走向新一代智能製造
中國工程院院長
中國機械工程學會榮譽理事長
中國工程院院士賙濟
在第二十屆中國科協年會開幕式上的
報告全文
走向新一代智能製造，習近平總書記在黨的十九大報告中號召，加快建設製造強國，加快發展先進製造業，習近平總書記指示，要繼續做好信息化和工業化深度融合這篇大文章，推進智能製造，推動製造業加速向數字化、網絡化、智能化發展。
2016年7月以來，工業和信息化部，中國工程院、中國科協、國家制造強國建設戰略諮詢委員會組織了數百位院士和專家開展研究，形成了《中國智能製造發展戰略研究報告》。大家一致認為，智能製造是我國製造業創新發展的主要抓手，是我國製造業轉型升級的主要路徑，是《中國製造2025》加快建設製造強國的主攻方向。
今天我報告三個部分：一是智能製造的基本範式與“並行推進、融合發展”的技術路線。
廣義而論，智能製造是一個大概念，一個不斷演進的大系統，是新一代信息技術與先進製造技術的深度融合，貫穿於產品、製造、服務全生命週期的各個環節，以及相應系統的優化集成，實現製造的數字化、網絡化、智能化，不斷提升企業的產品質量、效益、服務水平，推動製造業創新、綠色、協調、開放、共享發展。
智能製造作為製造業和信息技術深度融合的產物，它的誕生和演變是和信息化發展相伴而生的。智能製造在演進發展當中總結出來三種智能製造的三種範式，即數字化製造，數字化網絡化製造就是“互聯網+製造”，數字化、網絡化、智能化製造也就是新一代智能製造。
1.數字化製造，國際上稱之為Digital Manufacturing。數字化製造是智能製造的第一種基本範式，也可以稱之為第一代智能製造。上個世紀下半葉以來，以數字化為主要內容的信息技術，廣泛應用於製造業，形成了“數字一代”創新產品，數字和製造系統和數字化企業。20世紀80年代以來，我國企業逐步推進應用數字化製造，取得了巨大的技術進步，同時我們必須清醒的認識到，我國大多數企業還沒有完成數字化製造的轉型，我國在推進智能製造過程當中，必須踏踏實實地完成數字化“補課”，進一步夯實智能製造發展的基礎。
2.“互聯網+製造”，國際上稱之為Smart Manufacturing，數字化和網絡化製造是智能製造的第二種基本範式，也可以稱之為“互聯網+製造”或者第二代智能製造。上世紀末，互聯網技術開始廣泛應用，網絡將人、流程、數據和事物連接起來，通過企業內、企業間的協同，和各種社會資源的共享與集成，重塑製造業的價值鏈。德國“工業4.0”和美國“工業互聯網”完善的闡述了數字化網絡化製造範式，完美的提出了實現數字化、網絡化製造的技術路線。過去這幾年，我國工業界大力推進“互聯網+製造”，一方面一批數字化製造基礎較好的企業成功實現了數字化網絡化的升級，另一方面大量原來還沒有完成數字化改造的企業，採用並行推進數字化製造和“互聯網+製造”的技術路線，完成了數字化製造的“補課”，同時跨越到了“互聯網+製造”的階段。
3.新一代智能製造——數字化網絡化智能化製造，國際上稱之Intelligent Manufactunring。數字化網絡化智能化製造是智能製造第三種基本範式，也可以稱之為新一代智能製造，新一代人工智能技術和先進製造技術的深度融合，形成了新一代智能製造，新一代智能製造是真正意義上的製造，將從根本上引領和推進新一輪工業革命。
4.“並行推進融合發展的技術路線”，智能製造的三個基本範式體現智能製造發展的內在規律，一方面三個基本範式是次第展開各有自身階段的特點和需要重點解決的問題，體現著先進信息技術和製造技術融合發展的階段性特徵。另外一方面，三個基本範式在技術上相互交織，迭代升級，體現了智能製造發展的融合性特徵。
智能製造在西方發達國家是一個“串聯式”的發展過程，數字化、網絡化、智能化是西方順序發展智能製造的三個階段。我們國家應該發揮後發優勢，採取三個基本範式並行融合發展的技術路線，走一條數字化、網絡化、智能化並行推進的智能製造創新之路。一方面，我國必須堅持“創新引領”，直接利用互聯網、大數據、人工智能等最先進的技術，推進先進信息技術和製造技術的深度融合。另一方面，我們必須實事求是、因企制宜、循序漸進地推進企業的技術改造、智能升級，充分利用我國推進“互聯網+製造”的成功實踐給我們提供的重要啟示和寶貴經驗，企業根據自身發展的實際需要“以高打低”採取先進的技術解決傳統制造難以解決的問題，紮紮實實的完成好數字化“補課”。同時，向更高的智能製造水平邁進。
二是新一代智能製造引領和推動新一輪工業革命。
1.新一代智能製造的發展背景。一方面是製造業轉型升級的強烈需求，製造業急需一場革命性的產業升級。另一方面，是新一輪科技革命和產業變革的歷史性機遇。新世紀以來，移動互聯、超級計算、大數據、雲計算、物聯網等新一代信息技術日新月異，飛速發展，並極其迅速的普及應用，形成了群體性跨越。這些歷史性的技術進步，集中匯聚在新一代人工智能技術的戰略性突破，新一代人工智能最本質的特徵是具備了認知和學習的能力，具備了生成知識和更好地運用知識的能力，實現了質的飛躍。當然，新一代人工智能技術還在急速發展的進程中，將繼續從弱人工智能邁向強人工智能，應用範圍將更加無所不在。新一代人工智能已經成為新一輪科技革命的核心技術，正在形成推動經濟社會發展的巨大引擎。
我國充分認識到新一代人工智能技術的發展，將深刻改變人類生活、社會生活，改變世界，發佈了發展規劃，以抓住機遇，搶佔先機，世界主要發達國家也都把人工智能的發展擺在了最重要的位置。
新一代人工智能技術與先進製造技術的深度融合，形成了新一代智能製造技術，成為了新一輪工業革命的核心驅動力。如果說數字化網絡化製造、“互聯網+製造”是新一輪工業革命的開始，那麼新一代智能製造的突破和廣泛應用將推動形成這次工業革命的高潮，引領真正意義上的“工業4.0”，實現第四次工業革命。
2.新一代智能製造的基本原理。人-信息-物理系統（HCPS）。傳統的製造系統包含人和物理系統兩大部分，是通過人對機器的直接操作控制去完成各種工作任務，它的原理就是“人-物理系統”（HCPS），跟傳統制造系統相比較，第一代和第二代智能製造系統發生的最本質的變化是什麼呢？就是在人和物理系統之間增加了信息系統，信息系統可以代替人類完成部分腦力勞動，人的相當部分的感知、分析、決策功能向信息系統複製遷移，進而可以通過信息系統來控制物理系統，以代替人類完成更多的體力勞動。在這樣一個階段，製造系統從人-物理演變為“人-信息物理系統（HCPS），後者對於前者最本質的進步在於增加信息系統（Cyber system），後者對前者最本質的進步在於增加了信息系統，從二元系統進化成了三元系統。大家都比較熟悉的CPS，在HCPS當中信息物理系統CPS—Cyber-Physical Systems）是非常重要的組成部分，美國在90年代初提出了CPS理論，德國將它作為工業4.0的核心技術，CPS實現了信息系統和物理系統的深度融合，即實現了數字雙胞胎（Digital Twin），成為實現第一代和第二代智能製造的技術基礎。
新一代智能製造系統最本質的特徵是其信息系統增加了認知和學習的功能。在這樣一個階段，新一代人工智能技術將使得人-信息-物理系統發生質的變化，形成新一代人-信息-信息系統（HCPS2.0），它主要的變化在於兩個方面：第一，人將部分認知與學習型的腦力勞動轉移給了信息系統，因而信息系統具有了認知和學習的能力，人和信息系統的關係發生了根本性的變化，就是從授之以魚發展到了授之以漁。第二通過人在迴路的的混合增強智能，人機深度融合將從本質上提高製造系統處理複雜性，不確定性問題的能力，極大的提高製造系統的性能。新一代智能製造進一步突出人的中心地位，是統籌協調人-信息系統-物理系統的綜合集成大系統，將使得人類從更多的體力勞動和大量的腦力勞動當中解放出來，從使得人類可以從事更有意義的創造性工作，人類的思維進一步向互聯網思維、大數據思維和人工智能思維轉變，人類系統開始進入智能時代。
3.新一代智能製造的系統集成。新一代智能製造是一個大系統，主要是由智能產品、智能生產和智能服務三大功能系統以及智能製造雲和工業智聯網兩大支撐系統集合而成，是一個集成大系統。
（1）智能產品和裝備是新一代智能製造的主體。新一代人工智能技術的融入使得產品和裝備發生革命性變化。我們從智能手機和智能汽車的飛速發展，可以想像，智能產品和裝備未來的發展前景。我們現在使用的智能手機計算能力遠遠超過當年的超級計算機Cray-2，最新上市的iPhone X和華為mate10已經搭載了人工智能芯片，開始具有了學習功能。不久的將來，新一代人工智能將全面應用到手機上，智能手機將發生什麼樣的變化呢？我們充滿了熱切的期待。近期，智能汽車的快速發展遠遠超出了人們的預想。汽車正在經歷著從燃油汽車向數字化電動汽車，向網絡化網聯汽車發展歷程，現在正朝著無人駕駛汽車，向智能化汽車的方向急速前進。
新一代智能製造技術，將為產品和裝備的創新插上騰飛的翅膀、開闢更為廣闊的天地。我們可以想象到2035年，各種產品和裝備都將從數字一代發展成智能一代，升級成為智能產品和裝備，一方面湧現出一大批先進的智能產品，如智能終端、智能家居、智能服務機器人、智能玩具等等，為人民更加美好的生活服務。另一方面，我們將著重推進重點領域重大裝備的智能升級，各種信息製造裝備、航天航空裝備、船舶海洋裝備、汽車、火車、能源裝備、醫療裝備、農業裝備等等特別是大力發展智能製造裝備，如智能機器人、智能機床等等。我們的“大國重器”將裝備“工業大腦”，更加先進、更加強大。
（2）智能生產是新一代智能製造系統的主線。智能工廠是智能生產的主要載體。智能工廠根據行業的不同可以分為離散型智能工廠和流程型智能工廠，追求的目標都是生產過程的優化，大幅度提升生產系統的性能、功能、質量和效益，重點發展方向都是智能產線、智能車間、智能工廠。新一代人工智能技術與先進製造技術的融合將使得生產線、車間、工廠發生革命性變革，企業將會朝著自學習、自適應、自控制的新一代智能工廠進軍。流程工業在我們國民經濟中佔有基礎性的戰略地位，最有可能率先突破新一代智能製造，比如石化行業智能工廠建立了數字化網絡化智能化的生產運營管理新模式，可極大的提高生產優化，安全環保水平。
離散型智能工廠將應用新一代人工智能技術實現加工質量的升級、加工工業的優化，加工裝備的健康保障，生產的智能調度和管理，建成真正意義上的智能工廠。“機器換人”，企業生產能力的技術改造、智能升級，不僅僅能解決生產一線勞動力短缺和人力成本高升的問題，更是從根本上提高製造業的質量、效率和企業競爭力。在今後相當長一段時間內，企業的生產能力升級、生產線、車間、工廠的智能升級將成為推進智能製造的一個主要戰場。
（3）以智能服務為核心的產業模式變革是一代智能製造系統的主題。新一代人工智能技術的應用催生了以產業模式的革命性的轉變，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，一方面產業模式從大規模流水線的生產轉向規模定製化發展，另一方面，產業形態將從生產型製造向生產服務型製造轉變，完成深刻的供給側結構性改革。
GE公司創立了運用智能製造技術向服務型製造轉型的典範。GE將大量傳感器安裝在飛機發動機葉片上，運用大數據智能技術實時進行智能分析和智能控制，形成了航空發動機的優化運行和健康保障系統，在這個基礎上GE開展按小時支付的租賃服務模式，對發動機提供終身服務，從服務得到的盈利比例大幅度提高，因此成為了服務型的製造企業，這給了我們很大的啟示。
（4）智能製造雲和工業智聯網是支撐新一代智能製造系統的基礎。隨著新一代通訊技術、網絡技術、雲技術和人工智能技術的發展和應用，智能製造雲和工業智聯網將實現質的飛躍，為新一代智能製造生產力和生產方式變革提供發展的空間和可靠的保障。
（5）系統集成。系統集成將智能製造三個功能系統和兩個支撐系統集成成為新一代的智能製造系統。系統集成是新一代智能製造最基本的特徵和優勢。
三是中國智能製造發展的戰略建議。
未來20年，是中國製造業實現由大到強的關鍵時期，也是製造業發展質量變革、效率變革的關鍵時期。我們必須要緊緊抓住新一輪科技革命和產業變革所帶來的千載難逢的戰略機遇，以實現製造強國為目標，以深化供給側結構性改革為主線，以智能製造為主攻方向，堅持並行推進融合發展的技術路線，圍繞產業鏈部署創新鏈，圍繞創新鏈完善資金鍊，形成經濟、科技和金融的深度融合，良性循環，實現中國製造業智能升級，跨越發展。未來20年我國的智能製造發展總體可以分為兩個階段實現，第一個階段到2025年就是“中國製造2025”，“互聯網+製造”、數字化、網絡化製造在全國得到大規模的推廣應用，在發達地區和重點領域實現普及，同時新一代智能製造在重點領域試點示範取得顯著成果，並開始在部分企業推廣應用。
第二階段到2035年，中國製造2035，新一代智能製造在全國製造業實現大規模推廣應用，我國的智能製造技術和應用水平走在世界前列，實現中國製造業的轉型升級，製造業總體水平達到世界先進水平，部分領域處於世界領先水平，為2035年在我國建成世界領先的製造強國奠定堅實的基礎。在推進智能製造進程中要堅持“五個堅持”的方針，一要堅持創新驅動，我們必須抓住新一代智能製造的歷史性機遇，以科技創新作為中國製造業轉型升級的第一動力。二是要堅持因企制宜，推動智能製造，必須堅持以企業為主體，以實現企業轉型升級為中心任務。要充分激發企業的內生動力，各個企業，特別是廣大中小企業，要實事求是地實施適合自己轉型升級的技術路徑。三是要堅持產業升級。推動智能製造的目的在於產業升級，要著眼於廣大的企業，各個行業和整個製造產業，實現中國製造業全方位的現代化轉型升級。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。五是要堅持開放和協同創新。中國製造業界要不斷地擴大與世界各國製造業界的交流，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，我們要和世界製造業的同行們共同努力，共同推進新一代智能製造，共同推進新一輪工業革命，使製造業更好地為人類服務！謝謝！
中國科協各級組織要堅持為科技工作者服務、為創新驅動發展服務、為提高全民科學素質服務、為黨和政府科學決策服務的職責定位，推動開放型、樞紐型、平臺型科協組織建設。接長手臂，紮根基層，團結引領廣大科技工作者積極進軍科技創新，組織開展創新爭先行動，促進科技繁榮發展，促進科學普及和推廣，真正成為黨領導下團結聯繫廣大科技工作者的人民團體，成為科技創新的重要力量。——習近平
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