详解丨智能制造的三个基本范式

广义而论，智能制造是新一代信息技术与先进制造技术的深度融合，贯穿于产品研发、制造、服务全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成，实现制造的数字化、网络化、智能化，并不断提升企业的产品质量、效益、服务水平，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。

根据智能制造数字化网络化智能化的基本技术特征，智能制造可总结归纳为三种基本范式，即：

• 数字化制造——第一代智能制造

• 数字化网络化制造——“互联网+”制造或第二代智能制造

• 数字化网络化智能化制造——新一代智能制造

☝  智能制造基本范式的演进

数字化制造

第一代智能制造是数字化制造，它是智能制造的第一种范式。20世纪80年代后期，智能制造的概念被首次提出。当时智能制造的主体就是数字化制造，是后两个智能制造基本范式的基础。

20世纪下半叶以来，随着制造业对于技术进步的强烈需求，数字化制造引领和推动了第三次工业革命。数字化制造是在制造技术和数字化技术融合的背景下，通过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描述、集成、分析和决策，进而快速生产出满足用户要求的产品。

数字化制造的主要特征表现为：

第一，在产品方面，数字化技术得到普遍应用，形成数控机床等“数字一代”创新产品。

第二，大量采用计算机辅助设计/工程设计中的计算机辅助工程/计算机辅助工艺规划/计算机辅助制造（CAD/CAE/CAPP/CAM）等数字化设计、建模和仿真方法；大量采用数控机床等数字化装备；建立了信息化管理系统，采用制造资源计划/企业资源计划/产品数据管理（MRPII/ERP/PDM）等，对制造过程中的各种信息与生产现场实时信息进行管理，提升各生产环节的效率和质量。

第三，实现生产全过程各环节的集成和优化，产生了以计算机集成制造系统（CIMS）为标志的解决方案。在这个阶段，以现场总线为代表的早期网络技术和以专家系统为代表的早期人工智能技术在制造业得到应用。

20 世纪80年代，我国企业开始了解和认识到数字化制造的重大意义，经过几十年的发展，我国数字化制造从探索示范渐入推广发展阶段。

但是，相对我国巨大的企业基数，我国真正完成数字化制造转型的企业还是少数的。因此，我国的智能制造发展必须坚持实事求是的原则，踏踏实实从数字化“补课”做起，进一步夯实智能制造发展的基础。

与此同时，并行推进数字化制造和数字化网络化制造，在帮助企业扎实完成数字化制造“补课”的同时，实现数字化网络化制造升级。

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。

数字化网络化制造

第二代智能制造是数字化网络化制造，智能制造的第二个范式。从本质上讲，它就是“互联网+”制造，在国外也被称为“smart manufacturing”，是在数字化制造的基础上实现网络化，使用工业互联网、工业云技术实现联通和集成，同时还具备一定的智能。

“互联网+”制造是在数字化制造的基础上，深入应用先进的通信技术和网络技术，用网络将人、流程、数据和事物连接起来，联通企业内部和企业间的“信息孤岛”，通过企业内、企业间的协同和各种社会资源的共享与集成, 实现产业链的优化，快速、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。

“互联网+”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。

第二，在制造方面，实现企业内、企业间的供应链、价值链的连接和优化，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，企业掌握用户的个性化需求，用户能够参与产品全生命周期活动，将产业链延伸到为用户提供产品健康保障等服务。

规模定制生产逐渐成为消费品制造业发展的一种普遍模式，远程运维服务模式在工程机械行业得到广泛应用。企业生产开始从以产品为中心向以用户为中心转型，企业形态也逐步从生产型企业向生产服务型企业转型。

德国“工业4.0”以CPS为核心，将产品、制造、服务数据化和集成化，实现企业内和企业间的集成和互联互通。美国工业互联网提出将全球工业系统与高级计算、分析、传感技术及互联网高度融合，重构全球工业，激发生产力。

德国“工业4.0”和美国工业互联网完整地阐述和提出了数字化网络化制造范式及实现的技术路线。

我国大力推进“互联网+”制造，一批企业在进行数字化改造的同时，逐渐形成从内部互联到企业间互联互通，形成了一些典型试点示范项目。

海尔集团建立起以智能制造执行系统（iMES）为核心的互联工厂，可实时、同步响应全球用户需求，并快速交付智能化、个性化的方案。

西安飞机工业（集团）有限责任公司构建了飞机协同开发与制造云平台（DCEaaS），实现10家参研单位和60多家供应商的协同开发、制造服务和资源动态分析与弹性配置。

在今后一个阶段，我国推进智能制造的重点是推广和大规模应用“互联网+”制造——第二代智能制造。

数字化网络化智能化制造

新一代智能制造——数字化网络化智能化制造是智能制造的第三种基本范式，可对应于国际上推行的“intelligent manufacturing”。

人工智能技术与先进制造技术的深度融合，形成了新一代智能制造——数字化网络化智能化制造，成为新一轮工业革命的核心驱动力。

新一代智能制造的主要特征表现在制造系统具备了“认知学习”能力。通过深度学习、增强学习、迁移学习等技术的应用，新一代智能制造中制造领域的知识产生、获取、应用和传承效率将发生革命性变化，显著提高创新与服务能力。

新一代智能制造将给制造业带来革命性变化，是真正意义上的智能制造，将从根本上引领和推进第四次工业革命，为我国实现制造业换道超车、跨越发展带来了历史性机遇。如果说数字化网络化制造是新一轮工业革命的开始，那么新一代智能制造的突破和广泛应用将推动形成新一轮工业革命的高潮。

智能制造发展具有两个特性：延续性和融合性。智能制造的三个基本范式同时具有时间上和目标上的延续性，数字化制造、“互联网+”制造和新一代智能制造次第展开，目标聚焦制造业的效率和质量提升；数字化制造、“互联网+”制造和新一代智能制造范式并不是绝然分离的，而是相互交织、迭代升级。

综合中国国情，基于对智能制造延续性和融合性的认识，我国推进智能制造应采取三个基本范式“并行推进、融合发展”的技术路线，从而实现制造业的智能升级、跨越发展。

改编 | 宁丽梅

参考文献

臧冀原  王柏村  孟柳  周源.智能制造的三个基本范式：从数字化制造、“互联网+”制造到新一代智能制造[J].中国工程科学,2018,20(4):13-18.

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