進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、增材制造、工業(yè)機(jī)器人、智能傳感器、機(jī)器視覺(jué)、數(shù)字孿生等新興技術(shù)蓬勃發(fā)展，為全球制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)了重大機(jī)遇。與此同時(shí)，工業(yè)4.0、兩化融合、智能制造、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、新型工業(yè)化、新質(zhì)生產(chǎn)力、綠色制造、ESG等新興理念不斷涌現(xiàn)。對(duì)于制造企業(yè)而言，如何正確理解這些新興理念并指導(dǎo)實(shí)踐，如何有效應(yīng)用新興技術(shù)并取得實(shí)效，從而幫助企業(yè)提升核心競(jìng)爭(zhēng)力，是一個(gè)必須思考和解決的問(wèn)題。
 

　　本文將從時(shí)間軸和所處的不同層級(jí)，全景式地梳理這些理念和技術(shù)的內(nèi)涵與相互聯(lián)系，剖析各理念之間承前啟后的關(guān)系，希望能夠幫助制造企業(yè)撥開(kāi)概念的迷霧，明晰制造企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心策略和主攻方向。
 

　　一、制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的術(shù)語(yǔ)分類(lèi)
 

　　e-works將推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的技術(shù)與理念分為五個(gè)層級(jí)：戰(zhàn)略理念、制造范式、推進(jìn)策略、交叉融合技術(shù)、使能技術(shù)，分別代表了從宏觀戰(zhàn)略到微觀實(shí)施的不同層面。

推動(dòng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的理念類(lèi)型關(guān)系圖(藍(lán)色為我國(guó)提出的術(shù)語(yǔ))
 

　　1.戰(zhàn)略理念層
 

　　戰(zhàn)略理念是一種長(zhǎng)期的、宏觀的、方向性的規(guī)劃和決策，是制造業(yè)在長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展過(guò)程中，所秉持的核心理念和目標(biāo)，指導(dǎo)制造業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中的方向和重點(diǎn)。戰(zhàn)略理念需要全球各國(guó)和社會(huì)各界的共同參與和努力，通過(guò)整合資源、優(yōu)化配置、創(chuàng)新技術(shù)和改進(jìn)管理，來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力的提升和經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。工業(yè)4.0、ESG、兩化融合、新型工業(yè)化、新質(zhì)生產(chǎn)力都屬于戰(zhàn)略理念。
 

　　●2002年，黨的“十六大”首次提出“新型工業(yè)化”，“堅(jiān)持以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子。”
 

　　●2004年，ESG(環(huán)境、社會(huì)和治理)在可持續(xù)發(fā)展的背景下誕生，它強(qiáng)調(diào)企業(yè)在環(huán)境保護(hù)、社會(huì)責(zé)任和良好治理方面的表現(xiàn)。其目標(biāo)是推動(dòng)企業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，積極應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題、履行社會(huì)責(zé)任，并建立良好的治理機(jī)制。
 

　　●2007年,黨的“十七大”報(bào)告正式將信息化列入“五化”，提出“兩化融合”的概念,即信息化與工業(yè)化融合。這一概念的提出是為了通過(guò)信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)信息化，走新型工業(yè)化道路。
 

　　●2013年，面對(duì)新的工業(yè)革命帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，為了保持和增強(qiáng)德國(guó)制造業(yè)的全球競(jìng)爭(zhēng)力，德國(guó)選擇了主動(dòng)引領(lǐng)變革，提出了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。“工業(yè)4.0”是指通過(guò)信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems，CPS)將生產(chǎn)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和個(gè)性化。
 

　　●2023年，我國(guó)政府工作報(bào)告首次提出“新質(zhì)生產(chǎn)力”。新質(zhì)生產(chǎn)力的核心是創(chuàng)新起主導(dǎo)作用，擺脫傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、生產(chǎn)力發(fā)展路徑，具有高科技、高效能、高質(zhì)量特征，符合新發(fā)展理念的先進(jìn)生產(chǎn)力質(zhì)態(tài)。
 

　　2.制造范式層
 

　　制造范式是指制造業(yè)在生產(chǎn)組織、技術(shù)應(yīng)用、資源配置、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)定位等方面所遵循的基本模式。制造范式的變化通常與工業(yè)革命和技術(shù)革新緊密相關(guān)，比如從手工制造到機(jī)械化，再到電氣化、數(shù)字化/自動(dòng)化和智能化。每一種制造范式的出現(xiàn)都極大地推動(dòng)了生產(chǎn)力提升和制造業(yè)發(fā)展。它體現(xiàn)了制造業(yè)在特定時(shí)期內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)和主要特征，主要包括制造方式和管理模式的創(chuàng)新。其中，CIMS、并行工程、敏捷制造、智能制造和綠色制造屬于制造模式變革和制造業(yè)價(jià)值鏈創(chuàng)新，六西格瑪和精益生產(chǎn)則是從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)展起來(lái)的管理模式創(chuàng)新。
 

　　●并行工程1988年提出，初衷是縮短國(guó)防武器和軍用產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，降低成本。在此之前，產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備等步驟以串行生產(chǎn)方式進(jìn)行。并行工程是集成、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)的系統(tǒng)方法。后來(lái)這種方法從軍品生產(chǎn)擴(kuò)展到了民品生產(chǎn)領(lǐng)域。
 

　　●CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))于1973年提出，集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和制造技術(shù)的系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的自動(dòng)化、信息化和智能化，通過(guò)集成管理和控制整個(gè)制造過(guò)程，實(shí)現(xiàn)從訂單處理到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流等各個(gè)環(huán)節(jié)的高效協(xié)同。得益于強(qiáng)大算力、寬帶支持和集成技術(shù)，當(dāng)今的智能制造已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了CIMS的愿景。
 

　　●智能制造的概念可追溯到上世紀(jì)80代，美國(guó)出版的《制造智能》(Smart Manufacturing)一書(shū)中，首次提出“通過(guò)集成知識(shí)工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺(jué)和機(jī)器人控制來(lái)對(duì)制造技工們的技能與專(zhuān)家知識(shí)進(jìn)行建模，以使智能機(jī)器能夠在沒(méi)有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行小批量生產(chǎn)”。1991年，日、美、歐共同發(fā)起實(shí)施的“智能制造國(guó)際合作研究計(jì)劃”中提出“智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過(guò)程中貫穿智能活動(dòng)，并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合，將整個(gè)制造過(guò)程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷(xiāo)售等各環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來(lái)的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)”。在維基百科對(duì)于智能制造(Smart manufacturing)的定義中，已經(jīng)明確指出智能制造采用了CIMS技術(shù)：Smart manufacturing is a broad category of manufacturing that employs computer-integrated manufacturing, high levels of adaptability and rapid design changes, digital information technology, and more flexible technical workforce training. Other goals sometimes include fast changes in production levels based on demand, optimization of the supply chain, efficient production and recyclability.(智能制造是一個(gè)廣泛的制造業(yè)類(lèi)別，支持計(jì)算機(jī)集成制造、高杜適應(yīng)性和快速設(shè)計(jì)變更，數(shù)字信息技術(shù)和更靈活的技術(shù)人員培訓(xùn)，并可以根據(jù)需求，快速改變生產(chǎn)水平、優(yōu)化供應(yīng)鏈，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)和可回收。)
 

　　●20世紀(jì)90年代，在全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇、客戶(hù)需求多樣化、信息技術(shù)迅速發(fā)展的大背景下，美國(guó)提出“敏捷制造”，借鑒了軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的敏捷開(kāi)發(fā)方法，通過(guò)靈活的組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)流程和供應(yīng)鏈管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)需求的快速響應(yīng)和定制化生產(chǎn)。
 

　　●近年來(lái)，綠色制造成為生產(chǎn)方式變革的重要內(nèi)容，這是一種以環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)發(fā)展為核心的生產(chǎn)方式，關(guān)鍵在于采用清潔能源、綠色產(chǎn)品、綠色材料、綠色工藝、綠色包裝和綠色工廠(chǎng)等技術(shù)，減少生產(chǎn)過(guò)程中的廢棄物和污染物排放，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的雙贏。
 

　　●六西格瑪和精益生產(chǎn)都是20世紀(jì)80年代從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)展起來(lái)的管理模式。六西格瑪?shù)母拍钭钤缬赡ν辛_拉提出，在GE得到進(jìn)一步的發(fā)展和完善，其核心是通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化，減少過(guò)程變異，從而降低缺陷率，提高產(chǎn)品和服務(wù)的質(zhì)量；精益生產(chǎn)則是源自豐田生產(chǎn)方式的一種管理哲學(xué)，其理念是基于客戶(hù)需求拉動(dòng)生產(chǎn)，而非推動(dòng)式生產(chǎn)，旨在消除浪費(fèi)任何不增加客戶(hù)價(jià)值的活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)準(zhǔn)時(shí)化和人機(jī)協(xié)作。兩種管理模式都追求提高產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量，減少浪費(fèi)，提升客戶(hù)滿(mǎn)意度，強(qiáng)調(diào)持續(xù)改進(jìn)和全員參與。不同的是，六西格瑪更側(cè)重于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，使用一系列統(tǒng)計(jì)工具和技術(shù)來(lái)分析問(wèn)題并設(shè)計(jì)解決方案。精益生產(chǎn)則強(qiáng)調(diào)通過(guò)5S、看板、價(jià)值流程圖、持續(xù)流動(dòng)和暫停按鈕等更加直觀的方法不斷地識(shí)別和消除浪費(fèi)，更關(guān)注實(shí)際操作。
 

　　3.推進(jìn)策略層
 

　　推進(jìn)策略在制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中至關(guān)重要，它是指為了確保技術(shù)的有效實(shí)施和業(yè)務(wù)的順利轉(zhuǎn)型而采取的一系列步驟和方法。不同策略的側(cè)重點(diǎn)和作用域有所不同。例如：
 

　　●集成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)(Integrated Product Development，IPD)方法可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的高效協(xié)同，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率和市場(chǎng)響應(yīng)速度。
 

　　●基于模型的系統(tǒng)工程(Model-Based Systems Engineering，MBSE)可以顯著改善產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程上游的數(shù)字化研發(fā)能力，即利用標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)建模語(yǔ)言，將系統(tǒng)工程中所涉及的分析要素，以對(duì)象化、圖形化、數(shù)字化方式抽象化為計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型(如需求模型、功能模型)，使模型具有描述系統(tǒng)運(yùn)行邏輯和邏輯驗(yàn)證的能力，并在研發(fā)早期在虛擬環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)仿真，以此規(guī)避大量的研發(fā)返工。
 

　　●通過(guò)推進(jìn)IT與OT融合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的互聯(lián)互通，高效地完成數(shù)據(jù)采集，將IT系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力和OT系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制能力相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高效的生產(chǎn)和更智能的決策。目前，OPC UA和MQTT是實(shí)現(xiàn)IT/OT融合的主流協(xié)議。
 

　　●在數(shù)字技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，通過(guò)推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型(Digital Transformation)，企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)模式、研發(fā)模式、制造模式、營(yíng)銷(xiāo)模式、服務(wù)模式、運(yùn)營(yíng)模式以及決策模式的轉(zhuǎn)型，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策，發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值，創(chuàng)造新的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。數(shù)字化是不可逆轉(zhuǎn)的潮流，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的本質(zhì)是通過(guò)信息技術(shù)在深度、廣度方面的持續(xù)應(yīng)用，來(lái)支撐企業(yè)本身的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型與變革，能夠幫助企業(yè)更好地應(yīng)對(duì)各種不確定性。只有能夠順應(yīng)數(shù)字化大潮的企業(yè)才能隨需而變，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。從根本上說(shuō)，數(shù)字化是信息化的高級(jí)階段，是全面深入應(yīng)用信息技術(shù)來(lái)創(chuàng)造價(jià)值的更高境界。數(shù)字化轉(zhuǎn)型已被公認(rèn)為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的核心策略。
 

　　4.交叉融合技術(shù)
 

　　隨著科技的不斷進(jìn)步，各種領(lǐng)域之間的交叉融合已經(jīng)成為了一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。交叉融合技術(shù)通過(guò)多種技術(shù)的相互作用和協(xié)同效應(yīng)，創(chuàng)造出新的技術(shù)、產(chǎn)品、服務(wù)和解決方案。這些交叉融合技術(shù)能夠帶來(lái)跨學(xué)科的創(chuàng)新，創(chuàng)造更大的價(jià)值，解決更復(fù)雜的問(wèn)題。例如：
 

　　●工業(yè)大數(shù)據(jù)需要應(yīng)用數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)管理技術(shù)和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，才能使工業(yè)大數(shù)據(jù)中所蘊(yùn)含的價(jià)值得以挖掘和展現(xiàn)。
 

　　●數(shù)字孿生是在物聯(lián)網(wǎng)、建模/仿真與優(yōu)化、三維可視化、人工智能等多種使能技術(shù)迅速發(fā)展和交叉融合的基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建物理實(shí)體所對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生模型，并對(duì)數(shù)字孿生模型進(jìn)行可視化、調(diào)試、體驗(yàn)、分析與優(yōu)化，從而提升物理實(shí)體性能和運(yùn)行績(jī)效的綜合性技術(shù)。
 

　　●供應(yīng)鏈管理環(huán)節(jié)眾多，主要包括供應(yīng)鏈計(jì)劃、優(yōu)化與執(zhí)行，具體包含采購(gòu)尋源、供應(yīng)商關(guān)系管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理、運(yùn)輸管理、配送管理、供應(yīng)鏈協(xié)同計(jì)劃、電子數(shù)據(jù)交換(EDI)和電子商務(wù)等。
 

　　●工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)是基于控制理論，綜合運(yùn)用儀器儀表、工業(yè)計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、傳感器和工業(yè)通信等技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策的綜合性技術(shù)，工業(yè)自動(dòng)化又可以細(xì)分為面向離散制造業(yè)的工廠(chǎng)自動(dòng)化、面向流程行業(yè)的流程自動(dòng)化和針對(duì)企業(yè)內(nèi)外部物流的物流自動(dòng)化。PLC和DCS技術(shù)的發(fā)展對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的廣泛應(yīng)用具有關(guān)鍵性作用。近年來(lái)，在流程行業(yè)APC技術(shù)也開(kāi)始進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用；而基于PC的控制系統(tǒng)也得到廣泛應(yīng)用。軟件定義成為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的前沿方向。
 

　　●人工智能是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)科學(xué)，集成了語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、專(zhuān)家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)等技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等技術(shù)的普及，人工智能實(shí)現(xiàn)了蓬勃發(fā)展。其中，物聯(lián)網(wǎng)使得大量數(shù)據(jù)能夠被實(shí)時(shí)獲取，大數(shù)據(jù)為深度學(xué)習(xí)提供了數(shù)據(jù)資源及算法支撐，云計(jì)算則為人工智能提供了靈活的計(jì)算資源。
 

　　●工業(yè)軟件是計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)和管理學(xué)等各領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展與交叉融合的產(chǎn)物。e-works認(rèn)為，工業(yè)軟件是用于支撐工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)、工藝規(guī)劃、制造、營(yíng)銷(xiāo)、采購(gòu)、運(yùn)營(yíng)和服務(wù)等核心業(yè)務(wù)的一系列工具類(lèi)和管理類(lèi)軟件的統(tǒng)稱(chēng)。e-works將工業(yè)軟件細(xì)分為產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化、管理數(shù)字化、工業(yè)自動(dòng)化和基礎(chǔ)數(shù)字化四大類(lèi)軟件。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等技術(shù)的迅速普及，工業(yè)軟件的技術(shù)架構(gòu)、部署方式、運(yùn)行方式、付費(fèi)模式迅速變遷，廣泛應(yīng)用工業(yè)軟件已成為制造企業(yè)正常運(yùn)營(yíng)和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。其中，PLM(產(chǎn)品全生命周期管理)、ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)、MES/MOM(制造執(zhí)行系統(tǒng)/制造運(yùn)營(yíng)管理)、SCM(供應(yīng)鏈管理)、SRM(供應(yīng)商關(guān)系管理)、EAM(企業(yè)資產(chǎn)管理)、MDM(主數(shù)據(jù)管理)、SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))、EMS(能源管理)、QMS(質(zhì)量管理)、APS(高級(jí)計(jì)劃與排程)等工業(yè)軟件得到廣泛應(yīng)用，制造企業(yè)已實(shí)現(xiàn)CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CAE(計(jì)算機(jī)輔助工程仿真)和CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃)系統(tǒng)的集成應(yīng)用，EDA(電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)發(fā)展與應(yīng)用方興未艾，而全三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)、MBD(基于模型的產(chǎn)品定義)、創(chuàng)成設(shè)計(jì)(Generative Design)、MBSE(基于模型的系統(tǒng)工程)成為制造業(yè)研發(fā)創(chuàng)新的前沿方向。工業(yè)軟件系統(tǒng)之間的集成應(yīng)用是取得實(shí)效的關(guān)鍵。
 

　　5.使能技術(shù)
 

　　使能技術(shù)(Enabling technology)是指那些能夠支撐制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的基礎(chǔ)與核心技術(shù)，充分應(yīng)用各類(lèi)使能技術(shù)是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必要條件。這些使能技術(shù)包含但不限于仿真技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、傳感器、機(jī)器視覺(jué)、工業(yè)機(jī)器人、增材制造、VR/AR、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等。
 

　　●仿真技術(shù)涉及多個(gè)方面，不僅包括結(jié)構(gòu)、流體、電磁、振動(dòng)、噪聲、傳熱、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等工程仿真，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化，還涵蓋鑄造、注塑、焊接、機(jī)加工、熱處理等制造工藝仿真，以及碰撞、燃燒、爆炸等物理現(xiàn)象的仿真，還包括設(shè)備布局、物流仿真、人因工程仿真等工廠(chǎng)仿真技術(shù)。仿真技術(shù)可以幫助制造企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到制造的V型流程各個(gè)階段更好地預(yù)知和評(píng)估產(chǎn)品全方位的性能，減少實(shí)物試驗(yàn)，提高研發(fā)效率與質(zhì)量，滿(mǎn)足產(chǎn)品的功能、性能、安全性、可靠性等要求。多學(xué)科仿真與優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于制造企業(yè)提高正向研發(fā)能力十分重要。
 

　　●數(shù)控技術(shù)(CNC)是一種采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床進(jìn)行控制的技術(shù)。通過(guò)預(yù)先編程的指令，機(jī)床按照特定的順序和方式進(jìn)行作業(yè)，加工出符合設(shè)計(jì)要求的零件或產(chǎn)品。數(shù)控技術(shù)是制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和高效化生產(chǎn)的關(guān)鍵使能技術(shù)之一。各種加工工藝和加工裝備都有對(duì)應(yīng)的CNC技術(shù)進(jìn)行數(shù)控加工，尤其是車(chē)削、銑削、磨削、切割、焊接、折彎、打磨、沖壓、鍛壓、壓鑄等。通過(guò)CAM軟件和數(shù)控仿真軟件進(jìn)行離線(xiàn)編程和加工仿真，可以大大提高數(shù)控加工的效率和質(zhì)量。
 

　　●傳感器通常是基于物理、化學(xué)或者生物學(xué)的效應(yīng)，將外界的光、熱、壓力、濕度、運(yùn)動(dòng)等物理量轉(zhuǎn)換為可用的電信號(hào)。這個(gè)電信號(hào)通常會(huì)被進(jìn)一步被處理和分析，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量對(duì)象的精確監(jiān)測(cè)和控制。傳感器已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)中的智能“感官”，幫助企業(yè)檢測(cè)關(guān)鍵變量，監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程，保障生產(chǎn)安全。
 

　　●機(jī)器視覺(jué)是一種利用機(jī)器模擬人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)理解和識(shí)別圖像的綜合技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)能夠從圖像或視頻中提取信息，協(xié)助進(jìn)行物體的檢測(cè)、測(cè)量、識(shí)別和定位，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制和智能決策的關(guān)鍵技術(shù)。
 

　　●工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)控制、可重復(fù)編程，多功能、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具，來(lái)完成各種作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人具有可編程、擬人化、通用性、機(jī)電一體化等特征，在制造業(yè)中的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)為自動(dòng)化、高效率和安全性。近年來(lái)，伴隨著機(jī)器人控制、智能傳感、人工智能等技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人迎來(lái)了重大技術(shù)革新，AMR(自主移動(dòng)機(jī)器人)、協(xié)作機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人得到廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用場(chǎng)景也逐漸由單機(jī)應(yīng)用走向多機(jī)協(xié)同，強(qiáng)調(diào)人機(jī)共融。人形機(jī)器人成為研究與應(yīng)用的前沿方向，但在工業(yè)場(chǎng)景落地還處于初期階段。
 

　　●增材制造是采用材料堆積疊加的方法制造三維實(shí)體的技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術(shù)，是一種“自下而上”的新型材料成型方法。增材制造有多種類(lèi)型，可以滿(mǎn)足輕量化、靈活的設(shè)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)高精度、復(fù)雜形狀、小批量的生產(chǎn)，為制造企業(yè)的設(shè)計(jì)與制造提供了全新的方向，在航空航天、生物醫(yī)療、汽車(chē)制造等行業(yè)有典型應(yīng)用，尤其是金屬增材制造在結(jié)構(gòu)復(fù)雜和單件小批零件的制造方面有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。
 

　　●虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality，VR)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的一種模擬環(huán)境，用戶(hù)通過(guò)特定的交互設(shè)備，與這個(gè)虛擬環(huán)境進(jìn)行交互，從而產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality，AR)是一種將虛擬信息疊加到真實(shí)世界中的技術(shù)，它通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息來(lái)增強(qiáng)用戶(hù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，VR/AR已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室的研究項(xiàng)目走向?qū)嶋H應(yīng)用，在工業(yè)領(lǐng)域逐漸形成可落地的應(yīng)用，被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)、營(yíng)銷(xiāo)、培訓(xùn)、客戶(hù)服務(wù)等諸多領(lǐng)域，模擬訓(xùn)練、虛擬樣機(jī)技術(shù)等典型應(yīng)用受到許多工業(yè)企業(yè)的重視。
 

　　●物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定協(xié)議將包括人、機(jī)、物在內(nèi)所有能夠被獨(dú)立標(biāo)識(shí)的物端按需求連接起來(lái)，進(jìn)行信息傳輸和協(xié)同交互，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物端的智能化信息感知、識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。
 

　　●工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)延伸到工業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)將物聯(lián)感知和通信技術(shù)融入到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與軟件、設(shè)備與設(shè)備之前間的互聯(lián)互通和智能控制。
 

　　●工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)的網(wǎng)，其核心是工業(yè)互聯(lián)，需要連接的內(nèi)容包括企業(yè)的各種設(shè)備、產(chǎn)品、客戶(hù)、業(yè)務(wù)流程、員工、訂單和信息系統(tǒng)等工業(yè)要素，連接的實(shí)質(zhì)是數(shù)據(jù)，而且必須實(shí)現(xiàn)安全、可靠地連接。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。實(shí)際上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的概念與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別。
 

　　●區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將數(shù)據(jù)以加密的方式記錄在多個(gè)區(qū)塊中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證和存儲(chǔ)，從而確保數(shù)據(jù)的安全性和不可篡改性。由于其具有去中心化、高度安全性、無(wú)需托管機(jī)構(gòu)服務(wù)等特性，被廣泛應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。
 

　　●云計(jì)算是一種現(xiàn)代計(jì)算模型，它允許用戶(hù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)按需訪(fǎng)問(wèn)共享的計(jì)算資源池，這些資源包括硬件(如服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備)、軟件(如應(yīng)用程序和服務(wù))、數(shù)據(jù)和平臺(tái)。云計(jì)算根據(jù)部署方式可以分為私有云、公有云和混合云，云計(jì)算還可以分為基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)化(IaaS)、平臺(tái)服務(wù)化(PaaS)和軟件服務(wù)化(SaaS)。
 

　　●邊緣計(jì)算是一種分布式計(jì)算框架，它將數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序部署從中心化的云數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)的“邊緣”位置(如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、路由器、網(wǎng)關(guān)或其他位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備)，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高響應(yīng)速度，減少帶寬使用，從而在需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和響應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景中提供更加高效的服務(wù)。邊緣計(jì)算與云計(jì)算相輔相成，云計(jì)算提供強(qiáng)大的中央數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力，而邊緣計(jì)算則專(zhuān)注于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和快速響應(yīng)。
 

　　二、新興技術(shù)發(fā)展規(guī)律與術(shù)語(yǔ)的生命周期
 

　　新興技術(shù)誕生之后的發(fā)展與應(yīng)用是一個(gè)不斷演進(jìn)的過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)時(shí)間的檢驗(yàn)，而且其相關(guān)技術(shù)也需要不斷進(jìn)化。Gartner用技術(shù)成熟度曲線(xiàn)來(lái)描述新興技術(shù)從誕生到成熟再到過(guò)時(shí)的整個(gè)生命周期。在曲線(xiàn)的初期，技術(shù)處于“觸發(fā)階段”，此時(shí)只有少數(shù)企業(yè)嘗試使用，因?yàn)檫@些技術(shù)還沒(méi)有被廣泛接受和驗(yàn)證。隨著時(shí)間的推移，技術(shù)逐漸進(jìn)入“泡沫階段”，此時(shí)會(huì)有大量的投資和嘗試，但并不是所有的技術(shù)都能成功。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它將進(jìn)入“谷底階段”，此時(shí)市場(chǎng)逐漸飽和，技術(shù)開(kāi)始被廣泛采用。最后，技術(shù)進(jìn)入“成熟階段”，此時(shí)已經(jīng)有一些主導(dǎo)企業(yè)掌握了市場(chǎng)，其他企業(yè)很難進(jìn)入。
 

　　在技術(shù)術(shù)語(yǔ)的不斷演進(jìn)過(guò)程中，有的已經(jīng)逐漸淡出歷史的舞臺(tái)，有的正在蓬勃發(fā)展，有的已經(jīng)有了后繼者，被融合到其他技術(shù)中。例如BPR，即業(yè)務(wù)流程再造，其初衷是對(duì)企業(yè)的現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程進(jìn)行根本性的重新設(shè)計(jì)，以期優(yōu)化生產(chǎn)、供應(yīng)鏈、銷(xiāo)售等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而提升整體的運(yùn)營(yíng)效率。盡管這一理念在提出之初備受矚目，但由于過(guò)于理想化、實(shí)施難度較大，如今已銷(xiāo)聲匿跡。
 

　　對(duì)新興技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用趨勢(shì)的預(yù)測(cè)是一個(gè)難題。一個(gè)新興技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生之后，研究機(jī)構(gòu)和業(yè)界專(zhuān)家往往會(huì)對(duì)其做出樂(lè)觀的預(yù)測(cè)，而在后續(xù)的實(shí)踐應(yīng)用當(dāng)中，常常會(huì)大打折扣。例如，人工智能技術(shù)的先驅(qū)者赫伯特·西蒙教授曾在1965年第一次人工智能熱潮期間，樂(lè)觀地預(yù)測(cè)：“20年內(nèi)，機(jī)器人將完成人能做到一切工作”。
 

　　而今，發(fā)展迅猛的人工智能技術(shù)已經(jīng)成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量。在Gartner公布的2023新興技術(shù)成熟度曲線(xiàn)中，生成式AI處于膨脹期。隨著生成式AI以及大模型的爆發(fā)式發(fā)展，從通用大模型到行業(yè)大模型，制造業(yè)的人工智能應(yīng)用正迎來(lái)“AI大模型時(shí)刻”。一些大型制造企業(yè)已開(kāi)始探索將AI大模型技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)過(guò)程控制、質(zhì)量控制檢測(cè)、供應(yīng)鏈管理、安全生產(chǎn)、工業(yè)知識(shí)管理等方方面面。但是，實(shí)際上生成式AI，尤其是工業(yè)大模型要真正落地，還有很長(zhǎng)的路要走。

 

　　此外，需要強(qiáng)調(diào)的是，在新技術(shù)的發(fā)展中，會(huì)不斷涌現(xiàn)出新的“熱詞”(Buzzword)和“術(shù)語(yǔ)”(Term)，這兩者是有明顯差異的，要避免混淆。“熱詞”通常指的是當(dāng)前流行、熱門(mén)的詞匯。例如，某個(gè)時(shí)期的新聞?lì)^條、網(wǎng)絡(luò)流行語(yǔ)或者社會(huì)事件的相關(guān)詞匯都可能成為“熱詞”。術(shù)語(yǔ)是用來(lái)表示一個(gè)概念、分類(lèi)或者是一個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的詞匯，通常要有規(guī)范化的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、被廣泛接受的定義。
 

　　三、智能制造是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的主攻方向
 

　　面對(duì)全球經(jīng)濟(jì)復(fù)雜性、不確定性以及制造業(yè)面臨的眾多挑戰(zhàn)，世界各國(guó)普遍將智能制造視為制造業(yè)轉(zhuǎn)型的主要方向。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology，NIST)在《智能制造系統(tǒng)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系》的報(bào)告中提到，智能制造區(qū)別于其他基于技術(shù)的制造范式，是一個(gè)有著增強(qiáng)能力，從而面向下一代制造的目標(biāo)愿景，它基于新興的信息和通訊技術(shù)，并結(jié)合了早期制造范式的特征。
 

　　我國(guó)最早的智能制造研究始于1986年，楊叔子院士開(kāi)展了人工智能與制造領(lǐng)域中的應(yīng)用研究工作。楊叔子院士提出，智能制造系統(tǒng)是“通過(guò)智能化和集成化的手段來(lái)增強(qiáng)制造系統(tǒng)的柔性和自組織能力，提高快速響應(yīng)市場(chǎng)需求變化的能力”。吳澄院士認(rèn)為，從實(shí)用、廣義角度理解智能制造，是以智能技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)，包括了大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)技術(shù)等，以及在制造全生命周期的應(yīng)用中所涉及的理論、方法、技術(shù)和應(yīng)用。周濟(jì)院士歸納總結(jié)出了智能制造的三個(gè)基本特征，即數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化(又稱(chēng)為“新一代智能制造”)。
 

　　e-works認(rèn)為，智能制造涵蓋了整個(gè)制造業(yè)價(jià)值鏈的智能化，包括研發(fā)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)制造、采購(gòu)供應(yīng)、銷(xiāo)售、服務(wù)、決策等各個(gè)環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)柔性、集成、協(xié)同、高效、精益、綠色，以人為本，是人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、移動(dòng)通信、數(shù)字孿生、工業(yè)大數(shù)據(jù)、仿真技術(shù)等相關(guān)技術(shù)蓬勃發(fā)展與交叉融合的產(chǎn)物。智能制造融合了先進(jìn)制造技術(shù)、信息與通信技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代企業(yè)管理和人工智能技術(shù)。推進(jìn)智能制造是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不同行業(yè)的企業(yè)推進(jìn)智能制造差異很大，且推進(jìn)過(guò)程中需要規(guī)劃、IT、自動(dòng)化、精益等部門(mén)通力合作。

　　智能制造金字塔

 

　　從應(yīng)用層面來(lái)看，智能制造包括十大應(yīng)用場(chǎng)景：利用相關(guān)支撐技術(shù)開(kāi)發(fā)智能產(chǎn)品；應(yīng)用智能裝備，自底向上建立智能產(chǎn)線(xiàn)，構(gòu)建智能車(chē)間，打造智能工廠(chǎng)；踐行智能研發(fā)，提升研發(fā)質(zhì)量與效率；形成打造智能供應(yīng)鏈與物流體系；開(kāi)展智能管理，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程集成；推進(jìn)智能服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)增值；最終實(shí)現(xiàn)智能決策，幫助企業(yè)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)的快速波動(dòng)。
 

　　十多年來(lái)，我國(guó)大力推進(jìn)智能制造已取得顯著成效，制造業(yè)數(shù)字化和自動(dòng)化水平持續(xù)提升，為制造企業(yè)提升核心競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮了重要作用，極大地促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈協(xié)同，支撐了我國(guó)制造業(yè)國(guó)際化發(fā)展進(jìn)程。我國(guó)已建成一大批數(shù)字化車(chē)間、智能工廠(chǎng)，涌現(xiàn)出一批網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、大規(guī)模個(gè)性化定制、遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)等新模式新業(yè)態(tài)；智能裝備供給能力不斷提升；標(biāo)準(zhǔn)和支撐體系不斷完善。在世界經(jīng)濟(jì)論壇已發(fā)布的153家燈塔工廠(chǎng)中，我國(guó)有62家，占比超過(guò)40%。e-works已評(píng)選出200家中國(guó)標(biāo)桿智能工廠(chǎng)，為我國(guó)制造企業(yè)推進(jìn)智能制造樹(shù)立了典范。
 

　　作為一種歷久彌新的制造范式，智能制造已經(jīng)被全球各國(guó)制造業(yè)的長(zhǎng)期實(shí)踐證明代表了生產(chǎn)力發(fā)展的最新趨勢(shì)，其發(fā)展水平關(guān)乎未來(lái)我國(guó)制造業(yè)的全球地位。在我國(guó)建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、質(zhì)量強(qiáng)國(guó)的征程中，應(yīng)當(dāng)將智能制造作為推進(jìn)新型工業(yè)化、發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的主攻方向，通過(guò)智能化技術(shù)的深度融合應(yīng)用，跨越傳統(tǒng)工業(yè)化的瓶頸，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的飛躍，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展注入更為持久的新動(dòng)能。
 

　　綜上所述，隨著新興技術(shù)的蓬勃發(fā)展和各種理念的不斷涌現(xiàn)，我國(guó)制造業(yè)正面臨前所未有的轉(zhuǎn)型升級(jí)機(jī)遇。但是，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要制造企業(yè)、政府和社會(huì)各界的共同努力。e-works認(rèn)為，對(duì)于制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，應(yīng)正確理解并把握這些新興理念和技術(shù)之間的相互關(guān)系，緊密?chē)@國(guó)家戰(zhàn)略，把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，以智能制造為主攻方向，積極推進(jìn)新型工業(yè)化、發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。
 

　　附錄：術(shù)語(yǔ)表

　　術(shù)語(yǔ)對(duì)照表