通过智能制造实现我国制造业的集成化、协同化、敏捷化、绿色化、服务化，是提高“中国制造”在全球制造业中重要性、摆脱“中国制造”低端标签的关键性战略。在“再工业化战略”引导下，西方先进国家也纷纷提出了先进制造发展计划，希望通过制造产业的进一步升级，巩固其在全球市场的领先地位。

　　近年来，在工业领域与信息技术领域，都发生了深刻的变革。在工业领域主要包括工业机器人、3D打印等，而在信息技术领域主要包括大数据、云计算、社交网络、移动互联等。这些变革带来了制造业的新一轮革命，特别是作为信息化与工业化高度融合产物的智能制造得到了长足发展。与以往发生的工业革命相同，西方发达国家在新的一轮制造业革命中依然扮演着重要的角色。追溯其根本原因，是发达国家在金融危机年代发现了虚拟经济的脆弱性，由此纷纷提出了“再工业化战略”，试图实现从“产业空心化”到“再工业化”的回归，重新占据在全球制造业的支配地位。在这些“再工业化战略”中，具有代表性的是美国创新战略、先进制造业国家战略计划；日本的新产业创造战略；欧盟的智能制造系统（IMS2020）路线图计划、德国的“工业4.0”计划；韩国的高级先进制造技术计划（G-7）等。

　　美国

　　美国为了保持其制造业的全球竞争优势，由联邦政府推出了一系列的制造业振兴计划，如2009年12月提出的《重振美国制造业政策框架》、2011年6月提出的《先进制造伙伴计划》与2012年2月提出的《先进制造业国家战略计划》。这些计划旨在依托新一代信息技术、新材料、新能源等创新技术，在美国加快发展技术密集型的先进制造业。作为先进制造业的重要组成，以先进传感器、工业机器人、先进制造测试设备为代表的智能制造，得到了美国政府、工业界各层面的高度重视，目前已经取得长足进展，相关技术产业展现出良好的发展势头。

　　美国全国制造业协会在《美国制造业复兴》报告中提出，要通过“再工业化战略”，使美国制造业成为世界领先的创新者，并且强调美国的“再工业化”绝不仅是简单的“实业回归”，而是在二次工业化基础上的三次工业化。其实质是以高新技术为依托，发展高附加值的制造业，如先进制造技术、新能源、环保、信息等新兴产业，从而重新拥有强大竞争力的新工业体系。依托全球领先的智能技术创新能力、不断加深的智能制造产业化与日趋完善的智能制造体系，美国在全球智能制造领域占据着重要领导地位，无形中给其他国家的制造业，尤其是正在试图转型升级的中国制造业，提出了更高的挑战。

　　欧盟

　　欧洲国家早在1982年制订的信息技术发展战略计划中就强调了智能制造核心技术的开发。由德国、法国和英国发起的主题为“未来的工厂”的尤里卡项目，将解决敏捷智能制造方面的研究与开发作为重点。德国西门子、瑞士ABB、法国施耐德电气等公司已将部分人工智能技术应用到工业控制设备与系统中。由欧盟资助的智能制造系统IMS2020计划囊括了意大利、德国、瑞士、美国、日本、韩国等多个先进国家与SAP、IBM、Siemens、BMW、MIT、Cambridge等多家企业与高校。针对可持续制造领域、节能制造领域、关键技术领域、标准化领域、创新培训领域五个关键领域，规划并逐步完成1~3年的短期目标、7~10年的中期目标以及10~15年后的智能制造蓝图。

　　德国针对来自亚洲制造业的竞争威胁和美国的“先进制造业”发展，提出了“工业4.0”计划，期望充分发挥德国在制造业的现有优势，以确保德国制造业的未来。援引德国学术界和产业界观点，“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法，旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理系统（Cyber-PhysicalSystem)相结合的手段，将制造业向智能化转型。“工业4.0”项目主要分为两大主题：一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。德国依托其在工业过程中广泛应用的信息和通信技术、强大的机械和装备制造业、在嵌入式系统和自动化工程方面的高技术水平和全球市场的领导地位，通过“工业4.0”计划的实施正在进一步巩固其作为全球领先生产制造基地、生产设备供应商和IT业务解决方案供应商的地位。

　　亚洲

　　日本早在1989年就发起过“智能制造系统”计划，从1992至1994年进行可行性研究，投资10亿美元建立了六项工业界主导的“可行性国际合作测试案例”，包括《流程工业洁净制造》、《全球化制造同步工程》、《21世纪全球化制造》、《全方位制造系统》、《快速产品开发》、《知识系统化》等智能系统，重点研究了开发全球化制造、下一代制造系统、全能制造系统等技术。2004年，日本启动了“新产业创造战略”，为制造业寻找未来战略产业，并将信息家电、机器人、环境能源等7个领域作为重点发展对象，努力提高日本制造业在国际上的产业竞争力。

　　韩国于1991年底提出了“高级先进技术国家计划”，即G-7计划，包括七项先进技术及七项基础技术，目标是到2000年把韩国的技术实力提高到世界第一流发达国家的水平，该目标已基本达到。为占领智能化生产技术的制高点，韩国目前又将智能制造技术列入“高级先进技术国家计划”之中，重点研究智能化生产技术。

　　中国

　　纵观中国制造的发展历程可以发现，中国制造业已经进入了新的阶段。随着中国要素成本的持续上升、传统比较优势的不断弱化，过去依靠发达国家拉动作为增长引擎的局面正在发生着变化。如何实现从低附加值、劳动密集型模式向追求高附加值、高技术含量模式的转变，实现从中国制造向中国创造的转变，实现从被动接受者角色向掌控主导权角色的转变，将成为我国制造业未来相当长的一段时期内都必须面对和思考的问题。而智能制造是我国制造业摆脱高损耗和低效率的困局，提高制造业竞争力，实现“制造强国”的必由之路。通过实现智能制造，我国能够提高传统制造水平、实现高端技术创新、缓解能源压力、推动新的生产方式并实现现代化服务，帮助我国制造业实现新的飞跃。

　　事实上，早在这些问题出现之前，国内就已经对智能制造进行了探索与研究。最早在1993年，国家自然科学基金重大项目就研究了“智能制造系统关键技术”。而到1999年，又开展了“支持产品创新先进制造技术若干基础性研究”。2012年，出版了“中国机械工程技术路线图”。在智能制造的企业应用方面，有部分企业的智能工厂将智能传感器技术、工业无线传感网技术、国际开放现场总线和控制网络的有线/无线异构智能集成技术、信息融合与智能处理技术等融入到生产各环节，通过与现有的企业信息化技术融合，实现了复杂工业现场的数据采集、过程监控、设备运维与诊断、产品质量跟踪追溯、优化排产与在线调度、用能优化及污染源实时监测，开发了工业现场分析与装备健康运行监测平台、大型离散制造过程的可视化系统与智能工厂应用的云计算平台。汽车生产企业通过实施MES系统，实现了信息系统与业务管理的集成，物流过程的流程化、标准化与指标化，集成了精益制造与准时化生产，提高了零部件入库检验到制造过程的衔接效率，最终达到了打造透明工厂、实现智能制造目标。

　　然而，尽管在国家政策引导下，我国的智能制造在近些年，特别是在“十二五”期间取得了长足进步，但是还是面临着以下6个发展瓶颈：自主创新能力不强，产业整体竞争力不足，企业智能化程度不够，资源环境制约较大，科技成果本地转化率不高，人才激励机制亟需完善。

　　关键技术

　　结合国内外智能制造现状，智能制造的关键是实现制造过程的高新化、全球化与透明化，以实现制造向“智造”的转变。在这个过程中，目前的关键技术主要有：

　　1.高新化制造技术

　　在智能制造过程，以技术与服务创新为基础的高新化制造技术需要融入到生产过程中的各个环节，以实现生产过程的智能化，提高产品生产价值。主要包括广泛应用工业机器人与智能控制系统的智能加工技术，基于智能传感器的智能感知技术，满足极限工作环境与特殊工作需求的智能材料、基于3D打印技术的智能成型技术等。

　　2.物联网技术

　　物联网技术通过基于RFID技术与智能传感器的信息感知过程、基于无线传感器网络与异构网络融合的信息传输过程、基于数据挖掘与图像视频智能分析的信息处理过程实现制造过程的生产过程控制、生产环境监测、制造供应链跟踪、产品全生命周期监测等，帮助企业更好地掌握与利用地方资源，在智能制造的全球化进程中发挥着不可替代的作用。

　　3.大数据技术

　　全球化物联网的出现，源源不断产生了海量数据，面对这些数据所具备的的“4V”特性——大规模性、多样性、高速性与低价值性，如何利用大数据技术对这些数据进行处理与融合，实现生产制造过程的透明化，从中获取价值信息，并依靠智能分析与决策手段提高应变能力，是提高制造过程“智能”水平的关键所在。

　　4.云计算

　　针对全球化物联网与大数据特征的出现，云计算基于资源虚拟化技术与分布式并行架构，将基础设施、应用软件、分布式平台作为服务提供给用户，实现分布式数据存储、处理、管理与挖掘。通过合理利用资源与服务，云计算为实现智能制造敏捷化、协同化、绿色化与服务化提供了切实可行的解决方案，在数据隐私性与安全性得到保障的前提上，将获得企业的广泛认可。

　　5.信息物理融合系统技术

　　信息物理融合系统通过“3C”技术——计算机技术、通信技术与控制技术的有机融合与深度协作，实现制造过程的实时感知、动态控制与信息服务。作为一个智能且有自主行为的系统，信息物理融合系统不仅能够从制造环境中获取数据，进行数据处理与融合提取有效信息，并且可以根据控制规则通过工业机器人等设备作用于制造过程，实现信息技术与自动技术的交互融合，是智慧制造的关键领域。

　　6.智能制造执行系统技术

　　智能制造执行系统针对协同化、智能化、精益化与透明化需求，在已有的传统MES基础上增值开发智能生产管理、智能质量管理、智能设备管理等功能模块，实现全流程一贯制生产过程与产品质量智能控制，并基于物联网和大数据实现制造过程的实时远程监控、事件预测、事件分类和事件响应，实现工厂自动化与信息化的两化融合，是实现智能工厂的核心环节。

　　发展趋势

　　中国工程院院士李伯虎指出，未来智能制造的发展将会集中研究以下几个方向：

　　（1）基础理论与技术——行业统一标准与规范、关键智能基础共性技术、核心智能装置与部件、工业领域信息安全技术等。

　　（2）智能装备——典型行业数控机械装备、智能工业机器人、智能化高端成套设备等。

　　（3）智能系统——信息物理融合系统、智能制造执行系统、智能柔性加工成形装配系统、绿色智能连续制造系统、3D生产系统等。

　　（4）智能服务——数据分析与决策支持、智能监控与诊断、智能服务平台、产业链横向集成等。

　　从国内形势看，实施制造业信息化，是我国制造业应对经济全球化、提高国际竞争力的迫切需要，是以信息化带动工业化，促进传统制造业结构调整和优化升级的必然选择。我国目前还处在工业化进程之中，距离实现现代化还有很长的一段路要走。工业化的进程是不可逾越的，但是在信息时代工业化的过程是可以缩短的。应该充分利用后发优势，大力推进以制造业信息化为代表的国民经济信息化，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，实现全社会生产力的跨越发展。

　　作者单位：上海交通大学机械与动力工程学院