智能制造技術發展趨勢綜述

當前，新科技革命和產業變革正在興起，全球工業技術體系、發展模式和競爭格局迎來重大變革。發達國家紛紛出臺以先進制造業為核心的“再工業化”國家戰略：美國大力推動以“工業互聯網”和“新一代機器人”為特征的智能制造戰略布局；德國“工業4.0”計劃的提出旨在通過智能制造提振制造業競爭力；歐盟在“2020增長戰略”中提出重點發展以智能制造技術為核心的先進制造；日本、韓國等制造強國也提出相應的發展智能制造的戰略措施，可見，智能制造已經成為發達國家制造業發展的重要方向，成為各國發展先進制造業的制高點。我國在2015年推出的“中國制造2025”戰略中也強調了智能制造的重要性。在當前以中高速、優結構、新動力、多挑戰為主要特征的新常態下，發展智能制造不僅是我國產業轉型升級的突破口，也是重塑制造業競爭優勢的新引擎，被理論與實踐各界普遍認為代表了制造業的未來方向。

一、智能制造的本質、發展趨勢和影響

國際金融危機爆發以來，各國紛紛加大科技創新投入，在全球范圍內引發了以綠色、低碳、智能為特征的新一輪技術創新浪潮。在新科技革命和產業變革背景下，智能制造必將對全球制造業的發展和轉型升級產生深遠影響。

智能制造的本質。智能制造（Intelligent Manufacturing， IM）是以新一代信息技術為基礎，配合新能源、新材料、新工藝，貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造過程、系統與模式的總稱。虛擬網絡和實體生產的相互滲透是智能制造的本質，一方面，信息網絡將徹底改變制造業的生產組織方式，大大提高制造效率；另一方面，生產制造將作為互聯網的延伸和重要結點，擴大網絡經濟的范圍和效應。以網絡互連為支撐，以智能工廠為載體，構成了制造業的最新形態，即智能制造。這種模式可以有效縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量、降低資源能源消耗。從軟硬結合的角度看，智能制造即是一個“虛擬網絡+實體物理”的制造系統。美國的“工業互聯網”、德國“工業4.0”以及我國的“互聯網+”戰略都體現出虛擬網絡與實體物理深度融合——即智能制造的特征。

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

智能制造系統將具備自適應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、裝備自律執行的閉環過程，完成對周圍環境的自適應能力。隨著人工智能、仿真等技術的發展，智能制造系統將生成自身的操作、故障解決方案，人和系統之間也將建立協同共事、相互“理解”的合作關系，最終實現廣泛的人機交互以及系統交互，從而使人從簡單重復的勞動中解脫出來，從事更加富有創造性、附加值更高的生產活動。

二、主要發達國家智能制造發展概況

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

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的回歸。2009年以來，美國先后發布了《重振美國制造業框架》、《制造業促進法案》和《先進制造業伙伴計劃》，明確要降低制造業成本，促進就業，實現美國能源獨立，并把美國打造為企業總部基地。而要實現這一目標，就必須以智能制造改造傳統制造業，并大力發展智能電網、清潔能源、先進汽車、航空和太空技術、生物和納米技術、新一代機器人、先進材料等新興領域。美國發展制造業的最大約束是高勞動力成本，通過發展智能制造，能夠大幅減少制造業的用工需求，使制造業勞動力成本支出維持在一個合理的比例內，從而使得美國的科技優勢能夠在本國轉化為產業優勢。

下一代機器人是實現智能制造的關鍵。美國在《重振美國制造業框架》中明確提出要發展先進機器人技術，在《先進制造業伙伴計劃》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月奧巴馬總統宣布啟動國家機器人技術計劃，并于2013年制定了《從互聯網到機器人——美國機器人路線圖》，從戰略意義、研究路線圖、重點發展領域等方面分析了美國制造機器人、醫療保健機器人、服務機器人、空間機器人、國防機器人的發展路線圖，推動機器人技術在各領域的廣泛應用，加強美國在機器人技術方面的領先地位。可見，下一代機器人是美國在智能制造產業布局的重點領域，工業機器人的普及和升級對緩解美國高勞動力成本的發展約束也起到積極作用。

隨著新科學技術、新產業形態的不斷涌現，傳統制造模式和全球產業格局都發生深刻的變化，英國政府于2012年1月啟動了對未來制造業進行預測的戰略研究項目。該項目是定位于2050年英國制造業發展的一項長期戰略研究，通過分析制造業面臨的問題和挑戰，提出英國制造業發展與復蘇的政策。2013年10月，英國政府科技辦公室發布報告《未來制造業：一個新時代給英國帶來的機遇與挑戰》。報告認為制造業并不是傳統意義上“制造之后進行銷售”，而是“服務+再制造（以生產為中心的價值鏈）”，并在通信、傳感器、發光材料、生物技術、綠色技術、大數據、物聯網、機器人、增材制造、移動網絡等多個技術領域開展布局，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

中央政府連續出臺政策力推智能制造，國家層面智能制造戰略框架逐漸清晰完善。2010年10月，國務院發布《關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》，明確提出要加大培育和發展高端裝備制造產業等七大戰略性新興產業，并將智能制造裝備列為高端裝備制造產業的重點方向之一。2012年5月，工業和信息化部發布《高端裝備制造業“十二五”發展規劃》，指出在智能制造裝備領域將重點發展智能儀器儀表與控制系統、關鍵基礎零部件、高檔數控機床與基礎制造裝備、重大智能制造成套裝備等四大類產品。2012年4月，科技部發布《智能制造科技發展“十二五”專項規劃》，布局了基礎理論與技術研究、智能化裝備、制造過程智能化成套技術與裝備、智能制造基礎技術與部件、系統集成與重大示范應用等五項重點任務。從2011年到2014年連續四年，國家發展和改革委員會同財政部、工業和信息化部共同實施《智能制造裝備發展專項》，重點突破以自動控制系統、工業機器人、伺服和執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準化體系建設。2015年，“中國制造2025”成為國家戰略，提出以加快新一代信息技術與制造業融合為主線，以推動智能制造為主攻方向，重塑我國制造業的競爭優勢。隨著這一系列國家層面的戰略、規劃、政策的頒布和實施，我國智能制造發展的重點和方向逐漸清晰，支持智能制造發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：智能機器人應用。