智能制造生產(chǎn)線技術(shù)及應(yīng)用 教案 1-1 智能制造概念

XXXXX學(xué)院單元教學(xué)設(shè)計(jì)XXXX—XXX學(xué)年第X學(xué)期課程名稱：授課班級(jí)：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標(biāo)題智能制造概述教學(xué)目的讓學(xué)生了解智能制造的概念及其發(fā)展、內(nèi)涵、特征與典型模式。教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)能分析智能制造的概念并深刻解析其內(nèi)涵；培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注制造業(yè)發(fā)展的耐心與興趣。（1）理解智能制造的概念及其發(fā)展過程；（2）理解國內(nèi)外智能制造的發(fā)展?fàn)顩r；（3）了解智能制造的特征與典型模式。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重難點(diǎn)：解決方法：參考資料[1]汪勵(lì),陳小艷.工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2014.[2]李志謙.精通FANUC機(jī)器人編程、維護(hù)與外圍集成[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2020[3]陳曉明,霍永紅,項(xiàng)萬明.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程(FANUC)初級(jí)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[4]王哲祿,何紅軍.工工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程與集成技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2020.[6]鄉(xiāng)碧云.自動(dòng)化生產(chǎn)線組建與調(diào)試(第2版)—以亞龍YL-335B為例（三菱PLC版本）[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2023.單元教學(xué)設(shè)計(jì)第一部分：新課導(dǎo)入及學(xué)習(xí)新內(nèi)容（時(shí)間：30分鐘理論）【步驟一】新課導(dǎo)入引導(dǎo)問題中國制造讓你自豪嗎？說出你最自豪的一款產(chǎn)品？在學(xué)習(xí)新課以前，你認(rèn)為的智能制造是什么樣的？請同學(xué)根據(jù)所學(xué)所識(shí)積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識(shí)的講授一、智能制造概念發(fā)展智能制造的概念最早由歐美日等發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì)80年代末提出，由于制造技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等不斷發(fā)展，關(guān)于智能制造的概念和內(nèi)涵，也處在不斷變化、充實(shí)和完善之中。目前，智能制造概念主要經(jīng)歷了以下發(fā)展階段，尚無公認(rèn)定義。（一）概念提出階段1988年，“智能制造”最早出現(xiàn)在美國紐約大學(xué)P.K.Wright和卡梅隆大學(xué)D.A.Bourne的《智能制造》（《ManufacturingIntelligence》）一書中，指出智能制造是利用集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)及機(jī)器人視覺等技術(shù)，在沒有人工干預(yù)條件下智能機(jī)器人獨(dú)自完成小批量生產(chǎn)的過程。在此基礎(chǔ)上，英國技術(shù)大學(xué)Williams教授對上述定義作了更為廣泛的補(bǔ)充，認(rèn)為“集成范圍還應(yīng)包括貫穿制造組織內(nèi)部的智能決策支持系統(tǒng)”。（二）概念發(fā)展階段20世紀(jì)90年代，在智能制造概念提出后不久，智能制造的研究獲得歐、美、日等工業(yè)化發(fā)達(dá)國家的普遍重視，圍繞智能制造技術(shù)(IMT)與智能制造系統(tǒng)(IMS)開展國際合作研究。1991年，日、美、歐共同發(fā)起實(shí)施的“智能制造國際合作研究計(jì)劃”中定義“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過程中貫穿智能活動(dòng)，并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合，將整個(gè)制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)”。（三）概念深化階段21世紀(jì)以來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展及應(yīng)用，智能制造被賦予了新的內(nèi)涵，即新一代信息技術(shù)條件下的智能制造(SmartManufacturing)（如圖1-1）。2010年9月，美國在華盛頓舉辦的“21世紀(jì)智能制造的研討會(huì)”指出，智能制造是對先進(jìn)智能系統(tǒng)的強(qiáng)化應(yīng)用，使得新產(chǎn)品的迅速制造，產(chǎn)品需求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及對工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)優(yōu)化成為可能。2012年美國通用公司提出“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)（IndustrialInternet）”,通過它將智能設(shè)備、人和數(shù)據(jù)連接起來，并以智能的方式分析這些交換的數(shù)據(jù)，從而幫助人們和設(shè)備作出更智慧的決策?！肮I(yè)互聯(lián)網(wǎng)”強(qiáng)調(diào)智能設(shè)備（IntelligentDevices）、智能系統(tǒng)（IntelligentSystems）和智能決策（IntelligentDecisioning）三要素的整合。2013年4月在漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，德國政府宣布啟動(dòng)“工業(yè)4.0（Industry4.0）”國家級(jí)戰(zhàn)略規(guī)劃，通過利用信息-物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-PhysicalSystems）,實(shí)現(xiàn)由集中式控制向分散式增強(qiáng)型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，其目標(biāo)是建立高度靈活的個(gè)性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式，推動(dòng)現(xiàn)有制造業(yè)向智能化方向轉(zhuǎn)型?！肮I(yè)4.0”中強(qiáng)調(diào)智能生產(chǎn)（SmartProduction）和智能工廠（SmartFactory）。圖1-1信息技術(shù)時(shí)代的智能制造二、我國智能制造概念發(fā)展我國智能制造研究開始于20世紀(jì)90年代。從機(jī)械工程學(xué)角度來看，宋天虎（1999）認(rèn)為智能制造未來應(yīng)該包含對工作環(huán)境自動(dòng)識(shí)別和判斷，對現(xiàn)實(shí)工況作出快速反應(yīng)，制造實(shí)現(xiàn)與人和社會(huì)的相互交流。楊叔子和吳波認(rèn)為智能制造系統(tǒng)通過智能化和集成化的手段來增強(qiáng)制造系統(tǒng)的柔性和自組織能力，提高快速響應(yīng)市場需求變化的能力。熊有倫等認(rèn)為智能制造的本質(zhì)是應(yīng)用人工智能理論和技術(shù)解決制造中的問題，智能制造的支撐理論是制造知識(shí)和技能的表示、獲取、推理，而如何挖掘、保存、傳遞、利用制造過程中長期積累下來的大量經(jīng)驗(yàn)、技能和知識(shí)是現(xiàn)代企業(yè)亟須解決的問題。盧秉恒和李滌塵認(rèn)為智能制造應(yīng)具有感知、分析、推理、決策、控制等功能，是制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的深度融合。從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看，近年來從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度對智能制造研究逐漸增多，黃群慧、賀俊指出，智能制造在產(chǎn)業(yè)或經(jīng)濟(jì)的層面使得市場競爭的資源基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)競爭范式以及國家間產(chǎn)業(yè)競爭格局發(fā)生了的深刻變革。它將改變企業(yè)核心競爭力所依賴的資源基礎(chǔ);重塑國際產(chǎn)業(yè)分工格局，后發(fā)國家必須尋求新的產(chǎn)業(yè)趕超路徑。左世全認(rèn)為，制造業(yè)數(shù)字化、智能化可使產(chǎn)品性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，有效提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率，大大提高加工質(zhì)量、效率與柔性，有效降低資源與能源消耗，使企業(yè)資源實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。同時(shí)，使產(chǎn)品制造模式、生產(chǎn)組織模式以及企業(yè)商業(yè)模式等眾多方面發(fā)生根本性的變化，它將引發(fā)制造業(yè)的革命性變化。呂鐵和韓娜指出，智能制造將推動(dòng)制造業(yè)生產(chǎn)方式變革，促進(jìn)全球供應(yīng)鏈管理創(chuàng)新，引領(lǐng)制造業(yè)服務(wù)化轉(zhuǎn)型，加速制造企業(yè)成本再造。2015年，我國正式發(fā)布《中國制造2025》，在“戰(zhàn)略任務(wù)和重點(diǎn)”一節(jié)中，明確提出“加快推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，把智能制造作為兩化融合的主攻方向；著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進(jìn)生產(chǎn)過程智能化；培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平”。為了進(jìn)一步深入地研究智能制造，本章在表1-1中，把具有代表性學(xué)者對智能制造的理解進(jìn)行匯總對比。表1-1智能制造概念對比學(xué)者姓名智能制造概念P.K.Wright，D.A.Bourne（1998）智能制造是利用集成知識(shí)工程、信息技術(shù)、制造軟件系統(tǒng)等技術(shù)，自動(dòng)控制智能機(jī)器人完成小批量生產(chǎn)的過程。Williams（2000）智能制造是包括整個(gè)制造組織內(nèi)部的智能決策支持系統(tǒng)的自動(dòng)生產(chǎn)過程。McGraw-Hil（2010）智能制造是應(yīng)用自適應(yīng)環(huán)境和滿足工藝要求的生產(chǎn)技術(shù)，最大限度的減少操作與監(jiān)督,生產(chǎn)物品的活動(dòng)。宋天虎（1999）智能制造是工作方式并行化、生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化、組織形式自主化和動(dòng)態(tài)化、生產(chǎn)反應(yīng)敏捷化的機(jī)器進(jìn)化過程。楊叔子（2003）智能制造:把先進(jìn)技術(shù)與先進(jìn)智能進(jìn)行人機(jī)融合的系統(tǒng)，具有自行管理、檢測的能力和彈性，同時(shí)可以對復(fù)雜信息妥善處理的制造過程。熊有倫（2008）智能制造概念可以解釋為數(shù)字制造，具體體現(xiàn)為車間、企業(yè)及服務(wù)達(dá)到數(shù)字化。盧秉恒（2013）智能制造是制造技術(shù)、信息技術(shù)、智能技術(shù)等新技術(shù)的深度融合的制造系統(tǒng)，具備感知、分析、決策、控制等功能。三、智能制造內(nèi)涵結(jié)合上述智能制造不同發(fā)展階段和不同角度的定義，從智能制造的本質(zhì)特征出發(fā)，智能制造的定義可以歸納為“面向產(chǎn)品的全生命周期，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以制造系統(tǒng)為載體，在其關(guān)鍵環(huán)節(jié)或過程，具有一定自主性的感知、學(xué)習(xí)、分析、決策、通信與協(xié)調(diào)控制能力，能動(dòng)態(tài)地適應(yīng)制造環(huán)境的變化，從而實(shí)現(xiàn)某些優(yōu)化目標(biāo)”的智能系統(tǒng)（如圖1-2）。智能制造是以知識(shí)創(chuàng)新為基礎(chǔ),高端制造系統(tǒng)為主要載體，利用最新的信息化技術(shù)與智能技術(shù)，將制造過程中的采購、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到經(jīng)營銷售等環(huán)節(jié)以智能的方式合理快捷地集合起來，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力最大化，同時(shí)，在這過程中對其知識(shí)管理結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)管理結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，并具有獲取，分析，整合，創(chuàng)造新知識(shí)等功能的先進(jìn)制造系統(tǒng)。圖1-2智能制造系統(tǒng)四、智能制造特點(diǎn)如圖1-3，根據(jù)智能制造的內(nèi)涵及要求，在精確化、服務(wù)化、社會(huì)化的市場需求驅(qū)動(dòng)下，智能制造主要呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)。生產(chǎn)過程高度智能智能制造在生產(chǎn)過程中能夠自我感知周圍環(huán)境，實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控生產(chǎn)信息。智能制造系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分能夠依據(jù)具體的工作需要，自我組成一種超柔性的最優(yōu)結(jié)構(gòu)并以最優(yōu)的方式進(jìn)行自組織，以最初具有的專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，在實(shí)踐中不斷完善知識(shí)庫，遇到系統(tǒng)故障時(shí)，系統(tǒng)具有自我診斷及修繕能力。智能制造能夠?qū)齑嫠?、需求變化、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的智能分析、推理和決策。（二）資源的智能優(yōu)化配置信息網(wǎng)絡(luò)具有開放性、信息共享性，由信息技術(shù)與制造技術(shù)融合產(chǎn)生的智能化、網(wǎng)絡(luò)化的生產(chǎn)制造可跨地區(qū)、跨地域進(jìn)行資源配置，突破了原有的本地化生產(chǎn)邊界。制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上的研發(fā)企業(yè)、制造企業(yè)、物流企業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)銜接，實(shí)現(xiàn)信息共享，能夠在全球范圍內(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的資源整合，生產(chǎn)原料和部件可隨時(shí)隨地送往需要的地方。（三）控制系統(tǒng)化智能制造基于數(shù)字技術(shù)，并結(jié)合知識(shí)的處理、智能優(yōu)化以及智能數(shù)控加工方法，保證整個(gè)制造系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，保證生產(chǎn)制造的效率。同傳統(tǒng)制造系統(tǒng)相比，智能制造處理的對象是系統(tǒng)的知識(shí)而并非數(shù)據(jù)，系統(tǒng)處理的方法是智能靈活的；建模的方式是智能數(shù)學(xué)的方法，而不是經(jīng)典數(shù)學(xué)（微積分）的方法。近年來，利用智能數(shù)學(xué)研發(fā)的方法包括：專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、博弈論、定性推理、多值邏輯、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)格計(jì)算等數(shù)量繁多的智能方法，將這些方法進(jìn)行重新組合，能夠形成新的計(jì)算方法，以極大擴(kuò)展智能制造領(lǐng)域，因此智能數(shù)學(xué)方法的系統(tǒng)建立仍是未來智能制造的研發(fā)重點(diǎn)。（四）產(chǎn)品高度智能化、個(gè)性化智能制造產(chǎn)品通過內(nèi)置傳感器、控制器、存儲(chǔ)器等技術(shù)具有自我監(jiān)測、記錄、反饋和遠(yuǎn)程控制功能。智能產(chǎn)品在運(yùn)行中能夠?qū)ψ陨頎顟B(tài)和外部環(huán)境進(jìn)行自我監(jiān)測，并對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，對運(yùn)行期間產(chǎn)生的問題自動(dòng)向用戶反饋，使用戶可以對產(chǎn)品的全生命周期進(jìn)行控制管理。產(chǎn)品智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過采集消費(fèi)者的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，用戶在線參與生產(chǎn)制造全過程成為現(xiàn)實(shí)，極大地滿足了消費(fèi)者的個(gè)性化需求。制造生產(chǎn)從先生產(chǎn)后銷售轉(zhuǎn)變?yōu)橄榷ㄖ坪箐N售，避免了產(chǎn)能過剩。圖1-3智能制造內(nèi)涵及特點(diǎn)五、智能制造典型模式2015年，工信部發(fā)布了《2015年智能制造試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》（以下簡稱《2015年專項(xiàng)行動(dòng)》），基本確定了流程制造、離散制造、智能裝備和產(chǎn)品、智能制造新業(yè)態(tài)新模式、智能化管理、智能服務(wù)6個(gè)方面作為試點(diǎn)示范專項(xiàng)行動(dòng)，這也是智能制造典型模式的初始形態(tài)。隨后，其在2016年發(fā)布的《智能制造試點(diǎn)示范2016專項(xiàng)行動(dòng)實(shí)施方案》中，明確提出了智能制造五大試點(diǎn)示范重點(diǎn)行動(dòng)，即為智能制造五大典型模式，分別為離散型智能制造模式、流程型智能制造模式、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造模式、大規(guī)模個(gè)性化定制模式和遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)模式，并進(jìn)一步劃分了每個(gè)試點(diǎn)示范行動(dòng)下的細(xì)分行業(yè)和領(lǐng)域，提出了更高的要求與目標(biāo)。例如，通過流程型制造提高企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈管理、質(zhì)量控制與溯源、能源需求側(cè)管理、節(jié)能減排以及安全生產(chǎn)等方面的智能化水平，而這些要求在《2015年專項(xiàng)行動(dòng)》中并未提出。為了進(jìn)一步對智能制造進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，我國浙江省首次公布了《智能制造評(píng)價(jià)辦法》，本章根據(jù)《辦法》相關(guān)內(nèi)容和制造業(yè)企業(yè)或者裝備制造企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程、產(chǎn)品特點(diǎn)、生產(chǎn)模式等，對不同類型的智能制造進(jìn)行了歸納整理，如表2-2所示。由表2-2可知，不同類型制造業(yè)或者裝備制造業(yè)的智能制造在一些細(xì)節(jié)上或者表述中有些差別，但是整體的意思與終極目標(biāo)是相同的，即在新一代信息基礎(chǔ)上，把設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造的各個(gè)環(huán)節(jié)都融入智能制造，使其具備信息自感知、自決策以及自執(zhí)行等優(yōu)質(zhì)功能的制造生產(chǎn)過程、系統(tǒng)及模式。表2-2各類型智能制造典型模式類別包含項(xiàng)目（內(nèi)容）具體內(nèi)容（指標(biāo)）離散型智能制造產(chǎn)品與工廠設(shè)計(jì)數(shù)字化，制造過程自動(dòng)化，數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，制造執(zhí)行系統(tǒng)，企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)，總體技術(shù)，綜合指標(biāo)工廠/車間設(shè)計(jì)、工藝流程及布局建成數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化三維設(shè)計(jì)與工藝仿真，建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理等。流程型智能制造工廠設(shè)計(jì)數(shù)字化，生產(chǎn)過程自動(dòng)化，數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，制造執(zhí)行系統(tǒng)，企業(yè)資源計(jì)劃管理系統(tǒng)，總體技術(shù)，綜合指標(biāo)車間/工廠設(shè)計(jì)、工藝流程和布局建成系統(tǒng)模型，數(shù)據(jù)自動(dòng)化采率、自控投用率90%以上，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫平臺(tái)與過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互通集成，可靠的信息安全技術(shù)等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同型智能制造并行工程技術(shù)，資源配置功能，智能制造總體技術(shù)，智能制造綜合指標(biāo)產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)企業(yè)之間資源、信息及知識(shí)共享，圍繞產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)異地的研發(fā)、設(shè)計(jì)、測試、人力等資源的有效統(tǒng)籌與協(xié)同，信息、知識(shí)等資源異地共享。大規(guī)模個(gè)性化定制型智能制造個(gè)性化產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，模塊化設(shè)計(jì)方法，個(gè)性化定制平臺(tái)，敏銳彈性智能制造，智能制造技術(shù)，智能制造綜合指標(biāo)產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)，符合客戶要求的個(gè)性化產(chǎn)品，個(gè)性化數(shù)據(jù)庫，新產(chǎn)品研發(fā)、彈性生產(chǎn)、貨物運(yùn)輸和售后服務(wù)等有機(jī)統(tǒng)一與不斷優(yōu)化等。遠(yuǎn)程運(yùn)維型智能制造遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)平臺(tái)與服務(wù)軟件，遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)核心模型，遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)綜合指標(biāo)云服務(wù)平臺(tái)，裝備實(shí)現(xiàn)無人控制、產(chǎn)品儲(chǔ)存實(shí)現(xiàn)優(yōu)化管理、預(yù)測與決策、運(yùn)行性能優(yōu)化等服務(wù)，核心部件生命周期分析平臺(tái)，專家系統(tǒng)的故障預(yù)測模型等。六、國內(nèi)外智能制造發(fā)展現(xiàn)狀（一）德國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀德國作為全球制造業(yè)中最具競爭力的國家之一，德國的西門子、奔馳、博世、寶馬等品牌以其高品質(zhì)享譽(yù)世界。為了保持德國制造在世界的影響力，推動(dòng)德國制造業(yè)的智能化改造，在德國工程院及產(chǎn)業(yè)界共同推動(dòng)下，德國在2013年正式推出了德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略。工業(yè)4.0的內(nèi)涵是憑借智能技術(shù)，融合虛擬網(wǎng)絡(luò)與實(shí)體的信息物理系統(tǒng)，降低綜合制造成本，聯(lián)系資源、人員和信息，提供一種由制造端到用戶端的生產(chǎn)組織模式，從而推動(dòng)制造業(yè)智能化的進(jìn)程。德國智能制造以信息物理系統(tǒng)為中心，促進(jìn)高端制造等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大幅減少產(chǎn)品生產(chǎn)成本，構(gòu)建德國特色的智能制造網(wǎng)絡(luò)體系。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略的智能化戰(zhàn)略主要包括智能工廠、智能物流和智能生產(chǎn)三種類別?？偠灾?，德國制造業(yè)的智能化過程以工業(yè)4.0戰(zhàn)略為依托，順應(yīng)第四次工業(yè)革命的歷史機(jī)遇，通過標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范戰(zhàn)略部署，重視創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略目標(biāo)，使德國在全球化生產(chǎn)中保持科研先發(fā)優(yōu)勢。如圖1-4為工業(yè)發(fā)展歷程以及德國工業(yè)4.0落地企業(yè)生產(chǎn)車間。圖1-4為工業(yè)發(fā)展歷程以及德國工業(yè)4.0落地企業(yè)生產(chǎn)車間（二）美國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀美國制造業(yè)長期以來飽受“去工業(yè)化”、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的困擾。為了復(fù)蘇實(shí)體經(jīng)濟(jì)，美國政府大力推動(dòng)以發(fā)展智能制造為重點(diǎn)的“制造業(yè)回流”戰(zhàn)略以應(yīng)對其國內(nèi)愈發(fā)嚴(yán)重的產(chǎn)業(yè)空心化問題。2011年，由美國政府、產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同組建的美國智能制造領(lǐng)導(dǎo)聯(lián)盟發(fā)布了《實(shí)施二十一世紀(jì)智能制造》，該報(bào)告明確了智能制造發(fā)展的目標(biāo)和路徑，為制造業(yè)智能化建設(shè)提供了可參考的標(biāo)準(zhǔn)。2012年，美國國家科技委員會(huì)發(fā)布了《先進(jìn)制造業(yè)國家戰(zhàn)略計(jì)劃》，該計(jì)劃明確指出要加強(qiáng)智能制造建設(shè)。在實(shí)行制造業(yè)智能化的過程中，尤其要重視創(chuàng)新在其中的引領(lǐng)作用。通過營造良好的創(chuàng)新環(huán)境，并通過眾包、獎(jiǎng)勵(lì)等模式大力鼓勵(lì)開放式的全民創(chuàng)新，將創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略放在首位，從而在重大的核心技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破并搶占制造業(yè)升級(jí)發(fā)展的先機(jī)?？偠灾?，美國的智能制造發(fā)展由政府牽頭，依托技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)的大企業(yè)和制造業(yè)科研機(jī)構(gòu)，重視中小企業(yè)和民眾的創(chuàng)新成果，取得了一定的成效。（三）日本智能制造發(fā)展現(xiàn)狀日本在二戰(zhàn)之后經(jīng)歷了制造業(yè)高速發(fā)展的黃金時(shí)期，但由于勞動(dòng)力短缺、生產(chǎn)要素成本高昂、國際貿(mào)易摩擦加劇等外部原因，以及日本國內(nèi)信息技術(shù)已經(jīng)與制造技術(shù)成規(guī)模的融合并應(yīng)用到制造業(yè)生產(chǎn)中的內(nèi)部條件，使日本擁有了實(shí)行智能制造戰(zhàn)略的需求和動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)80年代末，日本工業(yè)界專家提出希望能夠通過對制造業(yè)的智能化改造來提高要素生產(chǎn)率，并將先進(jìn)制造技術(shù)推向世界。但是由于該戰(zhàn)略項(xiàng)目的國際合作成本過高，以及技術(shù)交流產(chǎn)生的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)問題未能得到妥善解決，導(dǎo)致其實(shí)施效果大打折扣。近年來，日本政府針對先進(jìn)制造部門采用資金推動(dòng)戰(zhàn)略，并通過努力加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研深度合作來鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步。但總的來說，日本的智能制造戰(zhàn)略并未達(dá)成使日本制造業(yè)加速發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。深層次原因在于，支撐日本智能制造發(fā)展的相關(guān)因素未能達(dá)到發(fā)展要求，包括信息化建設(shè)水平較低、企業(yè)和行政體制僵化，以及未能對創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略加以足夠的重視等。（四）韓國智能制造發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)入21世紀(jì)以來，韓國制造業(yè)面臨著產(chǎn)業(yè)競爭日益加劇、原有優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)受到新興工業(yè)國崛起沖擊的挑戰(zhàn)。因此，韓國政府在2014年提出了“制造業(yè)革新3.0戰(zhàn)略”，意圖實(shí)現(xiàn)國家產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。該戰(zhàn)略的主要目標(biāo)是將傳統(tǒng)優(yōu)勢的信息、軟件技術(shù)融入制造業(yè)。具體而言，韓國希望通過制定智能制造技術(shù)發(fā)展路線圖并大力扶持中小企業(yè)的智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的智能化，提高生產(chǎn)效率并改善工廠環(huán)境及工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施。2015年末，韓國政府發(fā)布了“智能制造研發(fā)路線圖”，意圖重點(diǎn)將3D打印、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等八大智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)應(yīng)用。此外，韓國產(chǎn)業(yè)研發(fā)創(chuàng)新過去過于依賴三星、現(xiàn)代等產(chǎn)業(yè)巨頭，中小企業(yè)的研發(fā)能力一直未能得到充分的挖掘，并且一直未能建立起完善的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)體系。為此，韓國近年來建立了創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)中心用于開發(fā)培育中小企業(yè)的智能工廠項(xiàng)目，旨在推動(dòng)部分工廠實(shí)現(xiàn)智能化。但在實(shí)際執(zhí)行過程中，韓國“制造業(yè)革新3.0”戰(zhàn)略更多地流于形式。加之韓元升值、經(jīng)濟(jì)增長停滯的壓力以及新冠肺炎疫情的反復(fù)沖擊，韓國的智能制造計(jì)劃沒有達(dá)到預(yù)期效果。（五）國內(nèi)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀改革開放至今，我國制造業(yè)發(fā)展取得了舉世矚目的成就，從發(fā)展的整體規(guī)模和技術(shù)含量上都成功實(shí)現(xiàn)了歷史性的跨越。2006年，我國制造業(yè)的整體規(guī)模就超過了日本，四年之后又成功超越美國成為全球制造業(yè)第一大國。但是我國的制造業(yè)的智能化程度仍然較低，落后于部分西方發(fā)達(dá)國家，且存在核心技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)完全自主、整體仍處在世界制造業(yè)價(jià)值鏈下游等問題。此外，人口紅利的迅速減退和要素成本的不斷提升也使傳統(tǒng)比較優(yōu)勢日漸弱化。為了提升我國制造業(yè)的綜合競爭力，加快我國由制造大國向制造強(qiáng)國的歷史轉(zhuǎn)變，國務(wù)院于2015年正式頒布了《中國制造2025》如圖1-5，規(guī)劃明確指出，要以推進(jìn)智能制造為制造業(yè)發(fā)展的主攻方向，從而推動(dòng)制造業(yè)協(xié)同創(chuàng)新和向服務(wù)型制造的轉(zhuǎn)變。我國智能制造發(fā)展歷程可分為三個(gè)階段：第一階段可概括為工業(yè)化帶動(dòng)信息化階段（1956—2006年）。1956年“一化三改”的基本完成標(biāo)志著我國社會(huì)主義工業(yè)化正式起步。改革開放以來，我國制造業(yè)信息化進(jìn)入了發(fā)展的快車道，信息技術(shù)成為國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）圈定的七個(gè)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一，同時(shí)期“工業(yè)智能工程”建設(shè)的提出標(biāo)志著我國探索智能制造發(fā)展的開端。第二階段是“兩化”融合階段（2007—2014年），黨的十七大正式提出大力推進(jìn)信息化與工業(yè)化的融合，振興裝備制造業(yè)。到2010年，全域信息化已經(jīng)基本在我國實(shí)現(xiàn)，為帶動(dòng)引領(lǐng)工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部條件。第三階段是信息化引領(lǐng)工業(yè)化階段（2015年至今），2015年《中國制造2025》的頒布標(biāo)志著智能化成為我國制造業(yè)發(fā)展的新目標(biāo)和新方向。同年《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2015年版）》提出了智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)目標(biāo)，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新興業(yè)態(tài)不斷與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)融合，我國智能制造呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。圖1-5中國制造2025當(dāng)前，以工業(yè)機(jī)器人、智能控制系統(tǒng)、新型傳感器等為代表的智能制造產(chǎn)業(yè)體系已經(jīng)在我國基本形成。以工業(yè)機(jī)器人為例，根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用市場規(guī)模從2014年開始就穩(wěn)居世界第一，年供貨量在十年間增長了二十余倍。但是我國人均擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量仍然較低，未達(dá)到世界平均水平。我國智能制造仍然有著后發(fā)優(yōu)勢和廣闊的市場前景。我國智能制造的發(fā)展特征如圖1-6所示。圖1-6我國智能制造發(fā)展特征具體而言，我國智能制造產(chǎn)業(yè)增長迅速，核心智能測控裝置進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段，智能制造對制造業(yè)競爭力的提振效果日益凸顯，特別是儀器儀表及食品包裝機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展十分突出。重大智能制造成套設(shè)備取得重要成果，成功自主研制了全自動(dòng)油田固井車、萬噸產(chǎn)量烷基化廢酸再生裝置、千萬噸級(jí)煉油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)高壓干氣密封及其控制系統(tǒng)等重要工業(yè)設(shè)備。機(jī)器人自動(dòng)化智能沖壓生產(chǎn)線等智能制造裝備成功中標(biāo)，進(jìn)軍國際高端市場。智能制造裝備示范應(yīng)用進(jìn)展顯著，長三角、環(huán)渤海、珠三角等地區(qū)已經(jīng)逐步發(fā)展成為智能制造裝備產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。相較于發(fā)達(dá)工業(yè)國家，我國制造業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平相對較低、創(chuàng)新體系尚不完善、自主創(chuàng)新能力較弱等原因制約了智能制造的發(fā)展。智能制造核心軟硬件一定程度上受制于國外，創(chuàng)新法制保障不健全、企業(yè)融資困難等問題亟待解決。全球工業(yè)化趨勢中，美國互聯(lián)網(wǎng)占據(jù)新興工業(yè)世界翹楚地位，對傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)式的互聯(lián)直通，對大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和智能管理；德國工業(yè)4.0引領(lǐng)新制造業(yè)潮流，具有強(qiáng)大的機(jī)械工業(yè)制造基礎(chǔ)，嵌入式以及控制設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)和能力；中國制造2025，由制造大國向制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)型，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以智能制造為主攻防線。七、國內(nèi)智能制造的發(fā)展啟示加強(qiáng)基礎(chǔ)理論體系研究，構(gòu)建智能制造頂層設(shè)計(jì)加強(qiáng)對智能制造的基礎(chǔ)理論體系研究，首先需要加強(qiáng)從宏觀角度對技術(shù)發(fā)展趨勢的理解，把握核心問題。牢牢把握云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等智能制造核心信息技術(shù)的研究前沿及科技理論，構(gòu)建以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為核心的智能制造互聯(lián)體系。充分發(fā)揮政府的頂層設(shè)計(jì)作用，通過頂層協(xié)調(diào)，加快構(gòu)建智能制造基礎(chǔ)理論研究體系，制定基礎(chǔ)共性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。鼓勵(lì)智能制造領(lǐng)域的企業(yè)和科研院所深入合作，推動(dòng)智能制造頂層設(shè)計(jì)指導(dǎo)基礎(chǔ)理論研究，從而形成有機(jī)體系，為我國智能制造長期可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。構(gòu)建智能制造創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)體系，培育一批示范龍頭企業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能制造產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，就必須構(gòu)建完善的智能制造創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)體系。不斷強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)和部件的基礎(chǔ)創(chuàng)新能力，在系統(tǒng)協(xié)同、高精度新型傳感器、智能儀表等智能制造核心軟硬件方面加大投入，提升制造業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。在大數(shù)據(jù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為主要背景下，以智能制造裝備、先進(jìn)工業(yè)軟件、智能制造工廠為主要發(fā)展方向，發(fā)揮政府的組織協(xié)調(diào)作用，構(gòu)建以企業(yè)為主體、自主創(chuàng)新為源動(dòng)力、產(chǎn)業(yè)政策為保障的創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)體系。實(shí)施集中突破戰(zhàn)略，聚焦重點(diǎn)目標(biāo)，大力扶持培育一批具有代表性的智能制造示范龍頭企業(yè)。以龍頭企業(yè)帶動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)，在智能制造技術(shù)設(shè)施完善、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)要求迫切、市場需求強(qiáng)烈的領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)突破，以實(shí)現(xiàn)樹立品牌、示范帶動(dòng)的作用。深化國際國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研合作，提升制造業(yè)自主創(chuàng)新能力要深化國際國內(nèi)與智能制造相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研合作，提升我國智能制造的綜合競爭力。通過共建智能制造創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)園區(qū)、加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略研究的合作、建立健全對話交流機(jī)制等方式，加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)交流和知識(shí)成果轉(zhuǎn)化能力。從產(chǎn)業(yè)融合系統(tǒng)觀的視角同步推進(jìn)智能制造技術(shù)、智能制造裝備、智能生產(chǎn)管理和服務(wù)等智能制造全生命周期流程。堅(jiān)持人才引領(lǐng)，健全可持續(xù)的創(chuàng)新人才培育體系，培育制造業(yè)自主創(chuàng)