日前，市场期待已久的中国版“工业4.0”规划——《中国制造2025》终于落地。这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。根据规划，通过“三步走”实现制造强国的战略目标，其中第一步，即到2025年迈入制造强国行列。“智能制造”被定位为中国制造的主攻方向。

中国制造业现状

2010年，我国制造业产出占世界比重的19.8%，超过美国的19.6%，中国成为当之无愧的制造业大国。2011年我国制造业增加值率为21.5%，发达国家在35%以上，劳动生产率约为发达国家的36%-40%。显然，中国还不能称之为制造业强国。

中国制造业面临着自主创新能力不强，生产经营效率不高，产业结构不合理，产品质量问题突出，受资源和环境双重约束，不可持续发展等系列问题。中国制造业处于“大而不强”，中国制造业急需”由大变强”。

《中国制造2025》中最受关注的是智能制造

推动智能制造是解决我国制造业由大变强的根本路径。在新一轮科技革命和产业变革中，各国都在研究如何抢占新一轮发展的制高点。互联网和传统工业行业的融合是要抢抓的制高点，而主攻方向则是智能制造。

智能制造，不仅包括智能制造装备，还包括智能制造系统、智能制造服务。小编这里重点介绍智能制造装备。智能制造装备是制造装备的核心和前沿。智能制造装备是具有感知、分析、推理、决策、智能控制功能的制造装备。它将传感器及智能诊断和决策软件集成到装备中，使制造工艺能适应制造环境和制造过程的变化达到优化。它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合,是实现高效、高品质、节能环保和安全可靠生产的下一代制造装备。

智能制造装备是加快发展高端装备制造业的有力工具,其作用不仅体现在对航空航天、高铁、海洋工程等高端装备的支撑上,也体现在对其他制造装备通过配备传感与智能控制系统、机器人等技术实现产业的提升上。因此,智能制造装备是传统产业升级改造，实现生产过程智能化、自动化、精密化、绿色化的基本工具,是培育和发展战略性新兴产业的重要支撑,是实现生产过程和产品使用过程节能减排的重要手段。目前，智能制造装备产业的发展水平已经成为当今社会衡量一个国家工业化水平的重要标志。智能制造装备是未来先进制造技术发展的必然趋势，是实现我国从制造大国向制造强国转变的重要保障。我国基础制造行业的产值已位居世界前列，但能源消耗、材料利用、制造质量与国际先进水平差距较大，必须采用智能技术提升基础制造装备水平，突破智能基础制造装备的核心技术，形成智能基础制造装备的理论体系、关键技术和装备原型。

智能制造装备不仅是数控制造装备的延续发展，更是阶段性突破，是性能的飞跃。智能制造装备可以实现飞机、航天、核电、高超飞机、激光核聚变等超常制造任务。例如,10~45纳米光刻机的3~5纳米移动定位精度,激光核聚变1/50波长精度光学镜,核电和飞机领域难加工、难变形材料的制造,发动机叶片的飞秒激光加工,等等。又如,实时检测与智能控制将大大消除数控机床的静态误差及热变形、动态切削力干扰,使数控机床的加工精度提升一个数量级,切削速度高于目前的10倍,使电子制造装备的定位精度达到3~5纳米。３D打印与增材制造装备可以集成多种工序为一体,在设计数据驱动下,直接制造各种材料的零部件,大大缩短产品开发周期,甚至可以直接打印出一台汽车样车,装上发动机和轮子后就能行驶,因而在美国被一些人认为是第三次工业革命。

此外,智能制造装备的技术创新与产业发展对其他战略性新兴产业的发展有重要的推动作用,如对高端医疗装备,包括智能康复医疗装备与机器人、智能假肢、脑认知功能障碍诊疗及康复训练设备;对数字化智能化印刷设备,如时速1.5万张以上的单张纸胶印机、大型多色机组式凹版印刷机;对精密测试仪器与设备,如微纳制造科研仪器、大型科研仪器、电子制造检测设备;等等。在全球金融危机之后,美国、欧洲国家、日本都对制造业及制造技术给予了特别的关注.制造装备是国民经济及国家科技发展的基础性、战略性产业,是世界各国一直高度重视和关注的产业。大飞机、核电、载人航天、海洋工程、高铁等领域与国家重大专项均高度依赖制造装备的技术发展。没有制造装备作为支撑,飞机、航天、核电、激光核聚变、新能源汽车等战略性新兴产业难以完成产业化进程,而只能停留在战略性新兴技术或者战略性新兴产品阶段。装备制造将制造技术的研究成果集成、物化和固化,可以形成产业的战略性技术。

智能制造装备的特征与界定

智能制造装备是当前制造装备发展的方向,是我国制造装备产品走向高端和提升技术附加值的重大机遇,是突破我国战略必争的尖端技术瓶颈的关键,也是我国制造业进行战略调整的方向性技术。智能制造装备不仅是数控制造装备的延续发展,更是阶段性突破,是性能的飞跃。

智能制造装备的技术特征主要如下:①对装备运行状态和环境的实时感知、处理和分析能力。②根据装备运行状态变化的自主实时规划、控制和决策能力。装备本身具备工艺优化的智能化、知识化功能,采用软件和网络工具实现制造工艺的智能设计和实时规划。③对故障的自诊断自修复能力。④对自身性能劣化的主动分析和维护能力。⑤参与网络集成和网络协同能力。因此,要真正实现智能制造装备的技术特征,必须掌握如下一些关键核心技术。

装备运行状态和环境的传感与识别技术

研究高灵敏度、精度、可靠性和环境适应性的传感技术(如振动、负载、变形、温度、应力、压力、视觉环境等监测),新原理、新材料、新工艺的传感技术,微弱传感信号提取与处理技术,光学精密测量与分析仪器仪表技术。

研究实时环境建模、图像理解和多源信息融合导航技术,力或负载实时感知和辨识技术,多传感器优化布置和感知系统组网配置技术。

智能编程技术与智能工艺规划

(１)运用专家经验与计算智能的融合技术,提升智能规划和工艺决策的能力,建立规划与编程的智能推理和决策的方法,实现基于几何与物理多约束的轨迹规划和数控编程。

(２)建立面向典型行业的工艺数据库和知识库,完善机床、机器人及其生产线的模型库,根据运行过程中的监测信息,实现工艺参数和作业任务的多目标优化。

(３)深入研究各子系统之间的复杂界面行为和耦合关系,建立面向优化目标(效率、质量、成本等)的工艺系统模型与优化方法,实现加工和作业过程的仿真、分析、预测。

智能数控系统与智能伺服驱动技术

(１)研究智能伺服控制技术、运动轴负载和运行过程的自动识别技术;实现控制参数自动匹配;实现各种误差在线补偿;实现面向控形和控性的智能加工和成形;研究基于智能材料和伺服智能控制的主动控制技术。

(２)单机系统和机群控制系统实现无缝链接,作业机群具备完善的信息通信功能、资源优化配置功能和智能调度功能,机群能高效协作施工,实现系统优化。

(３)完善机器人的视觉、感知和伺服功能,非结构环境中的智能诊断技术,实现生产线的智能控制与优化。

(４)运用人工智能与虚拟现实等智能化技术,实现语音控制和基于虚拟现实环境的智能操作,发展智能化人机交互技术。

性能预测和智能维护技术

突破在线和远程状态监测及故障诊断的关键技术,建立制造过程状况的参数表征体系及其与装备性能表征指标的映射关系。

研究失效智能识别、自愈合调控与智能维护技术,完善失效特征提取方法和实时处理技术,建立表征装备性能、加工状态的最优特征集,最终实现对故障的自诊断自修复。

实现重大装备的寿命测试和剩余寿命预测,对可靠性与精度保持性评估。

网络环境下的智能生产线

(１)基于泛在网络的工厂内外环境智能感知技术,包括物流、环境和能量流的信息以及互联网和企业信息系统中的相关信息等。

(２)面向服务的信息系统智能集成技术。

本文由安静摘编自卢秉恒 林忠钦 张俊等编著《智能制造装备产业培育与发展研究报告》。

《智能制造装备产业培育与发展研究报告》是中国工程科技发展战略研究院面向社会公众和决策人员的研究报告系列之一.全书分析了我国战略性新兴产业———智能制造装备的总体形势,尤其是“十二五”以来的进展情况、存在问题及发展新特点,着重围绕智能机床与基础制造装备、工业机器人、３D 打印的发展现状、重大突破性技术、重要发展方向、战略布局与政策取向等进行详细介绍.本书有助于社会公众了解中国战略性新兴产业———智能制造装备产业的发展态势和政策走向,供各级领导干部、有关决策部门和产业界及社会公众阅读参考.