周济：智能制造是第四次工业革命的核心技术丨Engineering

导语

2021年5月20日，中国工程院院刊《Engineering》主编、中国工程院院士、国家制造强国建设战略咨询委员会主任周济，在天津召开的第五届世界智能大会上，发表了题为《智能制造是第四次工业革命的核心技术》的主题演讲。本届大会主题为“智能新时代：赋能新发展、智构新格局”，全景展现了目前我国人工智能和智能制造领域的创新成果。本文为周济主编发言实录。

热烈祝贺“第五届世界智能大会”的召开，很荣幸在这里做发言，发言的题目是《智能制造是第四次工业革命的核心技术》。

一、智能制造是推进制造强国战略的主要技术路线

进入新时代，国家确定并全力推进制造强国战略，加快建设制造强国，加快发展先进制造业成为我国的国家战略。推进制造强国战略走一条什么样的技术路线，习近平总书记指示，要以智能制造为主攻方向，推动产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变，以鼎新带动革故，以增量带动存量，促进我国产业迈向全球价值链中高端。

新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式形成了历史性交汇，智能制造是主要的交汇点，新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合所形成的新一代智能制造技术成为了新一轮工业革命的核心技术，成为了第四次的工业革命的核心驱动力。

智能制造是一个大概念，大系统。智能制造是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合，贯穿于产品、制造、服务全生命周期的整个环节以及相应系统的优化集成，实现制造的数字化、网络化、智能化，不断的提升企业产品质量、效益和制造的水平。

智能制造系统主要是由智能产品、智能生产和智能服务三大功能系统以及智能制造云和工业互连网络两大支撑系统集成而成的。智能制造是贯穿产品全生命周期的一个大的创新系统，同时智能制造也是一个不断演进的大系统，他包含了智能制造三个基本范式，也就是数字化制造，第一代智能制造；数字化网络制造或者是互联网+制造是第二代智能制造，第三代智能制造也就是数字化、网络化、智能化制造，我们也称之为新一代智能制造。我国必须充分的发挥后发优势，实行并联式的发展方式，也就是要数字化、网络化、智能化并行推进，融合发展的技术方针。

二、智能制造是第四次工业革命的核心技术

我们回顾一下，制造系统的发展历史，制造系统发展的第一个阶段是传统的制造和人物理系统，历史上人类不断的发明创造各种不同的机械，这种由人和机器所组成的制造系统大量的替代人的体力劳动，大大的提高制造的质量和效率，社会生产力得以极大的提高。

这些制造系统是由两部分组成的，人和物理系统也就是机器，两大部分组成，因此称之为人物理系统，制造系统它的第一个阶段是传统的，物理系统是这个系统的主体，而人是这个系统的主宰和主导。

制造系统发展第二个阶段进入了数字化制造的阶段，这时候系统发展成为人、信息、物理系统，数字化制造，我们说是智能制造的第一种基本范式，也可以称之为第一代智能制造。

在这个过程中，与传统的制造系统相比，数字化制造系统本质的变化是在人和物理系统之间增加了一个信息系统，从原来的人、物理二元系统进化成了人、信息、物理三元系统，这有巨大的优越性。

再进一步发展，制造系统发展的第三阶段就是数字化的系统，数字化、网络化制造的第二个基本形式就是互联网+制造，即第二代智能制造，最大的变化在于信息技术，互联网和云平台成为了信息技术的重要组成部分，互联网+制造实质上就解决了连接这样一个重大的问题。

第三个阶段，就是进入了数字化、网络化、智能化制造阶段，进入新世纪以来，互联网、云计算、大数据这些信息技术日新月异、飞速发展，并且极其迅速地转化为现实生产力，形成了群体性的跨越，这些历史性的技术进步集中汇聚在了新一代人工智能的战略性突破，新一代人工智能已经成为新一轮科技革命的核心技术，充分认识到新一代人工智能技术的发展，将深刻地改变人类社会生活、改变世界，我们国家制定了新一代人工智能的发展规划。

新一代人工智能技术与先进制造技术的深度融合，就形成了新一代的智能制造技术。它是智能制造的第三种基本范式，本质是人工智能+互联网+数字化制造，它的最大变化是在我们系统当中增加了认知和学习的部分，因此我们的制造系统具备了认知和学习的能力，因此形成了真正意义上的人工智能。

最大的变化是在人和信息系统的关系上发生了根本性变化，用中国人的成语来说，就是从“授之以鱼”变成了“授之以渔”，发生了根本性的变化。

纵观历史，每一次工业革命都是共性赋能技术和制造技术的深度融合，都有一种革命性的、共性的赋能技术，它能够赋能制造技术，和制造技术深度融合形成了新的工业技术，成为这次工业革命的核心技术。

前面三次工业革命的核心技术，分别是蒸汽机、电机和数字化技术。第四次工业革命的共性赋能技术就是数字化、网络化、自动化技术。数字化、网络化、自动化技术和制造技术的深度融合，又形成了智能制造技术可以推动各行各业、各种各类制造技术的创新升级，引领和推动制造技术革命向纵深发展。

可以看到，第一次工业革命和第二次工业革命，分别是以蒸汽机和电力的发展和应用作为根本动力，极大地提升了生产力，人类社会进入了现代工业社会。

而第三次工业革命是以数字化技术的创新和应用为标志，推动了工业革命的先进发展，新一代智能制造技术的突破和广泛应用，将推动形成这次工业革命新的高潮，引领真正意义上的工业4.0，实现第四次工业革命。

三、抓住机遇，乘势而上，实现中国制造业的跨越发展

习近平总书记指出，现在我们迎来了世界新一轮科技革命和产业变革，与我国转变发展方式历史性交汇期，我们既面临着千载难逢的历史机遇，又面临着差距拉大的严峻挑战，我们要充分认识到新的历史交汇期可能同频共振，有的历史交汇期也可能是擦肩而过，所以新一轮工业革命对中国来说是极大的挑战，同时也是极大的机遇。

今后15年，正是智能制造这个新一轮工业革命的核心技术发展的关键时期，中国制造业必须要抓住这一千载难逢的历史机遇，集中优势力量打一场战略决战，实现战略性的历史跨越，推动中国制造业由大变强，进入世界产业链的中高端，实现中国制造业跨越发展，谢谢大家！

文章转载自《智能制造IMS》，如有涉及版权等问题请及时联系我们。

作者介绍

周济 ，机械工程专家，中国工程院院士。

长期致力于机械设计、数控技术与智能制造的教学和研究工作，研究并组织实施了发展与推广应用数控、CAD和智能制造的技术路线；提出并实践了单调性分析优化、数控加工直接插补等算法理论；主持研制了华中Ⅰ型数控系统以及优化设计、机械CAD等系列软件产品，广泛应用于机械、航空、航天、能源等行业，创造了显著的社会效益和经济效益。

前沿研究：走向新一代智能制造

理论创新：面向新一代智能制造的人-信息-物理系统(HCPS)

智能制造总体架构探析

一文分清数字孪生、智能制造、工业互联网

数字孪生的基本内涵

数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，可以在众多领域应用，目前在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。目前在国内应用最深入的是工程建设领域，关注度最高、研究最热的是智能制造领域。”

数字孪生，有时候也用来指代一个工厂的厂房及产线，在没有建造之前，就完成数字化模型。从而在虚拟的赛博空间中对工厂进行仿真和模拟，并将真实参数传给实际的工厂建设。而工房和产线建成之后，在日常的运维中二者继续进行信息交互。值得注意的是：Digital Twin不是构型管理的工具，不是制成品的3D尺寸模型，不是制成品的MBD定义。

智能制造的基本内涵

智能制造系统（Intelligent Manufacturing System---IMS）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化系统，它突出了在制造诸环节中，以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时，收集、存储、完善、共享、继承和发展人类专家的制造智能。由于这种制造模式，突出了知识在制造活动中的价值地位，而知识经济又是继工业经济后的主体经济形式，所以智能制造就成为影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。智能制造系统是智能技术集成应用的环境，也是智能制造模式展现的载体。

一般而言，制造系统在概念上认为是一个复杂的相互关联的子系统的整体集成，从制造系统的功能角度，可将智能制造系统细分为设计、计划、生产和系统活动四个子系统。在设计子系统中，智能制造突出了产品的概念设计过程中消费需求的影响；功能设计关注了产品可制造性、可装配性和可维护及保障性。另外，模拟测试也广泛应用智能技术。在计划子系统中，数据库构造将从简单信息型发展到知识密集型。在排序和制造资源计划管理中，模糊推理等多类的专家系统将集成应用；智能制造的生产系统将是自治或半自治系统。在监测生产过程、生产状态获取和故障诊断、检验装配中，将广泛应用智能技术；从系统活动角度，神经网络技术在系统控制中已开始应用，同时应用分布技术和多元代理技术、全能技术，并采用开放式系统结构，使系统活动并行，解决系统集成。

工业互联网

工业互联网（Industrial Internet）是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态，通过对人、机、物、系统等的全面连接，构建起覆盖全产业链、全价值链的全新制造和服务体系，为工业乃至产业数字化、网络化、智能化发展提供了实现途径，是第四次工业革命的重要基石。

工业互联网不是互联网在工业的简单应用，而是具有更为丰富的内涵和外延。它以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障，既是工业数字化、网络化、智能化转型的基础设施，也是互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合的应用模式，同时也是一种新业态、新产业，将重塑企业形态、供应链和产业链。

当前，工业互联网融合应用向国民经济重点行业广泛拓展，形成平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸、数字化管理六大新模式，赋能、赋智、赋值作用不断显现，有力的促进了实体经济提质、增效、降本、绿色、安全发展。

素材来源：百度百科、科普中国

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