智能制造的本質

以40年從事復雜產品研制的經歷、思考和實踐，希望可以繼續(xù)和所有中國工業(yè)制造業(yè)的同仁們一起身體力行，共同推動中國工業(yè)和制造業(yè)的數(shù)字化轉型和發(fā)展。

工業(yè)和制造業(yè)是國家命脈。智能制造是國際公認的實現(xiàn)工業(yè)體系轉型升級的新一代工業(yè)技術，能夠從根本上提升我國復雜產品的創(chuàng)新能力和科研水平。

過去很長一段時間里，許多人錯誤地認為智能制造就是自動化的生產方式，認為機器人換人、無人工廠、黑燈工廠就是智能制造的“代表”。這是對智能制造非常片面的認知。機器人換人，解決的是生產現(xiàn)場的手工勞動問題；無人工廠、黑燈工廠解決的是生產線的人工控制問題；自動化系統(tǒng)可以替代人完成繁重的體力勞動，甚至輔助人完成一些簡單的腦力勞動，但終究無法替代人做出最終的決策。所以，機器人換人、黑燈工廠、無人倉儲和物流等，都只是在工作現(xiàn)場實現(xiàn)了無人化，并不是智能制造。

那么，何謂智能制造？我最近出版的新書《智能制造的本質》一書中多次提到：“造”僅僅是生產的概念，“制”則含有系統(tǒng)的思想，包含制度、方法、標準和規(guī)范?！爸圃臁卑水a品策劃、概念設計、方案設計、產品設計、試制試驗、批生產、產品交付及交付后的運營、維護維修以及管理和決策等重要環(huán)節(jié)和復雜管理體系。因此，機器人換人、黑燈工廠都只是在執(zhí)行“造”的部分，不能稱之為“制造”，更不是“智能制造”。智能制造顧名思義就是為傳統(tǒng)的制造賦予智能，這里的智能是指“人工智能”。通俗的講，人工智能就是將人類的知識、經驗、方法等驗證無誤的內容編譯成軟件，將原來由人執(zhí)行的任務轉為由計算機來執(zhí)行的過程。也就是說把人的知識轉化成計算機的知識，計算機支持軟件運行，生成模型，完成工業(yè)產品的研發(fā)設計、工藝設計、生產過程管理、批生產交付、運行維護、大修維修以及復雜的管理體系等。

? ? ?“工業(yè)強則國家強”是人類的共識。第一次工業(yè)革命發(fā)生在18世紀60年代的英國，人類從農耕文明進入工業(yè)文明，從手工業(yè)時代轉向高度機械化的“蒸汽時代”。隨著機器的大量使用和工廠的出現(xiàn)，亞當·斯密在《國富論》中第一次提出了勞動分工的觀點，勞動分工使得1+1>2成為可能，極大提升了勞動效率的同時，現(xiàn)代管理體系也在最早的工廠管理中應運而生。勞動分工使得勞動者提高了對專項工作的熟練程度，使得新技術和新發(fā)明的應用成為可能。1840年前后，英國的資本主義工廠基本取代了傳統(tǒng)手工工場，工業(yè)革命基本完成，英國成為世界上第一個工業(yè)國家。

以電力的廣泛應用和內燃機的創(chuàng)新使用為核心的第二次工業(yè)革命也成稱為電氣革命。1931年，丹麥物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，為發(fā)電機和電動機的誕生及一切有線電器設備的創(chuàng)新奠定了科學基礎；1866年，德國西門子研制發(fā)電機成功，電力取代蒸汽作為動力成為新能源，隨后以煤氣、汽油、柴油為燃料的內燃機問世，工作效率遠高于蒸汽機，解決了交通工具的動力問題，推動了石油開采和石油化工工業(yè)的發(fā)展，1870年全世界共計生產石油約80萬噸，而1900年石油產量猛增到2000萬噸。

19世紀70年代，美國人貝爾發(fā)明了電話；1888年德國物理學家赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波，為無線通信奠定了科學基礎；19世紀90年代意大利人馬可尼試驗無線電報并取得了成功。以上技術都為迅速傳遞信息提供了方便，世界各國經濟、政治和文化層面的聯(lián)系進一步加強。第二次工業(yè)革命期間出現(xiàn)的新興工業(yè)如電力工業(yè)、化學工業(yè)、石油工業(yè)和汽車工業(yè)等，都要求實行大規(guī)模集中化生產，使企業(yè)的規(guī)模進一步擴大，勞動生產率和人民生活水平得到飛速提升。

電原本是作為動力使用的，在發(fā)展過程中，逐漸分離出弱電和強電，電子學也從弱電領域由此誕生，隨著電子學的發(fā)展，人類發(fā)明了模擬電路和數(shù)字電路，數(shù)字電路的發(fā)展最終催生了計算機科學，計算機科學的發(fā)展又分離出了軟件工程。從某種意義上來講，第三次工業(yè)革命，甚至第四次工業(yè)革命都是以電的發(fā)明為基礎的。

第三次工業(yè)革命也稱科技革命，引領我們邁入數(shù)字化時代，以電子計算機技術、原子能、空間技術和生物工程技術的發(fā)明和應用為主要標志，各類工業(yè)軟件也在這一時期如雨后春筍般紛紛涌現(xiàn)。在電子計算機技術、計算機軟件技術的不斷推動下，云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術應運而生，也引領了我們的社會悄然進入智能時代。智能制造就是通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機器人視覺和機器控制對技術工人的技能和專家知識進行建模，使智能機器人可在沒有人工干預的情況下進行小批量生產。隨著制造業(yè)的需求不斷提升，工業(yè)軟件的功能也在不斷迭代。從最初的計算機輔助繪圖到計算機輔助設計、從二維平面設計到基于MBD模型的三維立體設計，在C919大型客機的研制過程中，就已經實現(xiàn)了全數(shù)字樣機設計，并且生產制造部門已經開始基于MBD模型進行后續(xù)的生產制造和裝配試驗，實現(xiàn)了無圖化產品研制。完成MBD之后，還有基于模型的仿真（Model Based Simulation)、基于模型的企業(yè)（Model Based Enterprise）以及基于模型的系統(tǒng)工程（Model Based Systems Engineering）。未來，諸如飛機等復雜產品的研制，將會邁入“以綜合模型為基礎，以數(shù)字孿生為驅動”的新型研發(fā)模式。這些內容均在《智能制造的本質》一書中有詳細的解讀。

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綜上，智能制造的本質就是在前三次工業(yè)革命打下的堅實基礎上，積累了大量有關產品研制的設計知識、工藝知識、生產知識、設備維修知識、管理和決策知識等，而且這些知識經過反復驗證被證明是成熟的，人們通過高水平數(shù)字化技術的大規(guī)模應用，把這些知識轉變成工業(yè)軟件和數(shù)字化的產品模型，這些軟件和模型在計算機上的執(zhí)行，實現(xiàn)了對數(shù)字產品和物理產品更好的控制，對制造資源更優(yōu)化的配置，逐步實現(xiàn)產品本身的智能化、產品系統(tǒng)結構定義的數(shù)字化、產品研制生產過程的數(shù)字化，以及龐大的零部件供應鏈的網(wǎng)絡化，形成了全新的產業(yè)形態(tài)。在《智能制造的本質》一書，我把智能制造的本質簡單歸納為三句話：第一，軟件化的工業(yè)技術；第二，軟件定義的生產關系；第三，生產關系的優(yōu)化和重構。

我們中華民族在歷史上從未和工業(yè)革命如此之近，第四次工業(yè)革命給了我們絕佳的機會，中國第一次可以和發(fā)達國家?guī)缀踉谕粭l起跑線上起跑，《智能制造的本質》一書凝結了我本人40年從事復雜產品研制的經歷、思考和實踐，希望可以繼續(xù)和所有中國工業(yè)制造業(yè)的同仁們一起身體力行，共同推動中國工業(yè)和制造業(yè)的數(shù)字化轉型和發(fā)展。以書為介，交流探討。

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