智能制造發展及應用前景研究

袁偉 王麗 董元鑫

摘要：改革開放以來，我國的工業迅速發展，目前已經成為全球制造業門類最全的制造大國，是當今世界經濟發展重要引擎之一，但同時制造業“大而不強”的問題也越來越制約我國制造業的進一步發展。21世紀以來，隨著新一代信息技術的飛速發展，誕生了制造業信息化、智能化、服務化為特征的新一輪工業革命，發達國家紛紛推出工業化戰略，謀求進一步拉大與我國的差距。在面對全球制造業重大調整的大潮流下，我國也提出了“中國制造2025”戰略計劃，并將智能制造作為該計劃的主攻方向。

Abstract： Intelligent manufacturing is a production method that can make enterprises more "smart" in R&D， production， management， service， etc. Manufacturing companies should start from the core pain points of their own development， based on reasonable overall planning and top-level design. Along with the development direction of intelligent manufacturing elements → intelligent manufacturing capabilities → intelligent manufacturing systems， acquire intelligent manufacturing elements in stages and continuously， establish， improve and expand enterprises in R&D and design， manufacturing， logistics and warehousing， order acquisition， product services， etc. The manufacturing capability of each link can ultimately form a complete， efficient and scientific intelligent manufacturing system.

關鍵詞：智能制造;工業革命;中國制造2025

Key words： smart manufacturing;the Industrial revolution;the "made in china 2025" strategy

中圖分類號：TH164? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0172-02

0? 引言

現代文明的起點是工業革命，自18世紀末的第一次工業革命和20世紀初的第二次工業革命以來，人類的生產方式產生了根本性變革。20世紀中期計算機的出現使開創了數字控制機器的新時代，使人和機械在空間和時間上可以分離，人不再是機器的附屬品。從制造業的角度，這是憑借電子和信息技術實現自動化的第三次工業革命。

進入21世紀，隨著新一代信息技術（如云計算、物聯網、大數據、移動互聯、人工智能）與制造的融合和落地應用，將使整個工業生產體系提升到一個新的水平，推動一場新的工業革命，而“智能制造”被認為是新一輪工業革命的核心技術[1]。

1? 智能制造的“何為”與“為何”

1.1 “何為”智能制造

“智能制造”這一概念最早出現在美國學者P.K.Wright的著作《Manufacturing Intelligence》中，在書中他們將智能制造進行了定義。楊叔子等[2]將智能制造工程分為智能制造技術（intelligent technology，IMT）和智能制造系統（intelligent manufacturing system，IMS）兩部分。本文認為智能制造是通過新一代信息技術、自動化技術、工業軟件及現代管理思想在制造企業全領域、全流程的系統應用而產生的一種全新的生產方式。

1.2 中國“為何”需要智能制造

2012年，我國制造業增長2.08萬億美元，在全球制造業占比約為20%，與美國相當，與此同時我國制造業有著世界上門類最為齊全、獨立完整的體系，是當今世界制造大國[3]。但同時，我國制造業大而不強的問題也非常突出。我國制造業正面臨來自歐美發達國家和發展中國家的“前后夾擊”的雙重挑戰，在全球制造業格局面臨重大調整的同時，中國也適時提出了“中國制造2025”戰略計劃，并將智能制造作為該計劃的主攻方向，發展智能制造是中國制造由大到強的必由之路。

2? 國內智能制造發展及現狀

我國智能制造起步較晚，1991年國家自然科學委員會組織了一批國內知名高校，與很多國家和地區就智能制造的國際合作簽訂了合作意向書。同年，國內一批高校也積極開展IMT與IMS的基礎研究工作，國家制定的“九五”計劃也將先進制造技術作為重點發展領域之一[4]。在這一時期，國內對智能制造主要還處于探討人工智能在制造領域應用的研究階段，而對整個制造環境的全面“智能化”研究工作還剛剛起步。在后面一段時間，大量學者對智能制造的概念、內涵、模式、發展路徑以及影響因素等方面進行了研究。如朱劍英[5]從科學、技術和產業三者關系的角度對智能制造進行了研究，熊有倫[6]從產業交叉融合的角度對智能制造進行了闡述。

為了推動智能制造產業發展，2015年5月，國務院發布了《中國制造2025》指導性綱領，2016年12月，工信部、財政部共同頒布《智能制造發展規劃（2016-2020）》[7]。在市場和政策的雙重推動下，我國的智能制造的發展正式迎來了高潮，更多的專家學者參與到智能制造的研究之中。王躍飛、高彥虎等[8]提出了平行制造的概念。陶飛等[9]認為實現智能制造的關鍵在于如何融合和使用新一代信息技術（如云計算、物聯網、大數據、移動互聯、人工智能等），并提出了數字孿生是實現物理與信息融合的有效手段。

同時，各制造企業結合自身實際進行了嘗試。如德國慕尼黑的寶馬定制總部，客戶可以看到不同車型的個性選裝配置菜單，并可根據自己的個人需求從外觀到內飾，從駕駛動態和舒適功能個性化定制自己的愛車，同時在其周邊已形成完善的服務鏈，提供住宿、購物等服務，極大帶動了服務業消費，具有很強的借鑒意義。國內的紅領集團建立的個性化服裝數據庫系統，成本雖然較批量制造略微有所上升，但是得到了成倍以上的回報，同時年均銷售收入和利潤均大幅增長[1]。

3? W公司智能制造系統規劃

3.1 W公司產品特點

W公司的產品主要是提供測試自動化、自動化生產、自動化裝配設備。主要包括FCT（Functional Circuit Test）功能測試冶具、ICT（In Circuit Test）在線測試冶具和程序、FCT功能測試系統集成、自動化測試平臺以及相關配套軟件和技術服務。目前W公司一年生產的產品超過兩千種，而且幾乎每件產品的數量都很小，甚至很多時候只生產一種產品，W公司產品的特點是多品種小批量。

3.2 W公司問題分析

因為“多品種小批量”的產品多樣性，生產過程的復雜性，環境條件的多變性和生產管理的動態性等這些生產特點，增加了企業對新產品的研發生產全過程的管理復雜度，導致了產品品質監控困難，管理效率低下，產品成本高等問題，大大降低了公司的市場競爭力。隨著制造業自動化程度越來越高，對自動化設備的需求快速增長，公司業務規模日益擴張，使得公司品控問題越來越突出，客戶投訴逐年增加。公司質量問題頻發在設計和生產過程中，其中設計過程導致的質量問題出現的原因主要有客戶需求管理松散，導致產品達不到客戶需求。生產過程中的質量問題包括工序管理混亂，過于依賴領班的個人經驗;生產過程數據電子化程度過低，導致對產品生產過程的控制能力不足，出現某些步驟漏做導致質量問題。同時，質量問題也導致了W公司的生產效率低下進而增加了生產成本。

3.3 W公司實施智能制造系統需求分析

通過以上的問題分析可以看出，W公司的質量、成本和效率問題正隨著公司業務的擴張越來越突出，尤其是效率低下的問題，給公司的成本和質量控制帶來了巨大阻礙，進而對其士氣造成了不容忽視的負面影響，這些問題如果不解決將嚴重制約公司的成長。W公司現有的問題產生的原因是多個系統共同作用的結果，而智能制造系統是一整套系統體系，不是單一一個系統，它是由多個子系統共同作用，使得產品的制造全流程數據化、智能化、網絡化。智能制造的目標之一就是以最低的生產成本快速滿足客戶的個性化需求。這非常符合W公司的產品特性。

3.4 W公司實施智能制造系統規劃目標

通過對W公司的現有問題和實施智能制造系統的必要性進行分析，W公司智能制造系統的規劃目標如下：

①建立生產管理系統。實現制造全流程全方位的信息化管理，進而提升生產效率、縮短制造周期、降低物料庫存和成品庫存。

②建立設計開發管理系統。實現產品數據，包括設計圖紙、BOM數據、客戶文檔、方案說明書等文檔的集中管理系統。

③對企業外部生態環境大數據進行情報收集和分析，迅速收集和分析原材料的價格信息、產品的市場銷售情況、市場存量、未來趨勢、國家政策、上下游行業信息等基本信息，供決策者科學做出合理決策。

4? 總結與展望

隨著我國人口紅利的逐漸消減，制造業勞動成本上的優勢必將不復存在，“中國制造2025”戰略的出臺的目的正是出于突破我國制造業目前面臨的困局。目前我國智能制造的研究取得了一定成功，如紅領集團、三一重工等國內企業也將智能制造的概念和技術逐步引入到實際生產中，并成功創造了較為客觀的經濟價值，智能制造正在重新定義中國制造。

只有所有環節的制造智能，才能全面實現智能制造[10]。隨著物聯網、互聯網、人工智能的發展，智能制造是全球化趨勢的必然要求，以特定企業或者特定領域為起點，最終實現全球所有設備、系統的互聯，制造的信息世界和物理世界將成功融合，最終實現全世界制造環境內的智能制造活動有機融合。

參考文獻：

[1]周濟.智能制造——“中國制造2025”的主攻方向[J].中國機械工程，2015，26（17）：2273-2284.

[2]楊叔子，丁洪.智能制造技術與智能制造系統的發展與研究[J].中國機械工程，1992，3（2）：15-18.

[3]喬兵，朱劍英.多Agent智能制造系統研究綜述[J].南京航空航天大學學報，2001，33（1）：1-7.

[4]趙東標，朱劍英.智能制造技術與系統的發展與研究[J].中國機械工程，1999，10（8）：927-931.

[5]朱劍英.智能制造的意義、技術與實現[J].機械制造與自動化，2013（03）：1-6.

[6]熊有倫.智能制造[J].科技導報，2013，31（10）：1.

[7]我國智能制造產業發展現狀與趨勢.https：//www.sohu.com/a/248972391_99916132.

[8]王飛躍，高彥臣，商秀芹，張俊.平行制造與工業5.0：從虛擬制造到智能制造[J].科技導報，2018，36（21）：10-22.

[9]陶飛，張萌，程江峰，等.數字孿生車間——一種未來車間運行新模式[J].計算機集成制造系統，2017，23（1）：1-9.

[10]孟月.5G+MEC+AI使能三一重工智能制造[J].通信世界，2020（16）：24.

[11]陶飛.工業4.0與智能制造發展趨勢[J].中國培訓，2017（12）：36-37.