第1章　智能制造概述

1.1　智能制造的背景

近年来，随着科学技术的发展，特别是5G通信技术、物联网技术、人工智能技术、量子加密技术等的大力推进，人类社会正在发生深层次的变革。而这些技术的发展，为推进新工业革命、加快制造业转型奠定了强大的基础。

a.虚拟现实、人工智能、增强现实已经慢慢深入人们的生活，互联网与通信技术的高度发展为人们生活带来了很多便利，也进一步加速了科技的发展。

b.越来越多功能强大、自主的微型计算机（嵌入式系统）实现了与其他微型计算机、传感器设备的互联互通。

c.物理世界和虚拟世界（网络空间）以信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）的形式实现了全方位的融合。

正是由于新科学技术的快速发展，以及人类面临的多重挑战，以智能制造为主导的“第四次工业革命”应运而生。从图1-1可看出，第四次工业革命与前三次工业革命有着本质的区别，其核心是物理信息系统的深度融合。第四次工业革命旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统相结合的手段，即信息物理系统（CPS），实现传统制造业的智能化转型。智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等，通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新、扩展到柔性化、智能化和高度集成化。

随着全球产业结构的调整，各发达国家及发展中国家正面临着前所未有的挑战和机遇。如何促进制造业的整体升级已成为一个挑战，也深刻影响着国家经济的发展。

目前，智能化工业设备已成为全球制造业升级换代的基础。因此，发达国家总是把制造业升级作为新一轮工业革命的首要任务。美国的“再工业化”（工业互联网）趋势、德国的“工业4.0”和“互联工厂”战略、中国的“中国制造2025”、日本的“产业重振计划”以及韩国的“制造业创新3.0”等国家的制造业转型计划，其目的不仅仅是传统制造业的回归，而且还伴随着生产效率的提高和生产方式的创新。而其中最为典型的新工业发展，即德国的“工业4.0”战略，更被视为新一轮工业革命的代表。

图1-1　工业革命的发展进程［1］