1.4 制造系统的发展

如前所述，制造系统是一个由制造过程、硬件、软件和人员组成的输入输出系统。

早期的制造系统，如专用制造系统（如专用机床和专用装配线）、柔性制造系统等主要面向企业的制造过程。随着全球化竞争的加剧，制造系统向面向产品全生命周期、企业经营全过程的资源管理方向发展，经历了计算机集成制造系统和现代集成制造系统，发展到当前基于智能制造模式的智能制造系统。

1.4.1 计算机集成制造系统的基本概念

1．计算机集成制造的基本概念及定义

1）计算机集成制造的基本概念

工厂自动化技术的推进和信息时代的到来，孕育了一种制造业的哲理——计算机集成制造。1973年，美国约瑟夫•哈灵顿(J.Harrington)在其所著的Computer Integrated Manufacturing一书中提出了计算机集成制造的理念，当时就以英文字的开头字母称之为CIM理念。CIM是一种概念、一种哲理，是用来组织现代工业生产的指导思想。考虑到后面提到的现代集成制造也被简称为CIM的情况，有时就称哈灵顿的CIM为“早期CIM”，以示区别。

信息技术在工业化国家的制造业中是不可能在统一的规划下实施的，因此不同的研究单位和公司采用的是不同的标准，形成了各种不同的封闭系统，可以称之为“自动化孤岛”。不同的通信协议，使设备之间无法实现信息交换，不同的软件之间无法实施信息的传输，不同的数据库之间无法实现数据的共享。“自动化孤岛”阻碍了进一步完善TQCS。一个企业无法实现“五个正确”，即“在正确的时间，将正确的信息以正确的方式传给正确的人（或机器），以做出正确的决策或操作”。因此，信息集成和系统集成是相当一个时期以来，以至于今后人们努力实施的目标之一。

计算机集成制造系统便是用集成的观点、信息的观点对待制造业，它把整个制造业推向一个新的发展阶段。早期CIM概念包含系统和信息两个基本的观点：

（1）企业生产的各个环节，即从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理直到售后服务的全部生产活动，形成了一个不可分割的整体，它们彼此紧密相连；单一的生产活动都应在企业整个框架下作统一的考虑。这是一种系统的观点。

（2）整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程。最终形成的产品可以看作是“数据”的体现。这是一种信息的观点。

2）早期CIM的定义

市场竞争全球化带来的后果是竞争空前加剧，而竞争的焦点集中表现在：产品上市时间(Time to Market)、质量(Quality)、成本(Cost)以及售前售后服务(Service)。TQCS是制造业的永恒主题，也是CIM哲理的根本宗旨。追求更完善的TQCS是永无止境的过程，它不断促进管理改革和技术进步，其结果是全社会的进步。

早期CIM的定义为：“CIM是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，它借助计算机硬软件，综合运用现代化管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机集成并优化运行，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得竞争”。

对上述定义可进一步阐述如下：

•CIM是一种组织、管理与运行企业生产的哲理，其宗旨是完善TQCS，从而使企业赢得竞争。

•企业生产的全部活动过程是一个不可分割的有机整体，应从系统的观点进行协调，进而实现全局优化。

•企业生产的要素包括人、技术、经营管理。其中，尤其要继续重视发挥人在现代企业生产中的主导作用。

•企业生产活动包括信息流（采集、传递和加工处理）及物流两大部分。现代企业中尤其要重视信息流的管理运行及其与物流间的集成。

•CIM技术是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。具体地讲，它综合并发展了与企业生产各环节有关的计算机辅助技术，即计算机辅助经营管理与决策技术（如MIS、OA、MRP)，计算机辅助分析与设计技术（如CAD、CAE、CAPP)，计算机辅助制造技术（如DNC、CNC、工业机器人、FMC、FMS)，计算机辅助信息集成技术（如网络、数据库、标准化、CASE、AI)，计算机辅助建模、仿真、实验技术，计算机辅助质量管理与控制等。

CIMS是基于CIM哲理而组成的系统。概括地讲，它就是以企业的全部经营活动作为一个整体，对企业内部的各种信息进行加工处理，借助信息处理工具——“计算机”进行“集成化”的制造、生产和管理。“计算机集成制造”一词中的“计算机”仅是一个工具而已，“制造”是目的，而“集成”则是CIM区别于其他生产方式的关键所在，它是将计算机与制造生产联结在一起的关键，是这种生产方式的核心。

2．计算机集成制造系统的组成

1）CIMS的三要素

根据CIM及CIMS的定义，通常认为系统集成包括以下3个要素：经营、技术及人/机构（图1-8）。这3个要素互相作用、互相支持，使制造企业达到优化。根据这3个要素相互间的关系可以看出存在4类集成的问题。它们是：

•利用计算机技术、自动化技术、制造技术及信息技术等支持企业达到预期的经营目标，如缩短产品设计与开发周期，提高产品质量，减少库存量等，即经营目标是企业建立集成的目的，而技术则仅仅是一种手段。

•利用技术支持企业中各种人员的工作，使之能互相配合，并协调一致。例如，通过共享数据库，使产品设计人员能及时了解产品制造的可行性。

•通过改进组织机构、培训人员及提高人员素质，支持企业达到经营目标，即人/机构和技术一样也是实现集成的一个重要手段。

•统一管理并实现经营、人/机构及技术三者的集成。

系统集成的基础是信息集成。系统集成的主要技术包括系统数据库管理技术、计算机网络技术、系统集成平台和产品数据交换技术。

2）早期CIMS的组成

计算机集成制造系统(CIMS)是以计算机为工具，以集成为主要特征的自动化系统。图1-9给出了一个关于早期CIMS组成的描述。由图1-9可知，企业CIMS主要由生产经营管理信息分系统、工程设计自动化分系统、制造自动化分系统、质量保证分系统、计算机网络分系统、数据库分系统六大部分组成。

•生产经营管理信息分系统：一般来讲，它是一个多级递阶系统。从上层的经营决策、制造资源规划(MRP-Ⅱ)到车间级调度与管理，包括市场预测、经营决策、中长期生产规划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具、人力资源计划等。

•工程设计自动化分系统：包括CAD、CAPP、CAM、CAE及CAT（计算机辅助测试）、可加工性设计及成本可计算性设计等。

•制造自动化分系统：这是CIMS中信息流和物流的结合点，随行业的不同而具有不同的内容。在离散行业，主要指机械加工车间、装配车间、自动（数控）单元等；在连续行业，主要指流程生产线。

•质量保证分系统：包括质量规划、质量检测（数据采集、评估）及质量跟踪。

•计算机网络/数据库分系统：这是CIMS集成的支撑系统，是集成的主要工具平台。

在人这个重要主题的参与下，在全局集成规划指导下，各分系统之间正确的数据传递与信息交互构成了CIMS有机集成的整体。

计算机集成制造理念提出之初，由于当时计算机的应用尚不普遍，市场竞争还未达到必须迫切发展CIMS的地步，因此，这一概念并没有引起人们足够的重视。直到20世纪80年代初，计算机集成制造(CIM)理念才逐渐被与制造业自动化相关的多个领域广泛接受，CIM和CIMS技术逐渐成为制造工业的热点。世界上很多国家和企业都纷纷制定和实施本国或本企业的CIM发展战略，CIM基础技术迅速发展、互相渗透。

1.4.2 现代集成制造系统的基本概念

1．现代集成制造理念发展的背景与形成

1986年，我国的国家高技术研究发展计划（简称863计划）的自动化领域将计算机集成制造系统列为一个主题，简称863/CIMS主题。在之后的15年中，CIMS领域取得了辉煌的成果。我国科技人员在总结前期CIMS实践的基础上，1999年由李伯虎、吴澄等提出了现代集成制造系统(Contemporary Integrated Manufacturing System，CIMS)的概念。现代集成制造(CIM)理念延升和拓展了计算机集成制造理念，它的形成与发展与20世纪70年代出现的CIM一样有着浓厚的时代背景。

1）全球化趋势

信息技术的飞速发展打破了时间和空间对经济活动的限制，为国家间、企业间经济关系的发展提供了新的手段和条件。同时，随着交通技术的发展，区域性经济组织开始形成和发展，使得市场沿地域合并、生产竞争日益全球化。经济的全球化，市场的国际化，贸易和投资的自由化，以及服务的世界化，促进了竞争，提高了效率，鼓励了革新，增加了新的资本投资，加快了经济增长速度。世界大市场逐步形成，国际间的经济贸易交往与合作更加频繁和紧密，竞争越来越激烈。这股全球化浪潮使得制造产业、技术和产品逐步走向国际化，导致制造业在全球范围内重新分布和组合。制造业已从对抗竞争的时代发展到今天的既有竞争又有合作、我赢你也赢的新时代。竞争的加剧将促使竞争对手利用一切可以利用的制造资源，主动积极地寻求市场机遇，联合和竞争两位一体，并超出国界，敏捷性成为制造业追求的目标。当今，以产品为龙头，以资本为纽带，通过市场形成具有较强竞争力的跨地区、跨行业、跨所有制和跨国经营的跨国公司和虚拟企业在全球范围内迅速增长，其目标是通过资金、技术和人才的优势互补，以获得最佳的经济效益和更强的竞争力。国际上联合研制生产高新技术产品的方式已相当普遍，随着企业之间跨越国界的贸易往来，将会孕育出崭新的巨型企业，跨国经营将成为未来企业的发展方向。

2）以客户为中心的市场

我们正处在工业时代向后工业时代演进的转折点。工业化生产的特征是“标准化基础上的规模经济”，而后工业生产是“个性化服务基础上的规模经济”。这一特征在网络经济中被称为大批量定制。消费者的价值观念发生了根本的变化，表现为对商品多品种、变批量、高性能、高质量、高可靠性、交货期短、合理的价格、完善的营销及售后服务等多方面的需求。由此导致制造业正面临一个被消费者偏好分化，产品寿命期短、更新快、动态快速多变、稳定性差和难以预测的买方市场。要求从传统的集中化、通用化、标准化和大型化等特征的制造模式向分散化、个性化、专业化和小型化的新型制造模式转换。客户驱动着市场，市场牵动着制造企业。制造业从以生产为中心转向以市场需求为中心，从以企业为主导转向以客户为主导，以满足客户需求为目标。这已成为制造企业赢得客户、开拓和占领市场的重要因素。

3）竞争新环境和新形式

世界上的每个企业都被各种经济纽带更紧密地联系在一起，既相互依存，又互相补充；同时，也使每个企业都有机会占领更大的市场，但也有可能因竞争失利而被市场淘汰。企业面对的将是日益激烈，甚至是残酷的市场竞争。对市场瞬息万变的需求的快速响应成为竞争的焦点，而创新则成为在激烈竞争中取胜的重要手段。由于高新技术产品研发难度与日俱增，面对多变且不可预测的市场，缺乏资源成为许多企业实现经营目标的主要障碍。这一切必然迫使企业的组织形态和结构朝高效、开放、合作与动态调整的方向演化，形成以竞争为基础、以合作为主导、风险共担、利益共享、共存共荣的机制，积极有效、主动、快速响应和适应市场，夺取竞争的胜利。

4）知识经济的出现

据联合国经济合作与发展组织统计，20世纪90年代，该组织成员国的高技术产品在制造业产品中的份额翻了一番，达20%~25%；知识密集型服务部门（如教育、通信、信息等）的发展更为迅速。经济合作与发展组织主要成员国GDP的50%以上是以知识为基础的。专家估计，科技进步对经济增长的贡献已从20世纪初的5%~20%提高到20世纪70年代—90年代的70%~80%，全球信息高速公路建成后将提高到90%。鉴于经济正逐步向知识密集型演变，知识将成为制造财富的主要资本，在该组织1996年的国际性文件中首次正式使用了“基于知识的经济”的概念，知识经济作为一种经济的新模式逐步得以确立。世界正走向知识经济时代，知识将成为最重要的经济力量，拥有知识，就拥有未来；世界科技发展速度加快，知识更新的速度加快，从技术革命到产业革命的周期将缩短，技术产品的市场生命周期也将缩短。随着人们消费水平的不断提高和消费观念的日趋多元化，新产品蕴含的知识性日益突出。因此，现代制造企业激烈竞争的核心是以知识为基础的新产品的竞争，而决定制造业竞争力的关键是新产品的快速开发能力。

5）互联网的冲击

互联网为企业向客户推销自己的产品提供了全新的舞台，成为商业竞争的新战场。由互联网的快速蔓延带来的信息全球化、经济全球化必将导致生产制造的全球化。制造业正在变成一种越来越集成化的全球系统。信息、资金、材料、零部件、成员和工人（如技术、知识能力、制造能力、投资能力等）已打破国家和地区的界限，制造能力已发展成为一种商品。人们开始从价值流的角度重新审视制造业的运营模式以及制造资源的分布和配置，并由此派生出电子商务模式。联合国贸易和发展会议2017年4月21日公布的统计数据显示，全球电子商务市场规模已经达到25万亿美元，美国和中国在这个市场占据领先地位。互联网从商业基础上给传统商业模式带来冲击，原来的经营管理平台发生改变。而对于制造企业来说，互联网改变了传统的管理思想，实现了管理平台上的实时性和互动性；企业管理需要考虑的问题更多，如：如何管理和优化企业的外部资源，在世界经济环境中建立业务网络，拓展企业新的业务增长点；如何在各个业务环节中与客户保持密切关系，在越来越复杂的供求关系中准确及时地为现有的和潜在的客户提供“个性化”的产品和服务等。

6）环境保护和可持续发展呼声日盛

20世纪60年代以来，全球经济以前所未有的高速度持续发展，但由于忽略了环境保护，结果造成了全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、空气污染、水源污染、土地沙化等恶果；大量失去使用价值的废旧产品数量猛增，在欧洲，每年有80万吨旧的电视机、计算机设备、收音机和测量仪器及300万吨废旧汽车设备被丢进国家的垃圾场。20世纪90年代，全美国的垃圾填埋场有70%以上已失去功效；许多州的垃圾填埋场快要达到它们许可的容纳量。据统计，造成环境污染的排放有70%是来自制造业，每年约产生55亿吨无害废物和7亿吨有害废物。必须从源头上进行治理，才能彻底解决环境污染问题。要考虑产品整个生命周期对环境的影响，最大限度地利用原材料、能源，最低限度地消耗自然资源，减少有害废物和固体、液体、气体的排放物，改进操作，减轻对环境的污染。20世纪90年代以来，有关资源和环保的问题日渐成为制造业研究的热点。

上述背景的形成，归根到底是由于20世纪中叶以来，微电子、计算机、通信、网络、信息、自动化等科学技术等高新技术在制造领域中的广泛渗透、应用和衍生。制造业走向全球化、信息化、集成化和绿色化势在必行。随着计算机科学和电子科学的发展及渗入融合到现代制造系统中，反映现代应用科学理论的系统论、信息论、控制论的智能理论与控制技术有机地融为一体，形成了现代集成制造系统的理论与方法。

2．CIM/CIMS的定义与内涵

1）CIMS集成的3个阶段

早期现代集成制造（CIM）理念的两个重要观点之一是系统的观点，由此“集成”成为CIM哲理的核心。CIM将“集成”这一核心理念进行了延伸和拓展，认为从系统论的观点出发，现代集成制造系统技术实现的途径是：由企业的信息集成入手，从信息集成向过程集成（过程重构和优化）及企业间集成的方向发展。这就是CIMS集成的3个阶段：信息集成、过程集成与企业间集成。这3者之间存在下述关系。

（1）信息集成是过程集成的基础。

只有在信息集成构建的信息通道基础上，各功能单元才能克服时间上、空间上以及异构环境的障碍，进行良好的沟通和协调，以实现过程集成。

（2）信息集成和过程集成是更好地实现企业间集成的充分条件。

例如，在实现企业间集成的敏捷制造的关键技术中，广泛地采用了信息集成和过程集成的技术成果，如通过信息集成实现的资源共享、信息服务和网络平台等，通过过程集成实现的并行工程、虚拟制造等。敏捷制造是建立在信息集成和过程集成基础之上的企业间集成。需要指出的是，信息集成和过程集成与企业间集成之间并没有必然的因果关系，它们只是为制造企业实现企业间集成提供了技术支持和先进的集成手段。

（3）企业间集成的发展促进信息集成和过程集成向更高层次发展。

现代集成制造环境下的企业间集成，是从制造系统优化的角度对信息集成和过程集成在深度和范围上的扩展，因此必然对信息集成和过程集成提出更高的要求，从而促进两者的发展。

总之，信息集成、过程集成与企业间集成是互为推动的关系，而不是一种谁替代谁的关系。另外，这3方面的集成技术都在不断向前发展。

2）对CIM/CIMS内涵的新认识

CIM在广度上和深度上拓宽了早期CIM的内涵。863/CIMS主题提出：“CIM是一种组织、管理和运行现代制造类企业的理念。它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术等有机结合，使企业产品全生命周期各阶段活动中有关的人/组织、经营管理和技术三要素及其信息流、物流和价值流三流有机集成并优化运行，以达到产品(P)上市快(T)、高质(Q)、低耗(C)、服务好(S)、环境清洁(E)，进而提高企业的柔性、健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争”。

CIMS是一种基于CIM理念构成的数字化、信息化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统，可以称之为具有现代化特征的，信息时代的一种新型生产制造模式。这里的“制造”是“广义制造”的概念，它包括了产品全生命周期各类活动——市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、生产、支持（包括质量、销售、采购、发送、服务）及产品最后报废、环境处理等的集合。其中，价值流是指以产品T、Q、C、S、E等价值指标体现的企业业务过程流，如成本流等。现代集成制造系统细化了现代市场竞争的内容(P、T、Q、C、S、E)；提出了反映CIMS现代化特征的五化；强调了系统的观点，拓展了系统集成优化的内容，包括信息集成、过程集成和企业间集成优化、企业活动中三要素和三流的集成优化，以及CIMS相关技术和各类人员的集成优化；突出了管理与技术的结合，以及人在系统中的重要作用；指出了CIMS技术是基于传统制造技术、信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术的一门发展中的综合性技术，特别是突出了信息技术的主导作用；扩展了CIMS应用范围，包括离散型制造业、流程及混合型制造业，使CIMS更具广义性、开放性和持久性。

3．CIM理念的特征

与传统制造系统的组织思想相比，现代集成制造理念体现出以下特征：

1）现代集成是面向21世纪的制造理念

CIM理念代表着制造技术的最新发展阶段，体现了能够有效地控制制造系统中的物质流、信息流和价值流的工程技术。CIM理念反映了21世纪现代集成制造系统发展的现代化特征：数字化、信息化、智能化、集成优化、绿色环保化。

2）以提高企业综合效益为目标的系统性

CIM理念旨在提高企业对多变市场环境的适应能力和竞争能力，促进国家的经济发展和综合实力的提高，且注重在工业企业中推广应用，并产生最好的实效。其目标从提高各个部门的局部效益转变到整体上适应市场需求和提高整体的综合效益，体现出其系统性特征。

3）覆盖从产品市场研究到终结处理等制造活动的全过程

CIM理念的内容覆盖了市场需求、开发设计、生产设备、加工制造、产品销售、使用维修及终结处理等全过程。

4）现代集成制造的多学科交叉融合性进一步增强

CIM理念从早期CIM发展而来，更体现了各种专业、学科之间不断的渗透、交叉、融合，其中的界限逐渐淡化，甚至消失，使现代集成制造趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理等技术于一体的新兴交叉技术体系。

5）现代集成制造理念更加强调技术、管理、人员/组织的有机集成

CIM理念的方法和模式（如并行工程、准时制造、全面质量管理、精良生产、敏捷制造、大批量定制等）都比早期CIM更体现了技术与管理、人员三者紧密结合这一特点。在实施现代集成制造技术的过程中，要注重技术、管理、人员三者的有机集成，使制造全过程能够达到优化运行，组织管理模式更加灵活化、合理化。

6）现代集成制造理念的普遍性

CIM理念是由诸多具体的生产组织模式、方法等集中提炼、发展而来的。不同的企业，不同的时期往往需要不同的动作方法，既不能生搬硬套，忽视具体应用的特殊性，也不能因为一两次的失败而否认其具有普遍指导意义。

7）现代集成制造理念的发展性

CIM理念本身是从早期CIM发展而来的，必然也是吐故纳新，不断充实、不断发展的，因此应坚持跟踪先进、脚踏实地、着眼未来的原则，努力推动CIM理念的发展，保持CIM理念的先进性、代表性、普遍性。

1.4.3 智能制造系统的基本概念

自美国20世纪80年代提出智能制造的概念后，一直受到众多国家的重视和关注，纷纷将智能制造列为国家级计划并着力发展。目前，在全球范围内具有广泛影响的是德国“工业4.0”战略、美国工业互联网战略和“中国制造2025”战略的智能制造概念。

1．智能制造的定义

智能制造的定义非常多，下面仅列举了其中一些。

•1991年，日本、美国、欧洲共同发起实施的“智能制造国际合作研究计划”中定义：智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统。

•在百度百科中，“智能制造”采用了路甬祥报告[14]中的定义：“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，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。”

•2001年6月，美国智能制造领导力联盟(SMLC)发表了《实施21世纪智能制造》报告。智能制造是先进智能系统强化应用、新产品制造快速、产品需求动态响应，以及工业生产和供应链网络实时优化的制造。智能制造的核心技术是网络化传感器、数据互操作性、多尺度动态建模与仿真、智能自动化，以及可扩展的多层次的网络安全。

•在中国智能制造科技发展“十二五”专项规划中，智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造，是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程智能化、制造过程智能化和制造装备智能化等。智能制造系统最终要以人为主要决策核心的人机和谐系统向以机器为主体的自主运行转变。

•2015年1月，光明科技指出，智能制造是面向产品全生命周期，实现泛在感知条件下的信息化制造。智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制造过程和制造装备智能化，是信息技术、智能技术与装备制造技术的深度融合与集成。智能制造是信息化与工业化深度融合的大趋势。

•在中国2015智能制造试点示范专项行动实施方案中，智能制造是基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称，具有以智能工程为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础，以网络互联为支撑等特征，可以有效缩短产品研发周期，降低运营成本，提高生产效率，提升产品质量，减少资源、能源的消耗。

•2015年12月，“国家智能制造标准体系建设指南2015版”提出了智能制造系统架构模型[15]，该模型从生命周期、系统层级和智能功能3个维度阐述智能制造的内涵，所构建的智能制造标准体系结构包括基础共性标准、关键技术标准和重点行业标准3大部分，其中，关键技术标准包括智能装备、智能工厂、智能服务、工业软件和大数据、工业互联网5个部分。

从上述定义可看出，随着各种制造新模式的产生和新一代信息技术的快速发展，智能制造的内涵不断变化，人工智能的成分在弱化，信息技术、网络互联等概念在强化，同时，智能制造的范围也在扩大，横向上从传动制造环节延伸到产品全生命周期，纵向上从制造装备延伸到制造车间、制造企业，甚至延伸到企业的生态系统。

人们对智能制造的理解存在一定分歧，例如，国家973项目高品质复杂零件智能制造基础研究中认为，智能制造的科学理念集中体现在智能工艺和智能装备上，是复杂工况下高性能产品制造的有效手段，这可视为智能制造的狭义理解。虽然“工业4.0”、工业互联网和“中国制造2025”都没有给出智能制造的定义，但是，“工业4.0”强调智能生产(smart production)和智能工厂(smart factory)，工业互联网强调智能设备(intelligent devices)、智能系统(intelligent system)和智能决策(intelligent decision)三要素的整合，“中国制造2025”把智能制造作为两化深度融合的主攻方向。因此，也有一种观点认为这些战略规划就是在讲智能制造，这实际上范化了，不利于理解智能制造的本质特征。

智能制造就是面向产品的全生命周期，以新一代信息技术为基础，以制造系统为载体，这些关键环节和过程具有一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，能动态地适应制造环境的变化，从而实现某些优化目标[16]。相关的解释如下：

（1）智能制造面向产品全生命周期，而非狭义加工生产环节，包括产品的智能设计与研发、智能生产（加工和装配）、智能服务等环节，而产品是智能制造的目标对象。

（2）智能制造以新一代信息技术为基础，包括互联网、大数据、云计算等，是泛在感知条件下的信息化制造。

（3）智能制造的载体是制造系统，如图1-10所示。制造系统从微观到宏观有不同的层次，如制造装备、制造单元、制造车间、制造企业和企业生产系统等。制造系统的构成包括产品、制造资源（如机器、生产线、人等）、各种过程活动（如设计、制造、管理、服务等）以及运行与管理模式。

（4）智能制造技术的应用针对的是制造系统的关键环节和过程，而不一定是全部。

（5）智能的制造系统必须具备一定自主性的感知、学习、分析、决策、通信与协调控制能力，这是区别于自动化制造系统和数字化制造系统的根本地方，同时，能动态地适应制造环境的变化也非常重要，一个只具有优化计算能力的系统和一个智能的系统是不同的。

（6）构建智能的制造系统必然是为了实现某些优化目标。这些优化目标非常多，例如，增强用户体验友好性、提高装备运行可靠性、提高设计和制造效率、提升产品质量、缩短产品制造周期、拓展价值链空间等。注意，不同的制造系统层次，制造系统的不同环节和过程，不同的行业和企业，其优化目标及其重要性都是不同的，难以一一列举，必须具体情况具体分析。

近几年，新技术革命的重大突破初显端倪，某些重要产业领域显现出发生革命性突破的先兆，或将引发若干领域的群体性和系统性突破。新技术的快速发展及其与传统产业的跨界融合、渗透，正推动产业发展进入新的阶段，全球制造业的生产方式、生产组织模式和市场供需方式发生了重大变革。

智能制造的特征在于数据的实时感知、优化决策、动态执行3个方面。

（1）数据的实时感知。智能制造需要大量的数据支持，通过利用高效、标准的方法实时进行信息采集、自动识别，并将信息传输到分析决策系统。

（2）优化决策。通过面向产品全生命周期的海量异构信息的挖掘提炼、计算分析、推理预测，形成优化制造过程的决策指令。

（3）动态执行。根据决策指令，通过执行系统控制制造过程的状态，实现稳定、安全的运行和动态调整。

发展智能制造的核心是提高企业生产效率，拓展企业价值增值空间，其优势表现在以下几个方面：

（1）缩短产品的研制周期。通过智能制造，产品从研发到上市、从下订单到配送的时间得以缩短。通过远程监控和预测性维护，也减少了工厂设备的停机时间和生产中断时间。

（2）提高生产的灵活性。通过采用数字化、互联和虚拟工艺规划，智能制造开启了大规模批量定制生产，乃至个性化小批量生产的大门。

（3）创造新价值。通过发展智能制造，企业将实现从传统的“以产品为中心”向“以集成服务为中心”转变，将重心放在解决方案和系统层面上，利用服务在整个产品生命周期中实现新价值。

2．智能制造系统

智能制造系统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，它在制造过程中能以一种高度柔性与高度集成的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动，同时收集、存储、完善、共享、集成和发展人类专家的智能。