网络化协同制造-智能工厂 课件全套 第1-9章 绪论、网络化协同制造环境下智能工厂的概念与模式-智能工厂制造全流程透明监视技术

网络化协同制造—智能工厂第一章绪论11.1智能制造的意义 1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）1.3智能制造推动制造业全面创新升级21.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇31.1智能制造的意义4制造业是立国之本、强国之基。

——习近平加快建设制造强国，加快发展先进制造业。

——习近平5制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。6

18世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。7

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。1.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇81.1智能制造的意义9从2010年开始，我国制造业增加值成为世界第一；2019年，我国制造业增加值约为4.05万亿美元，在全球制造业占比超过28%，是名副其实的世界制造大国。1.我国已经成为一个制造大国10新中国成立70多年来，特别是改革开放40多年来，中国制造业取得了伟大的历史性成就，走出了一条中国特色工业化发展道路：（1）我国制造业拥有超大规模的市场优势，需求是最强大的发展动力。（2）我国制造业规模居全球首位，是世界上唯一拥有全部工业门类的国家；有着独立完整的工业体系，具备强大的产业基础。（3）我国一直坚持信息化与工业化融合发展，在制造业数字化网络化智能化方面掌握了核心关键技术，具有强大的技术基础。1.我国已经成为一个制造大国11（4）我国在制造业人才队伍建设方面已经形成了独特的人力资源优势。（5）我国制造业在自主创新方面取得了辉煌成就，上天、入地、下海、高铁、输电、发电、国防等，都显示出我国制造业的巨大创新力量。1.我国已经成为一个制造大国1.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇121.1智能制造的意义我国制造业大而不强，存在着突出的问题，面临着严峻的挑战：（1）自主创新能力不强。关键核心技术还没有真正掌握在自己手中，科学技术还没有真正成为“第一生产力”。产业发展需要的高端设备、关键零部件和元器件、关键材料等对外依存度很高。如，我国所需的芯片80%以上依赖进口，2019年进口额超过3040亿美元。在中国制造由大到强、高质量发展的历史时期，自主创新能力不强是最主要的问题。（2）产品质量问题突出。2019年全年制造业产品质量不合格率高达6.14%，产品在中高端市场缺乏竞争力，市场占有率不高。可靠性不好、品牌不强，是中国制造业的切肤之痛，是中国制造业必须全力解决的基础性问题。2.我国还不是一个制造强国13（3）劳动生产率低。我国制造业的总体效率与西方工业发达国家相比，差距很大。2016年中国制造业全员劳动生产率为美国的22.69%，日本的35.14%。（4）资源和环境的挑战严峻。资源利用效率低，我国单位国内生产总值（GDP）能耗约为世界平均水平的2倍；环境保护任务极重，绿色发展势在必行。（5）产业结构转型升级刻不容缓。中国制造业总体处于世界产业链的中低端，产业链“断链”“短链”“弱链”问题严重，战略性高端产业还不强大，产业体系现代化水平不高；企业不强、产业集群不强，缺乏具有世界先进水平的企业和产业集群。2.我国还不是一个制造强国14整体而言，中国制造业整体竞争力还不强；从“制造大国”迈向“制造强国”，中国制造业任重而道远。2.我国还不是一个制造强国151.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇161.1智能制造的意义世界各国尤其是发达国家都在结合自身实际和优势，积极采取行动，抢占未来发展的战略制高点，确保本国在未来制造业竞争中的国际领先和主导地位。美国提出“先进制造业美国领导力战略”和“未来工业发展规划”，德国提出“工业4.0战略计划”和“德国工业战略2030”，英国提出“英国工业2050战略”，法国提出“新工业法国计划”，日本提出“超智能社会5.0战略”，韩国提出“制造业创新3.0计划”，都将发展制造业放在了本国构建新形势下经济竞争优势的核心位置。同时，印度、越南、墨西哥等新兴工业国家都将制造业作为立国之根本，推动本国制造业快速发展。3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业171.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇181.1智能制造的意义

综合研究世界各国制造业规模发展、质量效益、结构优化、可持续发展（主要是创新能力）等各方面要素，形成了由4项一级指标、18项二级指标构成的制造强国指标评价综合指数体系。19一级指标二级指标指标权重具体指标权重规模发展0.1951制造业增加值0.1287制造业出口占全球出口总额比重0.0664质量效益0.2931质量指数0.0431一国制造业拥有世界知名品牌数0.0993制造业增加值率0.0356制造业全员劳动生产率0.0899销售利润率0.0252结构优化0.2805高技术产品贸易竞争优势指数0.0689基础产业增加值占全球比重0.0835全球500强中本国制造业企业营业收入占比0.0686装备制造业增加值占制造业增加值比重0.051标志性产业的产业集中度0.0085持续发展0.2313单位制造业增加值的全球发明专利授权量0.0821制造业研发投入强度0.0397制造业研发人员占从业人员比重0.0132单位制造业增加值能耗0.0748工业固体废物综合利用率0.0116信息化发展指数（IDI指数）0.00994.制造强国综合指标分析

以美国、德国、日本、英国、法国和韩国等主要工业化国家为参考，计算出其历年来的制造强国指标评价综合指数，以表征一个国家制造业综合竞争力在世界上的地位。204.制造强国综合指标分析世界制造强国指标评价综合指数分布中，美国遥遥领先，处于第一方阵；德国、日本处于第二方阵；中国、英国、法国、韩国处于第三方阵。中国制造业虽然在规模发展方面领先，但在质量效益、结构优化、持续发展等方面还有很大差距。综合而言，大而不强，还处于世界制造业第三方阵，落后于处于世界第二方阵的制造强国——德国、日本，更落后于处于世界第一方阵的制造强国——美国。未来三十年，中国必须坚定不移建设制造强国，实现制造业由大到强，由世界产业链中低端走向中高端，由制造大国迈向制造强国。214.制造强国综合指标分析1.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇221.1智能制造的意义综合考虑工业发达国家工业化进程各阶段综合指数的增长率和我国GDP增长率，构建适合我国国情的综合指数预测模型，对未来30年我国制造强国指标评价综合指数发展趋势进行预测，结果表明，我国制造业强国进程可分为三个阶段。235.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国24立足国情、立足现实，我国确定了“三步走”的制造强国战略部署：第一步，到2025年，中国制造业进入制造强国第二方阵，迈入制造强国行列；第二步，到2035年，中国制造业将位居第二方阵前列，成为名副其实的制造强国；第三步，到2045年，中国制造业又大又强，从世界产业链中低端迈向中高端，中国制造业进入第一方阵，成为世界领先的的制造强国。5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国我国制造强国的战略部署：25中国制造20252025年中国制造20352035年

中国制造20452045年2025年中国制造业进入制造强国第二方阵，迈入制造强国行列2035年中国制造业将位居第二方阵前列，成为名副其实的制造强国2045年中国制造业进入第一方阵，成为世界领先的的制造强国（第一阶段）（第二阶段）（第三步阶段）5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国26“加快建设制造强国，加快发展先进制造业”已经成为国家战略。这里“制造强国”有两重含义：其一，“强”是形容词，中国由制造大国成为制造强国；其二，“强”是动词，制造业强则国家强，通过制造业的发展使中国更加繁荣富强。因此，推进制造强国战略，一是建设制造强国；二是以制造而强国。5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇271.1智能制造的意义28推进制造强国战略，走一条什么样的技术路线呢？推进智能制造，推动制造业加速向数字化、网络化、智能化发展。——习近平——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。——习近平——2930国家制造强国战略明确提出：“要以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向，实现制造业由大变强的历史跨越。”智能制造是我国制造业创新发展的主要抓手，是我国制造业转型升级的主要路径，是加快建设制造强国的主攻方向。智能制造是推进制造强国战略的主要技术路线311.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇321.1智能制造的意义中国特色社会主义进入了新时代，我国经济发展也进入了新时代，新时代我国经济发展的特征，就是我国经济发展已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。制造业是国民经济的主体，中国制造业也由高速增长阶段转向高质量发展阶段。如何实现制造业高质量发展？1.中国制造业高质量发展的强烈需求33“科学技术是第一生产力。”创新是制造业高质量发展的根本动力。智能制造将成为中国制造业创新发展的核心驱动力。智能制造成为推进制造强国战略的主要技术路线，是中国制造业转型升级、高质量发展的内在的强烈需求。1.中国制造业高质量发展的强烈需求341.1.1加快建设制造强国，加快发展先进制造业1.我国已经成为一个制造大国2.我国还不是一个制造强国3.世界各国都在高度重视并且全力振兴发展制造业4.制造强国综合指标分析5.推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国1.1.2智能制造是建设制造强国的主攻方向1.中国制造业高质量发展的强烈需求2.中国制造业创新发展的历史性机遇351.1智能制造的意义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历史性交汇。——习近平——交汇点在哪里？智能制造是最重要的一个交汇点。36制造业发展依靠科技创新，科技创新驱动制造业发展，制造业发展和科技创新的交汇点在哪里？智能制造是最重要的一个交汇点。2.中国制造业创新发展的历史性机遇37数字化网络化智能化技术与先进制造技术深度融合形成的智能制造技术，特别是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，成为了第四次工业革命的核心驱动力。2.中国制造业创新发展的历史性机遇38新一代智能制造正在引领和推动新一轮工业革命，引发制造业发展理念、制造模式发生重大而深刻的变革，重塑制造业的技术体系、生产模式、发展要素及价值链，推动中国制造业获得竞争新优势，推动全球制造业发展步入新阶段，实现社会生产力的整体跃升。2.中国制造业创新发展的历史性机遇39智能制造——制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术，应该作为推进制造强国战略的制高点、突破口和主攻方向。40产业基础高级化工程质量与品牌工程绿色制造工程服务型制造工程高端装备创新工程产业体系现代化工程以推进智能制造工程为主攻方向2.中国制造业创新发展的历史性机遇习近平总书记指出，现在，我们迎来了世界新一轮科技革命和产业变革同我国转变发展方式的历史性交汇期，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。我们必须清醒认识到，有的历史性交汇期可能产生同频共振，有的历史性交汇期也可能擦肩而过。这是一个极为深刻的论断，也指出了中国制造业创新驱动、转型升级的发展方向。新一轮工业革命对中国是极大的挑战，同时也是极大的机遇。412.中国制造业创新发展的历史性机遇一方面，中国制造业面临着前所未有的严峻挑战。当前，世界主要发达国家都在强攻科技创新的突破口，抢占未来经济科技发展的先机。方兴未艾的第四次工业革命将重塑全球经济结构，引发世界制造业翻天覆地的变化。这是一个历史的转折点。在这个关键转折点上落后了，将来就会步步落后、越来越落后，这是严峻的挑战。422.中国制造业创新发展的历史性机遇“以史为鉴，可以知兴替。”回顾历史，我们国家在人类长期的农业经济时代一直位居世界经济强国之列，到19世纪初，我国当时在世界经济总量中占有的比重高达三分之一强，中国的农业经济在世界上遥遥领先。18世纪，工业革命在欧洲发生，人类生产力出现革命性大发展。在这个历史的转折点上，清朝的封建统治阶级没有意识到世界正在发生的革命性变革，错失工业革命的机遇，中国大大的落伍了，“康乾盛世”成了“落日的辉煌”。在短短一百年的时间里，国家经济一落千丈，1900年中国的GDP下降到世界的4%，西方列强用坚船利炮轰开了我们的国门，中国急剧坠落到落后挨打的境地，成为了一个“三座大山”压迫之下的贫弱之国。历史教训，刻骨铭心。432.中国制造业创新发展的历史性机遇中国的现代化路径同西方发达国家有很大不同。西方发达国家制造业强大，经历了数百年发展，经历了一个“串联式”的发展过程，他们已经基本实现了第三次工业革命，正开始在第四次工业革命的轨道上快速前行。作为新兴工业国家的中国，如果我们抓不住这次历史机遇，当别人在第四次工业革命的轨道上飞跑的时候，我们还停留在第二次和第三次工业革命的轨道上追赶，就要在科技创新的大赛场上落伍，就算实现了工业化，还是必然拉大与工业发达国家的差距，被远远甩在后头。442.中国制造业创新发展的历史性机遇我们必须深刻认识到，“危中有机，唯创新者胜”，我们要“在危机中育新机，于变局中开新局”，迎接挑战，把前所未有的严峻挑战转化为千载难逢的历史机遇，抢抓第四次工业革命的机遇，乘势前进，创新发展。452.中国制造业创新发展的历史性机遇另一方面，中国面临着千载难逢的历史性机遇。总体而言，我国发展仍处于大有作为的重要战略机遇期，我国制造业有着独特而巨大的发展优势，有着光明而美好的发展未来。我们要后来居上，决定了我国制造业发展必然是一个“并联式”的发展过程，也就是要第二次、第三次和第四次工业革命同步推进、融合发展。更为宽广的技术选择，日新月异的科学技术，将使得我国建设制造强国的进程大大加快。462.中国制造业创新发展的历史性机遇当前，中国和发达国家掌握新一轮工业革命的核心技术的机会是均等的，这为我国发挥后发优势，实现跨越发展提供了可能。“变”，就是机遇，我们可以通过掌握新工业革命的核心技术，成为新的竞赛规则的重要制定者、新的竞赛场地的重要主导者，可以不再跟在西方发达国家后面一步一步的顺序发展，而是依靠工程科技创新和“并联式”发展，在比较短的时间内追赶发达国家的先进水平，这将大大加快中国工业现代化的进程。472.中国制造业创新发展的历史性机遇今后十五年，正是“智能制造”这个新一轮工业革命核心技术发展的关键时期，中国制造工业完全可以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，实现战略性的重点突破、重点跨越，实现中国制造工业的换道超车、跨越发展。482.中国制造业创新发展的历史性机遇1.1智能制造的意义

1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）1.3智能制造推动制造业全面创新升级491.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）50广义而论，智能制造是一个大概念，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、服务全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成，实现制造的数字化、网络化、智能化，不断提升企业的产品质量、效益、服务水平，推动制造业创新、绿色、协调、开放、共享发展。511.2.1智能制造的三个基本范式

智能制造是一个不断演进的大系统。

智能制造在长期实践演化中形成了许多不同的范式，包括精益生产、柔性制造、并行工程、敏捷制造、数字化制造、计算机集成制造、网络化制造、云制造、智能化制造等，这些范式在不同程度、不同视角上反映出制造业的数字化网络化智能化，在指导制造业智能转型中发挥了积极作用。521.2.1智能制造的三个基本范式

但是，众多的智能制造范式不利于形成统一的智能制造技术路线，给企业在推进智能升级的实践中造成了许多困扰。

面对智能制造不断涌现出的新技术、新理念、新模式，迫切需要归纳总结出基本范式，进而探讨基本范式的背景起源、概念内涵及总体架构等，以凝聚共识，更好地服务于中国制造业的智能转型、优化升级。531.2.1智能制造的三个基本范式

智能制造作为制造业和信息技术深度融合的产物，其诞生和演变是和信息化发展相伴而生的。

从20世纪中叶到90年代中期，以计算、感知、通讯和控制为主要特征的信息化催生了数字化制造；

从20世纪九十年代中期开始，以互联网大规模普及应用为主要特征的信息化催生了数字化网络化制造；

当前，工业互联网、大数据及人工智能实现群体突破和融合应用，以新一代人工智能技术为主要特征的信息化开创了制造业数字化网络化智能化制造的新阶段。541.2.1智能制造的三个基本范式数字化数字化网络化制造新一代智能制造智能化网络化数字化制造数字化智能化网络化数字化智能化网络化智能升级范式演进

数字化制造——第一代智能制造

数字化网络化制造——“互联网+制造”或第二代智能制造

数字化网络化智能化制造——新一代智能制造55这就形成了智能制造的三种基本范式，即：1.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）56200多万年前，人类就会制造和使用工具。从石器时代、到青铜器时代、再到铁器时代，这种主要依靠人力和畜力为主要动力并使用简易工具的生产系统一直持续了百万多年。以蒸汽机的发明为标志的动力革命引发了第一次工业革命，以电机的发明为标志的动力革命引发了第二次工业革命，人类不断发明、创造与改进各种动力机器并使用它们来制造各种工业品，这种由人和机器所组成的制造系统大量替代了人的体力劳动，大大提高了制造的质量和效率，社会生产力得以极大提高。571.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）例：传统手动机床在传统手动机床上加工零件时，需由操作者根据加工要求，通过手眼感知、分析决策并操作手柄控制刀具相对工件按希望的轨迹运动而完成加工任务。581.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）这些制造系统由人和物理系统（如机器）两大部分所组成，因此称为人-物理系统（Human-PhysicalSystems，HPS）。591.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）物理系统（PhysicalSystems）——P是主体，工作任务是通过物理系统完成的；而人（Human）——H则是主宰和主导，人是物理系统的创造者，同时又是物理系统的使用者，完成工作任务所需的感知、学习认知、分析决策与控制操作等均需由人完成。601.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）1.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）

2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（

HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）611）数字化制造——智能制造的第一种基本范式2）人—信息—物理系统（HCPS1.0）3）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程622.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）20世纪中叶以后，随着制造业对于技术进步的强烈需求，以及计算机、通信和数字控制等信息化技术的发明和广泛应用，制造系统进入了数字化制造（Digitalmanufacturing）时代，以数字化为标志的信息革命引领和推动了第三次工业革命。1）数字化制造——智能制造的第一种基本范式63数字化制造——DigitalManufacturing数字化制造是智能制造的第一种基本范式，也可称为第一代智能制造。641）数字化制造——智能制造的第一种基本范式例：数控机床（NCMachineTool）第三次工业革命最典型的产品是数控机床与手动机床相比，数控机床发生的本质变化是：在人和机床实体之间增加了数控系统。操作者只需根据加工要求，将加工过程中需要的刀具与工件的相对运动轨迹、主轴速度、进给速度等按规定的格式编成加工程序，计算机数控系统即可根据该程序控制机床自动完成加工任务。651）数字化制造——智能制造的第一种基本范式1）数字化制造——智能制造的第一种基本范式2）人—信息—物理系统（HCPS1.0）3）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程662.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）与传统制造系统相比，数字化制造系统最本质的变化是在人和物理系统之间增加了一个信息系统（CyberSystem）—C，从原来的“人-物理”二元系统发展成为“人-信息-物理”（Humen-Cyber-PhysicalSystems）—HCPS三元系统，HPS进化成了HCPS。人的相当部分的感知、分析、决策和控制功能迁移给信息系统，信息系统可以代替人类完成部分脑力劳动。信息系统是由软件和硬件组成的系统，其主要作用是对输入的信息进行各种计算分析，并代替操作者去控制物理系统完成工作任务。672）人—信息—物理系统（HCPS1.0）面向数字化制造的HCPS可定义为HCPS1.0。与HPS相比，HCPS1.0通过集成人、信息系统和物理系统的各自优势，其能力尤其是计算分析、精确控制以及感知能力等都得以极大提高，其结果是：一方面，制造系统的自动化程度、工作效率、质量与稳定性以及解决复杂问题的能力等各方面均得以显著提升；另一方面，不仅操作人员的体力劳动强度进一步降低，更重要的是，人类的部分脑力劳动也可由信息系统完成，知识的传播利用以及传承效率都得以有效提高。682）人—信息—物理系统（HCPS1.0）从二元系统HPS到三元系统HCPS，由于信息系统的引入，使得制造系统同时增加了人-信息系统（Human-CyberSystems）—HCS和信息-物理系统（Cyber-PhysicalSystems）—CPS。CPS是HCPS非常重要的组成部分。美国在21世纪初提出了CPS的理论，德国将其作为“工业4.0”的核心技术。CPS在制造中的应用是实现信息系统和物理系统的完美映射和深度融合，“数字孪生”（DigitalTwin）即是其最为基本且关键的技术，由此，制造系统的性能和效率可大大提高。692）人—信息—物理系统（HCPS1.0）此外，从“机器”的角度看，信息系统的引入也使机器的内涵发生了本质变化，机器不再是传统的一元系统，而变成了由信息系统与物理系统构成的二元系统，即信息-物理系统，因此，第三次工业革命可以看作是第二次机器革命的开始。702）人—信息—物理系统（HCPS1.0）在HCPS1.0中，物理系统仍然是主体；信息系统成为了主导，信息系统在很大程度上取代了人的分析计算与控制工作；而人依然起着主宰的作用：

首先，物理系统和信息系统都是由人设计制造出来的，其分析计算与控制的模型、方法和准则等都是在系统研发过程中由研发人员通过综合利用相关理论知识、经验、实验数据等来确定并通过编程等方式固化到信息系统中的；同时，这种HCPS1.0的使用效果在很大程度上依然取决于使用者的知识与经验。例如，对于上述数控机床加工系统，操作者不仅需要预先将加工工艺知识与经验编入到加工程序中，同时还需要对加工过程进行监控和必要的调整优化。712）人—信息—物理系统（HCPS1.0）1）数字化制造——智能制造的第一种基本范式2）人—信息—物理系统（HCPS1.0）3）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程722.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）

数字化制造是在制造技术和数字化技术融合的背景下，通过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描述、集成、分析和决策，进而快速生产出满足用户要求的产品。数字化制造主要聚焦于提升企业内部的竞争力，提高产品设计和制造质量、提高劳动生产率、缩短新产品研发周期、降低成本和提高能效。733）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程数字化制造的主要特征表现为：第一，数字技术在产品中得到普遍应用，形成“数字一代”创新产品。第二，大量采用CAD/CAE/CAPP/CAM等数字化设计、建模和仿真方法；大量采用数控机床等数字化装备；建立了信息化管理系统，采用MRPII/ERP/PDM等，对制造过程各种信息与生产现场实时信息进行管理，提升各生产环节的效率和质量。743）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程第三，实现生产全部过程各环节的集成和优化运行，产生了以计算机集成制造系统（CIMS）为标志的解决方案。在这个阶段，以现场总线为代表的早期网络技术和以专家系统为代表的早期人工智能技术在制造业得到应用。753）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程20世纪80年代以来，我国企业逐步推广应用数字化制造，推进设计、制造、管理过程的数字化，推广数字化控制系统和制造装备，推动企业信息化，取得了巨大的技术进步，特别是近年来，各地大力推进“机器换人”、“数字化改造”，一大批数字化生产线、数字化车间、数字化工厂建立起来，众多的企业完成了数字化制造升级，我国数字化制造迈入了新的发展阶段。763）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程

同时，必须清醒地认识到，我国大多数企业，特别是广大中小企业，还没有完成数字化制造转型。面对这样的现实，我国在推进智能制造过程中必须实事求是，踏踏实实地完成数字化“补课”，进一步夯实智能制造发展的基础。773）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程

但是，还必须深刻地认识到，西方发达国家是在数字化制造普及的基础上推进网络化制造，而我国在数字化制造“补课”过程中不必沿着西方顺序发展的路径，我们可以并且必须并行推进数字化制造和数字化网络化制造，在帮助企业扎实完成数字化制造“补课”的同时，实现数字化网络化制造升级。783）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程

需要说明的是，数字化制造是智能制造的基础，其内涵不断发展，贯穿于智能制造的三个基本范式和全部发展历程。这里定义的数字化制造是作为第一种基本范式的数字化制造，是一种相对狭义的定位。国际上也有多种关于数字化制造的比较广义的定位和理论。793）数字化制造的内涵、主要特征和发展进程1.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）

2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（

HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）801）数字化网络化制造——智能制造的第二种基本范式2）HCPS1.53）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程813.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.5）上世纪末本世纪初，互联网技术快速发展并得到广泛普及和应用，“互联网+”不断推进制造业和互联网融合发展，制造技术与数字技术、网络技术的密切结合重塑制造业的价值链，推动制造业从数字化制造向数字化网络化制造的范式转变。数字化网络化制造是智能制造的第二种基本范式，也可称为“互联网+制造”，或第二代智能制造。“互联网+制造”实质上是“互联网+数字化制造”。821）数字化网络化制造——智能制造的第二种基本范式

与数控机床相比，互联网+数控机床增加了传感器，增强了对加工状态感知能力；更重要的是，它实现了设备的互联互通，实现了机床状态数据的采集和汇聚。例：互联网+数控机床（SmartMachineTool)831）数字化网络化制造——智能制造的第二种基本范式1）数字化网络化制造——智能制造的第二种基本范式2）HCPS1.53）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程843.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.5）

数字化网络化制造系统仍然是基于人、信息系统、物理系统三部分组成的HCPS，但这三部分相对于面向数字化制造的HCPS1.0均发生了根本性的变化，故而面向数字化网络化制造的HCPS可定义为HCPS1.5。852）HCPS1.5最大的变化在于信息系统：互联网和云平台成为信息系统的重要组成部分，既连接信息系统各部分，又连接物理系统各部分，还连接人，是系统集成的工具；联接互通与协同集成优化成为了信息系统的重要内容。862）HCPS1.5同时，HCPS1.5中的人已经延伸成为由网络连接起来的共同进行价值创造的群体，涉及企业内部、供应链、销售服务链和客户，使制造业的产业模式从以产品为中心向以客户为中心转变，产业形态从生产型制造向生产服务型制造转变。872）HCPS1.51）数字化网络化制造——智能制造的第二种基本范式2）HCPS1.53）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程883.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.5）

“互联网+制造”的实质是有效解决了“联接”这个重大问题：在数字化制造的基础上，深入应用先进的通信技术和网络技术，用网络将人、流程、数据和事物连接起来，联通企业内部和企业间的“信息孤岛”，通过企业内、企业间的协同和各种社会资源的共享与集成,实现产业链的优化，快速、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。先进制造技术和数字化网络化技术的融合，使得企业对市场变化具有更快的适应性，能够更好地收集用户对使用产品和对产品质量的评价信息，在制造柔性化、管理信息化方面达到了更高的水平。893）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程“互联网+制造”主要特征表现为：第一，在产品方面，数字技术、网络技术得到普遍应用，产品实现网络连接。第二，在制造方面，实现横向集成、纵向集成和端到端集成，打通整个制造系统的数据流、信息流。企业能够通过设计和制造平台实现制造资源的全社会优化配置，开展与其他企业之间的业务流程协同、数据协同、模型协同，实现协同设计和协同制造。903）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程第三，在服务方面，企业与用户通过网络平台实现联接和交互，掌握用户的个性化需求，将产业链延伸到为用户提供产品健康保障等服务，企业生产开始从以产品为中心向以用户为中心转型，企业形态也逐步从生产型企业向生产服务型企业转型。913）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程

我国工业界紧紧抓住互联网发展的战略机遇，大力推进“互联网+制造”，制造业、互联网龙头企业纷纷布局，将工业互联网、云计算等新技术应用于制造领域。一方面，一批数字化制造基础较好的企业成功实现数字化网络化转型，成为了“互联网+制造”示范。923）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程例：三一重工

三一重工是我国工程机械领域最早进行数字化转型的企业，2008年筹建的三一重工18号厂房是亚洲最大的数字化制造车间。之后，三一重工推进网络化进程，自主部署基于设备全球互联的物联网、大数据平台，为用户提供包括预测性维护、物联网金融等新业务，显著提高了三一产品的质量、水平和效益。

目前，三一重工已发展成位居世界前列的工程机械制造企业。93另一方面，大量原来还没有完成数字化制造的企业，则采用并行推进数字化制造和“互联网+制造”的技术路线，通过“以高打低、融合发展”，完成了数字化制造的“补课”，同时跨越到“互联网+制造”阶段，实现了企业的优化升级。943）数字化网络化制造的内涵、特征和发展进程例：浙江春风动力

春风动力原来是一家摩托车配件厂，数字化水平不高；通过“互联网+创新+制造”，很好地完成了数字化“补课”，全面打造了“制造云、电商云、物流云、设计云、流程云”，产品质量达到国际一流水平。目前，春风动力已经发展成为特种摩托车行业的世界级“隐形冠军”企业。951989年春风前身现在的春风动力生产线1.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）

2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（

HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）96

新世纪以来，互联网、云计算、大数据等信息技术日新月异、飞速发展，并极其迅速的普及应用，形成了群体性跨越。这些历史性的技术进步，集中汇聚在新一代人工智能

（AI2.0）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。新一代人工智能技术与先进制造技术深度融合形成的新一代智能制造技术，成为新一代工业革命的核心技术。974.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）新一代智能制造（IntelligentManufacturing）——数字化网络化智能化制造是智能制造的第三种基本范式。其本质上是“人工智能+互联网+数字化制造”。984.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）1）制造业亟需一场革命性变革2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇3）新一代智能制造是新一轮工业革命的核心驱动力4）HCPS2.0994.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）当今世界，全球制造企业普遍面临着提高质量、增加效率、降低成本、快速响应的强烈需求，还要不断适应广大用户不断增长的个性化消费需求，应对资源能源环境约束进一步加大的挑战。然而，现有制造体系和制造水平已经难以满足高端化、个性化、智能化产品和服务增值升级的需求，制造业的进一步发展面临巨大瓶颈和困难。解决问题，迎接挑战，迫切需要制造业的技术创新、智能升级。1001）制造业亟需一场革命性变革1）制造业亟需一场革命性变革2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇3）新一代智能制造是新一轮工业革命的核心驱动力4）HCPS2.01014.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）

102新世纪以来，信息技术呈现指数级增长，数字化网络化智能化加快普及应用，制造系统集成式创新不断发展，形成了新一轮工业革命的三大驱动力。2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力一是信息技术指数级增长。50年来，半导体行业的传奇定律——摩尔定律标志着整个信息行业的飞跃。1032）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力90nm200365nm45nm32nm22nm16nm14nm11nm5nm20042007200920112013201520172020沟道工程应变硅技术金属栅高K介质新结构器件Fin-FET/Tri-Gate高迁移率器件Ge/Ⅲ-Ⅴ-FET低功耗隧穿器件Tunneling-FET第二代应变硅技术第二代高K介质/金属栅第二代Tri-GateSi纳米线技术Nanowire-FET50年来，集成电路按照摩尔定律每18~24个月密度加倍，2017年一个CPU上的晶体管数已达到200亿个。1042）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力不仅仅是芯片，还有计算机、网络、通信等信息技术，都是在长期指数级增长。1052）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力

特别是过去10年，移动互联、超级计算、大数据、云计算、物联网、人工智能等新一代信息技术全都呈现出指数级增长的态势，日新月异、飞速发展，并极其迅速的普及应用，形成了群体性跨越。

信息技术指数级的增长使信息设备变得极快速、极廉价、更小、更轻，使得这些设备的性能提升到我们之前根本就无法想象的高度。这是新一轮工业革命的第一大驱动力1062）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力二是数字化网络化智能化普及应用。数字化、网络化和智能化使得信息的获取、使用、控制以及共享变得极其快速和廉价，产生出了真正的大数据，创新的速度大大加快，应用的范围无所不及。1072）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力

新一代信息技术极速普及应用，世上任何物体都可互联起来，可感知，可度量，可通信，可操控，使人和物更聪明，操控更准确。人类社会——信息世界——物理世界三元融合，使信息服务进入了普惠计算和网络时代，正在进入智能时代，真正引发了一场革命。这是新一轮工业革命的第二大驱动力1082）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力三是技术融合和系统集成式创新。当今，一种全新的创新方法——系统集成式创新应运而生。可能使用的各种技术并不是最新的创造，但这些技术的组合就是革命性的创新。1092）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力

苹果系列产品、特斯拉电动汽车就是系统集成式创新的成功典范，通过采用各种最新信息技术、管理技术与工具，对各个创新要素和创新内容进行选择、集成和优化，形成了优势互补的动态创新过程，引领着制造业“创新驱动，转型升级”的历史潮流。1102）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力Google和百度进入汽车制造业，本身就意味着一个新的制造业时代的到来。无人驾驶汽车集成了各种先进的信息获取、传递、控制和应用技术，突出了新的智能技术和软件技术，融合了先进制造技术，在很短时间内取得了标志性的突破，是系统集成式创新的典范。1112）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力

未来最大的机会来自新兴技术和现有技术之间的相互作用和融合，这将颠覆未来的技术和产业。系统决定成败，集成者得天下。这是成就新一轮工业革命的第三大驱动力。1122）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（1）新一轮工业革命的三大驱动力这些历史性的技术进步，这三大新一轮工业革命的主要驱动力，集中汇聚在新一代人工智能技术的战略性突破和快速转化为现实生产力。1132）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.02016年GoogleAlphaGo以4:1战胜围棋世界冠军李世石。114

AlphaGoLee采用改进的蒙特卡洛决策树算法与深度神经网络算法相结合构建学习系统，在收集到的16万围棋棋谱基础上，通过自我对局三千万盘的方式训练，得到了高水平围棋程序。2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.02017年，AlphaGo再进化。

DeepMind发布新版AlphaGo软件——AlphaGoZero。

它可在给定规则的情况下，不依靠人类经验棋谱，通过自我对弈进行学习，它利用强化学习技术在不断训练的过程中，靠自己的能力逐渐学会围棋中的高级概念和博弈技术。经过3天的训练后，这套系统已经可以击败2016年的AlphaGo，比分高达100比0。115这个重大历史性事件，标志着“新一代人工智能”时代的到来。2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.060年前，1956年，一批顶级专家在美国达特茅斯（Dartmouth）聚会，首次确定了“人工智能”概念：让机器像人那样认知、思考和学习，即用计算机模拟人的智能。60年来，人工智能技术几起几伏，顽强地奋斗，不断地前进，但总体而言，还是属于第一代技术，属于“人工智能1.0”时代。116为什么是“新一代人工智能”？2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.0六十年一甲子，量变到质变。近年来，随着计算能力的极大提高，互联网引发了真正的大数据，在各种先进技术互融互通的基础上，人工智能技术已经实现战略突破，进入了“新一代人工智能”（AI2.0）时代。1172）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.0

新一代人工智能呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群体智能等新特征，大数据智能、跨媒体智能、人机混合增强智能、群体集成智能和自主智能装备正在成为发展重点。118大数据多媒体、传感器自主装备新一代人工智能互联网人机交互AI人机混合增强智能自主智能系统跨媒体智能群体智能大数据智能2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.0

最关键的是，新一代人工智能解决复杂问题的方法从“强调因果关系”的传统模式向“强调关联关系”创新模式转变，进而向“关联关系”和“因果关系”深度融合的先进模式发展，解决复杂问题的能力突飞猛进。

最本质的是，新一代人工智能具备了学习的能力，

具备了生成知识和更好地运用知识的能力，实现了质的飞跃。

新一代人工智能为人类提供了认识复杂系统的新思维，提供了改造自然和社会的新技术。1192）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.0

当然，新一代人工智能还在极速发展的过程中，将继续从弱人工智能迈向强人工智能，不断拓展人类“脑力”，应用范围将更加泛在、无所不在。

总之，新一代人工智能已经成为新一轮科技革命的核心技术，正在形成推动经济社会发展的巨大引擎。1202）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇（2）新一代人工智能——人工智能2.0充分认识到新一代人工智能技术的发展将深刻改变人类社会生活、改变世界，我们国家发布了“新一代人工智能发展规划”，以抓住机遇，抢占先机。世界各国也都把新一代人工智能的发展摆在了最重要的位置。1211）制造业亟需一场革命性变革2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇3）新一代智能制造是新一轮工业革命的核心驱动力4）HCPS2.01224.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）新一代人工智能技术与先进制造技术的深度融合，形成了新一代智能制造技术，成为了新一轮工业革命的核心技术，成为了第四次工业革命的核心驱动力。1233）新一代智能制造是新一轮工业革命的核心驱动力1）制造业亟需一场革命性变革2）新一代人工智能为制造业变革带来历史性机遇3）新一代智能制造是新一轮工业革命的核心驱动力4）HCPS2.01244.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）面向新一代智能制造系统的HCPS，其相对于面向数字化网络化制造的HCPS1.5又发生了本质性变化，因此，面向新一代智能制造的HCPS可定义为HCPS2.0。1254）HCPS2.0最重要的变化发生在起主导作用的信息系统，由于将部分认知和学习的脑力劳动转移给了信息系统，HCPS2.0中的信息系统增加了基于新一代人工智能技术的学习认知部分，不仅具有了更加强大的感知、决策与控制的能力，更是具有了学习认知、产生知识的能力，即拥有了真正意义上的“人工智能”。1264）HCPS2.0127信息系统中的“知识库”是由人和信息系统自身的学习认知系统共同建立，它不仅包含人输入的各种知识，同时还包含信息系统自主学习得到的知识，尤其是那些人类难以描述与处理的知识，知识库可以在使用过程中通过不断学习而不断积累、不断完善、不断优化。4）HCPS2.0128这种面向新一代智能制造的HCPS2.0通过新一代人工智能技术赋予信息系统强大的“智能”，从而带来三个重大技术进步：一是从根本上提高制造系统建模的能力，极大提高处理制造系统复杂性、不确定性问题的能力，有效实现制造系统的优化；二是使信息系统拥有了学习认知能力，使制造知识的产生、利用、传承和积累效率均发生革命性变化，显著提升知识作为核心要素的边际生产力；三是形成人机混合增强智能，使人的智慧与机器智能的各自优势得以充分发挥并相互启发地增长，极大释放人类智慧的创新潜能，极大提升制造业的创新能力。4）HCPS2.0人和信息系统的关系发生了根本性的变化，即从“授之以鱼”变成了“授之以渔”。1294）HCPS2.0新一代智能机床能够实现自主感知、自主学习、自主优化与决策、自主控制与执行，极大提高机床加工质量、使用效率，降低成本，是第四次工业革命的典型产品。例：新一代智能机床（IntelligentMachineTool)新一代智能机床是在工业互联网、大数据、云计算的基础上，应用新一代人工智能技术和先进制造技术深度融合的机床。130智能机床控制原理131新一代智能制造进一步突出了人的中心地位，在HCPS2.0中，人是主宰。一方面，智能制造将更好地为人类服务；另一方面，人作为制造系统创造者和操作者的能力和水平将极大提高，人类智慧的潜能将得以极大释放，社会生产力将得以极大解放。知识性工作自动化将使人类从大量体力和脑力劳动中解放出来，人类可以从事更有价值的创造性工作。人类的思维进一步向“互联网思维”“大数据思维”和“人工智能思维”转变，人类社会开始进入“智能时代”。1324）HCPS2.01.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）

2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（

HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）133134智能制造是随着信息技术的不断进步而不断发展的，并呈现出发展的层次性或阶段性，从最早形态的HPS到HCPS1.0再到HCPS1.5和HCPS2.0，这种从低级到高级、从局部到整体的发展趋势将永无止境。5.一代技术•一代工业135第一次工业革命和第二次工业革命分别以蒸汽机和电力的发明和应用为根本动力，极大地提高了生产力，人类社会进入了现代工业社会。第三次工业革命，以计算、通信、控制等数字化技术的创新与应用为标志，持续将工业发展推向新高度。第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命18世纪末20世纪初20世纪中叶蒸汽机技术电力技术数字化技术数字化时代机械化时代电气化时代第四次工业革命现在智能化技术智能化时代5.一代技术•一代工业136新一代人工智能突破和应用进一步提升了制造业数字化网络化智能化的水平，从根本上提高工业知识产生和利用的效率，极大地解放人的体力和脑力，创新的速度大大加快，应用的范围更加泛在，从而推动制造业发展步入新阶段，即数字化网络化智能化制造——新一代智能制造。第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命18世纪末20世纪初20世纪中叶蒸汽机技术电力技术数字化技术数字化时代机械化时代电气化时代第四次工业革命现在智能化技术智能化时代5.一代技术•一代工业137第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命18世纪末20世纪初20世纪中叶蒸汽机技术电力技术数字化技术数字化时代机械化时代电气化时代第四次工业革命现在智能化技术智能化时代

如果说数字化网络化制造是新一轮工业革命的开始，那么新一代智能制造的突破和广泛应用将推动形成这次工业革命的高潮，重塑制造业的技术体系、生产模式、产业形态，并将引领真正意义上的“工业4.0”，实现第四次工业革命。第一次机器革命（动力革命）第二次机器革命（信息革命）5.一代技术•一代工业1.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）

2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（

HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）138智能制造的三个基本范式体现了智能制造发展的内在规律：一方面，三个基本范式次第展开，各有自身阶段的特点和需要重点解决的问题，体现着先进信息技术与制造技术融合发展的阶段性特征；另一方面，三个基本范式在技术上并不是绝然分离的，而是相互交织、迭代升级，体现着智能制造发展的融合性特征。1391.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针140西方发达国家制造业强大，经历了数百年的发展。智能制造在西方发达国家，是一个“串联式”的发展过程，数字化、网络化、智能化是西方顺序发展智能制造的三个阶段。我国不能走西方顺序发展的老路：用几十年时间充分发展数字化制造之后，再发展数字化网络化制造，进而发展新一代智能制造，这样就无法完成我国制造业转型升级的历史任务。1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针141德国工业4.0是在成功完成“工业1.0”、“工业2.0”，并基本完成“工业3.0”之后所提出的制造业发展战略，是自然的“串联式”发展。中国制造业尚处于“工业2.0”后期的发展阶段。中国制造业必须走“工业2.0”补课、“工业3.0”普及、“工业4.0”示范的“并联式”发展道路，所以我们的任务就比德国实现工业4.0更加复杂、更加艰巨。1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针142我国必须充分发挥后发优势，采取“并联式”的发展方式，也就是要采取数字化、网络化、智能化“并行推进、融合发展”的技术方针。1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针143一方面，我们必须实事求是，因企制宜、循序渐进地推进企业的技术改造、智能升级，我国制造企业特别是广大中小企业还远远没有实现“数字化制造”，扎扎实实的完成好数字化“补课”、打好数字化基础的同时，实现企业的“互联网+制造”升级换代。1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针144另一方面，我们必须坚持“创新引领”，直接利用互联网、大数据、人工智能等最先进的技术，推进先进信息技术和制造技术的深度融合，走出一条推进智能制造的新路。要充分利用我国大力推进“互联网+制造”的成功实践给我们提供的重要启示和宝贵经验，企业根据自身发展的实际需要，“以高打低、融合发展”，采取先进的技术路线解决传统制造问题，同时，不断加入新一代人工智能等各种新技术，向更高的智能制造水平迈进。1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针145企业是推进智能制造的主体，每个企业都要“因企制宜”，要根据自身实际，总体规划、分步实施、重点突破、全面推进，产学研协调创新，实现企业的技术改造、智能升级。1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针146智能制造是制造业，包括战略性新兴制造业和传统制造业，实现全面创新升级的主要技术路径：一方面，智能制造将引领战略性新兴制造业的培育和发展，推动我国战略性新兴制造业跨越发展，走在世界前列；另一方面，制造业将引领传统制造业技术改造、智能升级，推动我国传统制造业焕发出巨大的生命力，由大到强，走向世界产业链中高端。1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针147我国在推动三个基本范式“融合发展”时，必须制定统一的标准，这对我国智能制造发展至关重要。未来20年，我国企业在“并行推进”三个基本范式过程中，将普遍面临多次技术升级和范式转化，我国必须高度重视制定和实行智能制造的相关标准，这些标准实现向上“兼容升级”，这样就使得企业在范式转化过程中不需要推倒重来，避免低水平重复建设，有利于广大企业到技术改造、智能升级。1.2.1智能制造的三个基本范式1.2.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）的进化历程1.制造系统发展的第一阶段：传统制造与人-物理系统（HPS）

2.制造系统发展的第二阶段：数字化制造与人-信息-物理系统（HCPS1.0）3.制造系统发展的第三阶段：数字化网络化制造与人-信息-物理系统（

HCPS1.5）4.制造系统发展的第四阶段：数字化网络化智能化制造与人-信息-物理系统（HCPS2.0）5.一代技术•一代工业1.2.3我国智能制造“并行推进、融合发展”的技术方针1.2.4我国发展智能制造的战略部署1.2面向智能制造的人-信息-物理系统（HCPS）1481.2.4我国发展智能制造的战略部署149从现在到2035年，是中国制造业实现由大到强的关键时期，也是制造业发展质量变革、效率变革、动力变革的关键时期。 从现在到2035年，我国的智能制造发展总体将分成两个阶段来实现：1.2.4我国发展智能制造的战略部署150第一阶段：到2025年，“互联网+制造”——数字化网络化制造在全国得到大规模推广应用，在发达地区和重点领域实现普及；同时，新一代智能制造在重点领域试点示范取得显著成果，并开始在部分企业推广应用。第二阶段：到2035年，新一代智能制造在全国制造业大规模推广应用，我国智能制造技术和应用水平走在世界前列，实现中国制造业的智能升级。1.2.4我国发展智能制造的战略部署151

今后一个阶段，我国推进智能制造的重点是推广和大规模应用“互联网+制造”，即“互联网+数字化制造”。

当前，新一代智能制造初见端倪、蓄势待发，将以前所未有的速度转化为现实生产力。我国要抓住机遇、抢占先机，在大力推广、应用和普及“互联网+制造”的同时，加快新一代智能制造的探索、研究、技术攻关，迅速掌握核心技术，成功建设一批试点示范；在此基础上，在不远的未来，完成新一代智能制