制造是把原材料變成適用的產(chǎn)品。需要特別注意的是，這里制造的含義不止限于加工和生產(chǎn)。對(duì)于一個(gè)制造企業(yè)而言，其制造活動(dòng)包含一切“把原材料變成適用的產(chǎn)品”的相關(guān)活動(dòng)，如產(chǎn)品研發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備運(yùn)維、采購(gòu)、銷售。

　　對(duì)智能制造最通俗的理解莫過于“把智能技術(shù)用于制造中”。然而什么是智能?什么是人工智能?盡管從人工智能概念的提出到現(xiàn)在已經(jīng)過了半個(gè)多世紀(jì)，但是關(guān)于人工智能的定義卻依然存在爭(zhēng)議。一般認(rèn)為，目前人工智能的研究方向主要集中在自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、自動(dòng)推理、知識(shí)表示和機(jī)器人學(xué)等六大方向上。但顯然人們并不認(rèn)為，企業(yè)實(shí)施智能制造就一定要應(yīng)用上述所有技術(shù)。

　　關(guān)于智能制造的定義有很多。

　　美國(guó)Wright和Bourne在其《制造智能》(智能制造研究領(lǐng)域的首本專著)中將智能制造定義為“通過集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺和機(jī)器人控制來對(duì)制造技工們的技能與專家知識(shí)進(jìn)行建模,以使智能機(jī)器能夠在沒有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”。今天能夠用于制造活動(dòng)的智能技術(shù)不只是上述定義中所列舉的，此外智能制造顯然不局限于小批量生產(chǎn)。但人們沒有任何理由因?yàn)榇硕x的局限性而輕視其意義，在當(dāng)時(shí)(20世紀(jì)80年代)相關(guān)技術(shù)發(fā)展尚不成熟的時(shí)期提出智能制造的概念無疑是富有遠(yuǎn)見和開創(chuàng)性的工作。

　　路甬祥曾對(duì)智能制造給出定義：“一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)。它把制造自動(dòng)化的概念更新、擴(kuò)展到柔性化、智能化和高度集成化”。其中強(qiáng)調(diào)的人機(jī)一體化，乃深刻洞見。

　　在中國(guó)《智能制造科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》中，定義智能制造是“面向產(chǎn)品全生命周期，實(shí)現(xiàn)泛在感知條件下的信息化制造，是在現(xiàn)代傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、擬人化智能技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過智能化的感知、人機(jī)交互、決策和執(zhí)行技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程智能化、制造過程智能化和制造裝備智能化等?！贝苏f中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程、制造過程和制造裝備的智能化，只是智能制造的現(xiàn)象?；蛘哒f，智能化設(shè)計(jì)、裝備等只是制造的手段，而非目標(biāo)。

　　工信部在2016年發(fā)布的《智能制造發(fā)展規(guī)劃(2016—2020年)》中對(duì)智能制造明確定義：智能制造是基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合，貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等功能的新型生產(chǎn)方式。此定義無疑吸取了多位學(xué)者和專家的智慧，點(diǎn)明了智能制造的技術(shù)基礎(chǔ)、應(yīng)用的環(huán)節(jié)，揭示了其功能表象，但未能觸及智能制造的本質(zhì)和內(nèi)涵。

　　在美國(guó)、歐盟、韓國(guó)等受到重視的SM(smart manufacturing)，可看成是智能制造發(fā)展的更高級(jí)階段。SM是近些年一些前沿技術(shù)迅猛發(fā)展的結(jié)果，如，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR(虛擬現(xiàn)實(shí))/AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))、智能傳感、云技術(shù)、新一代人工智能等。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)局認(rèn)為，SM是完全集成的協(xié)同制造系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)企業(yè)、供應(yīng)鏈和客戶中需求及條件的變化。這一定義頗為簡(jiǎn)單，并未直接點(diǎn)出所涉及的技術(shù)及系統(tǒng)具體的功能，卻更清晰地揭示了智能制造的目標(biāo)。

　　此處給出智能制造及系統(tǒng)的極簡(jiǎn)定義，之所以如此，恰恰因?yàn)橹悄苤圃爝€在發(fā)展中。簡(jiǎn)單的定義可能包羅更廣的功能和技術(shù)要素，不管是已有的，還是未來的;簡(jiǎn)單的定義可能含義更深，不管是表象的，還是內(nèi)在的;不管是顯性的，還是隱性的。

　　智能制造：把機(jī)器智能融合于制造的各種活動(dòng)中，以滿足企業(yè)相應(yīng)的目標(biāo)。

　　定義中的關(guān)鍵詞：機(jī)器智能、融合、制造活動(dòng)、目標(biāo)。

　　機(jī)器智能包括計(jì)算、感知、識(shí)別、存儲(chǔ)、記憶、呈現(xiàn)、仿真、學(xué)習(xí)、推理等，既包括傳統(tǒng)智能技術(shù)(如傳感，基于知識(shí)的系統(tǒng)KBS等),也包括新一代人工智能技術(shù)(如基于大數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí))。一般來說，人工智能分為計(jì)算智能、感知智能和認(rèn)知智能3個(gè)階段。第一階段為計(jì)算智能，即快速計(jì)算和記憶存儲(chǔ)能力。第二階段為感知智能，即視覺、聽覺、觸覺等感知能力。第三階段為認(rèn)知智能，即能理解、會(huì)思考。認(rèn)知智能是目前機(jī)器與人差距最大的領(lǐng)域，讓機(jī)器學(xué)會(huì)推理和決策異常艱難。

　　雖然機(jī)器智能是人開發(fā)的，但很多單元智能(如計(jì)算、記憶)的強(qiáng)度遠(yuǎn)超人的能力。將機(jī)器智能融合于各種制造活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)智能制造，通常有如下好處：

　　(1)智能機(jī)器的計(jì)算智能高于人類，在一些有固定數(shù)學(xué)優(yōu)化模型、需要大量計(jì)算、但無需進(jìn)行知識(shí)推理的地方，比如，設(shè)計(jì)結(jié)果的工程分析、高級(jí)計(jì)劃排產(chǎn)、模式識(shí)別等，與人根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判相比，機(jī)器能更快地給出更優(yōu)的方案。因此，智能優(yōu)化技術(shù)有助于提高設(shè)計(jì)與生產(chǎn)效率、降低成本，并提高能源利用率。

　　(2)智能機(jī)器對(duì)制造工況的主動(dòng)感知和自動(dòng)控制能力高于人類。以數(shù)控加工過程為例，“機(jī)床/工件/刀具”系統(tǒng)的振動(dòng)、溫度變化對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響，需要自適應(yīng)調(diào)整工藝參數(shù)，但人類顯然難以及時(shí)感知和分析這些變化。因此，應(yīng)用智能傳感與控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“感知—分析—決策—執(zhí)行”的閉環(huán)控制，能顯著提高制造質(zhì)量。同樣，一個(gè)企業(yè)的制造過程中，存在很多動(dòng)態(tài)的、變化的環(huán)境，制造系統(tǒng)中的某些要素(設(shè)備、檢測(cè)機(jī)構(gòu)、物料輸送和存儲(chǔ)系統(tǒng)等)必須能動(dòng)態(tài)地、自動(dòng)地響應(yīng)系統(tǒng)變化，這也依賴于制造系統(tǒng)的自主智能決策。

　　(3)制造企業(yè)擁有的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)可能是海量的，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的發(fā)展為企業(yè)帶來更快的響應(yīng)速度、更高的效率和更深遠(yuǎn)的洞察力。這是傳統(tǒng)憑借人的經(jīng)驗(yàn)和直覺判斷的方法所無可比擬的。

　　機(jī)器智能是人類智慧的凝結(jié)、延伸和擴(kuò)展，總體上并未超越人類的智慧，但某些單元智能強(qiáng)度遠(yuǎn)超人的能力。

　　企業(yè)的制造活動(dòng)包括研發(fā)、設(shè)計(jì)、加工、裝配、設(shè)備運(yùn)維、采購(gòu)、銷售、財(cái)務(wù)等;融合意味著并非完全顛覆以前的制造方式，通過融入機(jī)器智能，進(jìn)一步提高制造的效能。定義中指出了智能制造的目的是滿足企業(yè)相應(yīng)的目標(biāo)。雖未指明具體目標(biāo)，但讀者容易明白，提高效率、降低成本、綠色等均隱含其中。

　　智能制造系統(tǒng)：把機(jī)器智能融入到包括人和資源形成的系統(tǒng)中，使制造活動(dòng)能動(dòng)態(tài)地適應(yīng)需求和制造環(huán)境的變化，從而滿足系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)。

　　除了智能制造中的關(guān)鍵詞外，這里的關(guān)鍵詞還有：系統(tǒng)、人、資源、需求、環(huán)境變化、動(dòng)態(tài)適應(yīng)、優(yōu)化目標(biāo)。資源包括原材料、能源、設(shè)備、工具、數(shù)據(jù)……;需求可以是外部的(不僅考慮客戶的，而且還應(yīng)考慮社會(huì)的)，也可以是企業(yè)內(nèi)部的;環(huán)境包括設(shè)備工作環(huán)境、車間環(huán)境、市場(chǎng)環(huán)境……;此定義中，系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)的概念，如圖所示。即系統(tǒng)可以是一個(gè)加工單元或生產(chǎn)線，一個(gè)車間，一個(gè)企業(yè)，一個(gè)由企業(yè)及其供應(yīng)商和客戶組成的企業(yè)生態(tài)系統(tǒng);動(dòng)態(tài)適應(yīng)意味著對(duì)環(huán)境變化(如溫度變化、刀具磨損、市場(chǎng)波動(dòng))能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng);優(yōu)化目標(biāo)涉及企業(yè)運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)，如效率、成本、節(jié)能降耗等。至于系統(tǒng)所需的各種手段均隱含其中。

　　智能制造系統(tǒng)的層次

　　特別需要注意的是，上述定義隱含：

　　智能制造系統(tǒng)并非要求機(jī)器智能完全取代人，即使未來高度智能化的制造系統(tǒng)也需要人機(jī)共生。

　　韓國(guó)學(xué)者Kang等指出，智能制造(SM)不能僅僅著眼于增效降本的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，還應(yīng)該能夠持久地對(duì)社會(huì)創(chuàng)造新的價(jià)值。缺乏對(duì)人和社會(huì)問題的考慮可能會(huì)引發(fā)一些問題。不能把智能制造僅僅簡(jiǎn)單地視為IT前沿技術(shù)的應(yīng)用，它應(yīng)該是基于面向人和社會(huì)“可持續(xù)發(fā)展”哲學(xué)的、能夠?qū)е鲁掷m(xù)增長(zhǎng)的制造發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　「 2. 智能制造的基本內(nèi)涵 」

　　引言中概述了從自動(dòng)化到數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)而到智能化發(fā)展的必然。自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過百余年的發(fā)展，相對(duì)而言已經(jīng)很成熟了。稍加觀察和略為抽象地思索一下自動(dòng)化技術(shù)適合解決的問題。

　　適合于自動(dòng)化技術(shù)所能解決的問題基本上都是確定性的。所有的自動(dòng)線、自動(dòng)機(jī)器，其工藝流程是確定的，運(yùn)動(dòng)軌跡是確定的，控制對(duì)象的目標(biāo)是確定的。當(dāng)然，機(jī)器實(shí)際的運(yùn)動(dòng)可能存在誤差，反映在制造物品的質(zhì)量上也存在誤差，也就是說，不確定性并非完全不存在。但就一個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮言，其系統(tǒng)的輸入輸出工作方式、路徑、目標(biāo)等等都是確定的，只需要保證產(chǎn)生的誤差在允許的范圍內(nèi)即可。

　　經(jīng)典的自動(dòng)化技術(shù)面對(duì)的基本都是結(jié)構(gòu)化的問題。能夠用經(jīng)典的控制理論描述的問題，是結(jié)構(gòu)化的，如自動(dòng)調(diào)節(jié)問題，PID(比例積分微分)控制等。電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展加速了程序控制、邏輯控制在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，其針對(duì)的問題也是結(jié)構(gòu)化的。在現(xiàn)代的控制系統(tǒng)中，某些場(chǎng)合人們用基于知識(shí)的系統(tǒng)，類似于IF-THEN，本身就是一種結(jié)構(gòu)，處理的問題還是結(jié)構(gòu)化的。

　　傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)處理的問題均有其固定的模式，像自動(dòng)加工、流水生產(chǎn)、物料自動(dòng)輸送等。

　　傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)針對(duì)的問題相對(duì)而言是局部的，很少有企業(yè)系統(tǒng)層面的問題，如供應(yīng)鏈問題、客戶關(guān)系、戰(zhàn)略應(yīng)對(duì)等。

　　讓我們?cè)儆^察和思考一下企業(yè)的現(xiàn)實(shí)問題。企業(yè)里存在大量的不確定性問題，譬如說，任何企業(yè)都必須關(guān)注的質(zhì)量問題。對(duì)于一些預(yù)先就知道的、確定性的、可能引發(fā)質(zhì)量缺陷的問題，可通過設(shè)置相應(yīng)的工序及自動(dòng)化手段去解決，這是傳統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)所能及的。有很多影響質(zhì)量的隨機(jī)因素，如溫度、振動(dòng)等，雖然預(yù)先知道這些因素將影響質(zhì)量，但只是定性的概念，無法事前設(shè)定控制量。這就需要實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)制造過程中相關(guān)因素的變化，且根據(jù)變化施加相應(yīng)的控制，如調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，或者自動(dòng)補(bǔ)償加工誤差。這就是初步的智能控制了。這類引發(fā)質(zhì)量問題的隨機(jī)因素雖然有不確定性，但是顯性的，容易為人們所意識(shí)到。更有一類不確定性因素是隱性的，是工程師和管理人員甚至難以意識(shí)到的。如，一個(gè)先進(jìn)的、復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，影響其性能的關(guān)聯(lián)及組合因素到底有多少?影響到何種程度?又如，某種新的工藝，可能存在的、非顯性地影響工藝性能的參數(shù)有哪些?影響程度?于工程師而言，這些可能是不確定的。其實(shí)，其中某些因素及其關(guān)聯(lián)影響有確定性的一面，只是人們對(duì)其客觀規(guī)律還缺乏認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致主觀的不確定性。另外，還有一些原本確定性問題，因?yàn)槲茨軘?shù)字化而導(dǎo)致人對(duì)其認(rèn)識(shí)的不確定性。如企業(yè)中各種活動(dòng)、過程的安排，本來就是確定性的。但因?yàn)樯婕暗娜颂?，且發(fā)生時(shí)間各異，若無特殊手段，于人的認(rèn)識(shí)而言紛亂如麻。此亦即人的主觀不確定性或認(rèn)識(shí)不確定性。為何把主觀不確定性也視為制造系統(tǒng)的不確定性?因?yàn)橹圃煜到y(tǒng)中本來就應(yīng)該包括相關(guān)的人。還有一類隱性的影響因素本身就是不確定的。如，精密制造過程中原材料性能的細(xì)微不一致性，能源的不穩(wěn)定性，突發(fā)環(huán)境因素(如突發(fā)的外部振動(dòng))等，導(dǎo)致質(zhì)量的不穩(wěn)定;車間中人員崗位的臨時(shí)改變而引發(fā)的質(zhì)量問題;某一時(shí)期某些員工因特別的社會(huì)重大活動(dòng)(如足球世界杯)而致的作息時(shí)間改變引發(fā)的質(zhì)量問題;重大公共衛(wèi)生安全發(fā)生后，對(duì)企業(yè)的具體影響程度，這些與企業(yè)供應(yīng)鏈、所處地區(qū)位置、人流、企業(yè)人員受感染等各種特殊性(各個(gè)企業(yè)都不一樣)有關(guān)。目前，人們對(duì)此類問題只能有抽象、定性的認(rèn)識(shí)，很難根據(jù)具體影響程度進(jìn)行相對(duì)精細(xì)的應(yīng)對(duì)。對(duì)諸如此類的問題，經(jīng)典的自動(dòng)控制技術(shù)自然被束之高閣，即使帶有一定智能特征的現(xiàn)代控制技術(shù)也無能為力。

　　智能制造系統(tǒng)并非要求機(jī)器智能完全取代人，即使未來高度智能化的制造系統(tǒng)也需要人機(jī)共生。

　　注意：顯性的和隱性的不確定性因素!

　　企業(yè)中有大量的問題是非結(jié)構(gòu)化的。當(dāng)人們想盡可能提升質(zhì)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)影響質(zhì)量問題因素的構(gòu)建就是困難的;重大公共衛(wèi)生安全發(fā)生后，對(duì)企業(yè)的具體影響程度，很難有定量的分析，更何況應(yīng)對(duì);這些都因?yàn)榄h(huán)境及問題本身就是非結(jié)構(gòu)化的。企業(yè)中有大量的信息并非常規(guī)的數(shù)值數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的可用二維表結(jié)構(gòu)進(jìn)行邏輯表達(dá)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如全文文本、圖像、聲音、超媒體等信息，此即非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)都是企業(yè)有用的信息，如研發(fā)人員的報(bào)告、收集的外部資料(文本、圖像等)……傳統(tǒng)的自動(dòng)化技術(shù)未能有效利用這些信息，只能止步于此。

　　如何利用非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)從而做出正確的判斷和決策?

　　企業(yè)中的很多問題是非固定模式的。如今很多企業(yè)為了更好地滿足客戶需求，實(shí)施個(gè)性化定制。不同類型的企業(yè)實(shí)施個(gè)性化定制的方式肯定不一樣。即使對(duì)同一個(gè)企業(yè)而言，對(duì)不同的產(chǎn)品、不同類型的客戶，可能也需要不同的模式。數(shù)據(jù)的收集、處理，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)個(gè)性化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的方式都不盡相同。又如工廠或車間的節(jié)能，不同類型的企業(yè)節(jié)能的途徑可能不一樣。即使同類產(chǎn)品的企業(yè)，其設(shè)備不一樣，地區(qū)環(huán)境不一樣，廠房結(jié)構(gòu)不一樣，都會(huì)導(dǎo)致節(jié)能模式的不同。從事傳統(tǒng)自動(dòng)控制的技術(shù)工作者自然不會(huì)問津這類非固定模式的問題。

　　我們的祖先有一個(gè)很好的文化傳統(tǒng)，即注重整體聯(lián)系。中國(guó)古代的物質(zhì)觀，金木水火土，相生相克。此一說雖然并不科學(xué)，但其注重整體聯(lián)系的思想?yún)s有合理成分。中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)把人視為一個(gè)整體，如經(jīng)絡(luò)說，實(shí)際上強(qiáng)調(diào)人體的整體聯(lián)系。雖然從科學(xué)的角度言，其說有局限性，但從某些實(shí)踐(如針灸)的有效性依然可見其思想的合理成分。

　　企業(yè)是一個(gè)大系統(tǒng)，其中有很多分系統(tǒng)、子系統(tǒng)，有各種各樣的活動(dòng)(設(shè)計(jì)、加工、裝配……),各種各樣的資源(原材料、工具、零部件、設(shè)備、人力……),供應(yīng)商，客戶……大系統(tǒng)中如此多的因素，相互關(guān)聯(lián)和影響嗎?肯定影響——憑想象和感覺。對(duì)大系統(tǒng)的整體效能的具體影響程度?高級(jí)管理人員和工程師們未必清楚。即使是一個(gè)設(shè)備系統(tǒng)，其部件、子系統(tǒng)、運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境等諸多要素之間的相互影響，同樣人們只能定性地知道某些影響，難以全部清晰地認(rèn)識(shí)其影響程度?？傊?，我們對(duì)企業(yè)大系統(tǒng)及其分系統(tǒng)的整體聯(lián)系的認(rèn)識(shí)是很有限的，之所以如此，不僅在于系統(tǒng)之大而復(fù)雜，還在于系統(tǒng)充滿前述的不確定性、非結(jié)構(gòu)化、非固定模式的問題。

　　更清晰地認(rèn)識(shí)整體聯(lián)系有助于進(jìn)一步提升企業(yè)的整體效能。

　　并非言以前人們就意識(shí)不到整體聯(lián)系、不確定性等問題的存在，只是苦于缺乏工具而腦力所不及。人類從來不會(huì)停止追求“超自然存在”工具的步伐?；诟逦J(rèn)識(shí)乃至更精細(xì)地駕馭整體聯(lián)系、不確定性、非結(jié)構(gòu)化、非固定模式等問題的欲求，人類終于創(chuàng)造出合適的工具，即物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能(尤其是新一代的)等。正是有了這些工具和手段，就不能繼續(xù)讓整體聯(lián)系、不確定性等問題困擾我們，制造領(lǐng)域自不例外。至此，我們可以更深刻地理解智能制造的內(nèi)涵：

　　智能制造的本質(zhì)和真諦是利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)認(rèn)識(shí)制造系統(tǒng)的整體聯(lián)系并控制和駕馭系統(tǒng)中的不確定性、非結(jié)構(gòu)化和非固定模式問題以達(dá)到更高的目標(biāo)。