淺談智能制造的核心價值與新特點

常建永

淺談智能制造的核心價值與新特點

常建永

（上海龍陽精密復(fù)合銅管有限公司，上海，201201）

智能制造是一種由智能機器和人類專家思維共同構(gòu)成的“人機一體化”智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)在制造過程中，能夠進(jìn)行諸如具體分析、推理、判斷、決策，到最終進(jìn)行操作等智能活動，其發(fā)展具有核心價值。研究表明：智能制造是先進(jìn)制造、信息及控制、人工智能專家等技術(shù)在制造裝備上的集成和深層次的融合，是一種能夠最大程度上實現(xiàn)高效、高質(zhì)、可控和保證安全生產(chǎn)的新一代制造方式。

智能制造；核心價值；人工智能；新特點

引言

當(dāng)前，全球研發(fā)高新技術(shù)相互融合的熱情不減，特別是智能化、信息處理與通信等技術(shù)的融合，其重要系統(tǒng)——“智能制造”被提到重要的發(fā)展地位。百年來，第一、二、三次工業(yè)革命的進(jìn)程，使得制造業(yè)的生產(chǎn)方式和制造模式從機械化、自動化正逐漸向“智能化”（也稱“智能制造”）轉(zhuǎn)變。

我國智能制造技術(shù)研發(fā)對外依賴程度仍較高，特別是核心關(guān)鍵技術(shù)。本文闡述了智能制造發(fā)展現(xiàn)狀、新特點和發(fā)展趨勢；在此基礎(chǔ)上，分析智能制造的發(fā)展方向，以及我國智能制造的重點領(lǐng)域、道路思考。

1　智能制造發(fā)展現(xiàn)狀

智能制造是當(dāng)今高端制造產(chǎn)業(yè)的核心，是當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和前沿，成為當(dāng)前工業(yè)先進(jìn)國家激烈競爭的目標(biāo)和國家技術(shù)實力的一個重要衡量指標(biāo)。對我國而言，發(fā)展智能制造業(yè)對于提高設(shè)備的生產(chǎn)效率、加快國家制造行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、降低能源消耗，實現(xiàn)設(shè)備制造的智能化具有重要作用。

美國是智能制造的發(fā)源地之一，非常重視智能制造的發(fā)展，并將其納入國家的科技發(fā)展戰(zhàn)略計劃之中。從上個世紀(jì)90年代開始，美國就開始智能制造的各項研究，內(nèi)容涉及了智能制造過程中的智能決策、智能并行設(shè)計、傳輸?shù)闹悄茏詣踊雀黜椨媱?。近期更是加快了對智能制造的研究?011年宣布實施“Advance Manufacturing Partnership Plan”（先進(jìn)制造聯(lián)盟計劃），在這份報告中，美國確定了優(yōu)先發(fā)展的目標(biāo)，通過加快對數(shù)字信息技術(shù)和自動化技術(shù)的研究和建設(shè)，以改變當(dāng)前的制造方式，加快生產(chǎn)力的解放和發(fā)展，在國際上獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益和競爭優(yōu)勢。

智能制造發(fā)展水平較高的日本，從上個世紀(jì)90年代就開始加強對智能制造的研究，提出了10年的智能制造系統(tǒng)國際合作計劃，與智能制造發(fā)展水平較高的美國、加拿大、澳大利亞等國進(jìn)行了智能制造的聯(lián)合研究，并將本國的專業(yè)技術(shù)與聯(lián)盟國精密工程技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)等充分結(jié)合，開發(fā)出的生產(chǎn)系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同裝備與系統(tǒng)的實際操作需求。

歐盟，特別是制造業(yè)發(fā)展水平特別高的德國，除了實施“Smart Factory”（智能工廠）策略之外，近期又投資高達(dá)兩億歐元的“工業(yè)4.0計劃”，將信息系統(tǒng)、計算機設(shè)計和物理緊密連起來，形成信息物理融合系統(tǒng)。

我國智能制造起步較晚。但是國家積極開展政策研究，加強投資，強化對智能制造產(chǎn)業(yè)的政策和資金支持。2009年和2012年相繼出臺了《裝備制造業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》、《高端裝備制造“十二五”發(fā)展規(guī)劃》、《智能制造裝備產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等，明確將智能制造作為高端裝備制造的發(fā)展重點，以實現(xiàn)制造過程的智能化，提升智能制造裝備的創(chuàng)新能力，促進(jìn)智能制造對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。目前我國的智能測控裝置和部件制造已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，涉及儀器儀表、工程機械等眾多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，但是整體技術(shù)水平仍處于較低的狀態(tài)，未能掌握核心技術(shù)，產(chǎn)品生產(chǎn)性價比較低。重大智能制造設(shè)備方面，目前已經(jīng)取得標(biāo)志性成果，制造了石油石化智能成套設(shè)備領(lǐng)域內(nèi)全自動油田固井車以及褐煤提水裝置等眾多的成套自動化智能設(shè)備；在智能食品生產(chǎn)線制造領(lǐng)域，建設(shè)路乳制品無菌化數(shù)字車間，有效提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)過程中的能源消耗，提升了乳制品的產(chǎn)品質(zhì)量；在智能化紡織成套設(shè)備制造領(lǐng)域，我國已經(jīng)開發(fā)無人操作的智能染色系統(tǒng)、裝卸紗機器人以及自動物流系統(tǒng)等智能新產(chǎn)品在內(nèi)的多種智能制造設(shè)備[1]。

2　智能制造特點與重點

智能制造是各類新型設(shè)備、信息系統(tǒng)等與人的思維邏輯協(xié)同，具有感知、分析、推理、決策以及控制等功能，可以實現(xiàn)各類設(shè)備制造的過程。它是建立在裝備數(shù)控化、系統(tǒng)信息化基礎(chǔ)上的可實現(xiàn)精確制造的先進(jìn)裝備。

2.1裝備系統(tǒng)化，生產(chǎn)質(zhì)量更高

科技進(jìn)步使得制造業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出系統(tǒng)化的特點，制造過程中需要解決的問題更多、更復(fù)雜，需要控制的質(zhì)量、精度更高，使制造系統(tǒng)更加“智能化”成為智能制造需要不斷創(chuàng)新發(fā)展。根據(jù)智能系統(tǒng)的制造特點，可以將當(dāng)前的智能系統(tǒng)粗略地分為單純的人腦系統(tǒng)、由人類智能直接參與的系統(tǒng)（包括金融系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等）、人和機器協(xié)同工作組成的人機系統(tǒng)以及模擬人類智能的機器系統(tǒng)（包括智能計算機系統(tǒng)、智能機器人系統(tǒng)、智能語言理解、專家系統(tǒng)等）共四類。其中前兩類與后兩類有著本質(zhì)的區(qū)別。關(guān)于智能行為的分類，不同的研究者具有不同的看法，造成了智能行為內(nèi)涵的差異，而智能行為的具體內(nèi)涵與智能制造又緊密相關(guān)。

基于智能行為的智能制造系統(tǒng)具有以下特點：① 多信息的感知、融合與應(yīng)用；② 制造過程涉及了知識的表達(dá)、獲取、存儲以及處理等過程；③ 涉及了知識的聯(lián)想記憶；④ 自我形成一個能夠進(jìn)行學(xué)習(xí)、組織和維護(hù)行為的整體；⑤ 具有容錯性；⑥ 能夠進(jìn)行智能的分解和繼承；⑦ 智能控制等。智能系統(tǒng)的最大優(yōu)點在于具有經(jīng)驗積累能力，因此在實際的應(yīng)用過程中，系統(tǒng)能夠積累制造經(jīng)驗，不斷對新的問題進(jìn)行解決，這也是其區(qū)別于傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別[2]。

尤為重要的是，智能系統(tǒng)具有容錯能力，即使運行過程中存在著錯誤，也不會導(dǎo)致系統(tǒng)運行受阻或者崩潰，保證系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。

2.2控制系統(tǒng)化，智能處理水平更高

智能制造基于數(shù)字技術(shù)，并結(jié)合知識的處理、智能優(yōu)化以及智能數(shù)控加工方法，保證整個制造系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行，保證生產(chǎn)制造的效率。同傳統(tǒng)制造系統(tǒng)相比，智能制造處理的對象是系統(tǒng)的知識而并非數(shù)據(jù)，系統(tǒng)處理的方法是智能靈活的；建模的方式是智能數(shù)學(xué)的方法，而不是經(jīng)典數(shù)學(xué)（微積分）的方法。但時至今日，智能數(shù)學(xué)方法還未能完整系統(tǒng)地建立起來。近年來，利用智能數(shù)學(xué)研發(fā)的方法包括：專家系統(tǒng)、模式識別、博弈論、定性推理、多值邏輯、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)格計算等數(shù)量繁多的智能方法，將這些方法進(jìn)行重新組合，能夠形成新的計算方法，以極大擴(kuò)展智能制造領(lǐng)域，因此智能數(shù)學(xué)方法的系統(tǒng)建立仍是未來智能制造的研發(fā)重點[3]。

3　智能制造發(fā)展趨勢

當(dāng)前智能制造的發(fā)展趨勢較為清晰的國家是德國和美國，德國推出“工業(yè)4.0計劃”，美國提出以基于互聯(lián)網(wǎng)的智能制造——云制造為代表，促進(jìn)智能制造發(fā)展。

3.1德國工業(yè)4.0：智能工廠與智能生產(chǎn)

德國“工業(yè)4.0計劃”充分利用信息物理系統(tǒng)，將集中式控制向分散式增強型控制的新型模式轉(zhuǎn)變，目的在于建立高度靈活的個性化和數(shù)字化生產(chǎn)模式，推動制造業(yè)向智能化方向轉(zhuǎn)變[4]。GPS是一個將計算、網(wǎng)絡(luò)以及實際的物理環(huán)境綜合起來的多維復(fù)雜系統(tǒng)通過3C技術(shù)進(jìn)行有機整合，以實現(xiàn)系統(tǒng)的感知、控制以及信息服務(wù)的綜合性系統(tǒng)。智能制造過程中，GPS能夠?qū)崿F(xiàn)計算、通信與物理系統(tǒng)的一體化，使得系統(tǒng)運行更加高效、可靠，并實現(xiàn)實時協(xié)同?！肮I(yè)4.0計劃”主題包括智能工廠和智能生產(chǎn)。智能工廠能夠?qū)崿F(xiàn)工廠生產(chǎn)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化分布；智能生產(chǎn)涉及了整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)，最終實現(xiàn)制造的系統(tǒng)化。

3.2云制造：基于互聯(lián)網(wǎng)的智能制造

2013年，美國某公司發(fā)表了《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)——打破智慧與機器的邊界》的報告，指出工業(yè)化創(chuàng)造了機器、設(shè)備以及系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)，建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)C器、設(shè)備以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，提高制造業(yè)生產(chǎn)效率，極大程度上減少資源、能源的消耗。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具有革命性的優(yōu)勢。伴隨著工業(yè)革命，出現(xiàn)了數(shù)量眾多的機器、設(shè)備以及工作項目等。信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使得互聯(lián)網(wǎng)智能具有強大的影響力，在網(wǎng)絡(luò)的影響下，計算、信息以及通訊設(shè)備等副產(chǎn)品將隨之不斷發(fā)展產(chǎn)生。

伴隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，智能機器、高級分析以及工作人員三者之間將會呈現(xiàn)出逐漸融合的趨勢。其中，智能機器將世界范圍內(nèi)的各種機器、設(shè)備組、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以及傳感器等控制和軟件應(yīng)用程序進(jìn)行連接，以一種全新的方式，將更大范圍內(nèi)的機器進(jìn)行有效連接。高級分析利用物理分析的方法、自動化以及材料科學(xué)等眾多學(xué)科在內(nèi)的綜合專業(yè)知識，對機器和大型系統(tǒng)的運作方式進(jìn)行理解和推算。工作人員建立了更為密切的實時連接方式，并且連接方式更廣、連接人員更多，能夠支持更加大型、更為智能的設(shè)計、操作和維護(hù)，提供質(zhì)量更高的服務(wù)和更為完善的安全保障。云制造通過將這些元素進(jìn)行連接融合，將制造裝備與設(shè)計、分析、感應(yīng)等融合匯聚，形成工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備[5]。

4　結(jié)束語

我國智能制造發(fā)展的水平較低，丞需加大資金支持，完善產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系，提升自主創(chuàng)新能力，同時強化專業(yè)人才隊伍建設(shè)，培育和引進(jìn)創(chuàng)新型人才，創(chuàng)新當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)管理模式，完善產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，這些措施都是提升目前我國智能制造能力的重點，能夠為智能制造創(chuàng)造良好的發(fā)展環(huán)境。

未來智能制造將會引領(lǐng)制造行業(yè)走向低碳、節(jié)能、高效的發(fā)展和轉(zhuǎn)變，智能制造的競爭優(yōu)勢將會逐漸得以呈現(xiàn)，同時也將會不斷向各個領(lǐng)域，尤其是工業(yè)機器人、基礎(chǔ)制造裝備、自動化生產(chǎn)線以及各種新型的傳感器等重點領(lǐng)域進(jìn)行擴(kuò)展和滲透?；谶@種趨勢，加強對智能制造新技術(shù)引進(jìn)并將自主創(chuàng)新研發(fā)作為重點，才是正確發(fā)展道路。

[1]林漢川, 湯臨佳. 新一輪產(chǎn)業(yè)革命的全局戰(zhàn)略分析——各國智能制造發(fā)展動向概覽[J]. 人民論壇·學(xué)術(shù)前沿, 2015(11): 62-75.

[2]王宏穎, 彭二寶. 復(fù)雜加工工件智能自適應(yīng)加工及智能刀具系統(tǒng)研究[J]. 工具技術(shù), 2016(6): 27-30.

[3]蘇暢. 高新技術(shù)在裝備制造業(yè)向智能工廠轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用[J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊, 2016(6): 25.

[4]王維園. 攜手京津冀 助力中國制造——“機械行業(yè)智能制造技術(shù)‘京津冀’職業(yè)教育協(xié)同發(fā)展高峰論壇”在天津機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院隆重召開[J]. 中國職業(yè)技術(shù)教育, 2016(16).

[5]嚴(yán)英仕, 楊愛民. 智能制造技術(shù)與信息化技術(shù)的結(jié)合[C]// 中國家用電器技術(shù)大會. 2014: 779-782.

On Core Value and New Characteristics of Intelligent Manufacturing

CHANG Jian-yong
(Shanghai Longyang Precision Composite Copper Co., Ltd., Shanghai, 201201, China)

Intelligent manufacturing is currently a human-machine integration composed of intelligent machine and human expert intelligent system. In the manufacturing process, it can achieve intelligence activities such as specific analysis, reasoning, judgment and decision making. Its development has core value. The research shows that, intelligent manufacturing is the deep fusion of advanced manufacturing technology, information technology and artificial intelligence technology. Also, it is a new generation of manufacturing that can maximize realization of high efficiency, energy saving and safety insurance.

Intelligent Manufacturing; Core Value; Artificial Intelligence; New Features

TP751

A

2095-8412 (2016) 05-1031-03工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.055

常建永(1978-)，男，漢族，本科，河南新鄉(xiāng)人。職稱：電氣工程師。