對(duì)智能制造三個(gè)發(fā)展階段的認(rèn)識(shí)

本文立足該階段需求及特點(diǎn)，系統(tǒng)介紹了智能制造的三個(gè)發(fā)展階段，闡釋了人工智能技術(shù)之于新一代智能制造系統(tǒng)的重要作用，進(jìn)而提出人工智能技術(shù)在制造環(huán)節(jié)應(yīng)用的幾點(diǎn)思索，為企業(yè)了解自身智能制造能力水平、行業(yè)主管部門全面掌握智能制造發(fā)展現(xiàn)狀提供一定支撐。

對(duì)智能制造三個(gè)發(fā)展階段的認(rèn)識(shí)

從技術(shù)角度而言，智能制造是伴隨著信息技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，根據(jù)信息技術(shù)與制造業(yè)在不同階段的融合及應(yīng)用特征，智能制造可以總結(jié)為以下三個(gè)發(fā)展階段：

1.1 第一個(gè)發(fā)展階段：數(shù)字化制造

數(shù)字化制造是將制造過程的產(chǎn)品、工藝、流程、環(huán)境等數(shù)據(jù)化，并進(jìn)一步分析、控制和管理，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的制造模式。

數(shù)字化制造始于二十世紀(jì)后半葉，隨著制造業(yè)對(duì)技術(shù)進(jìn)步的需求不斷升級(jí)以及信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)開始與制造技術(shù)深度交叉發(fā)展，形成了智能制造第一個(gè)發(fā)展階段，推動(dòng)了制造業(yè)技術(shù)發(fā)展的根本性變革。

該階段的鮮明特征是產(chǎn)品的數(shù)字化以及數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，具體有：

1）產(chǎn)品層面，在產(chǎn)品中廣泛運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，產(chǎn)品發(fā)展成為數(shù)字化產(chǎn)品；

2）技術(shù)層面，數(shù)字化設(shè)計(jì)、裝備、管理以及系統(tǒng)集成技術(shù)等得到廣泛應(yīng)用。

1.2 第二個(gè)發(fā)展階段：數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造

該階段也稱為“互聯(lián)網(wǎng)+制造”，是智能制造的第二個(gè)發(fā)展階段。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在上世紀(jì)末開始普遍應(yīng)用，為制造業(yè)注入新的活力，通過連接制造過程的人、物、環(huán)境、數(shù)據(jù)和流程，網(wǎng)絡(luò)推動(dòng)了制造要素的協(xié)同以及相關(guān)社會(huì)資源的共享與集成，重構(gòu)了制造業(yè)形態(tài)與模式，加速制造業(yè)向第二個(gè)階段發(fā)展。

數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造的鮮明特征是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在制造全流程的應(yīng)用以及基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各制造要素的連接、打通和協(xié)同，具體有：

1）產(chǎn)品層面：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研發(fā)實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同、共享，產(chǎn)品自身發(fā)展成為可連接通訊的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品；

2）制造層面：基于網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)制造要素的全流程綜合集成、貫通。

3）服務(wù)層面：企業(yè)與終端用戶通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息互通，企業(yè)發(fā)展向以服務(wù)為中心轉(zhuǎn)型。

1.3 第三個(gè)發(fā)展階段：數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造

該階段是智能制造的第三個(gè)發(fā)展階段，也是智能制造最新的發(fā)展階段，稱為新一代智能制造。近年來，信息技術(shù)迎來指數(shù)級(jí)發(fā)展，推動(dòng)人工智能技術(shù)形成突破，相關(guān)技術(shù)被深度應(yīng)用于制造業(yè)，推動(dòng)了制造業(yè)的智能化發(fā)展，成為新一代智能制造。人工智能技術(shù)的應(yīng)用使制造系統(tǒng)具備了“學(xué)習(xí)”能力，進(jìn)而改變了知識(shí)的獲得、使用及沉淀、傳承方式，具體有：

1）“智能”層面，制造系統(tǒng)開始真正意義上的具有“智能”，這是其根本特征；

2）“學(xué)習(xí)”能力帶來革命性變化，通過學(xué)習(xí)，革命性的改變了制造領(lǐng)域知識(shí)生成、獲取、使用、保存、傳播的方式和效率，進(jìn)而推動(dòng)創(chuàng)新與服務(wù)能力的大幅提升。

3）制造過程層面，智能化帶來的要素智能、過程智能、管理智能，極大的推進(jìn)制造業(yè)向無人制造、自我制造邁進(jìn)。

以上三個(gè)發(fā)展階段表征了智能制造演進(jìn)的過程和邏輯關(guān)系，以信息技術(shù)發(fā)展及其在制造業(yè)的應(yīng)用為主線，一方面，各發(fā)展階段有其區(qū)別于其他階段的特征，展示了信息技術(shù)與制造技術(shù)的階段性發(fā)展；另一方面，各發(fā)展階段在技術(shù)上并非嚴(yán)格斷開，而是融合交錯(cuò)、螺旋上升，展現(xiàn)了智能制造的融合性發(fā)展。

新一代智能制造系統(tǒng)的基本組成與系統(tǒng)集成

新一代智能制造是制造技術(shù)與智能技術(shù)融合發(fā)展的一個(gè)大系統(tǒng)，總體上由智能化產(chǎn)品、生產(chǎn)和服務(wù)三大功能系統(tǒng)以及云、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)兩大支撐系統(tǒng)組成。

圖1 智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 智能產(chǎn)品和裝備

產(chǎn)品和裝備是智能制造技術(shù)的核心與作用對(duì)象，智能制造技術(shù)需要物化在產(chǎn)品和裝備中，通過產(chǎn)品和裝備體現(xiàn)其價(jià)值，為人類社會(huì)服務(wù)。而新一代智能制造技術(shù)可以為傳統(tǒng)產(chǎn)品和裝備 “賦能”，為產(chǎn)品和裝備的升級(jí)打開了空間，使產(chǎn)品和裝備的智能化特征和能力不斷提升，呈現(xiàn)革命性變化趨勢(shì)。

2.2 智能生產(chǎn)

智能生產(chǎn)包括制造過程產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、管理運(yùn)營(yíng)、服務(wù)售后等的全過程管理、全生命周期的優(yōu)化，通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等共性使能技術(shù)，推動(dòng)制造系統(tǒng)向智能化、集成化、共享與協(xié)同方向發(fā)展，全面調(diào)度使用資源，全面提升生產(chǎn)制造水平。

2.3 智能服務(wù)

智能服務(wù)是指企業(yè)的發(fā)展理念從經(jīng)營(yíng)產(chǎn)品到運(yùn)營(yíng)客戶的根本性變革，是新一代智能制造的主要特征，主要體現(xiàn)為兩方面的轉(zhuǎn)變：一是從流水線式大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)向規(guī)?；瘋€(gè)性化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)多品種、小批量、定制化的柔性生產(chǎn)需求；二是產(chǎn)業(yè)形態(tài)從生產(chǎn)型向服務(wù)型調(diào)整，企業(yè)盈利模式向微笑曲線的兩端延伸，服務(wù)成為企業(yè)收入的主要來源。

其中，智能化網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)推進(jìn)了智能服務(wù)的發(fā)展，使終端用戶需求在線收集、遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)等成為可能。

2.4 智能制造云和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

智能制造云和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是智能制造體系架構(gòu)的技術(shù)保證，是智能系統(tǒng)部署、聯(lián)接、協(xié)同、共享實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。云技術(shù)為智能制造系統(tǒng)賦予了便捷靈活的軟件應(yīng)用環(huán)境和廉價(jià)可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為海量數(shù)據(jù)的采集和分析提供了支撐。隨著通訊、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)技術(shù)得到空前發(fā)展，促進(jìn)了制造業(yè)形態(tài)和模式的變革。

2.5 系統(tǒng)集成

新一代智能制造是制造體系、要素的全面系統(tǒng)集成，無論從系統(tǒng)的技術(shù)性，還是系統(tǒng)的社會(huì)性，均呈現(xiàn)出“大集成”、“全面集成”特征，具體包括：

1）制造系統(tǒng)內(nèi)部集成

智能制造的內(nèi)部集成包括企業(yè)自身的縱向集成和企業(yè)間的橫向集成。縱向集成是指制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管理、采購(gòu)運(yùn)輸、銷售服務(wù)等全過程的動(dòng)態(tài)集成，橫向集成是企業(yè)間通過工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)、資源的集成、協(xié)同和共享。

2）制造系統(tǒng)外部集成

智能制造的外部集成呈現(xiàn)更廣域、跨業(yè)態(tài)的社會(huì)性，一方面，通過與全產(chǎn)業(yè)鏈、科研單位、金融業(yè)等的創(chuàng)新合作，制造業(yè)與服務(wù)業(yè)呈現(xiàn)出協(xié)同發(fā)展的新發(fā)展路徑；另一方面，智能制造展現(xiàn)出包容性強(qiáng)的特征，在社會(huì)生態(tài)角度，與智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市等吸收融合，孕育智能生態(tài)、構(gòu)成智能社會(huì)。

人工智能在新一代智能制造中的應(yīng)用

信息技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展促進(jìn)了人工智能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用上的突破，具備了“學(xué)習(xí)”能力，擁有了認(rèn)識(shí)、產(chǎn)生、運(yùn)用知識(shí)的能力，呈現(xiàn)出自主學(xué)習(xí)、人機(jī)協(xié)同、群體智能等新特征。

人工智能技術(shù)已成為搶占未來科技高地的核心，成為推動(dòng)人類科技發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力，通過與先進(jìn)制造技術(shù)的集成、發(fā)展，在制造過程系統(tǒng)、裝備、工藝、服務(wù)等多個(gè)層面都有了具體和廣泛的應(yīng)用。

3.1 系統(tǒng)流程層面

制造企業(yè)近些年通過構(gòu)建ERP、BPM、SRM等系統(tǒng)，在業(yè)務(wù)流程、運(yùn)營(yíng)管理層面已經(jīng)相對(duì)完善，基本打通了市場(chǎng)、制造、運(yùn)營(yíng)、財(cái)務(wù)、供應(yīng)、服務(wù)等環(huán)節(jié)，但相對(duì)來說是比較剛性的打通和聯(lián)接，各指令的生成相對(duì)規(guī)則化，缺少預(yù)測(cè)性和前瞻性，即缺少基于數(shù)據(jù)和模型的預(yù)測(cè)，隨著人工智能技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)如下幾方面的改進(jìn)和提升：

1）市場(chǎng)和銷售情況

基于數(shù)據(jù)和模型，可以更準(zhǔn)確的摸索市場(chǎng)規(guī)律、預(yù)測(cè)市場(chǎng)趨勢(shì)，對(duì)細(xì)分市場(chǎng)的規(guī)模、個(gè)性化需求、競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手情況等多因素進(jìn)行預(yù)判，輔助市場(chǎng)決策。

2）財(cái)務(wù)和預(yù)算情況

建立財(cái)務(wù)成本模型、預(yù)算模型、財(cái)務(wù)-生產(chǎn)-庫(kù)存-市場(chǎng)等綜合模型，對(duì)財(cái)務(wù)相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行綜合分析、合理預(yù)測(cè)，確保財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)可控，財(cái)務(wù)利益最大化。

3）供應(yīng)和庫(kù)存情況

結(jié)合市場(chǎng)、生產(chǎn)、大宗商品價(jià)格、利率匯率等情況，建立采購(gòu)供應(yīng)和庫(kù)存等相關(guān)模型，在保障生產(chǎn)的情況下，最大程度減少庫(kù)存、降低采購(gòu)成本、降低倉(cāng)儲(chǔ)物流成本，使資金效率最大化。

3.2 裝備層面

人工智能技術(shù)賦能裝備，使裝備智能化，簡(jiǎn)單來說是使裝備具備自感知、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等能力，賦予裝備生命，使裝備作為智能個(gè)體融入智能制造體系，裝備層面一般的人工智能技術(shù)和場(chǎng)景如下：

1）機(jī)器視覺的應(yīng)用

機(jī)器視覺在智能制造裝備上的應(yīng)用已相對(duì)成熟，包括自動(dòng)識(shí)別定位、自動(dòng)作業(yè)、缺陷檢測(cè)、自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)巡檢等場(chǎng)景的應(yīng)用，未來會(huì)隨著相關(guān)算法的迭代應(yīng)用更深入、更成熟。

2）邊緣計(jì)算與專家知識(shí)的應(yīng)用

智能裝備的自感知、自控制和自學(xué)習(xí)能力，一般體現(xiàn)在指令和控制的柔性、參數(shù)的自動(dòng)修正和補(bǔ)償，如機(jī)加工設(shè)備、爐、罐、反應(yīng)釜等裝備，這一般需要邊緣測(cè)（設(shè)備測(cè)）的計(jì)算能力和專家知識(shí)的應(yīng)用，人工智能技術(shù)結(jié)合感知數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)模型、專家知識(shí)和邊緣計(jì)算，形成邊緣測(cè)的動(dòng)態(tài)柔性控制。

3）裝備故障預(yù)測(cè)及診斷

大型裝備（機(jī)組）的健康管理也是人工智能應(yīng)用的重點(diǎn)，通過設(shè)備機(jī)理、故障機(jī)理、故障特征以及專家知識(shí)的應(yīng)用，建立故障預(yù)測(cè)及診斷模型，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)，預(yù)測(cè)判斷關(guān)鍵零部件及機(jī)組故障情況、使用壽命情況，為針對(duì)性運(yùn)維、前瞻性運(yùn)維提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 工藝層面

制造企業(yè)工藝過程的優(yōu)化和改進(jìn)是不斷迭代的長(zhǎng)期命題，在缺少大數(shù)據(jù)和人工智能支撐的情況下，工藝改進(jìn)往往具有盲目性和試錯(cuò)性，應(yīng)用人工智能技術(shù)，在參數(shù)的關(guān)聯(lián)性、數(shù)據(jù)的趨勢(shì)性等方面的分析將有顯著提升，是分析、改進(jìn)工藝的有效手段。

1）物理特性工藝分析

針對(duì)傳統(tǒng)的鍛造、鑄造、熱處理、反應(yīng)釜、高溫爐等裝置，可建立工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、產(chǎn)品性能等綜合模型，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的工藝分析及優(yōu)化。

2）化學(xué)特性工藝分析

針對(duì)化工、生物等流程型制造，可建立物性數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、設(shè)備參數(shù)、產(chǎn)品性能等綜合模型，應(yīng)用大數(shù)據(jù)及人工智能分析尋優(yōu)，改進(jìn)工藝。

3.4 服務(wù)層面

制造企業(yè)的服務(wù)，一般指產(chǎn)品的售后服務(wù)，結(jié)合產(chǎn)品特性及服務(wù)需求，人工智能對(duì)服務(wù)業(yè)務(wù)的賦能一般體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

1）基于用戶畫像的個(gè)性化服務(wù)

在大數(shù)據(jù)技術(shù)爆發(fā)式發(fā)展的背景下，通過前期產(chǎn)品特性、客戶使用需求與后期客戶服務(wù)需求相結(jié)合，分析建立用戶畫像，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、高效、精準(zhǔn)服務(wù)提供支撐，提高制造企業(yè)質(zhì)量。

2）大型機(jī)組的遠(yuǎn)程運(yùn)維

大型裝備的遠(yuǎn)程運(yùn)維也是人工智能對(duì)服務(wù)提升的重點(diǎn)，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線體檢，掌握設(shè)備狀態(tài)，分析、輸出運(yùn)維依據(jù)，確保設(shè)備“長(zhǎng)穩(wěn)優(yōu)”運(yùn)行。

新一代智能制造的發(fā)展趨勢(shì)

新一代智能制造是人工智能與先進(jìn)制造技術(shù)深度融合的制造模式，人工智能技術(shù)的爆發(fā)式發(fā)展以及材料、工藝的進(jìn)步，智能制造技術(shù)和模式也必將不斷螺旋進(jìn)化、迭代發(fā)展，從要素智能向整體智能、生態(tài)智能演化，最終形成智能制造各要素點(diǎn)、線、面、體全方位多維度的智能制造生態(tài)。

結(jié)語

以上僅是對(duì)新一代智能制造技術(shù)的幾點(diǎn)思索，智能制造是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，人工智能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)更是在大踏步發(fā)展，目前只是對(duì)有限應(yīng)用場(chǎng)景的幾點(diǎn)粗淺認(rèn)識(shí)，未來隨著技術(shù)的發(fā)展和理念模式的演進(jìn)，應(yīng)用人工智能技術(shù)的智能制造也必將從場(chǎng)景發(fā)展到全景，在推動(dòng)第四次工業(yè)革命發(fā)展的同時(shí)，深刻改變、重構(gòu)世界。

審核編輯 ：李倩