新一代智能制造，進一步突出了人的中心地位，是統籌協調“人”、“信息系統”和“物理系統”的綜合集成大系統；將使制造業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”到新一代“人-信息-物理系統”

總之，制造業從傳統制造向新一代智能制造發展的過程是從原來的“人-物理”二元系統向新一代“人-信息-物理”三元系統進化的過程（圖7所示）。新一代“人-信息-物理系統”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組成與系統集成

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

圖8 新一代智能制造的系統集成

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新、生產創新、服務創新等制造價值鏈全過程創新與優化。

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新帶來無限空間，使產品與制造裝備產生革命性變化，從"數字一代"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。

設計是產品創新的最重要環節，智能優化設計、智能協同設計、與用戶交互的智能定制、基于群體智能的“眾創”等都是智能設計的重要內容。研發具有新一代HCPS特征的智能設計系統也是發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的精確建模、實時優化決策等關鍵問題，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，均因物聯網、大數據、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新模式、新業態：一是，從大規模流水線生產轉向規模化定制生產；二是，從生產型制造向服務型制造轉變，推動服務型制造業與生產型服務業大發展，共同形成大制造新業態。制造業產業模式將實現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 智能制造云與工業智聯網

智能制造云和工業智聯網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、網絡技術、云技術和人工智能技術的發展和應用，智能制造云和工業智聯網將實現質的飛躍。智能制造云和工業智聯網將由智能網絡體系、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展的空間和可靠的保障[68]。

5.5 系統集成

新一代智能制造內部和外部均呈現出前所未有的系統“大集成”特征：

一方面是制造系統內部的“大集成”。企業內部設計、生產、銷售、服務、管理過程等實現動態智能集成，即縱向集成；企業與企業之間基于工業智聯網與智能云平臺，實現集成、共享、協作和優化，即橫向集成[69-72]。

另一方面是制造系統外部的“大集成”。制造業與金融業、上下游產業的深度融合形成服務型制造業和生產性服務業共同發展的新業態。智能制造與智能城市、智能農業、智能醫療乃至智能社會交融集成，共同形成智能制造“生態大系統”。

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

6. 并行推進、融合發展——中國推進智能制造的技術路線

在西方發達國家，智能制造是一個“串聯式”的發展過程，他們是用幾十年時間充分發展數字化制造之后，再發展數字化網絡化制造，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，大多數企業，特別是廣大中小企業，還沒有完成數字化制造轉型。面對這樣的現實，中國如何推進制造業的技術改造、智能升級？

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

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

中國推進智能制造，應采取“并聯式”的發展方式，采用“并行推進、融合發展”的技術路線：并行推進數字化制造、數字化網絡化制造、新一代智能制造，以及時充分應用高速發展的先進信息技術和先進制造技術的融合式技術創新，引領和推進中國制造業的智能轉型。

未來若干年，考慮到中國智能制造發展的現狀，也考慮到新一代智能制造技術還不成熟，中國制造業轉型升級的工作重點要放在大規模推廣和全面應用“互聯網+制造”；同時，在大力普及“互聯網+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、融合發展”。一方面，使得廣大企業都能高質量完成“數字化補課”；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“融合發展”時，必須制定統一的標準。未來數十年，我國企業在智能升級過程中，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，為后續發展做好準備，避免企業的低水平重復建設，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，充分利用互聯網、大數據、人工智能等先進技術，瞄準高端方向，加快研究、開發、示范、推廣和應用新一代智能制造技術，用創新引領和推動制造業生產質量和效率提升，實現中國制造業由大變強。

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

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

四是堅持建設良好的發展生態。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環境，幫助和支持企業特別是廣大中小企業的智能升級。營造“大眾創業、萬眾創新”的良好環境；建設“用產學研金政”緊密結合的智能制造技術創新體系；形成從事推廣應用各種共性使能技術和提供系統解決方案的新興企業集群。

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，努力培養一代智能制造優秀人才。

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

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