新一代智能制造，進一步突出了人的中心地位，是統(tǒng)籌協(xié)調“人”、“信息系統(tǒng)”和“物理系統(tǒng)”的綜合集成大系統(tǒng)；將使制造業(yè)的質量和效率躍升到新的水平，為人民的美好生活奠定更好的物質基礎；將使人類從更多體力勞動和大量腦力勞動中解放出來，使得人類可以從事更有意義的創(chuàng)造性工作，人類社會開始真正進入“智能時代”[10-12, 51]。

圖7 從“人-物理系統(tǒng)”到新一代“人-信息-物理系統(tǒng)”

總之，制造業(yè)從傳統(tǒng)制造向新一代智能制造發(fā)展的過程是從原來的“人-物理”二元系統(tǒng)向新一代“人-信息-物理”三元系統(tǒng)進化的過程（圖7所示）。新一代“人-信息-物理系統(tǒng)”揭示了新一代智能制造的技術機理，能夠有效指導新一代智能制造的理論研究和工程實踐。

5. 新一代智能制造的系統(tǒng)組成與系統(tǒng)集成

新一代智能制造是一個大系統(tǒng)，主要由智能產品、智能生產及智能服務三大功能系統(tǒng)以及工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)和智能制造云兩大支撐系統(tǒng)集合而成（如圖8所示）。

圖8 新一代智能制造的系統(tǒng)集成

新一代智能制造技術是一種核心使能技術，可廣泛應用于離散型制造和流程型制造的產品創(chuàng)新、生產創(chuàng)新、服務創(chuàng)新等制造價值鏈全過程創(chuàng)新與優(yōu)化。

5.1 智能產品與制造裝備

產品和制造裝備是智能制造的主體，其中，產品是智能制造的價值載體，制造裝備是實施智能制造的前提和基礎[58]。

新一代人工智能和新一代智能制造將給產品與制造裝備創(chuàng)新帶來無限空間，使產品與制造裝備產生革命性變化，從"數(shù)字一代"整體躍升至"智能一代"。從技術機理看，"智能一代"產品和制造裝備也就是具有新一代HCPS特征的、高度智能化、宜人化、高質量、高性價比的產品與制造裝備。

設計是產品創(chuàng)新的最重要環(huán)節(jié)，智能優(yōu)化設計、智能協(xié)同設計、與用戶交互的智能定制、基于群體智能的“眾創(chuàng)”等都是智能設計的重要內容。研發(fā)具有新一代HCPS特征的智能設計系統(tǒng)也是發(fā)展新一代智能制造的核心內容之一。

5.2 智能生產

智能生產是新一代智能制造的主線[40, 59, 60]。

智能產線、智能車間、智能工廠是智能生產的主要載體[61-63]。新一代智能制造將解決復雜系統(tǒng)的精確建模、實時優(yōu)化決策等關鍵問題，形成自學習、自感知、自適應、自控制的智能產線、智能車間和智能工廠，實現(xiàn)產品制造的高質、柔性、高效、安全與綠色。

5.3 智能服務

以智能服務為核心的產業(yè)模式變革是新一代智能制造的主題[64, 65]。

在智能時代，市場、銷售、供應、運營維護等產品全生命周期服務，均因物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術而賦予其全新的內容。

新一代人工智能技術的應用將催生制造業(yè)新模式、新業(yè)態(tài)：一是，從大規(guī)模流水線生產轉向規(guī)模化定制生產；二是，從生產型制造向服務型制造轉變，推動服務型制造業(yè)與生產型服務業(yè)大發(fā)展，共同形成大制造新業(yè)態(tài)。制造業(yè)產業(yè)模式將實現(xiàn)從以產品為中心向以用戶為中心的根本性轉變，完成深刻的供給側結構性改革。

5.4 智能制造云與工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)

智能制造云和工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)是支撐新一代智能制造的基礎[9, 20, 31, 44, 66, 67]。

隨著新一代通訊技術、網(wǎng)絡技術、云技術和人工智能技術的發(fā)展和應用，智能制造云和工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)將實現(xiàn)質的飛躍。智能制造云和工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)將由智能網(wǎng)絡體系、智能平臺體系和智能安全體系組成，為新一代智能制造生產力和生產方式變革提供發(fā)展的空間和可靠的保障[68]。

5.5 系統(tǒng)集成

新一代智能制造內部和外部均呈現(xiàn)出前所未有的系統(tǒng)“大集成”特征：

一方面是制造系統(tǒng)內部的“大集成”。企業(yè)內部設計、生產、銷售、服務、管理過程等實現(xiàn)動態(tài)智能集成，即縱向集成；企業(yè)與企業(yè)之間基于工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)與智能云平臺，實現(xiàn)集成、共享、協(xié)作和優(yōu)化，即橫向集成[69-72]。

另一方面是制造系統(tǒng)外部的“大集成”。制造業(yè)與金融業(yè)、上下游產業(yè)的深度融合形成服務型制造業(yè)和生產性服務業(yè)共同發(fā)展的新業(yè)態(tài)。智能制造與智能城市、智能農業(yè)、智能醫(yī)療乃至智能社會交融集成，共同形成智能制造“生態(tài)大系統(tǒng)”。

新一代智能制造系統(tǒng)大集成具有大開放的顯著特征，具有集中與分布、統(tǒng)籌與精準、包容與共享的特性，具有廣闊的發(fā)展前景。

6. 并行推進、融合發(fā)展——中國推進智能制造的技術路線

在西方發(fā)達國家，智能制造是一個“串聯(lián)式”的發(fā)展過程，他們是用幾十年時間充分發(fā)展數(shù)字化制造之后，再發(fā)展數(shù)字化網(wǎng)絡化制造，進而邁向更高級的智能制造階段[16]。在中國，制造業(yè)對于智能升級有著極為強烈的需求，近年來技術進步也很快，但是總體而言，中國智能制造的基礎非常薄弱，大多數(shù)企業(yè)，特別是廣大中小企業(yè)，還沒有完成數(shù)字化制造轉型。面對這樣的現(xiàn)實，中國如何推進制造業(yè)的技術改造、智能升級？

首先，必須實事求是，中國企業(yè)在推進智能升級的過程中要踏踏實實地完成數(shù)字化“補課”，夯實智能制造發(fā)展的基礎；同時，不必走西方發(fā)達國家“順序發(fā)展”的路徑，努力探索一條智能制造跨越式發(fā)展的新路。

近幾年，中國制造業(yè)界大力推進“互聯(lián)網(wǎng)+制造”。一方面， 一批數(shù)字化制造基礎較好的企業(yè)成功轉型，實現(xiàn)了數(shù)字化網(wǎng)絡化制造；另一方面， 部分原來還未實現(xiàn)數(shù)字化制造的企業(yè)，則采用并行推進數(shù)字化制造和數(shù)字化網(wǎng)絡化制造的技術路線，在完成了數(shù)字化制造“補課”的同時，成功實現(xiàn)了向數(shù)字化網(wǎng)絡化制造的跨越。這給我們提供了成功的經(jīng)驗。

中國推進智能制造，應采取“并聯(lián)式”的發(fā)展方式，采用“并行推進、融合發(fā)展”的技術路線：并行推進數(shù)字化制造、數(shù)字化網(wǎng)絡化制造、新一代智能制造，以及時充分應用高速發(fā)展的先進信息技術和先進制造技術的融合式技術創(chuàng)新，引領和推進中國制造業(yè)的智能轉型。

未來若干年，考慮到中國智能制造發(fā)展的現(xiàn)狀，也考慮到新一代智能制造技術還不成熟，中國制造業(yè)轉型升級的工作重點要放在大規(guī)模推廣和全面應用“互聯(lián)網(wǎng)+制造”；同時，在大力普及“互聯(lián)網(wǎng)+制造”的過程中，要特別重視各種先進技術的融合應用，“以高打低、融合發(fā)展”。一方面，使得廣大企業(yè)都能高質量完成“數(shù)字化補課”；另一方面，盡快盡好應用新一代智能制造技術，大大加速制造業(yè)轉型升級的速度。

再過若干年，在新一代智能制造技術基本成熟之后，中國制造業(yè)將進入全面推廣應用普及新一代智能制造的新階段。

我國在推動三個基本范式“融合發(fā)展”時，必須制定統(tǒng)一的標準。未來數(shù)十年，我國企業(yè)在智能升級過程中，將普遍面臨多次范式轉化和技術升級，必須高度重視制定和實行智能制造的相關標準，為后續(xù)發(fā)展做好準備，避免企業(yè)的低水平重復建設，有利于我國推進智能制造的分階段實施和不斷升級。

在實施“并行推進、融合發(fā)展”這一技術路線的過程中，要強調“五個堅持”的方針。

一是堅持“創(chuàng)新引領”。緊緊抓住新一代智能制造帶來的歷史性機遇，充分利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進技術，瞄準高端方向，加快研究、開發(fā)、示范、推廣和應用新一代智能制造技術，用創(chuàng)新引領和推動制造業(yè)生產質量和效率提升，實現(xiàn)中國制造業(yè)由大變強。

二是堅持“因企制宜”。推動智能制造，要充分激發(fā)企業(yè)的內生動力。中國的企業(yè)參差不齊，實現(xiàn)智能轉型不能搞“一刀切”，各個企業(yè)特別是廣大中小企業(yè)，要結合企業(yè)發(fā)展實情，充分考慮技術先進性和技術經(jīng)濟性的平衡，實事求是地應用適合自己轉型升級的技術路徑。

三是堅持“產業(yè)升級”。推動智能制造不能僅僅停留在典型、示范、部分制造環(huán)節(jié)或者部分制造領域，而是要著眼于廣大企業(yè)、各個行業(yè)和整個制造產業(yè)，推動中國制造業(yè)質量變革、效率變革、動力變革，實現(xiàn)中國制造業(yè)全方位的智能化轉型升級。

四是堅持建設良好的發(fā)展生態(tài)。各級政府、科技界、學界、金融界等社會各界要共同營造良好的生態(tài)環(huán)境，幫助和支持企業(yè)特別是廣大中小企業(yè)的智能升級。營造“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的良好環(huán)境；建設“用產學研金政”緊密結合的智能制造技術創(chuàng)新體系；形成從事推廣應用各種共性使能技術和提供系統(tǒng)解決方案的新興企業(yè)集群。

推進智能制造成敗的關鍵在于人才，要以人為本，動員各方力量，努力培養(yǎng)一代智能制造優(yōu)秀人才。

五是堅持開放與協(xié)同創(chuàng)新。中國制造業(yè)界要不斷擴大與世界各國制造業(yè)界的交流，實行更高水平的開放。中國的市場是開放的市場，中國的創(chuàng)新體系是開放的創(chuàng)新體系。我們要和世界制造業(yè)的同行們共同努力，共同推進新一代智能制造，共同推進新一輪工業(yè)革命，使制造業(yè)更好地為人類造福。

致謝

感謝路甬祥、潘云鶴、朱高峰、吳澄、李伯虎、柳百成、王天然、盧秉恒、譚建榮、楊華勇、李德群、段正澄、蔣莊德、林忠欽、馬偉明、丁榮軍、高金吉、劉永才、馮培德、柴天佑、孫優(yōu)賢、袁晴棠、錢峰、屈賢明、邵新宇、董景辰、朱森第、蔡惟慈、張綱、黃群慧、呂薇、余曉暉、寧振波、趙敏、郭朝暉、李義章等各位專家所作出的貢獻。

感謝延建林、胡楠、古依莎娜、楊曉迎、徐靜、劉默、劉麗輝、韋莎、馬原野、張欣等各位同事所作出的貢獻。

本研究由中國工程院重大咨詢研究項目(2017-ZD-08)資助，特此感謝。

參考文獻