中国工程院院长：走向新一代智能制造

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本文转载自中国科讯（ID：Sci-think）

导读

近日，中国工程院院刊院刊《Engineering》在线出版“Toward New-generation Intelligent Manufacturing”文章，周济、李培根等多位院士以及专家学者参与撰文，深度阐述了智能制造发展的三个基本范式、新一代智能制造的技术机理（人-信息-物理系统，HCPS）及系统组成。

文章指出我国推进智能制造应采取“并行推进、融合发展”战略路径。

智能制造发展的三个基本范式

广义而论，智能制造是一个大概念，是先进信息技术与先进制造技术的深度融合，贯穿于产品设计、制造、服务等全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成， 旨在不断提升企业的产品质量、效益、服务水平， 减少资源消耗，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。

数十年来，智能制造在实践演化中形成许多不同范式，包括精益生产、柔性制造、并行工程、敏捷制造、数字化制造、计算机集成制造、网络制造、云制造、智能化制造等，在指导制造业智能转型中发挥了积极作用。

不过，文章指出，众多范式不利于形成统一的智能制造技术路线，给企业在推进智能升级的实践中造成了许多困扰。面对智能制造不断涌现的新技术、新理念、新模式，迫切需要归纳总结出基本范式。

文章提出，综合智能制造相关范式可以总结归纳和提升出三种智能制造的基本范式：数字化制造、数字化网络化制造、数字化网络化智能化制造（即新一代智能制造），这三个基本范式次第展开、迭代升级。

▲ 智能制造三个基本范式演进

一方面，三个基本范式次第展开，体现着先进信息技术与先进制造技术融合发展的阶段性特征；

另一方面，三个基本范式在技术上相互交织、迭代升级，体现着智能制造发展的融合性特征。

文章认为，数字化制造是智能制造第一种基本范式，可以称之为第一代智能制造，是智能制造的基础。数字化网络化制造，是智能制造第二种基本范式，也可称之为“互联网+制造”或第二代智能制造，德国工业4.0和美国工业互联网完善地阐述了数字化网络化制造范式，精辟提出了实现数字化网络化制造的技术路线。

过去几年，我国工业界大力推进“互联网+制造”，一方面一批数字化制造基础较好的企业成功转型，实现了数字化网络化制造。

另一方面，大量原来还未完成数字化制造的企业，则采用并行推进数字化制造和数字化网络化制造的技术路线，完成了数字化制造的“补课”，同时跨越到数字化网络化制造阶段。

今后一个阶段，我国推进智能制造的重点是大规模地推广和全面应用数字化网络化制造，即第二代智能制造。

新一代智能制造引领和推动新一轮工业革命

“新一代人工智能技术与先进制造技术的深度融合，形成了新一代智能制造技术，成为了新一轮工业革命的核心驱动力。”文章强调：如果说数字化网络化制造是新一轮工业革命的开始，那么新一代智能制造的突破和广泛应用将推动形成这次工业革命的高潮，引领真正意义上的工业4.0，实现第四次工业革命。

文章指出，传统制造系统包含人和物理系统两大部分，是完全通过人对机器的操作控制去完成各种工作任务，并可抽象描述“人-物理系统”（HPS）。

▲ 第一代和第二代智能制造系统

与传统制造系统相比，第一代和第二代智能制造系统发生的本质变化是，在人和物理系统之间增加了信息系统，信息系统可以代替人类完成部分脑力劳动，人的相当部分的感知、分析、决策功能向信息系统复制迁移，进而可以通过信息系统来控制物理系统，以代替人类完成更多的体力劳动，这一转变可用 “人-信息-物理系统”（HCPS）进行描述。

▲ 传统制造系统与“人-物理系统”

文章首次提出，新一代智能制造系统最本质的特征是其信息系统增加了认知和学习的功能，信息系统不仅具有强大感知、计算分析与控制能力，更具有学习提升、产生知识的能力。

在这一阶段，新一代人工智能技术将使“人-信息-物理系统”发生质的变化，形成新一代“人-信息-物理系统”（HCPS）。新一代智能制造进一步突出了人的中心地位，是统筹协调人、信息系统和物理系统的综合集成大系统。

▲ 从“人-物理系统”到“人-信息-物理系统”

制造业从传统制造向新一代智能制造发展的过程是从原来的“人-物理”二元系统向新一代“人-信息-物理”三元系统进化的过程。

▲ 从“人-物理系统”到新一代“人-信息-物理系统”

新一代“人-信息-物理系统”揭示了新一代智能制造的技术机理，能够有效指导新一代智能制造的理论研究和工程实践。

新一代智能制造的系统组成与系统集成

新一代智能制造是一个大系统，主要由智能产品、智能生产、智能服务三大功能系统以及智能制造云和工业智联网两大支撑系统集合而成。

▲ 新一代智能制造系统的基本机理

文章认为，智能产品是主体，新一代人工智能和新一代智能制造将给产品与制造装备创新带来无限空间，使产品与制造装备产生革命性变化，从"数字一代"整体跃升至"智能一代"；智能生产是主线，智能产线、智能车间、智能工厂是智能生产的主要载体；以智能服务为中心的产业模式变革是主题，在智能时代，市场、销售、供应、运营维护等产品全生命周期服务，均因物联网、大数据、人工智能等新技术而赋予其全新的内容。

▲ 新一代智能制造的系统集成

同时，随着新一代通讯技术、网络技术、云技术和人工智能技术的发展和应用，智能制造云和工业智联网将实现质的飞跃，为新一代智能制造生产力和生产方式变革提供发展的空间和可靠的保障。

中国要采取“并行推进、融合发展”技术路线

“智能制造在西方发达国家是一个‘串联式’的发展过程，数字化、网络化、智能化是其顺序发展智能制造的三个阶段，我们不能走西方顺序发展老路，必须充分发挥后发优势，采取‘并联式’发展方式，数字化、网络化和智能化并行推进，融合发展。”文章指出。

一方面，我们必须坚持创新引领，利用互联网大数据、人工智能等最先进的技术，瞄准高端方向，加快研究开发推广应用新一代智能制造技术，走出一条推进智能制造新路，实现我国制造业换道超车。

另一方面，我们必须实事求是，循序渐进，分阶段地推进企业的技术改造、智能升级。针对我国大多数企业尚未完成数字化转型这一现状，各个企业都必须补上数字化转型这一课，补好智能制造基础。

“当然，在‘并行推进’不同基本范式过程中，各个企业可以充分运用成熟的先进技术，根据自身发展的实际需要，‘以高打低、融合发展’，在高质量完成数字化补课同时，实现向更高的智能制造水平的迈进。”

在实施“并行推进、融合发展”这一技术路线的过程中，要强调“五个坚持”的方针：坚持“创新引领”、坚持“因企制宜”、坚持“产业升级”、坚持建设良好的发展生态、坚持开放与协同创新。

文章最后强调，中国的市场是开放的市场，中国的创新体系是开放的创新体系。

我们要和世界制造业的同行们共同努力， 共同推进新一代智能制造，共同推进新一轮工业革命，使制造业更好地为人类造福。

全文资料来源：

《走向新一代智能制造》

《Towards New-Generation Intelligent Manufacturing》

周济，李培根，周艳红，王柏村，臧冀原，孟柳

中国工程院院刊《Engineering》原文链接，可免费下载中英文版PDF：

中文：http://engineering.org.cn/CN/10.1016/j.eng.2018.01.002

英文：http://engineering.org.cn/EN/10.1016/j.eng.2018.01.002

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