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user: 2. 智能制造 为了促使我国制造业大而强，我国提出“中国制造2025”，其明确了五大重大工程和十大重点行业领域 [ 1 ] ；五大重大工程包括：国家制造业创新中心、智能制造、工业强基、绿色制造、高端装配创新，其中智能制造被作为中国制造2025的主攻方向；中国工程院周济院士在2015智能制造国际会议上也指出智能制造，即制造业的数字化、网络化、智能化，应被作为“中国制造2025”的主攻方向；中国制造2025的十大重点领域主要为：新一代信息技术产业(如集成电路及专用设备、信息通信设备、操作系统及工业软件等)、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。由此可知以上十大重点领域的智能制造是未来重点发展的方向。 2.1. 智能制造的发展阶段 智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式 [ 7 ] 。智能制造被划分成了三个主要的发展阶段 [ 8 ] ：数字化、网络化及智能化，如图1所示。数字化指以数据的生产、加 图1. 智能制造的三个发展阶段 工、传输、使用、修复和存储为基础，以数据管理为纽带，在设计、制造和管理过程中，用数字量代替模拟量，用数字技术取代传统技术。例如，在机械制造中，经常使用的计算机辅助设计技术CAD、计算机辅助制造CAM、计算机辅助工艺设计CAPP、计算机辅助工程技术CAE、产品数据管理技术PDM、企业资源计划管理计算ERP、逆向工程技术RE、快速成型技术RP等。网络化指利用通信技术和计算机技术，把分布在不同地点的计算机及各类电子终端设备进行互联，按照一定的网络协议进行通信，有效地实现研究、设计、生产和销售各种资源的重组，实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集成。智能化指通过计算机模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与发展。目前，我国制造业发展参差不齐，同一时期表现为规模化、数字化，智能化并行。有些企业的产业的水平比较高，可能已经达到了一些数字化和智能化的要求，但是大部分制造企业还处在一个低端水平的阶段、人工作业的阶段 [ 8 ] 。 2.2. 机械工程领域智能制造的关键支撑技术 针对不同的制造层面，具有不同的智能化方向，总体而言可以将机械工程领域的智能制造分为三个层面：1) 智能制造装备：指设备具有工况感知与智能识别、性能预测与智能维护、智能规划与编程、智能数控与伺服驱动等功能；2) 智能制造系统：例如智能生产线、智能车间、数字化工厂等，系统具有智能流程控制、智能生产管理、智能自组织生产等功能；3) 智能制造服务：产品全生命周期的服务支持，能够智能提供产品维护及故障检修等解决方案并且具有零等待的功能。针对机械工程领域而言，以上不同层面的智能化涉及多项共性关键支撑技术，下面对其进行概括。 2.2.1. 高档数控机床技术 数控机床和基础制造装备是装备制造业的“工作母机”，一个国家的机床行业技术水平和产品质量，是衡量其装备制造业发展水平的重要标志，《中国制造“2025”》将数控机床和基础制造装备列为“加快突破的战略必争领域”。数控机床和基础制造装备是制造业价值生成的基础和产业跃升的支点，是基础制造能力构成的核心，唯有拥有坚实的基础制造能力，才有可能生产出先进的装备产品，从而实现高价值产品的生产。与发达国家相比，我国机床行业起步晚，发展时间较短，技术相对落后。我国机床产业规模虽然位居世界首位，但却面临着产业结构不合理、自主创新能力不足等多项挑战。高精、高效以及智能化的数控机床是未来我国机床行业的发展方法。图2是数控机床涉及的部分关键技术。 2.2.2. 机器人技术 国际标准化(ISO)曾于1987年对工业机器人给出了定义：工业机器人是一种具有自动控制的操作与移动功能，能够完成各种作业的可编程操作机。我国国家标准GB/T12643-90将工业机器人定义为：是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。工业机器人能够代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险/恶劣环境下的作业。例如实现冲压、压力铸造、热处理、焊接、涂装、塑料制品成形、机械加工与简单装配、在核工业等部门中，完成对有害物料的搬运等。机器人替代人工生产是未来制造业重要的发展趋势，是实现智能制造的基础，也是未来实现工业自动化、数字化、智能化的保障。目前我国工业机器人研究取得较大进展，在关键技术上有所突破，但是还缺乏整体核心技术的突破，高速、高精、智能化是未来工业机器人的发展趋势。图3工业机器人涉及的部分关键技术。 2.2.3. 3D打印技术 3D打印技术是一种以数字三维模型文件为基础，将计算机内的三维数据模型进行分层割片，得到各层数据，计算机根据隔层数据信息来控制激光器(或喷嘴)有选择地逐层烧结(固化，热熔凝结等)形成层层 图2. 数控机床涉及的部分关键技术 微小厚度的实体，再熔结、聚合、黏结使各层黏结成一体，最终造出实体模型。与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添材制造(Additive Manufacturing)。3D打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，它涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”(rapid prototyping)和“快速制造”(rapid manufacturing)相关的打印工艺、技术和应用。3D打印需要依托多个学科领域的技术，至少包括信息技术、精密机械和材料科学三大技术。近年来，3D打印技术发展迅速，在各个环节都取得了长足进步。通过与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段结合，该技术已成为现代模型、模具和零件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等应用领域也占有独特地位。目前，我国成为世界上唯一掌握飞机钛合金大型主承力结构件激光快速成形技术并实现装机应用的国家，但是目前3D打印仍然存在诸多发展瓶颈，部分关键技术如图4所示。 2.2.4. 数字化制造技术 数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，它是智能制造的基础职称技术。数字化制造技术按照内涵可以分为：以设计为中心的数字化制造技术、 图3. 工业机器人涉及的部分关键技术 以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术，如图5所示。 2.2.5. 基础部件及技术 工业和信息化部发布《关于加快推进工业强基的指导意见》，提出加快推进工业强基，提升发展水平，夯实工业发展基础，推进工业大国向工业强国转变。关键基础材料、核心基础零部件(元器件)、先进基础工艺、产业技术基础(简称工业“四基”)是提升工业核心竞争力的重要基础。 1) 关键基础材料 提高特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、型无机非金属材料、高性能纤维及复合材料、生物基材料等基础材料的性能和质量稳定性，降低材料综合成本，提高核心竞争力。 2) 核心基础零部件(元器件) 围绕重大装备、重点领域整机的配套需求，提高产品的性能、质量和可靠性，重点发展一批高性能、高可靠性、高强度、长寿命以及智能化的基础零部件(元器件)。例如工业机器人减速器、数控机床轴承、滚珠丝杠、液压元部件、光电编码器等传感器。 3) 先进制造基础工艺 提高产品质量和生产效率、促进绿色发展为主攻方向，重点发展：a) 先进制造工艺：提高产品可靠 图4. 3D打印涉及的部分关键技术 图5 性、性能一致性和稳定性；b) 绿色制造工艺：资源能源高效开发利用与节能减排；c) 智能制造工艺：有利于提升自动化、信息化、成套化水平。 4) 产业技术基础 建设和完善一批专业水平高、支撑作用强、布局合理的骨干技术基础服务平台。推动建立市场化运作机制，完善技术基础公共服务体系，为区域和行业内企业提供优质、高效服务。如将科研院所、优势企业、高等院校组成共建平台，完成研发设计、技术成果转换、资源共享等。