(xiàn)在已經(jīng)較為成熟的懸浮3D打印和高速激光燒結(jié)(HSS)。

智能傳感器

智能傳感器(Intelligent Sensor)是一種將待感知、待控制的參數(shù)量化并集成應(yīng)用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的新型傳感器，具有高性能、高可靠性、多功能等特性，帶有微處理機(jī)系統(tǒng)，具有信息感知采集、診斷處理、交換的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。未來的智能傳感器將更多地結(jié)合微處理器和新型工藝材料，如表面硅微機(jī)械加工以及用來形成三維微機(jī)械結(jié)構(gòu)的微立體光刻新技術(shù)，提升傳感器的精度，增加傳感器環(huán)境適應(yīng)性;同時，和IoT、互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，可實(shí)時采集和傳遞數(shù)據(jù);除了工業(yè)制造，還能被廣泛應(yīng)用于生活服務(wù)中。

智能物流倉儲

在工業(yè)4.0的智能工廠框架中，智能物流倉儲位于后端，是連接制造端和客戶端的核心環(huán)節(jié)，由硬件(智能物流倉儲裝備)和軟件(智能物流倉儲系統(tǒng))兩部分組成。其中，硬件主要包括自動化立體倉庫、多層穿梭車、巷道堆垛機(jī)、自動分揀機(jī)、自動引導(dǎo)搬運(yùn)車(AGV)等;軟件按照實(shí)際業(yè)務(wù)需求對企業(yè)的人員、物料、信息進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，并將信息聯(lián)入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，使整體生產(chǎn)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。智能物流倉儲在減少人力成本消耗和空間占用、大幅提高管理效率等方面具有優(yōu)勢，是降低企業(yè)倉儲物流成本的終極解決方案。無人化是智能物流倉儲重要的發(fā)展趨勢，搬運(yùn)設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡(luò)指令，準(zhǔn)確定位并抓取貨物搬運(yùn)至指定位置，常見的軌道AGV在未來將會被無軌搬運(yùn)機(jī)器人取代。

智能檢測與裝配裝備

隨著智能傳感器的不斷發(fā)展，各種算法不斷優(yōu)化，智能檢測和裝配技術(shù)在航空航天、汽車零部件、半導(dǎo)體電子醫(yī)藥醫(yī)療等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用?；跈C(jī)器視覺的多功能智能自動檢測裝備可以準(zhǔn)確分析目標(biāo)物體存在的各類缺陷和瑕疵，確定目標(biāo)物體的外形尺寸和準(zhǔn)確位置，進(jìn)行自動化檢測、裝配，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的有效穩(wěn)定控制，增加生產(chǎn)的柔性、可靠性，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。數(shù)字化智能裝配系統(tǒng)可以根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工工藝以及供貨周期進(jìn)行全局規(guī)劃，最大限度地提高裝配設(shè)備的利用率。除了在航空航天、汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，智能檢測和裝配裝備在農(nóng)產(chǎn)品分選和環(huán)保領(lǐng)域領(lǐng)域?qū)⒂泻艽蟮臐摿Α?/span>

國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和形勢

制造業(yè)強(qiáng)國發(fā)展?fàn)顩r

20世紀(jì)80年代，工業(yè)發(fā)達(dá)國家已開始對智能制造進(jìn)行研究，并逐步提出智能制造系統(tǒng)和相關(guān)智能技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能制造的條件逐漸成熟。在國際金融危機(jī)之后，虛擬經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)泡沫，傳統(tǒng)制造業(yè)強(qiáng)國開始將重心轉(zhuǎn)回實(shí)體制造，頒布了一系列發(fā)展智能制造的國家戰(zhàn)略(表1)，期望以發(fā)展制造業(yè)刺激國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長，鞏固大國地位。

美國：先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃，重塑工業(yè)競爭力

美國通過先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃重新規(guī)劃了本國的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，投入超過20億美元研究先進(jìn)工業(yè)材料、創(chuàng)新制造工藝和基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的第三代工業(yè)機(jī)器人，希望通過發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的智能化升級，保持美國制造業(yè)價值鏈上的高端位置和制造技術(shù)的全球領(lǐng)先地位。美國智能制造現(xiàn)階段重點(diǎn)研究領(lǐng)域及內(nèi)容：

智能機(jī)器人：結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，增加機(jī)器人的交互能力;

物聯(lián)網(wǎng)：將傳感器和通信設(shè)備嵌入到機(jī)器和生產(chǎn)線中;

大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析：開發(fā)可解讀并分析大量數(shù)據(jù)的軟件和系統(tǒng);

信息物理系統(tǒng)和系統(tǒng)集成：開發(fā)大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效靈活的實(shí)時控制和定制;

可持續(xù)制造：通過綠色設(shè)計(jì)，使用環(huán)保材料，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，開發(fā)可提高資源利用率、減少環(huán)境有害物質(zhì)排放的生產(chǎn)體系;

增材制造：將3D打印技術(shù)應(yīng)用于部件和產(chǎn)品制造，減少產(chǎn)品開發(fā)和制造的時間與成本。

歐盟：數(shù)字化歐洲工業(yè)計(jì)劃，推進(jìn)工業(yè)數(shù)字化進(jìn)程

隨著智能制造的興起，歐洲各國都提出了相應(yīng)的戰(zhàn)略計(jì)劃。歐盟在整合各國戰(zhàn)略的基礎(chǔ)上，提出數(shù)字化歐洲工業(yè)計(jì)劃，用于推進(jìn)歐洲工業(yè)的數(shù)字化進(jìn)程。計(jì)劃主要通過物聯(lián)網(wǎng)(IoT，InternetofThings)、大數(shù)據(jù)(BigData)和人工智能(AI，ArtificialIntelligence)三大技術(shù)來增強(qiáng)歐洲工業(yè)的智能化程度;將5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全等五個方面的標(biāo)準(zhǔn)化作為發(fā)展重點(diǎn)之一，以增強(qiáng)各國戰(zhàn)略計(jì)劃之間的協(xié)同性;同時，投資5億歐元打造數(shù)字化區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，大力發(fā)展區(qū)域性的數(shù)字創(chuàng)新中心，實(shí)施大型的物聯(lián)網(wǎng)和先進(jìn)制造試點(diǎn)項(xiàng)目，期望利用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)把高性能計(jì)算和量子計(jì)算有效結(jié)合起來，以提升大數(shù)據(jù)在工業(yè)智能化方面的競爭力。

德國：工業(yè)4.0，構(gòu)建智能生產(chǎn)系統(tǒng)

2013年，德國正式發(fā)布《保障德國制造業(yè)的未來：關(guān)于實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略的建議》，并將工業(yè)4.0上升為國家級戰(zhàn)略，期望做第四次工業(yè)革命的領(lǐng)導(dǎo)者，得到各界的支持。該計(jì)劃是一項(xiàng)全新的制造業(yè)提升計(jì)劃，其模式是通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、多功能傳感器以及信息集成技術(shù)，將分布式、組合式的工業(yè)制造單元模塊構(gòu)建成多功能、智能化的高柔性工業(yè)制造系統(tǒng);將在生產(chǎn)設(shè)備、零部件、原材料上裝載可交互智能終端，借助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互，實(shí)時互動，使機(jī)器能夠自決策，并對生產(chǎn)進(jìn)行個性化控制;同時，新型智能工廠可利用智能物流管理系統(tǒng)和社交網(wǎng)絡(luò)，整合物流資源信息，實(shí)現(xiàn)物料信息快速匹配，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)制造中人機(jī)料之間的被動控制關(guān)系，提高生產(chǎn)效率。

日本：創(chuàng)新工業(yè)計(jì)劃，鞏固自動化生產(chǎn)強(qiáng)國位置

日本提出創(chuàng)新工業(yè)計(jì)劃，大力發(fā)展網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，以信息技術(shù)推動制造業(yè)發(fā)展。通過加快發(fā)展協(xié)同機(jī)器人、多功能電子設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)、智能機(jī)床和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，打造先進(jìn)的無人化智能工廠，提升國際競爭力。制造業(yè)工廠十分注重自動化、信息化與傳統(tǒng)制造業(yè)的融合發(fā)展，已經(jīng)廣泛普及了工業(yè)機(jī)器人，通過信息技術(shù)與智能設(shè)備的結(jié)合、機(jī)器設(shè)備之間的信息高效交互，形成新型智能控制系統(tǒng)，大大提高生產(chǎn)效率和穩(wěn)定性。2016年，日本發(fā)布工業(yè)價值鏈計(jì)劃，提出“互聯(lián)工廠”的概念，聯(lián)合100多家企業(yè)共同建設(shè)日本智能制造聯(lián)合體。同時，以中小型工業(yè)制企業(yè)為突破口，探索企業(yè)相互合作的方式，并將物聯(lián)網(wǎng)引入實(shí)驗(yàn)室，加大工業(yè)與其他各領(lǐng)域的融合創(chuàng)新。