智能制造的概念最早出现于上世纪80年代,但是由于当时应用的第一代人工智能技术还难以解决工程实践问题,因而那一代智能制造主体上是数字化制造。
上世纪下半叶以来,随着制造业对于技术进步的强烈需求,以数字化为主要形式的信息技术广泛应用于制造业,推动制造业发生革命性变化。数字化制造是在数字化技术和制造技术融合的背景下,通过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描述、分析、决策和控制,快速生产出满足用户要求的产品[15, 16, 26, 27]。
数字化制造的主要特征表现为:第一,数字技术在产品中得到普遍应用,形成“数字一代”创新产品;第二,广泛应用数字化设计、建模仿真、数字化装备、信息化管理;第三,实现生产过程的集成优化。
需要说明的是,数字化制造是智能制造的基础,其内涵不断发展,贯穿于智能制造的三个基本范式和全部发展历程。这里定义的数字化制造是作为第一种基本范式的数字化制造,是一种相对狭义的定位。国际上也有若干关于数字化制造的比较广义的定义和理论。
2.2 数字化网络化制造
数字化网络化制造是智能制造的第二种基本范式,也可称为“互联网+制造”,或第二代智能制造。
上世纪末互联网技术开始广泛应用,“互联网+”不断推进互联网和制造业融合发展,网络将人、流程、数据和事物连接起来,通过企业内、企业间的协同和各种社会资源的共享与集成,重塑制造业的价值链,推动制造业从数字化制造向数字化网络化制造转变。
数字化网络化制造主要特征表现为:第一,在产品方面,数字技术、网络技术得到普遍应用,产品实现网络连接,设计、研发实现协同与共享。第二,在制造方面,实现横向集成、纵向集成和端到端集成,打通整个制造系统的数据流、信息流。第三,在服务方面,企业与用户通过网络平台实现联接和交互,企业生产开始从以产品为中心向以用户为中心转型。
德国“工业4.0”报告和美国GE“工业互联网”报告完整地阐述了数字化网络化制造范式,精辟地提出了实现数字化网络化制造的技术路线。
2.3 新一代智能制造——数字化网络化智能化制造
数字化网络化智能化制造是智能制造的第三种基本范式,也可称为新一代智能制造。
近年来,在经济社会发展强烈需求以及互联网的普及、云计算和大数据的涌现、物联网的发展等信息环境急速变化的共同驱动下,大数据智能、人机混合增强智能、群体智能、跨媒体智能等新一代人工智能技术加速发展,实现了战略性突破。新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合,形成新一代智能制造——数字化网络化智能化制造。新一代智能制造将重塑设计、制造、服务等产品全生命周期的各环节及其集成,催生新技术、新产品、新业态、新模式,深刻影响和改变人类的生产结构、生产方式乃至生活方式和思维模式,实现社会生产力的整体跃升。新一代智能制造将给制造业带来革命性的变化,将成为制造业未来发展的核心驱动力。
智能制造的三个基本范式体现了智能制造发展的内在规律:一方面,三个基本范式次第展开,各有自身阶段的特点和要重点解决的问题,体现着先进信息技术与先进制造技术融合发展的阶段性特征;另一方面,三个基本范式在技术上并不是绝然分离的,而是相互交织、迭代升级,体现着智能制造发展的融合性特征。对中国等新兴工业国家而言,应发挥后发优势,采取三个基本范式“并行推进、融合发展”的技术路线。
3. 新一代智能制造引领和推动新一轮工业革命
3.1 发展背景
当今世界,各国制造企业普遍面临着提高质量、增加效率、降低成本、快速响应的强烈需求,还要不断适应广大用户不断增长的个性化消费需求,应对资源能源环境约束进一步加大的挑战。然而,现有制造体系和制造水平已经难以满足高端化、个性化、智能化产品和服务增值升级的需求,制造业的进一步发展面临巨大瓶颈和困难。解决问题,迎接挑战,迫切需要制造业的技术创新、智能升级。
新一轮工业革命方兴未艾,其根本动力在于新一轮科技革命。新世纪以来,移动互联、超级计算、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术日新月异、飞速发展,并极其迅速地普及应用,形成了群体性跨越。这些历史性的技术进步,集中汇聚在新一代人工智能技术的战略性突破,实现了质的飞跃。新一代人工智能呈现出深度学习、跨界协同、人机融合、群体智能等新特征,为人类提供认识复杂系统的新思维、改造自然和社会的新技术。当然,新一代人工智能技术还在极速发展的进程中,将继续从“弱人工智能”迈向“强人工智能”,不断拓展人类“脑力”,应用范围将无所不在。新一代人工智能已经成为新一轮科技革命的核心技术,为制造业革命性的产业升级提供了历史性机遇,正在形成推动经济社会发展的巨大引擎。世界各国都把新一代人工智能的发展摆在了最重要的位置。