智能制造的內(nèi)涵

（一）概念關(guān)于智能制造的研究大致經(jīng)歷了三個階段：起始于20世紀80年代人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用，智能制造概念正式提出，發(fā)展于20世紀90年代智能制造技術(shù)、智能制造系統(tǒng)的提出 ， 成熟于21世紀以來新一代信息技術(shù)條件下的“智能制造（Smart Manufacturing）”。

世紀80年代：概念的提出。1998年，美國賴特（Paul Kenneth Wright ）、伯恩（David Alan Bourne）正式出版了智能制造研究領(lǐng)域的首本專著《制造智能》（Smart Manufacturing），就智能制造的內(nèi)涵與前景進行了系統(tǒng)描述，將智能制造定義為“通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機器人視覺和機器人控制來對制造技工們的技能與專家知識進行建模，以使智能機器能夠在沒有人工干預(yù)的情況下進行小批量生產(chǎn)”。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充，認為“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)”。麥格勞 - 希爾科技詞典將智能制造界定為，采用自適應(yīng)環(huán)境和工藝要求的生產(chǎn)技術(shù)，很大限度的減少監(jiān)督和操作,制造物品的活動。

——20世紀90年代：概念的發(fā)展。20世紀90年代，在智能制造概念提出不久后，智能制造的研究獲得歐、美、日等工業(yè)化發(fā)達國家的普遍重視，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)起實施的“智能制造國際合作研究計劃”中提出：“智能制造系統(tǒng)是一種在整個制造過程中貫穿智能活動，并將這種智能活動與智能機器有機融合,將整個制造過程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮生產(chǎn)力的杰出生產(chǎn)系統(tǒng)”。

——21世紀以來：概念的深化。21世紀以來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計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（Smart Manufacturing）。2010年9月，美國在華盛頓舉辦的“21世紀智能制造的研討會”指出，智能制造是對杰出智能系統(tǒng)的強化應(yīng)用，使得新產(chǎn)品的迅速制造，產(chǎn)品需求的動態(tài)響應(yīng)以及對工業(yè)生產(chǎn)和供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的實時優(yōu)化成為可能。德國正式推出工業(yè)4.0戰(zhàn)略，雖沒明確提出智能制造概念，但包含了智能制造的內(nèi)涵，即將企業(yè)的機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施融入到虛擬網(wǎng)絡(luò)—實體物理系統(tǒng)（CPS）。在制造系統(tǒng)中，這些虛擬網(wǎng)絡(luò)—實體物理系統(tǒng)包括智能機器、存儲系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)施，能夠相互獨立地自動交換信息、觸發(fā)動作和控制。

綜上所述，智能制造是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)與先進自動化技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字制造技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間和產(chǎn)品全生命周期的實時管理和優(yōu)化的新型制造系統(tǒng)。

（二）特征

智能制造的特征在于實時感知、優(yōu)化決策、動態(tài)執(zhí)行等三個方面：一是數(shù)據(jù)的實時感知。智能制造需要大量的數(shù)據(jù)支持，通過利用高能、標準的方法實時進行信息采集、自動識別，并將信息傳輸?shù)椒治鰶Q策系統(tǒng)；二是優(yōu)化決策。通過面向產(chǎn)品全生命周期的海量異構(gòu)信息的挖掘提煉、計算分析、推理預(yù)測，形成優(yōu)化制造過程的決策指令。三是動態(tài)執(zhí)行。根據(jù)決策指令，通過執(zhí)行系統(tǒng)控制制造過程的狀態(tài)，實現(xiàn)穩(wěn)定、安全的運行和動態(tài)調(diào)整。

（三）構(gòu)成

1、智能產(chǎn)品（裝備）

智能產(chǎn)品是發(fā)展智能制造的基礎(chǔ)與前提，由物理部件、智能部件和聯(lián)接部件構(gòu)成。智能部件由傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲裝置、控制裝置和軟件以及內(nèi)置操作和用戶界面等構(gòu)成；聯(lián)接部件由接口、有線或無線聯(lián)接協(xié)議等構(gòu)成；物理部件由機械和電子零件構(gòu)成。智能部件能加強物理部件的功能和價值，而聯(lián)接部件進一步強化智能部件的功能和價值，使信息可以在產(chǎn)品、運行系統(tǒng)、制造商和用戶之間聯(lián)通，并讓部分價值和功能脫離物理產(chǎn)品本身存在。

智能產(chǎn)品具有監(jiān)測、控制、優(yōu)化和自主等四個方面的功能。監(jiān)測是指通過傳感器和外部數(shù)據(jù)源，智能產(chǎn)品能對產(chǎn)品的狀態(tài)、運行和外部環(huán)境進行全面監(jiān)測；在數(shù)據(jù)的幫助下，一旦環(huán)境和運行狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)品就會向用戶或相關(guān)方發(fā)出警告。控制是指可以通過產(chǎn)品內(nèi)置或產(chǎn)品云中的命令和算法進行遠程控制。算法可以讓產(chǎn)品對條件和環(huán)境的特定變化做出反應(yīng)；優(yōu)化是指對實時數(shù)據(jù)或歷史記錄進行分析，植入算法，從而大幅提高產(chǎn)品的產(chǎn)出比、利用率和生產(chǎn)效率；自主是指將檢測，控制和優(yōu)化功能融合到一起，產(chǎn)品就能實現(xiàn)前所未有的自動化程度。

2、智能生產(chǎn)智能生產(chǎn)是指以智能制造系統(tǒng)為核心，以智能工廠為載體，通過在工廠和企業(yè)內(nèi)部、企業(yè)之間以及產(chǎn)品全生命周期形成以數(shù)據(jù)互聯(lián)互通為特征的制造網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時管理和優(yōu)化。智能生產(chǎn)涵蓋產(chǎn)品、工藝設(shè)計、工廠規(guī)劃的數(shù)字設(shè)計與仿真，底層智能裝備、制造單元、自動化生產(chǎn)線，制造執(zhí)行系統(tǒng)，物流自動化與管理等企業(yè)管理系統(tǒng)等。

3、智能服務(wù)通過采集設(shè)備運行數(shù)據(jù)，并上傳至企業(yè)數(shù)據(jù)中心（企業(yè)云），系統(tǒng)軟件對設(shè)備實時在線監(jiān)測、控制，并經(jīng)過數(shù)據(jù)分析提早進行設(shè)備維護。例如維斯塔斯通過在風機的機艙、輪轂、葉片、塔筒及地面控制箱內(nèi)，安裝傳感器、存儲器、處理器以及SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)對風機運行的實時監(jiān)控。還通過在風力發(fā)電渦輪中內(nèi)置微型控制器，可以在每一次旋轉(zhuǎn)中控制扇葉的角度，從而最大限度捕捉風能，還可以控制每一臺渦輪，在能效最大化的同時，減少對鄰近渦輪的影響。維斯塔斯通過對實時數(shù)據(jù)進行處理預(yù)測風機部件可能產(chǎn)生的故障，以減少可能的風機不穩(wěn)定現(xiàn)象，并使用不同的工具優(yōu)化這些數(shù)據(jù)，達到風機性能的最優(yōu)化。

（四）作用發(fā)展智能制造的核心是提高企業(yè)生產(chǎn)效率，拓展企業(yè)價值增值空間，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是縮短產(chǎn)品的研制周期。通過智能制造，產(chǎn)品從研發(fā)到上市、從下訂單到配送時間可以得以縮短。通過遠程監(jiān)控和預(yù)測性維護為機器和工廠減少高昂的停機時間，生產(chǎn)中斷時間也得以不斷減少。