智能制造装备是智能制造技术的重要载体！

智能制造装备是智能制造技术的重要载体！

图1工业革命史简图[1]

纵观近现代工业发展史，生产力发展始终是推动智能制造发展的根本动力；适应新技术、新经济发展，满足人类对美好生活的需求是智能制造装备发展的根本需求。智能制造是一个大系统，贯穿于产品设计、制造和服务的全生命周期的各个环节，智能生产是主线，智能制造装备是基础。理解智能制造装备发展的内外需求和发展趋势，是开展智能制造装备的关键技术学习，建立智能制造装备体系宏观思维的前提。

01

智能制造装备发展内因

生产力发展始终是人类社会发展的决定性因素，现代科学技术的进步提升着人类生产力发展与变革的速度。智能制造装备通过先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合，将实现人类社会生产力的跨越式发展。上世纪以来人们对生产力发展水平的注意力主要偏重于生产过程的自动化，自动化程度的提高极大地解放了生产过程中的体力劳动。但随着人类对更高生产能力、生产质量和生产效率的要求，越来越多的生产问题需要更多的脑力劳动来决策。如极端制造、超精密加工、高速高效加工以及考虑可持续发展问题的绿色制造等等，都是传统工艺和成熟经验无法解决的生产制造问题，迫切需要智能化加工设备才能够完成。

1）极端制造系统问题

图2中国空间站构想图[2]

2）难加工材料复杂工艺问题

图4氮化硅陶瓷球

图5石材复杂工艺制品

3）高速高效绿色制造问题

“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”是中国政府确定的重大发展战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。“推动技术和产业变革朝着信息化、数字化、智能化方向加速演进”是主要战略方向。切削加工技术的高速高效绿色化制造过程，并不是纯粹的几何制造过程，而是典形的力热强耦合的物理制造过程。切削加工过程涉及的材料学、弹塑性力学、断裂力学、传热学、运动学、动力学和摩擦学等多学科交叉问题，切削过程中的各种物理现象如切削力、切削热、切削振动和刀具磨损等，与工件、刀具、机床和夹具所构成的工艺系统具有密切联系。工艺系统的制造误差、刀具磨损、受力变形、受热变形以及定位误差和测量误差等因素都会直接影响零件的加工质量[14]。在智能切削加工过程中，通过将先进传感器与检测技术、数据技术、智能算法与机床运动控制相结合，实现对切削加工状态和表面质量的实时监测与动态控制，它要求智能制造装备具有实时检测与分析能力、具有数据传输和共享能力、能够对控制决策进行准确和快速的响应能力。

4）离散型制造模式的智能化

图6 智能化车间

图7 智能化工厂模型

离散型制造是大部分工业产品的主要生产方式，离散制造的产品往往由多个零件经过一系列并不连续的工序的加工最终装配而成，这些零件往往由同一工厂的不同部门或者不同的工厂生产完成。离散制造型企业往往生产相关和不相关的较多品种和系列的产品，其生产过程是由不同零部件加工子过程或并联或串连组成的复杂的过程，其过程中包含着更多的变化和不确定因素。因此离散制造型企业的产能主要由加工要素的配置合理性决定，企业的管理水平和数据收集与运用能力已经成为离散型企业发展的核心竞争力，这些数据既包括产品及其构成的产品结构、工艺路线、物料信息、生产调度、质量管理等与产品密切相关的生产数据，还包括生产管理、财务管理、人力资源管理等生产要素。如图6和图7所示，现代离散制造企业需要借助于工业互联网、云制造和人工智能等手段，将企业内部和企业与企业之间的物料流、信息流和控制流等数据在生产过程中汇集起来，把企业的人、财、物、产、供销及相应的物流、信息流、资金流、管理流、增值流等紧密地集成起来实现资源优化和共享，使企业运行向着精细化和智能化的方向发展。

5）流程工业生产过程的智能化

图8 人机合作智能优化决策系统

图9 工业过程智能自主控制系统

02

智能制造装备发展外因

满足人类对美好生活的向往，是社会发展根本目标，也是智能制造装备发展的追求。标准化的大规模生产极大地丰富了人们的物质生活，人们在追求更多个性需求的同时，希望获得更好的用户体验和实现更富有创造性的劳动创造，关注人的发展和需求是智能制造装备产品和技术发展的主要着力点。

1）多样化的个性需求

图10宝马定制汽车

图11智能机床定制

2）更高质量的生产服务

图12一种生命周期大数据驱动的复杂产品智能制造服务体系构架[18]

3）更富价值的劳动创造

技术的进步推动了制造领域新一轮的产业变革，以互联网、大数据、云计算为代表的新一代信息技术与传统工业融合发展，制造业呈现出新的方向，以智能化、网络化、数字化、服务化、绿色化为核心特征的智能制造成为制造业发展的重大趋势。智能制造的提出是技术创新累积到一定程度的必然结果，是制造业依据其内在发展逻辑经过长时间的演变和整合逐步形成的制造模式[22]。智能制造是集成制造、精益生产、敏捷制造、虚拟制造、数字化制造、网络化制造等多种先进制造模式的综合，它通过信息物理系统（CPS），实现人、设备、产品、服务等制造要素与资源的相互识别、实时交互和信息集成，改变了传统制造业设计、制造、管理、服务的方式。智能制造的应用可望降低生产加工过程对劳动者智力的依赖，完成复杂的任务，提高生产质量，节约加工成本，其灵活化、方便化、个性化的生产组织方式，也使得中小型企业在竞争中更具有优势，承担的风险更低。

审核编辑 ：李倩

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