智能制造技術(shù)發(fā)展趨勢綜述

當(dāng)前，新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在興起，全球工業(yè)技術(shù)體系、發(fā)展模式和競爭格局迎來重大變革。發(fā)達國家紛紛出臺以先進制造業(yè)為核心的“再工業(yè)化”國家戰(zhàn)略：美國大力推動以“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”和“新一代機器人”為特征的智能制造戰(zhàn)略布局；德國“工業(yè)4.0”計劃的提出旨在通過智能制造提振制造業(yè)競爭力；歐盟在“2020增長戰(zhàn)略”中提出重點發(fā)展以智能制造技術(shù)為核心的先進制造；日本、韓國等制造強國也提出相應(yīng)的發(fā)展智能制造的戰(zhàn)略措施，可見，智能制造已經(jīng)成為發(fā)達國家制造業(yè)發(fā)展的重要方向，成為各國發(fā)展先進制造業(yè)的制高點。我國在2015年推出的“中國制造2025”戰(zhàn)略中也強調(diào)了智能制造的重要性。在當(dāng)前以中高速、優(yōu)結(jié)構(gòu)、新動力、多挑戰(zhàn)為主要特征的新常態(tài)下，發(fā)展智能制造不僅是我國產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的突破口，也是重塑制造業(yè)競爭優(yōu)勢的新引擎，被理論與實踐各界普遍認為代表了制造業(yè)的未來方向。

一、智能制造的本質(zhì)、發(fā)展趨勢和影響

國際金融危機爆發(fā)以來，各國紛紛加大科技創(chuàng)新投入，在全球范圍內(nèi)引發(fā)了以綠色、低碳、智能為特征的新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮。在新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革背景下，智能制造必將對全球制造業(yè)的發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級產(chǎn)生深遠影響。

智能制造的本質(zhì)。智能制造（Intelligent Manufacturing， IM）是以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，配合新能源、新材料、新工藝，貫穿設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動各個環(huán)節(jié)，具有信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能的先進制造過程、系統(tǒng)與模式的總稱。虛擬網(wǎng)絡(luò)和實體生產(chǎn)的相互滲透是智能制造的本質(zhì)，一方面，信息網(wǎng)絡(luò)將徹底改變制造業(yè)的生產(chǎn)組織方式，大大提高制造效率；另一方面，生產(chǎn)制造將作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸和重要結(jié)點，擴大網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟的范圍和效應(yīng)。以網(wǎng)絡(luò)互連為支撐，以智能工廠為載體，構(gòu)成了制造業(yè)的最新形態(tài)，即智能制造。這種模式可以有效縮短產(chǎn)品研制周期、降低運營成本、提高生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低資源能源消耗。從軟硬結(jié)合的角度看，智能制造即是一個“虛擬網(wǎng)絡(luò)+實體物理”的制造系統(tǒng)。美國的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、德國“工業(yè)4.0”以及我國的“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略都體現(xiàn)出虛擬網(wǎng)絡(luò)與實體物理深度融合——即智能制造的特征。

智能制造的發(fā)展趨勢。20世紀(jì)80年代末，信息技術(shù)尚未對人類生產(chǎn)生活造成巨大影響之時，智能制造的概念就已經(jīng)在歐美日等發(fā)達國家被提出。進入新世紀(jì)之后，實現(xiàn)智能制造的技術(shù)和成本條件成熟，并且，隨著資源環(huán)境壓力加大、勞動成本上升等制造業(yè)制約因素的增強，智能制造市場近年來在全球出現(xiàn)了爆發(fā)增長并呈現(xiàn)新的特征。

智能制造系統(tǒng)將具備自適應(yīng)能力和人機交互功能。智能制造通過工況在線感知、智能決策和控制、裝備自律執(zhí)行的閉環(huán)過程，完成對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。隨著人工智能、仿真等技術(shù)的發(fā)展，智能制造系統(tǒng)將生成自身的操作、故障解決方案，人和系統(tǒng)之間也將建立協(xié)同共事、相互“理解”的合作關(guān)系，最終實現(xiàn)廣泛的人機交互以及系統(tǒng)交互，從而使人從簡單重復(fù)的勞動中解脫出來，從事更加富有創(chuàng)造性、附加值更高的生產(chǎn)活動。

二、主要發(fā)達國家智能制造發(fā)展概況

國際金融危機之后，為了刺激本國經(jīng)濟增長，重新塑造在實體經(jīng)濟領(lǐng)域的競爭力，許多發(fā)達國家都實施了一系列國家戰(zhàn)略，例如美國的“先進制造業(yè)伙伴計劃”、德國的“工業(yè)4.0”計劃、日本的“再興戰(zhàn)略”、韓國的“新增長動力戰(zhàn)略”、法國的“新工業(yè)法國”等。盡管這些戰(zhàn)略或計劃各有側(cè)重點，但都包括：對新興產(chǎn)業(yè)的補貼和扶持；對前沿技術(shù)（未來技術(shù)）研發(fā)的扶持；對中小企業(yè)的扶持；對競爭環(huán)境的優(yōu)化；對新產(chǎn)品市場的培育；對人才培育的改革，等等。此外，通過發(fā)展智能制造適應(yīng)新的要素和市場環(huán)境也是這些戰(zhàn)略或計劃的重要內(nèi)容。

智能制造能夠在一定程度上彌補美國勞動力成本高的比較劣勢，從而促進高端制造業(yè)的回歸。2009年以來，美國先后發(fā)布了《重振美國制造業(yè)框架》、《制造業(yè)促進法案》和《先進制造業(yè)伙伴計劃》，明確要降低制造業(yè)成本，促進就業(yè)，實現(xiàn)美國能源獨立，并把美國打造為企業(yè)總部基地。而要實現(xiàn)這一目標(biāo)，就必須以智能制造改造傳統(tǒng)制造業(yè)，并大力發(fā)展智能電網(wǎng)、清潔能源、先進汽車、航空和太空技術(shù)、生物和納米技術(shù)、新一代機器人、先進材料等新興領(lǐng)域。美國發(fā)展制造業(yè)的最大約束是高勞動力成本，通過發(fā)展智能制造，能夠大幅減少制造業(yè)的用工需求，使制造業(yè)勞動力成本支出維持在一個合理的比例內(nèi)，從而使得美國的科技優(yōu)勢能夠在本國轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

下一代機器人是實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵。美國在《重振美國制造業(yè)框架》中明確提出要發(fā)展先進機器人技術(shù)，在《先進制造業(yè)伙伴計劃》中也提出要推出一項耗資7000萬美元的下一代機器人研究計劃。2011年6月奧巴馬總統(tǒng)宣布啟動國家機器人技術(shù)計劃，并于2013年制定了《從互聯(lián)網(wǎng)到機器人——美國機器人路線圖》，從戰(zhàn)略意義、研究路線圖、重點發(fā)展領(lǐng)域等方面分析了美國制造機器人、醫(yī)療保健機器人、服務(wù)機器人、空間機器人、國防機器人的發(fā)展路線圖，推動機器人技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，加強美國在機器人技術(shù)方面的領(lǐng)先地位?？梢?，下一代機器人是美國在智能制造產(chǎn)業(yè)布局的重點領(lǐng)域，工業(yè)機器人的普及和升級對緩解美國高勞動力成本的發(fā)展約束也起到積極作用。

隨著新科學(xué)技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)形態(tài)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)制造模式和全球產(chǎn)業(yè)格局都發(fā)生深刻的變化，英國政府于2012年1月啟動了對未來制造業(yè)進行預(yù)測的戰(zhàn)略研究項目。該項目是定位于2050年英國制造業(yè)發(fā)展的一項長期戰(zhàn)略研究，通過分析制造業(yè)面臨的問題和挑戰(zhàn)，提出英國制造業(yè)發(fā)展與復(fù)蘇的政策。2013年10月，英國政府科技辦公室發(fā)布報告《未來制造業(yè)：一個新時代給英國帶來的機遇與挑戰(zhàn)》。報告認為制造業(yè)并不是傳統(tǒng)意義上“制造之后進行銷售”，而是“服務(wù)+再制造（以生產(chǎn)為中心的價值鏈）”，并在通信、傳感器、發(fā)光材料、生物技術(shù)、綠色技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、機器人、增材制造、移動網(wǎng)絡(luò)等多個技術(shù)領(lǐng)域開展布局，從而形成智能制造的格局。

三、我國推動智能制造的進展、主要瓶頸及對策建議

中央政府連續(xù)出臺政策力推智能制造，國家層面智能制造戰(zhàn)略框架逐漸清晰完善。2010年10月，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，明確提出要加大培育和發(fā)展高端裝備制造產(chǎn)業(yè)等七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并將智能制造裝備列為高端裝備制造產(chǎn)業(yè)的重點方向之一。2012年5月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《高端裝備制造業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，指出在智能制造裝備領(lǐng)域?qū)⒅攸c發(fā)展智能儀器儀表與控制系統(tǒng)、關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件、高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備、重大智能制造成套裝備等四大類產(chǎn)品。2012年4月，科技部發(fā)布《智能制造科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》，布局了基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究、智能化裝備、制造過程智能化成套技術(shù)與裝備、智能制造基礎(chǔ)技術(shù)與部件、系統(tǒng)集成與重大示范應(yīng)用等五項重點任務(wù)。從2011年到2014年連續(xù)四年，國家發(fā)展和改革委員會同財政部、工業(yè)和信息化部共同實施《智能制造裝備發(fā)展專項》，重點突破以自動控制系統(tǒng)、工業(yè)機器人、伺服和執(zhí)行部件為代表的智能裝置，加大對智能制造的金融財稅政策支持力度。2015年3月，工業(yè)和信息化部啟動智能制造試點示范專項行動，并且部署了智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。2015年，“中國制造2025”成為國家戰(zhàn)略，提出以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合為主線，以推動智能制造為主攻方向，重塑我國制造業(yè)的競爭優(yōu)勢。隨著這一系列國家層面的戰(zhàn)略、規(guī)劃、政策的頒布和實施，我國智能制造發(fā)展的重點和方向逐漸清晰，支持智能制造發(fā)展的政策框架也基本完成。

作者簡介：閆貴龍（1976.05-），男，天津人，助理工程師，本科，研究方向：智能機器人應(yīng)用。