智能制造研究分析匯總十篇

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篇（1）

中圖分類號：F406．14 文獻標志碼：A 文章編號：1673－291X（2008）02－0031－03

一、引言

制造業作為國民經濟的頂梁柱，其發展規模和技術水平是衡量一國綜合實力和現代化程度的主要標準。諸如美國、日本、德國這樣的經濟強國都無不得益于其先進的制造業。而中國，則因其人力成本低、技術落后而成為“世界制造工廠”。改革開放以來，我國制造業雖然已有較大發展，但與發達國家相比差距較大，這主要表現為我國制造業生產技術特別是關鍵技術主要依靠國外的狀況仍未得到根本改變，一方面自主研發能力薄弱，缺少自主知識產權的高新技術；另一方面，對國外先進技術的消化、吸收、創新不足。目前，我們進口的產品占到外貿出口總額的近50％，集成電路95％要進口，轎車制造裝備、數控機床、紡織機械70％依賴進口。我們出口的是中低端產品，即使少數高新技術產品也是勞動密集型的或者是來料加工型，經濟附加值比較低，而進口的是高新技術產品，成本高昂。近日，少數媒體就借“中國玩具被召回事件”對“中國制造”進行惡意炒作，迫使商務部多次出面澄清。要改變這種被動局面，我們必須從技術創新角度入手，加大自主研發力度，提高企業自主創新能力。

二、評價體系的構建與數據選取

（一）構建評價指標體系

本文選取如下14個指標：（1）開展自主創新的企業所占比重（％）（A1）；（2）R＆D人員數（人）（A2）；（3）R＆D經費（萬元）（A3）；（4）R＆D經費投入強度（A4）；（5）R＆D項目數（項）（A5）；（6）R＆D項目人員（人）（A6）；（7）R＆D項目經費（萬元）（A7）；（8）新產品產值（億元）（A8）；（9）新產品銷售收入（億元）（A9）；（10）專利申請量（件）（A10）；（11）發明專利（件）（A11）；（12）發明專利擁有量（件）（A12）；（13）引進技術支出（萬元）（A13）；（14）消化吸收經費支出（萬元）（A14）。各指標內單位一致，選取2006年的相關統計數據。

（二）評價方法和數據選取

采用SPSS13．0統計分析軟件，利用主成分分析法的降維思想從眾多影響因素中提取具有實際意義的主要因子，較大部分（85％以上）的反映原有指標體系包含的信息，并同時確定各主要因子的影響權重，最后得出綜合得分，比較準確和客觀地反映我國制造業的自主創新能力。本文數據選取我國制造業大中型企業2006年相關統計數據。

三、數據處理

（一）模型檢驗

該模型Bartlett值＝1123．62，P＜0．0001，適合作主成分分析；KMO值＝0．728＞0．6，信度較好。

（二）數據標準化

利用SPSS13．0自有數據標準化功能，得出標準化的指標數據。

（三）建立模型求綜合得分

對模型取特征值大于1，得方差貢獻表和因子負荷矩陣。分別見下頁表1和表2。

四、結論分析

根據綜合得分和排名，我們發現，目前我國的制造業下屬各行業自主創新能力存在較大差異，有8個子行業（前八名）處于行業內平均水平之上，并且自主創新能力優勢明顯。而其余21個子行業低于平均水平，但差異性不大。按照本文觀點，我們將其分為三大層次，第一個層次（1－8名），處于該層次上的企業多屬裝備制造業、信息產業等支撐國民經濟發展的重工業或新興行業，這類企業通常規模較大，實力比較雄厚，對技術創新要求比較高，因此研發投入比較大；同時，國家近年來對該類企業的發展相對比較重視，這也為其研發活動提供了一個良好的宏觀環境。以上分析共同決定了這類企業走在自主創新的最前列。這說明我國的“建設創新型國家”戰略取得初步成效，需要進一步扶持和優化。第二個層次（9－19名），這個層次上的企業多屬醫藥、化學制品等加工工業，它們對新技術的要求不是很迫切，其創新主要體現在工藝、流程上。這類企業對生產成本比較重視，因而在科技研發活動上投入不足，自主創新能力相對較弱。第三個層次（20－29名），這個層次的企業多屬食品加工、紡織、藝術品等傳統行業。這類企業創新活動很少，多為中小型民營企業甚至手工作坊，這種現狀一方面它們對新技術的需求不明顯，缺少創新規劃。另一方面，企業主本身素質不高，自主創新意識薄弱。

針對以上癥結，本文認為應該從以下方面著手，提升我國制造業自主創新能力，建設創新型經濟強國。

第一，大力推進人才興國戰略。人才是創新的載體，全方位的培養科技人才對我國高等教育提出了更高的要求。我們相信，只有科技才能興國，只有人才，才能使技術不斷進步。

第二，完善創新機制，營造創新氛圍。我國現有創新機制欠合理，產、學、研之間信息流通不順暢，未能實現有效運轉，當前，高校中擁有的大量科研資源不能得到有效運用，校企脫節嚴重，這既不利于社會型人才培養，也不利于研究成果市場化、產業化。

第三，全面實施創新戰略，提升整體創新能力。沒有政策的正確指引，產業就不可能興旺，對于我國制造業自主創新能力普遍偏低的現狀，除了裝備制造業、信息產業等高新技術產業，對于加工工業及其傳統工業也應給予足夠的扶持和重視。在加入世貿組織的背景下，每個行業都要參與世界性的市場競爭，沒有技術創新，就沒有企業的生命力。

第四，增強自主創新意識，加大研發投入比重，有效管理創新資源。我國市場經濟起步較晚，要全面實現與國際市場接軌還需假以時日，企業對競爭和創新的意識比較薄弱，很大程度上影響了企業創新活動的開展。在研發投入方面，我國制造業與發達國家相比還有很大差距，2005年，我國制造業大中企業研發投入比重僅為0．7％，而發達國家這一數據為2．5％～4．0％。另外，在我國科研經費使用不合理現象普遍存在，相關部門對創新活動缺乏有效的跟蹤管理，相互借鑒抄襲、“張冠李戴”現象比較嚴重，創新成果質量不高，造成創新資源的巨大浪費。

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篇（2）

骨痹顆粒復方是由桑寄生、骨碎補、千年健、牛膝、雞血藤、油松節、土鱉蟲等組成的純中藥制劑，臨床上用來治療老年性關節炎具有很好的效果。噴霧干燥是骨痹顆粒制備工藝的重要工序。中藥粉體的吸濕性一直是噴霧干燥領域研究的重點，但其研究內容多為考察不同制劑輔料[1]，以及粉體表面改性技術對中藥粉體吸濕性的影響[2]。本文以骨痹顆粒復方為實驗體系，通過考察不同工藝條件下噴霧干燥樣品含水量與吸濕性能，建立吸濕過程動力學模型，結合掃描電鏡技術，分析相關吸濕機制，為中藥噴霧干燥工藝優化研究提供一種新的方法。

1 材料

BUCHI B-290小型噴霧干燥機（瑞士布奇公司）；S4800掃描電鏡（日本日立公司） ；Waters2695高效液相色譜儀，Waters2998光電二極管陣列檢測器（美國沃特世公司）；RE52AA旋轉蒸發器（上海亞榮生化儀器廠）；SK8200H超聲波清洗器（上海科導超聲儀器有限公司）；754型紫外分光光度儀（上海光譜儀器有限公司）；賽多利斯MA30快速紅外水分測定儀（德國賽多利斯有限公司）；GQ105管式離心機（上海市離心機械研究所）；島津AUW120D電子天平（日本島津公司）。

川續斷（產地東北，批號111026）；懷牛膝（產地貴州，批號111026）；骨碎補（產地貴州，批號111026）；千年健（產地廣東，批號111026）；雞血藤（產地廣西，批號111026）；土鱉蟲（產地安徽，批號111026）；桑寄生（產地廣西，批號111026）；油松節（產地安徽，批號111026）均購自亳州市中藥材飲片廠，經本校吳啟南教授鑒定，均符合2010年版《中國藥典》（二部）要求。

2 方法

2.1 骨痹顆粒水提液的制備

按如下處方：川續斷（25 g）、懷牛膝（15 g）、骨碎補（15 g）、千年健（15 g）、雞血藤（25 g）、土鱉蟲（10 g）、桑寄生（25 g）、油松節（15 g）稱取總處方量145 g水煎煮2次，每次10倍量水。水提液經過4層紗布過濾得濾過液，旋轉蒸發濃縮到相對密度為1.05 g?mL-1備用。

2.2 噴霧干燥工藝考察因素及其水平的確定

中藥提取液的噴霧干燥工藝研究，一般以進出、口溫度，空氣流量，霧化壓力，送料速度，送料密度及噴霧輔料為考察因素[3-6]。根據預實驗并結合有關文獻，本實驗中選擇進口溫度（A）、送料密度（B）、送料速度（C）、空氣流量（D）4個因素進行考察。為了確定各因素水平的考察范圍，進行了如下單因素實驗。

2.2.1 進口溫度對噴霧干燥的影響 控制送料密度為1.01 g?mL-1，送料速度為15 mL?min-1，空氣流量40 m3?h-1，選取進口溫度分別為110，120，150，180，200 ℃，分析進口溫度對噴霧干燥過程的影響。實驗發現進口溫度為110 ℃與200 ℃時均出現了黏壁現象。為了使客觀存在的差異明顯，在考察溫度的影響時選擇了120，180 ℃這2個水平。

2.2.2 送料密度對噴霧干燥的影響 控制進口溫度為150 ℃，送料速度為15 mL?min-1，空氣流量為40 m3?h-1，選取送料密度分別為1.01，1.03，1.05，1.10 g?mL-1，分析送料密度對噴霧干燥過程的影響。結果顯示，送料密度為1.10 g?mL-1時物料過濃，在噴霧干燥過程中會發生噴頭堵塞的情況。與上同理，送料密度選擇了1.01，1.05 g?mL-1這2個水平。

2.2.3 送料速度對噴霧干燥的影響 控制進口溫度為150 ℃，空氣流量為40 m3?h-1，送料密度為1.01 g?mL-1，選取送料速度分別為5，10，15，20，30 mL?min-1分析送料速度對噴霧干燥過程的影響。實驗發現送料速度為30 mL?min-1時，出口溫度為48 ℃，粉末黏附在噴霧干燥室內壁上；而送料速度為5 mL?min-1時雖然干燥完全，但是噴干效率較低。送料速度選擇了10，20 mL?min-1這2個水平。

2.2.4 空氣流量對噴霧干燥的影響 控制進口溫度為150 ℃，送料密度為40 m3?h-1，送料速度為15 mL?min-1，選取空氣流量分別為20，30，40，50，60 m3?h-1分析空氣流量對對噴霧干燥過程的影響，實驗發現空氣流量為20 m3?h-1時物料完全粘附在內壁。而在其他條件下均正常，但空氣流量在60 m3?h-1時噴干用氮氣使用過快，使空氣流量無法始終保持在高流量，會出現無法準確控制條件的情況。于是空氣流量選擇了30，50 m3?h-1這2個水平。

綜上所述，選擇進口溫度（120，180 ℃）；進樣密度（1.01，1.05 g?mL-1）；送料速度（10，20 mL?min-1）；空氣流量（30，50 m3?h-1）進行以下實驗。

2.3 噴霧干燥實驗設計

以上述因素水平設計平行比較實驗，控制除考察因素以外的條件保持一致，考察不同噴霧干燥因素對粉體含水量與平衡吸濕量的影響。

2.4 粉體含水量與吸濕性的測定

2.4.1 含水量測定 樣品在噴霧干燥完成后，立即采用賽多利斯MA30快速紅外水分測定儀測定水分含量。

2.4.2 粉體的吸濕性測定 中藥粉體的吸濕性能往往采用平衡吸濕量表征，但平衡吸濕量所代表的是物料達到吸濕平衡時的含水量[7]。有些物料雖然平衡吸濕量很大，吸濕過程卻很緩慢；而有些物料在一定短時間內吸濕量猛增，之后卻增長緩慢。所以平衡吸濕量只能衡量吸濕終點物料的特性，而不能反映物料吸濕過程的速度特征。為表征物料吸濕速率，本研究參考文獻[8]，引入吸濕率-時間曲線以及吸濕初速度、吸濕速度、吸濕加速度等參數。以冀能較全面的表征中藥噴干粉的吸濕行為。

平衡吸濕量測定方法：取樣品約300 mg，精密稱量，平攤于稱量瓶中，厚度不超過5 mm，開蓋置于干燥器中48 h脫濕平衡。精密稱重后置于25 ℃，相對濕度75%的恒溫恒濕箱中，每隔一定時間測定，計算吸濕增重，一直維持24 h。

噴霧干燥樣品吸濕率-時間曲線的繪制：計算吸濕率，以吸濕率為縱坐標，時間為橫坐標，繪制吸濕率-時間曲線。吸濕率=（吸濕后樣品質量-吸濕前樣品質量）/吸濕前樣品質量×100%。

吸濕過程動力學分析：粉體吸濕過程數據一般可用多項式方程進行擬合，對噴霧干燥各樣品的吸濕曲線數據進行回歸擬合，可得到如下吸濕方程[9]。

由方程（1）～（3）求算各樣品的吸濕初速度、吸濕平衡時間、吸濕速度與吸濕加速度。

2.5 微粒的形貌觀察

取不同條件下制備的噴霧干燥粉末少許，固定于電鏡樣品臺導電膠上噴金，然后在真空條件下進行成像觀察。

3 結果與討論

3.1 吸濕曲線的繪制與吸濕過程速度方程的計算與比較

骨痹顆粒噴霧干燥實驗結果見表1。

為了表征不同噴霧干燥條件下粉末的吸濕特征，按照表3的擬合方程以2.4.2項下方法進行了數學計算，得到各組不同條件噴干粉末的吸濕初速度與吸濕平衡時間數據，見表4。按照表3的吸濕速度方程繪制出了吸濕速度變化曲線，見圖1。

由表3，4中的數據可知，D2組的吸濕初速度最大，B2組的吸濕初速度最小，D2組的吸濕平衡時間最短，A1組的吸濕平衡時間最長。由表4中可知，吸濕加速度也不像文獻[10]報導的維持在一個恒定的值，以A2組為例，由它的一元二次方程可知其吸濕加速度曲線呈“拋物線”型。即吸濕過程不是一個勻減速過程。由圖1可知，同一組的噴干粉末吸濕速度變化情況也不一樣。此處要說明的是，4組實驗中均出現了吸濕速度變為負值的情況，作者推測這種情況基本排除實驗誤差的情況，原因可能是物料的吸濕性能由化學組成和物理性質共同決定，隨著吸濕過程的進行，中藥出現液化的情況，顆粒的物理結構漸漸消失，便會釋放出一部分水分。由此可見不同噴霧干燥條件下，化學組成相同的噴霧干燥粉體的吸濕過程存在較大差異。中藥噴干粉體的吸濕過程相對復雜，里面可能包含著很多相互影響的作用，其中的具體機制待進一步探究。

3.2 粉體微觀形貌分析

按2.5項下方法，獲取噴霧干燥粉末不同樣品微粒的的掃描電鏡圖見圖2。

溫度下，均出現了較強程度的黏連，結合前面的含水量測定結果分析，認為過低的的進口溫度與過高的進口溫度均不利于噴霧干燥的進行，過低的進口溫度導致含水量過高，而這誘導了粉末的黏性產生；過高的進口溫度使粉末的含水量過低，不僅粉末吸濕活性更強，且粉末易于團聚也會加劇粉末的黏連。不同的進料密度下粉體的粒徑出現了明顯的差異，送料密度為1.01 g?mL-1，粉體的粒徑在1～3 μm；而送料密度為1.05 g?mL-1，大部分粉體粒徑都集中在6 μm左右。不同送料速度下的噴干粉體的形態與粒徑未見明顯差異。不同空氣流速的粉體粒徑也出現了明顯差異，空氣流速30 m3?h-1中大顆粒的數量明顯多，粒徑集中在4～10 μm；而空氣流速50 m3?h-1粒徑明顯偏小，大部分集中在1～2 μm。另外實驗也發現，除了120，180 ℃時粉末發生嚴重黏連之外，其他各組的粉末均呈現出了較優的球狀，一般認為球形顆粒具有更好的粉體學性質，這也說明了骨痹顆粒的噴霧干燥溫度控制在150 ℃左右較為適宜。

3.3 關于吸濕機制的若干分析

整個吸濕過程的主要影響因素有兩大類：一類是制劑原料的物理特性，如制劑原料的孔隙率、含水量，粒徑[11]、粒子的表面性質[12]等；另一類則是由制劑原料的化學特性，如化學基團所決定的制劑原料與水分子之間的吸引力。從本文的實驗結果來看，噴霧干燥條件的不同，造成了粉體物理性質，如含水量、粒徑等的差異，而這些差異也確實帶來了粉體吸濕性能上的不同。

吸附理論[13]認為制劑原料吸濕的主要動力是水的擴散，環境中的水分子吸附于制劑原料表面，隨著水分子濃度的增大，內外壓差促使水分逐步向內部滲透。因而，中藥的吸濕行為可以描述為水分子向內部擴散的一個過程，而此過程可以用FICK′s定理來描述[14]。dw/dt=-DA（dc/dx），式中，w為t時浸膏表面含水量，dw/dt為擴散速度，A為擴散面積，dc/dx為濃度梯度，dc代表表面的水分子濃度，dx表示擴散間距。“-”表示擴散方向為濃度梯度的反方向，即擴散物質由高濃度區向低濃度區擴散，D為擴散系數（其受多方面因素影響，如溫度）。

由FICK′s定律可知，擴散面積、擴散系數、濃度梯度越大，水分的擴散速度越快，也就是吸濕性越強，反之則越弱。所以吸濕曲線的分析結果可以結合圖2和FICK′s定理來得到合理的解釋。

圖2顯示，由于溫度較高，A2組粉末的含水量更低，其表面的活性基團具有更強的吸水活力。所以其在短時間內可以吸附大量的水，具有更高的吸濕初速度10.412 0 g?h-1。當表面吸附一定的水后，由于A2組粉末內部的含水量（2.66%）也很低，造成了內外大的濃度梯度，所以吸濕速度也較A1組更快（由圖1中A圖可以看出）。但隨著內部水分的越來越多，內外水分子濃度梯度的減小，其吸濕速度也急劇減緩。而120 ℃粉末由于內外的含水量（6.79%）均要高，所以無論是外部的吸水速度還是水分向粉體內部擴散的速度都要慢，造成了總體吸濕過程的緩慢，吸濕平衡時間也更長為13.55 h。

圖2中B2組的粉體粒徑要比B1組明顯大，可見相同質量的粉體，B1組的比表面積要比B2組大。由FICK′s定律可知，B1組的擴散初速度與擴散速度要比B2組快。所以B1達到吸濕平衡的時間也更短。這與表4和圖1中B圖的結果相符。在實驗中發現隨著實驗過程的進行，粉體B1出現了部分液化的現象。其原因可能是隨著吸水過程快速進行，誘導了粉體之間的黏性增大，導致粉體之間互相粘附，見圖3。而此過程帶來的影響是擴散表面積減小，擴散速度變慢。與此同時，也伴隨著濃度差的影響，即隨著水分擴散的進行，粉體內外的水分濃度差快速減小，進而導致擴散速度的進一步變慢。圖2中D1、D2也可以通過上述原理來解釋，在此不重復說明。

C1，C2圖中粉體粒徑未見明顯差異，可見進樣速度不同對粉體粒徑的影響不大。由表2知，C1組粉體含水量為3.97%，C2組含水量為4.73%，可見含水量的差異也不大。由表2，3可發現，2組噴干粉末的吸濕擬合曲線很相似，每個時間點的吸濕率也相差較小。C1，C2 2組的上述結果再一次提示了粉體的粒徑差異和含水量是影響粉體吸濕性的主要因素。

綜上所述，根據實驗結果，在本研究的實驗體系中，可得較佳工藝條件為進口溫度150 ℃，進料密度1.05 g?mL-1，進料速度20 mL?min-1，空氣流速30 m3?h-1。在此綜合條件下，得到的粉體具有較優的形態特征，并且具有較優的吸濕動力學過程，包括較小的吸濕速度，與較長的吸濕平衡時間。

4 結論

本文以骨痹顆粒水提液為模型體系考察了噴霧干燥條件對粉體的含水量與平衡吸濕量的影響。研究發現，噴霧干燥諸多工藝條件中，送料密度和空氣流量對粉體的吸濕性影響較大，這對探索中藥物料復雜體系噴霧干燥作用機制，指導實際生產具有參考意義。本研究所采用的研究方法與考察指標，亦可為評價中藥物料改性條件提供借鑒。

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Research about effect of spray drying conditions on hygroscopicity of spray

dry powder of Gubi compound′s water extract and its mechanism

ZONG Jie1，2，SHAO Qi2，ZHANG Hong-qing2，PAN Yong-lan1，2，ZHU Hua-xu1，2*，GUO Li-wei1，2*

（1. College of Pharmacy，Nanjing University of Traditional Chinese Medicine，Nanjing 210023，China；

2. Key Laboratory of Chinese Herbal Compound Separation，Nanjing 210023，China）

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1智能制造簡介

智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。以智能制造技術（Intelligent Manufacturing Technology，IMT）為基礎組成的系統叫做智能制造系統（Intelligent Manufacturing System，IMS），它具有以下特征:

①具有獲取信息并以此來決定自身行為的能力。要具有獲取信息并以此來決定自身行為的能力，也就是需要智能系統對信息具有一定的分辨能力，這要求系統的模型必須建立在相應的知識庫上，系統運用知識庫來決定自身行為。

②實現人機一體化。實現人機一體化就是使人和智能機器在制造過程中相互協作，在此系統中不能把人間單的當作操作者來看待，要意識到此時人和智能機器是平等的，可以認為他們是為了完成某些項工作而進行合作的兩個個體，他們需要做的就是運用各自的特長來完成任務。

③擁有學習能力和自我維護能力。產品制造是在不斷發展和變化的，因此在制造過程中所需要的知識也不斷的增加，同時在運行過程中不可避免的會出現故障，為了更好的適應社會對產品制造的要求，需要智能制造系統擁有學習能力和自我維護能力。

智能制造在現代制造業中應用廣泛，主要包含產品智能設計、加工過程智能監控、產品在線智能測量、機器故障智能診斷、制造系統的知識處理與信息處理、制造系統的智能運行管理與決策等方面。

2智能制造在中國制造業的應用現狀及發展趨勢

2.1國內外智能制造的發展狀況

自20世紀80年代智能制造提出以來，世界各國都對智能制造系統進行了各種研究，首先是對智能制造技術的研究，然后為了滿足經濟全球化和社會產品需求的變化智能制造技術集成應用的環境——智能制造系統被提出。智能制造系統是1989年由日本提出的，隨后還于1994年啟動了先進制造國際合作項目，包括了公司集成和全球制造、制造知識體系、分布智能系統控制、快速產品實現的分布智能系統技術等[1]。近年來，各國除了對智能制造基礎技術進行研究外，更多的是進行國際間的合作研究。 　在我國對智能制造的研究也早在上世紀八十年代末就已開始。在最初的研究中在智能制造技術方面取得了一些成果，而進入21世紀以來的十年當中智能制造在我國迅速發展，在許多重點項目方面取得成果，智能制造產業也初具規模。總的來說我國在智能制造方面的發展是不錯的，近年來國家和各大制造企業對智能制造的發展也越來越重視，越來越多的研究項目成立，研究資金也大幅增長。

2.2智能制造在我國的發展趨勢

在我國制造業未來的發展中，智能制造必將扮演更加重要的角色。我國必將由制造大國向制造強國轉變，這就要求我國制造業由粗放型向集約型轉化，這就要求我們必須控制能源消耗的增長，而通過智能制造系統能夠更加充分的利用原材料，有助于我國制造業向集約型轉化。要發展好智能制造，我們首要的任務是盡快建立起智能制造的理論體系，理論體系是整個智能制造的基礎，也是全面發展智能制造的前提。在建立理論體系的同時技術體系也要相應的建立起來，智能制造系統是以智能制造技術為基礎建立起來的，它以智能制造技術為基石。最后，結合我國制造業實際情況，建立符合我國制造業發展需要的特色智能制造系統。

3結語

篇（4）

機電一體化又稱機械電子學(Mechatronics，由英文機械學Mechanics的前半部分與電子學Electronics的后半部分組合而成)。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛應用，機電一體化技術獲得前所未有的發展。現在的機電一體化技術，是機械和微電子技術緊密集合的一門技術，它的發展使冷冰冰的機器有了人性化和智能化。如今的現代化企業已經進入了嶄新的智能制造時代。

一、智能制造的概念

智能制造應當包含智能制造技術(IMT)和智能制造系統(IMS)。因本文不涉及智能制造技術本身，只側重于論述制造模式，所以重點討論智能制造系統。智能制造技術是指利用計算機模擬制造專家的分析、判斷、推理、構思和決策等智能活動，并將這些智能活動與智能機器有機地融合起來，將其貫穿應用于整個制造企業的各個子系統，以實現整個制造企業經營運作的高度柔性化和集成化，從而取代或延伸制造環境中專家的部分腦力勞動，并對制造業專家的智能信息進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發展的一種極大地提高生產效率的先進制造技術。智能制造系統是指基于IMT，利用計算機綜合應用人工智能技術、智能制造機器、技術、材料技術、現代管理技術、制造技術、信息技術、自動化技術、并行工程、生命科學和系統工程理論與方法，在國際標準化和互換性的基礎上，使整個企業制造系統中的各個子系統分別智能化，并使制造系統形成由網絡集成的、高度自動化的一種制造系統。

IMS是智能技術集成應用的環境，也是智能制造模式展現的載體。IMS理念建立在自組織、分布自治和社會生態學機制上，目的是通過設備柔性和計算機人工智能控制，自動地完成設計、加工、控制管理過程，旨在解決適應高度變化的環境制造的有效性。由于智能制造模式突出了知識在制造活動中的價值地位，而知識經濟又是繼工業經濟后的主體經濟形式，所以智能制造就成為影響未來經濟發展過程的制造業的重要生產模式。

二、智能制造系統的特點

IMS具有以下幾個特征:

一是自組織能力，二是自律能力，三是自學習和自維護能力，四是整個制造系統的智能集成，五是人機一體化智能系統，六是虛擬現實。

綜上所述，可以看出IMS作為一種模式，它是集自動化、柔性化、集成化和智能化于一身，并不斷向縱深發展的先進制造系統。

三、智能制造的支撐技術

人工智能技術；

并行工程；

虛擬制造技術；

信息網絡技術。

四、智能制造主要研究內容及目標

1.智能制造主要研究內容

（1）智能制造理論和系統設計技術；

（2）智能制造單元技術的集成；

（3）智能機器的設計。

2.智能制造主要研究目標

（1）整個制造過程的全面智能化，在實際制造系統中，以機器智能取代人的部分腦力勞動作為主要目標，強調整個企業生產經營過程大范圍的自組織能力。

（2）信息和制造智能的集成與共享，強調智能型的集成自動化。

五、智能制造的發展簡況

1.國外發展簡況

自20世紀80年代美國提出IMS概念以來，IMS一直受到眾多國家的重視和關注。日本、美國、加拿大、澳大利亞、瑞士和歐洲自由貿易協定國在1991年1月聯合開展了由日本首先于1990年4月提出的為期10年的IMS國際合作計劃。

2.國內發展簡況

我國20世紀80年代末也將“智能模擬”列入國家科技發展規劃的主要課題，已在專家系統、模式識別、機器人方面取得了一批成果。1993年，中國國家自然科學基金委員會重點項目“智能制造技術基礎的研究”獲準設立，1994年開始實施，由華中理工大學、南京航空航天大學、西安交通大學和清華大學聯合承擔。研究內容為IMS基礎理論、智能化單元技術、智能機器等。至今，已取得了不少可喜的研究成果。

篇（5）

一、高端智能制造業概述

高端智能制造業中包含了傳統行業與新興行業，在制造工藝方面充分引入現代智能技術，產品質量得到提升的同時在質量上也有很大的進步。遼寧地區傳統行業中的高端智能制造業所占有比例比較大，在新型行業中仍然處于發展階段。高端智能所體現的層面也有很大差異性，比較常見的是技術層面的高端創新，增大了對創新技術的應用比例，其次是在價值方面體現的高端智能，通過產品創新設計，在原有功能基礎上增加了操作的智能比例，更符合商品的市場需求。由此可見遼寧開展高端智能制造業規劃發展是一項長期項目，對遼寧地區的經濟發展也有很強的持續促進作用。

二、遼寧高端智能制造業的發展現狀分析

（一）發展具有絕對性優勢

遼寧地區制造產業基礎資源豐富，屬于國家重點規劃發展的重工業基地，在制造行業中的發展經驗也十分豐富，因此與其他區域相比較更具有發展優勢。尤其是重工業配電機械的生產制造，具有多項自主研究專利，在全國范圍內也名列設計創新前茅。高端智能領域的制造發展在我國起步較晚，遼寧地區也率先進入到高端智能產品的研究行列中，擁有豐富的傳統模式重工業制造經驗，向高端智能轉型自然也可以節省時間。統計遼寧占據全國前10位的制造產業共有58類，其中也包含了計算機等高端智能化產業，由此可見在開展高端智能制造領域中擁有絕對性的優勢，但想要達到高端智能產業的全國領導性地位，仍然需要從根本上進行轉型。

（二）高端智能制造業劣勢分析

雖然制造產業的規模大，但在生產能力以及經濟獲利能力上并不相匹配，存在著規模大能力弱的現象。同時遼寧地區的工業發展習慣以密集勞動力來提升生產加工能力，這一點與高端智能產業存在理念上的沖突。雖然從表面分析遼寧的制造業經濟收益在不斷的增長，但密集勞動型的產業在技能創新上存在落后的現象，經濟收益進步也是以勞動成本低為前提的，這樣的經濟體系建立后并不牢固，受高端智能生產沖擊影響嚴重，想要實現高端智能制造業的全面發展，需要從根源上轉變這一模式，大規模逐漸過渡到高精準，采用先進的技術方法來提升產量與經濟收益，這樣的發展計劃才是長遠可行的，并且能夠幫助解決傳統產業中所存在的問題。這種落后的發展模式對吸引外商投資也造成了極大的阻礙，下面是統計2009～2013年遼寧吸引外商直接投資的項目數量變化表格。

通過觀察上述表格可以發現遼寧地區在高端智能制造業的外商直接投資項目數量上是逐年遞減的，造成這一現象的原因與產業發展結構有直接關系，也就是上述文章分析的勞動生產形成原因。

（三）高端智能制造業發展機遇

經濟全球化對各省份工業影響嚴重，對傳統產業帶來沖擊的同時，全面接軌國際先進技術也為企業帶來了全新的發展機遇。遼寧省如果能夠緊跟潮流，抓住這次機遇在發展理念上做出轉變，創造適合高端智能制造業發展的環境，在發展成果上會取得更大的進展。全球化科技發展浪潮所帶來的機遇比較顯著，大量的國外科技企業在轉移過程中會選擇國內的承接地，而遼寧省屬于國內著名的制造業發展區自然被選擇的機遇也是相對比較大的，遼寧工業產區適當的調整自身模式，必然可以獲得更多的機遇。其次是金融危機環境下所帶來的機遇，此時的機遇與沖擊是并存的，受金融危機影響一些外國的高端智能制造產業競爭能力被大大削弱，正為遼寧地區的新興企業創造了機會。一些高端生產設備的采購成本也因此而下降，專業領域人才也會重新考慮發展平臺，為遼寧地區所開展的高端智能制造領域突破性發展創造有利基礎環境。

三、遼寧高端智能制造業的發展策略

（一）從制度層面入手，建立適宜高端智能制造業發展的市場環境

市場氛圍營造需要政府采取干擾措施，對現有的制度體系進行探討，重點解決落實過程中所遇到的問題，通過這種方法也能促進企業更合理的利用資源，實現高端智能產業的資源優化利用。制定符合高端智能制造業發展需求的市場環境體系，市場公平環境的維護也十分重要，一些剛剛起步的產業在競爭能力上相對較弱，只有在公平的環境中才能夠得到穩定發展。加大民營企業的扶持力度，這樣可以幫助更好的協調現場工作環境，從根源上解決國營企業市場活性不足的問題。制定清晰的市場競爭制度，有利于市場環境下不同規模企業共同發展進步，政府要加大力度對私有財產的保護力度，發揮宏觀調控作用，在如此的制度市場環境下才是最適合遼寧高端智能制造業發展的。政府對企業扶持同時也要考慮是否會造成企業的依賴性，要培養企業的自主創新能力，這樣才能更快適應市場競爭環境，實現企業在高端智能制造領域上突破性的發展。

（二）轉變發展模式，增強自主創新能力和競爭力

高端智能領域與常規的工業生產制造領域不同，決定企業發展前景的關鍵性因素是科技創新，傳統工業制造中僅僅依靠提升勞動力生產量來實現經濟收益增長，缺乏自主創新很難在高端智能領域占據有利位置，還會造成同行業之間的競爭能力下降。廣州省在高端智能領域中的發展十分迅速，同時也吸引了大量外商直接投資，原因在于注重企業自主創新，企業都具有同行業中獨特的競爭吸引因素，在此基礎上所開展的規模擴大也更穩定，具有長期發展的潛質。遼寧高端智能制造業發展也應當充分借鑒這一模式，對傳統的發展模式做出轉變，注重企業經營理念創新，同時加大自主研發力度，在這樣的工作模式下，企業的管理資源也能夠得到高效利用，在同行業中更具備競爭優勢，實現遼寧省智能工業的全面發展。自主創新能力是競爭能力提升的基礎，企業在轉型初期可能還不具備相關方面的能力，但經過一段時間的經驗總結與技術積累，要逐漸向自出創新研發方面轉型，更好的適應綜合市場環境，達到預期的發展建設目標。

（三）鼓勵中小企I發展，培育知名品牌，進而建立創新型產業集群

大型企業雖然在綜合能力上比較突出，但僅僅依靠發展大型企業會造成遼寧高端智能制造業發展后勁不足，甚至還會造成市場壟斷現象。針對這一問題，有效解決措施是扶持中小型企業，鼓勵民營形式的高端智能制造企業發展，這樣可以在市場環境中引入競爭，對國營企業發展也能起到激勵作用。培育遼寧地區知名的高端智能制造品牌也是十分必要的，通過這種方法來吸引更多的外商選擇投資，同時品牌形成后在市場環境中也更具有競爭能力，會有更多的消費者認可，為企業發展帶來更多的經濟效益。企業既要保障各自的自主創新研究體系，同時在經營發展過程中相互配合交流也是十分重要的，通過這種方法有利于企業做出更準確的自身定位。創新型產業集群的建立需要政府做出控制，建立公共企業交流平臺，對平臺的維護也要定期進行，確保其中所提供的信息與市場實際情況保持一致，這樣也能夠協調好發展資源利用問題。遼寧高端智能制造業發展要放眼世界標準，在生產制造技術與企業管理上與國際接軌，成為我國的智能制造業領導企業。增添新活力更要結合市場宏觀環境來進行，開展高端智能制造業發展同時也要注重對傳統工業的保護，以免影響到工人的就業生存，這樣的配合發展模式才能更長遠發展，達到企業的需求標準。

高端智能制造業是現階段制造業的核心和基礎，而高端智能制造業是高端智能制造業中技術含量高、附加值高和占據產業鏈核心部位的高端智能制造業。技術創新是高端智能制造業發展的關鍵性推動力，技術結構升級與高端智能制造業內部結構升級具有高度的耦合性。高端智能制造業是遼寧省重點發展的戰略新興產業之一。經過多年的發展，遼寧已經形成航空產業、軌道交通裝備業、海洋工程裝備以及智能制造裝備四個細分領域內的行業領軍企業，和以沈陽、大連為核心，以鞍山、撫順、鐵嶺等為輔的高端智能制造業集群區域。通過這種全面發展規劃的落實，對促進遼寧制造業進步也有很大的幫助。

參考文獻：

[1]于新東，牛少鳳，于洋.培育發展戰略性新興產業的背景分析、國際比較與對策研究[J].經濟研究參考，2011（16）.

篇（6）

0引言

中國對智能制造和產業自動化升級的需求，催生了巨大的機器人市場。然而作為新興智能裝備制造業的機器人產業，計量標準體系的缺失，可能令機器人產業難以走入良性循環，進而影響我國智能制造產業的發展。世界領先的工業機器人制造商ABB公司質保及校準部經理Peter Fixell認為：“一臺真正好的工業機器人，應該在其整個生命周期內都會保持良好的精度……”。然而在中國，一直是國外機器人的天下。因此，盡快制定我國具有自主知識產權的機器人基礎標準和計量檢測體系，打破國際技術性貿易壁壘并實現與國際標準接軌，為推進機器人產品走向市場奠定基礎，對推動中國制造搶占高端制造業市場具有重要意義。

1智能制造的發展現狀

智能制造源于人工智能的研究。一般認為智能是知識和智力的總和，前者是智能的基礎，后者是指獲取和運用知識求解的能力。智能制造應當包含智能制造技術和智能制造系統，智能制造系統不僅能夠在實踐中不斷地充實知識庫，具有自學習功能，還有搜集與理解環境信息和自身的信息，并進行分析判斷和規劃自身行為的能力。

早在2011年，美國就率先了國家先進制造伙伴計劃，重點關注和支持智能化技術和智能制造。德國作為全球制造業中最具競爭力的國家之一，也于2013年了工業4.0戰略。其他制造業區域如歐盟、日本、韓國也紛紛了與智能制造相關的國家機器人發展戰略。可見當前，新一輪工業革命已成為世界各國戰略布局的主要方向，發達國家和地區紛紛把智能制造和機器人作為國家戰略，搶占智能制造技術和市場的制高點。以機器人、智能制造為代表的“工業4.0”時代已悄然來臨。我國經過多年的高速發展之后，已進入經濟發展的新時代，目前是在由制造業大國向制造業強國邁進的關鍵時期。

中國工程院院士盧秉恒就中國制造業的發展提到了支撐智能制造的三大技術：機器人、智能裝備、3D打印機，其中機器人技術是助推智能制造的關鍵之一。與此同時，自2013年起連續三年時間內，我國已提前步入機器人時代，產業急速井噴，目前已然成為世界第一大機器人市場。

然而，我國的機器人產業大而不強。首先，我國的裝備制造業中，關鍵零部件自給率低，如目前80%的集成電路芯片制造裝備還嚴重依賴進口，更別說高性能傳感器、先進材料以及高速精密軸承等。

其次，我國裝備制造業中先進技術對外依賴度高，精密測量技術、智能控制技術、智能化嵌入式軟件、機器視覺都非常缺乏。新型傳感器的感知技術、在線分析技術、大功率變頻技術等構成智能制造裝備或實現制造過程智能化的重要基礎技術主要依賴進口。

這些電路芯片、先進傳感器、精密測量和控制技術都是機器人產業、智能制造的基礎。機器人的材料、關鍵零部件到整機、裝備到系統集成，都需要進行測試，才能檢驗其是否滿足性能的要求。伴隨著機器人產業的發展，作為直接關聯的傳感器、儀器儀表和計量測試行業，成為未來的重點發展方向。

2計量科學是智能制造能力提升的保障

2016年是國家“十三五”規劃開局之年，也是“十三五”規劃的政策落地年。為推動中國傳統制造業轉型升級和可持續發展，加快智能制造技術與裝備創新發展和產業化，不單政府在積極制定政策助力中國制造協同創新發展，高校、研究院所、企業等機構也自發組織產業協會和聯盟，期望通過機器人技術推動制造業實現跨越發展，最終實現我國從“制造大國”向“制造強國”邁進。

在各類國家創新能力的驅動和評價模型中，很少提及計量和質檢工作，但是計量質檢水平卻又被確認為國家競爭力和國家綜合國力的最直接的體現。這說明計量和質檢工作對促進國家創新能力的系統性作用的研究和認識還十分欠缺。以機器人技術中的傳感器為例：對于機器人來說，傳感器必不可少，同時，機器人對傳感器有非常嚴格的要求，主要表現為準確度高、可靠性強、穩定性好；電磁干擾、強機械振動、灰塵和油垢等惡劣氣候環境和機械環境下抗干擾能力也非常關鍵；最后就是整機性能和安全、噪聲、儲能和易于校準。

此外，復雜的幾何量測量也是智能制造的核心關鍵。只有幾何量測量儀器結合智能制造中工業機器人，形成智能制造的全方位感知系統，才能促進制造過程中的智能化，為真正形成智能制造打下堅實的基礎。然而，我們也要清楚地意識到，目前幾何量儀器自動化程度極低，還不能形成網絡化，難以在測量現場形成測量數據。

伴隨著智能制造的快速發展，計量科學家也在努力研究新的非接觸測量技術、在線測量技術、自動測量技術，使其能滿足智能制造的高準確度需求。在“2014中國儀器儀表學術產業大會”上，學術界和工業界一致將“智能制造”作為當下的最重要的議題，指出傳統儀器儀表行業應借助“智能制造”尋求新的突破。而我國質檢和計量部門也在積極尋求和高校、研究院所合作，以期在智能裝備制造產業發展中牢牢占據科技領先地位，表1為近年來尋求技術合作的情況。

從表1可以看出，地方政府、高校已經開始圍繞戰略性新興產業開始了“政產學研”的合作，充分發揮科研機構、高等院校科研優勢，有效提升質檢技術機構服務能力，而且積極開展這些合作的省份均是我國機器人產業集群區，或者是經濟發達、對外開放程度高、高校云集以及老重工業基地。這些監督、檢驗和測試中心的成立，對于未來加強我國機器人產品質量監督、相關測量儀器的準確度，提升智能制造產業質量水平有著重要的意義。

3計量科學和智能制造共同助力“中國制造2025”

地方政府在積極推進這項工作的開展，中央政府部門如科技部、發改委也都開始從頂層開始支持我國智能制造、計量科學的發展。2016年科技部會同國家質檢監督檢驗檢疫總局等13個部門，制定了國家重點研發計劃《國家質量基礎的共性技術研究與應用》重點專項實施方案。該方案聚焦產業轉型升級、保障和改善民生、提升國際競爭力等國家重大需求。此項重點研發計劃的實施，其中涉及了多處先進制造和智能制造方面的重點支持方向，如表2所示。

這里提到的國家質量基礎（Nation Quality Infrastructure，NQI），是由計量、標準、合格評定（檢驗檢測和認證認可）共同構成。這個概念是基于聯合國工業發展組織和國際標準化組織在總結質量領域100多年實踐經驗而提出的，被國際公認是提升質量競爭能力的基石，更是保障國民經濟有序運行的技術規則、促進科技創新的重要技術平臺、提升國際競爭力的重要技術手段。

而對于測量儀器和高端設備來說，提升我國科學儀器設備的自主創新能力和裝備水平也是當前的重中之重。國家科技計劃管理部際聯席會還設計了《重大科學儀器設備開發》專項來進行重點支持，以形成具有自主知識產權、“結實耐用”和功能豐富的重大科學儀器設備產品，并進一步服務科學研究和經濟社會發展。

在《重大科學儀器設備開發》專項的申報指南中，提到“傳感器”有29處，可見，《重大科學儀器設備開發》和《國家質量基礎的共性技術研究與應用》兩個重點專項對于未來我國的智能制造、高端計量儀器的研究有著非常大的支持力度。

篇（7）

中圖分類號： TH-39 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）29-160-2

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，機電一體化也得到了快速的發展，并且其生產應用范圍逐步擴大，機電一體化技術已經成為工業化發展的動力。機電一體化技術實現了電子與機械的緊密結合，從而實現了對機械設備的智能化控制和管理，這也是智能制造的構成基礎。在實際的生產制造中，智能制造基本上包含兩方面的內容，一是智能制造系統，另一個是智能制造技術。智能制造已經成為社會工業化發展的主體，使工業生產更加的智能化、人性化，可以準確控制生產過程。而智能制造的發展離不開機電一體化技術，加強機電一體化技術在智能制造中的研究具有重要的現實意義。

1 智能制造概述

從目前的社會發展來看是，智能制造主要包含兩方面的內容：一是智能制造技術（IMT）。主要指的是，技術人員借助計算機模擬系統，從而實現對某一系統的分析、決策等，節省了大量的人力和物力，研究人員只需通過計算機系統就可以實現系統的分析，有效保證了研發的可靠性，同時也保證了生產的實效性。二是智能制造系統（IMS）。可以簡單地理解為人機一體化智能系統，由智能機器人和人類專家共同組成。它在應用的過程中，以計算機為主要工具，借助人類專家進行分析、構思以及決策等智能活動，代替制造工程中人力腦力活動。智能制造系統是智能制造技術的延伸，是集網絡化、自動化技術于一體的制造系統，使整個子系統實現智能化運轉。這也是本文應用研究的重點。

智能制造系統一方面是集成應用的主要場所，另一方面也是智能制造模式展現的主要載體。智能制造系統主要是基于社會生態學的根基上，借助計算機并通過人工智能的控制，從而實現設計、加工以及控制管理等各個階段，該系統在高度變化較為顯著的環境中較為適用。在智能制造模式中對知識體系的注重程度較高，知識經濟也是新興經濟的主導模式，因此智能制造將引領未來社會制造業的潮流，成為發展的必然趨勢與目標。

2 機電一體化技術的發展概況

機電一體化技術研究的時間比較長，在發展的初期人們并沒有實現電子技術與機械技術的融合，還將其視為分裂的個體，主要是要靠電子技術在機械工業中的應用，來提高機械生產效率，提升產品質量。但是，在當時的發展階段，機械工業與電子沒有融合，還是獨立的個體存在于機械生產中，使得其發展水平并沒有達到預期的目的，應用范圍也不大，該技術沒有得到充分的發展。而隨著計算機技術、信息技術等的發展，機電一體化又煥發了新的活力，在生產中得到廣泛的應用，其在智能制造中的應用更是促進了整個機械行業的發展，使生產管理工作更加的智能化、自動化，為生產工作的開展提供了更加便捷的服務。

機電一體化囊括了多種技術，并且不斷更新技術內容，保持技術的先進性。機電一體化技術借助電子技術，以人工智能的方式，借助計算機系統，從而實現對機械設備的自動化控制，使生產更加的便捷、高效。并且隨著網絡技術的出現和普及，出現了很多跨地域生產活動，這主要是借助遠程操控系統實現的。機電一體化技術的應用，解決了很多生產中的難題，使生產活動更加規范化、自動化、規模化。

3 機電一體化技術在企業智能制造中的發展與應用

3.1 傳感技術的應用

傳感技術是機電一體化技術中的一個重要技術之一，由于其具有較高的精準性與敏捷性，可最大限度地免受來自外界其他信號對設備的影響，若將其應用于智能生產中則將會發揮巨大的作用，而普通的傳感器則效果不顯著，若要使用還需構建相對應的傳感器網絡系統，這樣才能實現信息之間的對接與傳輸，并借助計算機將所收集到的信息進行整合與分析，從而使整個生產過程得以有效控制。縱觀當前各大生產制造中所使用的傳感器，我們發現其主要使用的是光纖電纜傳感器，并使用標準化的接口，這樣可大大降低設計的難度與標準，在一定程度上也可節約一定的成本。

3.2 數控生產中的應用

在我國機電一體化最早應用在數控加工技術中，對提升我國機械制造水平方面發揮了重要作用。機械制造業的發展水平直接關系到我國的工業化水平，將機電一體化技術應用到數控制造中，在提升機械加工精度以及機械加工效率方面發揮了重要的作用。數控生產的價值主要體現在加工精度上，所以數控生產對智能控制系統要求十分嚴格。目前數控機床中的智能控制系統基本上采用CPU和總主線模式。該模式利用在線診斷技術和智能控制技術，實行三維仿真，模擬數控技術加工的整個工程，為數控機床的實際操作提供重要的依據。

3.3 自動生產線與自動機械的應用

目前許多大規模生產企業基本上都采用了自動化生產線和自動生產機械。該技術主要是借助電子技術中的光電控制系統以及人機界面控制裝置，從而對生產流程實現全面的控制。自動生產線與自動機械應用的范圍十分的廣泛，例如在電腦、手機等都已經實現了自動化生產線。智能制造企業在生產的過程中融合柔性制造系統（圖1所示），主要利用計算機控制系統對生產設備進行有序的融合，即數控設備、計算機設備等生產要素實行一體化管理，從而實現集約化、網絡化生產。

3.4 工業智能機器人

工業智能機器人是當前機電一體化技術在智能制造中最先進的應用，并且結合了多種先進技術，是人工智能技術、仿生學還有計算機系統等眾多學科相互作用的新型成果。機器人是當期科學技術的研究重點，智能機器人技術是控制論、傳感技術以及信息技術等綜合體，我國在其研究上已經取得了一定的成績，并且在生產行業中已經得到應用。工業智能機器人的出現，在提高產品質量，增加產量以及減輕員工勞動強度方面發揮重要作用。工業智能機器人在應用的過程中具有明顯的優點：一是能夠有效甄別信息資料；二是可快速地完成較為復雜的工作流程；三是生產的精準度高，可應用于軍事生產制造中，受到社會各界的認可。

4 結束語

綜上所述，智能制造是工業生產行業的主要發展趨勢，實現了工業生產的自動化、智能化管理，有效提升了工業生產效率和產品質量，為企業創造更多的經濟效益和社會價值。機電一體化是智能制造實現的重要技術條件，其運用水平也直接關系到智能制造功能的實現。因此一定要注重機電一體化技術在智能制造中的應用，促進智能制造更好的發展。

參 考 文 獻

[1] 林少銳.機電一體化技術在智能制造中的應用[J].科技資訊，2015（14）：92-92，94.

篇（8）

李伯虎認為大數據是智能制造的戰略資源，大數據的感知、采集、存儲、通信、分析、可視化等技術都是智能制造技術的一部分。

因此，要想提升大數據在云制造中的應用率，大數據發展一定要和制造業技術深度融合，同時要和信息通信技術發展深度融合。“所以，我的觀點是‘互聯網+人工智能+制造’，這個時代正在到來。我們現在把大數據當做智能制造核心支撐中的很重要的組成部分，從感知、采集開始，到存儲、通信、分析、可視化，把大數據和信息技術、人工智能技術結合起來進行研究。” 李伯虎說。

同時，李伯虎強調，大數據在智能制造的發展必須要和應用結合，不清楚制造業的特性和制造產品的行業特性，就會連采集什么樣的數據都不清楚。采集的目的不是為了采集，而是為了改進制造流程，因此要對模型、算法等有一定基礎的理解才可以順利完成大數據的采集和應用。

技術、產業、應用協調發展

篇（9）

制造業；智能制造；微笑曲線；智能化

中圖分類號：F27

文獻標識碼：A

doi：10.19311/ki.1672-3198.2016.15.028

1 前言

制造業是我國產業的重要組成部分，也是影響我國競爭優勢的關鍵，長期以來制造業對我國就業和經濟的發展做出了巨大貢獻。但是中國制造業“大而不強、快而不優、制而不創”，長期處于產業價值鏈條的底端，并沒有形成我國對外貿易的核心競爭力。2012年以來我國勞動人口供給逐年減少和老齡化人口逐年增多，國內勞動力成本上升，與此同時西方發達國家實行再工業化戰略導致大量外企回歸母國，我國制造業面臨前所未有的嚴峻挑戰。發展智能制造不僅是產業升級的突破口，也是打造我國制造業國際競爭力的關鍵。2015年5月，由中國工程院啟動的“中國制造2025”強國戰略正式提出，智能制造作為“中國制造2025”的主攻方向，引起國內學者的積極研究。王欽等對智能制造的切入點和架構進行了研究，認為應從客戶切入并打造智能制造的生態圈，冷單等通過對我國智能制造的案例進行研究，提出我國智能裝備產業存在的問題及發展路徑，對智能制造的發展具有很大的指導作用。文章運用微笑曲線理論，以制造業為例分析智能制造發展的有效途徑。

2 微笑曲線理論

微笑曲線理論最早由施振榮先生提出，又名施氏“產業微笑曲線”，旨在為臺灣各產業發展指出努力的方向。微笑曲線如下圖所示，呈微笑嘴型曲線，縱軸代表價值從低到高，橫軸代表產品從研發到售后的整個周期過程。如果把微笑曲線當成是函數曲線，那么曲線在橫軸的積分面積則是價值的總額，從圖中可以看出在產品研發階段的積分面積和產品銷售與服務階段的積分面積最大，面積大意味著利潤大，而生產與組裝階段積分面積小，利潤薄弱。啟示制造業只有走高附加值產業鏈路線，才能獲得較高的利潤。

3 智能制造發展現狀及存在問題

3.1 智能化水平低

我國目前僅有10%的國有大型企業擁有智能裝備，如海爾采用精密傳動裝置，中石油采用石化智能成套設備等。90%的中小民營企業智能化水平低，智能化的高成本在很大程度上阻礙了企業實現智能化的進程。制造業以勞動密集型和資源密集型的加工貿易和組裝為主，依靠低廉的勞動力賺取微薄利潤。

3.2 智能制造產業初步形成

2012年，智能裝備產業實現規模化并實現11052.9億元主營業務收入，年均增長30.6%，順利完成《智能制造裝備產業“十二五”發展規劃》目標；其中儀表儀器，食品包裝，工程機械等裝備產業已經進入標準產業化階段。智能制造產業集聚特征明顯，目前已經基本形成長江三角洲，珠江三角洲和京津冀地區產業集群化分布格局，根據當地產業特色和科技基礎，已經培養出一批特色鮮明的產業集群。如珠江三角洲擁有智能化紡織成套裝備產業，京津冀地區有電池產業集聚區域。

3.3 重點領域人才供給滯后

《中國制造2025》將主攻以下十大重點領域，信息技術產業、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械。每個領域都需要大量科學研究人員和創新型人才。根據中國人力資源市場信息監測中心2015年數據顯示，這九大領域搞技術人員求人倍率均大于3，相關領域人才嚴重短缺。

4 啟示與建議

我國制造業長期處于價值鏈低端，主要依靠價格優勢來占領國內外市場，面對生產上升的壓力，低價格競爭難以維續，智能制造既是制造業的一次發展機遇也是挑戰。如何進行技術革新和產業價值鏈升級是制造業的難題，迎接智能制造浪潮實現競爭力的提升是機遇，文章就微笑曲線理論啟示提出如下建議：

4.1 加強人才儲備，推動勞動力結構升級

智能制造促使制造業向高附加值產業鏈上升，產品研發和服務型人才儲備是關鍵。一方面可以通過充分發揮高等院校和職業學校的基礎性作用對新生勞動力教育，培養高技術研發人才和服務型人才，另一方面通過對制造業生產端勞動力進行在職培訓，培育本土制造業技能人才，促使勞動力從生產領域向服務領域流動，促進勞動力結構升級。

4.2 政府加強政策引導，鼓勵企業創新

針對智能制造制定統一的創新規劃和合理的產業政策，通過政策資金等方式支持制造業企業采用新技術、新設備、新工藝，鼓勵企業進行自主創新，加強校企合作聯合培養人才和技術研發。完善專利制度和專利保護立法，優化創新環境和加大創新技術保護，形成尊重創新和人才的良好社會風向。

4.3 優先發展智能裝備制造業

裝備制造業是生產制造裝備的產業，智能裝備制造業的優先發展可以率先實現制造業智能化，提高生產效率和節約勞動力成本，德國工業4.0優先發展裝備制造業是我國實現《中國制造2025》的活版教科書。

參考文獻

[1]王欽，張a.“中國制造2025”實施的切入點與架構[J].中州學刊，2015，（10）：32-37.

篇（10）

杜寶瑞等（2015）[2]分析了智能工廠的基本特征和框架體系，認為智能工廠與傳統數字化工廠、自動化工廠相比，具有制造系統集成化、決策過程智能化、加工過程自動化、服務過程主動化的特點，其框架體系由智能決策與管理系統、企業數字化制造平臺以及智能制造車間構成，并闡述了這三個關鍵組成部分的基本構成。張益等（2016）[3]提出了基于資源域、服務域和組織域的智慧工廠概念參考模型，搭建了智慧工廠參考層級架構。李利民等（2016）[4]結合汾西重工“十二五”兩化融合建設，提出了高端裝備制造業智能工廠架構、建設目標和思路。張祖國（2016）[5]基于從研發創新到產品運維的全制造服務生命周期迭代過程，構造了智能工廠系統結構參考模型。楊春立（2016）[6]介紹了智能工廠內涵和建設重點、智能工廠主要建設模式、智能工廠發展重點環節等。智能工廠建設成為現今的熱點，且國內學者也對其進行了廣泛的研究，并從不同角度提出了智能工廠模型，但均偏技術層面。同時，目前對于智能工廠的建設還存在概念不清、架構模糊等現狀，很多企業也只是盲目跟風，絕大多數企業還處在部分使用應用軟件的階段，少數企業實現信息集成，極少數企業能夠達到智能工廠的水平。因而，本文從應用層面出發，構建智能工廠參考架構，以期為不同細分領域細分行業的智能工廠建設和實施提供參考。 

2 智能工廠建設 

基于《中國制造2025》的戰略目標，企業智能工廠建設的總體目標為：在生產制造的各個環節應用智能制造技術，完美融合智能裝備，建立企業智能化管理平臺，基于全價值鏈實現產品全生命周期的數字化應用，以相關車間為試點進行智能車間建設，創新驅動，兩化深度融合，建成以降低成本、縮短研發周期、提升產品質量和生產效率為核心的全價值鏈的智能工廠。 

2.1 智能工廠內涵及基本框架 

智能工廠是踐行智能制造模式的重要載體和集中體現，交叉深度融合數字技術、新一代信息技術、智能技術與制造技術，是以客戶的產品數據、優化的工藝流程、協調的生產裝備為核心，實時獲取工廠相關信息；以制造工藝流程和參數指令、智能裝備和生產線、自動化物料配送系統的集成，實現面向產品規劃、設計、制造、檢測和服務等產品全生命周期各個環節的動態整合與優化的一種先進的綜合制造模式，旨在提高工廠的運行效率，快速響應市場、滿足客戶的個性化需求，高效、優質、柔性、清潔、安全、敏捷地制造產品，推動企業各系統的無縫集成，實現產業結構調整和優化。 

智能工廠的技術特征主要包括：（1）采用智能化設計手段和先進的信息化研發設計平臺，實現產品性能與工藝的三維模擬與仿真優化，形成工藝數據庫和知識庫，實現產品研發設計的數字化智能化。（2）具有能自動完成產品制造過程，且能與互聯網進行集成實現網絡協同制造的智能生產線。（3）具有即插即用的軟件集成平臺，可對各種規模的生產線或整個工廠的運行進行模擬仿真以及優化。（4）設備聯網進行實時數據采集，實現智能調度、制造信息全過程跟蹤以及產品質量跟蹤追溯。（5）實現產品全生命周期管理（PLM）、制造執行系統（MES）、企業資源計劃（ERP）的集成應用和綜合管控，建立統一的信息管理平臺。 

根據智能工廠內涵及技術特征表述，描繪了智能工廠的基本框架，如圖1所示。 

智能工廠基本框架具備智能工廠的四個特性：生產智能、過程智能、設計智能和管理智能，集成先進制造技術、數字技術、信息技術和智能技術。在實際生產中，工廠擁有眾多加工裝備、生產線、車間等，這些加工裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的智能制造裝備，如數控加工中心、高檔數控機床、智能儀器儀表與試驗設備、工業機器人等智能專用裝備等；工廠部署的生產線屬于自動化或智能化生產線，主要通過系統來操作運行，無需人工操作。智能化裝備和生產線以及建設的智能車間能為制造過程提供生產所需的基礎設施和制造資源。在實際生產之前，基于歷史加工數據和制造信息對整個生產制造流程進行全面的仿真、模擬，然后通過生產線智能管控系統向實體工廠輸出工藝、參數以及加工指令，通過工廠中部署的智能裝備、自動化生產線和智能車間進行智能化生產。進行設備聯網，用于工況感知和實時獲取生產數據，實現數據的自動采集和人機交互等功能。與此同時，生產線智能管控系統通過生產資源管控、質量控制等對制造過程進行實時監控、調整、優化，以使制造流程達到最優水平。

       　2.2 智能工廠參考架構 

面對制造模式的智能化轉型升級，智能制造的本質仍是關注智能機器與人在生產過程中的深度融合，旨在使機器具備自動識別、計算分析、構思推理、主動服務以及決策判斷等能力，建設機器與人完美契合的智能工廠。智能工廠建設需要進行頂層設計，而頂層設計的方法論就是設計參考架構。以智能工廠的內涵、技術特征、基本框架為基礎，本文定義的參考架構是從工業軟件層面出發，并將其應用在工廠實際生產環節中，兩者相結合以完成生產任務的架構。這一參考架構使應用軟件和工廠生產之間的協作得到實現，并可以指導以智能工廠建設為需求的應用項目，支持制造型企業業務運營和業務創新，構建核心競爭力。智能工廠參考架構如圖2所示。 

2.2.1 參考架構體系 

智能工廠架構體系分為五層，每層分工不同，各有側重，而又緊密集成，形成上下交互的整體架構。 

（1）企業層：基于管理理念、生產模型、標準規范、優化的業務流程，結合行業相關應用，進行智能工廠整體規劃，建立企業管理信息系統。 

（2）運營層：整合企業信息管理系統，包括供應鏈管理（SCM）、企業資源計劃（ERP）以及客戶關系管理（CRM），三者有效結合，相互支持相關依賴，形成一個完整的閉環發揮整體效用，幫助企業改善運營效率，提升管理水平。 

（3）執行層：智能化生產系統及過程是涵蓋智能工廠的核心，就是對生產過程的智能管控，即制造執行系統MES。以MES作為生產執行層，處于中間橋梁作用，連接上下層級，使整體架構互融互通，起到了支撐整個架構的枝干作用。智能工廠建設必須從全局出發，以MES系統為核心，考慮生產的各個方面，隨時獲取實時數據，最大限度地提升企業的生產效率和管理水平。 

（4）過程層：實現產品全生命周期管理，貫穿產品的產能規劃、產品設計、工藝設計、制造運行、檢測及服務過程，實現價值鏈端到端的數字化流程優化和集成。 

（5）支撐層：利用智能制造技術如工業物聯網、工業大數據、云計算等，配備智能裝備和生產線實現數據采集和人機交互等功能，加之嵌入式應用系統和遠程服務，為企業層、運營層、執行層和過程層的部署和管理提供基礎能力。 

企業層、運營層、執行層、過程層以工業軟件應用為組成，依托于IT支撐，集云計算、大數據、智能裝備、信息安全于一體，全局考慮，有效地對整個智能工廠建設進行規劃。搭建一個軟硬件結合，多系統相互集成、協調的完整的智能工廠架構體系。 

2.2.2 參考架構特點 

（1）高度集成的智能工廠管控平臺。建立高度集成的智能工廠管控平臺，通過梳理、優化業務流程，利用新一代信息技術，建立信息集成平臺，支持制造資源的優化配置、供需雙方的快速匹配，提高制造效率，全面實現信息化管理，建成快捷、高效的信息化綜合管理系統。管控平臺以數據中心進行展示，是智能工廠最高的指揮控制中心，可以將工廠的機器設備、工裝模具、產品物料、人員狀態、物流輸送、生產運營等信息直觀地在大屏幕上顯示。具體包括工廠及車間的整體規劃布局；設備運行狀態監控及進度；產品的三維模型、動態仿真和工藝展示；生產計劃跟蹤和展示；產品質量統計分析；庫存信息統計等。 

（2）以數據為核心，實現互聯感知。基于硬件、軟件、網絡和工業云（新四基：一軟、一硬、一網絡、一平臺）等一系列工業技術和信息技術構建起的智能系統其最終目的是實現資源優化配置。實現這一目標的關鍵要以數據為核心，并實現它的自動流動。實現數據的自動流動具體來說需要經過四個環節，分別是：感知、分析、決策、執行。大量蘊含在工廠物理設備中的隱性數據經過感知被轉化為顯性數據，進而能夠通過信息技術手段進行分析，將顯性數據轉化為有價值的信息。各層級系統的信息經過集中處理形成對外部變化的科學決策，并將信息進一步轉化為知識。最后以更為優化的數據作用到工廠物理層，構成一次數據的閉環流動如圖3所示。 

感知。是各類數據獲取。工廠的在生產制造過程中產生了大量數據。包括了物理尺寸、運行原理、環境溫濕度、機子轉速、液體流速等。感知是指通過物聯網技術將各類數據通過傳感器的手段采集到信息系統，使得數據可視化，將來數據從隱性數據變為顯性數據。這個環節是對數據的初始化加工，是形成數據自動流動的起點。 

分析。是對顯性數據的加工。將“感知”階段的數據通過清洗、建模、算法等手段賦予數據之間的關聯關系的過程。通過數據挖掘技術、機器學習技術等數據分析處理技術將感知得來的信息進行進一步分析，給予數據不斷地賦值，將顯性數據通過一系列技術手段變為可被直接使用信息。 

決策。是對信息的判斷和深加工。將“分析”階段的信息通過不斷地積累和深加工形成最優知識庫的過程。通過上一階段對各個層次數據不斷的開發利用，將形成不同層次、不同系統、不同領域的各類信息，通過對各類信息的綜合決策（歷史積累、現實評估和未來預測），形成最優方案，不斷迭代和反復優化智能工廠所需的知識庫。 

執行。是對決策的實現。將“決策”形成的知識庫通過數據的形式作用與智能工廠的物理設備的過程。通過信息技術手段知識庫形成的最優決策轉換成可被物理設備接受的數據命令，實現智能工廠的精準執行。使得智能工廠的設備運行更加可靠，資源調度更加合理，最終實現工廠效率的提升。 

因此，基于數據自動流動的感知、分析、決策和執行，解決智能工廠生產制造過程中的復雜性和不確定性問題，提高資源配置效率，實現資源優化。 

3 結語 

近年來制造業面臨著諸多的挑戰和壓力，競爭力不斷加劇，如加快投入市場的速度，越來越短的產品生命周期，復雜的產品和生產流程，個性化、多樣化的生產模式，價值鏈協同和可持續發展等，智能制造的出現，將為各制造企業解決現有問題、實現創新驅動轉型提供了一條全新的發展思路和技術途徑。智能工廠建設作為智能制造發展的載體，是當前制造業的發展愿景，也是正在積極努力的重點方向。但對于智能工廠，既沒有統一的定義、統一的衡量標準、統一的框架，也沒有固化的參考架構，因此，如何建設與企業戰略規劃一致且符合企業自身實際應用需求的智能工廠是亟需在實踐中思索和探討的。總之，各制造企業應遵循智能制造的基本思路，統籌布局智能制造規劃，確定智能制造模式業態以及智能工廠實施路徑和實施計劃，全面提升制造業整體水平。 

參考文獻 

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[2]杜寶瑞，王勃，趙璐，等.航空智能工廠的基本特征與框架體系[J].航空制造技術，2015， （8）：26-31. 

[3]張益，馮毅萍，榮岡.智慧工廠的參考模型與關鍵技術[J].計算機集成制造系統， 2016.06，22（1）：1-12.