在智能制造過程中，利用多功能傳感器和智能控制系統(tǒng)，設備可以進行自感知、自分析、自決策等智能活動，減少設備響應問題的時間，實時反饋并優(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)控機床、配備新型傳感器的智能機器人、智能化成套生產(chǎn)線等，以實現(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)，是一種由智能設備和人類專家結合物理信息技術共同構建的智能生產(chǎn)系統(tǒng)，可以不斷進行自我學習和優(yōu)化，并隨著技術進步和產(chǎn)業(yè)實踐動態(tài)發(fā)展；

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

智能制造企業(yè)對產(chǎn)品生產(chǎn)到經(jīng)營的全生命周期進行管控，通過融合生產(chǎn)工藝流程、供應鏈物流和企業(yè)經(jīng)營模式，有效串聯(lián)業(yè)務與制造過程，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、信息數(shù)字技術的迅速進步，智能制造大范圍推廣成為可能。經(jīng)過十多年的技術積累，在21世紀的第二個十年，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)同推進智能制造發(fā)展，以提升工業(yè)制造實力，培育行業(yè)競爭優(yōu)勢。2011年美國實施“先進制造伙伴計劃”戰(zhàn)略，2013德國提出“工業(yè)4.0”計劃，2014年英國開展“高價值制造”戰(zhàn)略，2015年日本頒布“機器人新戰(zhàn)略”，2016年歐盟頒布“數(shù)字化歐洲工業(yè)計劃”。智能制造產(chǎn)業(yè)升級在世界范圍內(nèi)逐漸擴大興起，我國的智能制造也應運而生。2015年5月，我國發(fā)布《中國制造2025》文件，同樣指出要以推進智能制造為制造業(yè)發(fā)展主攻方向，構建以智能制造為重點的新型制造體系。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，促進新的生產(chǎn)管理方式、商業(yè)運營模式、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)濟發(fā)展的基礎性產(chǎn)業(yè)，是各行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、技術進步的基礎條件。高度發(fā)達的裝備制造業(yè)是實現(xiàn)工業(yè)智能化的必要條件，也是一個國家的技術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)品已達到世界領先水平，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依賴國外進口、技術創(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。加快推進裝備制造業(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，可以更好地達成我國的制造強國夢。

智能制造發(fā)展的主要領域

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

工業(yè)機器人

工業(yè)機器人(IndustrialRobot)是一種集成計算機技術、制造技術、自動控制技術并配備傳感器、人工智能系統(tǒng)的智能生產(chǎn)裝備。其主體由機器本體、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成，具有擬人化、自控制、可重復編程等特性。隨著人工智能技術、多功能傳感技術以及信息收集、傳輸和分析技術的迅速突破與提升，配備了傳感器、機器視覺和智能控制系統(tǒng)的工業(yè)機器人逐漸呈現(xiàn)出智能化、服務化、標準化的發(fā)展趨勢。智能化使工業(yè)機器人可以根據(jù)對環(huán)境變化的感知，通過物聯(lián)網(wǎng)，在機器設備之間、人機之間進行交互，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;服務化要求未來的機器人結合互聯(lián)網(wǎng)，在離線的基礎上，實現(xiàn)在線的主動服務;標準化是指機工業(yè)器人的各種組件和構件實現(xiàn)模塊化、通用化，使工業(yè)機器人使用更加簡便，并降低制造成本。

智能數(shù)控機床

智能數(shù)控機床是數(shù)控機床的高級形態(tài)，融合了先進制造技術、信息技術和智能技術，具有自主學習能力，可以預估自身的加工能力，利用歷史數(shù)據(jù)估算設備零件的使用壽命;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)量進行智能化評估;通過各種功能模塊，實現(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打印技術以數(shù)字模型文件為基礎，應用可粘合材料，通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體，因而又被稱為增材制造(AdditiveManufacturing，AM)，是融合了數(shù)字建模技術、機電控制技術、信息技術、材料科學與化學等諸多方面的前沿性、知識綜合性應用技術，可對個性化、小批量產(chǎn)品進行很好的成本控制，預計未來將會更多地應用在生物醫(yī)療、航空航天、軍工等小批量個性化需求的領域。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(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)量化并集成應用于工業(yè)網(wǎng)絡的新型傳感器，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相結合的產(chǎn)物。未來的智能傳感器將更多地結合微處理器和新型工藝材料，如表面硅微機械加工以及用來形成三維微機械結構的微立體光刻新技術，提升傳感器的精度，增加傳感器環(huán)境適應性;同時，和IoT、互聯(lián)網(wǎng)結合，實現(xiàn)網(wǎng)絡化，可實時采集和傳遞數(shù)據(jù);除了工業(yè)制造，還能被廣泛應用于生活服務中。

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、自動分揀機、自動引導搬運車(AGV)等;軟件按照實際業(yè)務需求對企業(yè)的人員、物料、信息進行協(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，搬運設備根據(jù)系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡指令，準確定位并抓取貨物搬運至指定位置，常見的軌道AGV在未來將會被無軌搬運機器人取代。

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在航空航天、汽車零部件、半導體電子醫(yī)藥醫(yī)療等眾多領域都得到了廣泛應用?；跈C器視覺的多功能智能自動檢測裝備可以準確分析目標物體存在的各類缺陷和瑕疵，確定目標物體的外形尺寸和準確位置，進行自動化檢測、裝配，實現(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)品的結構特點和加工工藝以及供貨周期進行全局規(guī)劃，最大限度地提高裝配設備的利用率。除了在航空航天、汽車領域的應用，智能檢測和裝配裝備在農(nóng)產(chǎn)品分選和環(huán)保領域領域?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)強國發(fā)展狀況

20世紀80年代，工業(yè)發(fā)達國家已開始對智能制造進行研究，并逐步提出智能制造系統(tǒng)和相關智能技術。進入21世紀，網(wǎng)絡信息技術迅速發(fā)展，實現(xiàn)智能制造的條件逐漸成熟。在國際金融危機之后，虛擬經(jīng)濟出現(xiàn)泡沫，傳統(tǒng)制造業(yè)強國開始將重心轉(zhuǎn)回實體制造，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)濟增長，鞏固大國地位。

美國：先進制造業(yè)伙伴計劃，重塑工業(yè)競爭力

美國通過先進制造業(yè)伙伴計劃重新規(guī)劃了本國的制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，投入超過20億美元研究先進工業(yè)材料、創(chuàng)新制造工藝和基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術的第三代工業(yè)機器人，希望通過發(fā)展先進制造業(yè)，實現(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的全球領先地位。美國智能制造現(xiàn)階段重點研究領域及內(nèi)容：

智能機器人：結合互聯(lián)網(wǎng)技術，增加機器人的交互能力;

物聯(lián)網(wǎng)：將傳感器和通信設備嵌入到機器和生產(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)，實現(xiàn)高效靈活的實時控制和定制;

可持續(xù)制造：通過綠色設計，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打印技術應用于部件和產(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)計劃，推進工業(yè)數(shù)字化進程

隨著智能制造的興起，歐洲各國都提出了相應的戰(zhàn)略計劃。歐盟在整合各國戰(zhàn)略的基礎上，提出數(shù)字化歐洲工業(yè)計劃，用于推進歐洲工業(yè)的數(shù)字化進程。計劃主要通過物聯(lián)網(wǎng)(IoT，InternetofThings)、大數(shù)據(jù)(BigData)和人工智能(AI，ArtificialIntelligence)三大技術來增強歐洲工業(yè)的智能化程度;將5G、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)技術和網(wǎng)絡安全等五個方面的標準化作為發(fā)展重點之一，以增強各國戰(zhàn)略計劃之間的協(xié)同性;同時，投資5億歐元打造數(shù)字化區(qū)域網(wǎng)絡，大力發(fā)展區(qū)域性的數(shù)字創(chuàng)新中心，實施大型的物聯(lián)網(wǎng)和先進制造試點項目，期望利用云計算和大數(shù)據(jù)技術把高性能計算和量子計算有效結合起來，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：關于實施“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)革命的領導者，得到各界的支持。該計劃是一項全新的制造業(yè)提升計劃，其模式是通過工業(yè)網(wǎng)絡、多功能傳感器以及信息集成技術，將分布式、組合式的工業(yè)制造單元模塊構建成多功能、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)實現(xiàn)信息交互，實時互動，使機器能夠自決策，并對生產(chǎn)進行個性化控制;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，整合物流資源信息，實現(xiàn)物料信息快速匹配，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)制造中人機料之間的被動控制關系，提高生產(chǎn)效率。

日本：創(chuàng)新工業(yè)計劃，鞏固自動化生產(chǎn)強國位置

日本提出創(chuàng)新工業(yè)計劃，大力發(fā)展網(wǎng)絡信息技術，以信息技術推動制造業(yè)發(fā)展。通過加快發(fā)展協(xié)同機器人、多功能電子設備、嵌入式系統(tǒng)、智能機床和物聯(lián)網(wǎng)等技術，打造先進的無人化智能工廠，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)機器人，通過信息技術與智能設備的結合、機器設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)價值鏈計劃，提出“互聯(lián)工廠”的概念，聯(lián)合100多家企業(yè)共同建設日本智能制造聯(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)引入實驗室，加大工業(yè)與其他各領域的融合創(chuàng)新。