智能制造是建设制造强国的主攻方向。智能制造是一个不断演进发展的大概念，本文提出智能制造的内涵，归纳出三个基本范式：数字化制造、数字化网络化制造、数字化网络化智能化制造——新一代智能制造，明确了我国推进制造业智能转型应采取“并行推进、融合发展”的技术路线，提出了我国智能制造未来发展的战略目标、战略方针和发展路径，进而对我国体制机制保障和政策提出加强和落实智能制造推进机制、加大财税和金融支持、深化国际交流合作等初步的建议。
当前，新一轮科技革命和产业变革不断加速，全球制造业进入新的发展阶段。美国、德国、日本等发达国家都制定了本国智能制造技术发展战略。中国智能制造正处于加速发展的关键期，发展不平衡不充分的矛盾非常突出，必须要按照前瞻性、阶段性、实用性、开放性相结合的原则，抓紧制定适合我国国情的智能制造技术发展战略，以指导和推动我国制造业科学地实现智能升级。
本文简述了研究智能制造范式的重要意义，智能制造的内涵和发展历程，综合智能制造相关范式总结出智能制造三个基本范式：数字化制造、数字化网络化制造——“互联网+”制造、数字化网络化智能化制造—— 新一代智能制造。阐述了三种基本范式的内涵、特征。我国应从数字化“补课”做起，进一步夯实智能制造发展的基础；今后一阶段应重点发展“互联网+”制造，并行推进三种基本范式；新一代智能制造将从根本上引领和推进第四次工业革命，为我国实现制造业换道超车、跨越发展带来了历史性机遇。
本文通过研究西方发达国家发展智能制造的历程以及我国智能制造发展现状，提出中国发展智能制造不能走西方“串联式”发展道路，必须采取“并行推进、融合发展”的技术路线，推进“数字化制造、数字化网络化制造、数字化网络化智能化制造”三个范式同步发展，在大力推广、应用和普及数字化网络化制造的同时，加快新一代智能制造的探索、研究，引领和推进中国制造业的转型升级、跨越发展。
智能制造是一个不断演进的大系统，涵盖了产品、制造、服务全生命周期中所涉及的理论、方法、技术和应用。面对智能制造不断涌现的新技术、新理念、新模式，迫切需要总结提出智能制造系统架构，以更好地指导智能制造落地实施。本文从价值维、技术维和组织维三个维度构建了中国智能制造总体架构，并分别与美国、德国、日本智能制造相关系统架构做了横向比较。智能制造总体架构的技术维反映了智能制造以两化融合为主线，价值维体现了智能制造的主体是制造活动，组织维强调了智能制造要以人为本。
本文从制造业面临的问题和挑战、新一代人工智能技术带来的重大机遇、新一轮工业革命的核心技术等方面论述了新一代智能制造的发展背景。通过分析智能制造的发展演进过程，指出传统制造向智能制造发展的过程是从原来的“人– 物理”二元系统（HPS）向新的“人– 信息– 物理”三元系统（HCPS）发展的过程。HCPS 揭示了智能制造发展的基本原理，是支撑新一代智能制造发展的理论基础。基于HCPS 和智能制造的系统集成，从给制造业带来的革命性变化、给人类社会带来的革命性变化等方面描述了新一代智能制造的愿景。
智能产品与装备是智能制造和服务的价值载体、技术前提和物质基础。智能产品与装备的内涵体现在两个辩证的方面：一是智能技术的产品化，主要体现在物联网、大数据、云计算、边缘计算、机器学习、深度学习、安全监控、自动化控制、计算机技术、精密传感技术、GPS 定位技术等的综合应用；二是传统产品的智能化，借势新一代人工智能，赋予传统产品以更高智慧，在智能制造装备、智能生产、智能管理等方面注入强劲生命力和发展动能。在广泛科学调研和已有研究基础上，结合《中国制造2025》的十大重点领域及《人工智能三年行动计划》等宏观政策，拟定了智能产品与装备的十二大装备领域。研究表明，新一代智能产品与装备以知识工程为核心，以自感应、自适应、自学习和自决策为显著特征。未来将重点发展该领域的十大关键技术。
当前，以新一代人工智能技术与先进制造业深度融合发展为主要特征的新一代智能制造正在全球范围内孕育兴起，成为新一轮工业革命的核心技术。中国制造业总体而言大而不强，发展智能制造可推进中国制造业提质增效、由大变强，是中国制造业转型升级的主要路径。智能生产是新一代智能制造系统的主线，而智能工厂是智能生产的主要载体。本文重点研究离散型制造智能工厂发展战略，首先探讨智能工厂的内涵，对智能工厂的基本架构、信息系统架构和基本特征进行描述，然后提出了智能工厂的重点突破方向和实施途径方案，最后给出了发展智能工厂的政策建议：①建议政府部门积极支持和引导智能制造产业发展和智能工厂示范，支持形成具有区域优势的智能制造生态链；②鼓励企业根据自己的实际情况建设智能工厂，构建技术竞争优势和提升企业经济效益是硬道理；③建立和落实协同创新机制；④突出核心技术、关键装备、工业软件的“中国制造”。
本文在分析流程工业的特点、运行现状和国际智能制造发展状况的基础上，提出了我国流程工业智能制造的新模式——智能优化制造。在分析流程企业采用的由企业资源计划、制造执行系统、过程控制系统组成的三层架构和控制与管理信息化系统的发展状况基础上，提出了未来流程企业应采用的智能优化制造的架构和系统愿景功能，分析了实现愿景功能所需要攻克的关键共性技术和对自动化、计算机和通信、数据科学挑战的科学问题，提出了突出流程工业战略地位、实施战略规划与顶层设计等发展流程工业智能优化制造的建议。
有色金属是国民经济和国防军工的重要原料和战略物资。近年来，我国有色金属工业取得突飞猛进的发展，但仍面临着绿色、高效和智能化发展的挑战。有色金属生产工况复杂、原料多变，资源、能源、环保的要求日益严格，需要通过灵敏感知、精细操作、智能分析和敏捷决策来处理这些复杂变化和严苛要求。人工智能的飞速发展为有色金属生产过程的转型升级提供了核心驱动力。本文从有色金属工业的发展及面临的挑战、人工智能技术助力有色金属生产转型升级案例以及有色金属工业转型升级对人工智能的挑战三个方面阐述人工智能助力有色金属生产过程绿色高效智能化发展的主要内涵。
在新一代人工智能技术引领下，制造业的生产技术、组织方式、竞争策略等，都将面临重大调整，为制造业新模式与新业态的形成提供了可能。受新一代人工智能技术驱动，制造业实践中不断涌现由服务而产生的新模式新业态是本课题的研究核心。课题重点围绕由开展智能服务而产生的新模式和新业态进行研究，分析了在人工智能技术引领下，制造业的模式与业态的演进趋势，新模式与新业态的典型类型，支撑性、关键性技术；提出了新模式与新业态的发展方针、目标与途径。根据我国工业领域的发展基础与现状，选择远程运维服务和规模定制服务作为突破，提出两大业务模式在相关领域的发展方向以及发展目标，并提出相关政策建议。
当前，正在进入“新互联网+ 大数据+ 人工智能+”时代，新一代人工智能技术引领下的智能制造系统是一种“新互联网+ 新智能制造资源/ 能力/ 产品”的人/ 机/ 物/ 环境/ 信息新型智能互联制造系统。本文阐释了新一代人工智能技术引领下的智能制造系统的内涵、体系架构、技术系统，探讨了新一代人工智能技术引领下的智能制造系统雏形初探——航天云网中的基于大数据智能技术，提出了发展新一代人工智能技术引领下的智能制造系统的若干建议，特别是重视技术、应用和产业的协调发展，在突出各国、各行业、各企业特色的同时，加强与全国、乃至全球的合作与交流，进而形成新时代下智能制造新模式、新手段和新业态。
网络作为工业互联网三大功能体系之一，为工业全要素的全面互联提供基础设施。现有的“两层三级”工业网络难以满足工业互联网新业务、新模式的发展需求，不断出现的新型网络技术推动网络架构演进。工厂内网络向着融合、开放、灵活的方向发展，工厂外网络的服务呈现普遍化、精细化、灵活化趋势。本文给出了工业互联网网络连接框架，并建议工业企业根据业务、实时性、传输方式等需求建设工厂内网络，根据不同业务发展的要求选择三种专线和一种上网连接方式构建工厂外网络。
本文依据中国工程院最新观点性文章《走向新一代智能制造》，结合航空工业智能制造的演进路径，从传统研制方式人– 物理系统入手，分析了飞机制造业的数字化到智能化的发展。对飞机基于模型的数字定义，到基于信息– 物理系统的数字定义进行了阐述。新一代智能制造就是在新一代信息技术（云计算、物联网、移动通信、大数据、智能制造）的支持下，实现与人、设备和物料的深度融合，其典型特点就是数字主线使能的数字孪生。
为了深入认识中国工程院“基于新一代人工智能的‘中国智能制造发展战略研究报告’”的重要意义，笔者采取了解构和重构的方法，对德国工业4.0 参考架构模型（RAMI 4.0）进行了剖析，并与中国工程院报告中提出的智能制造总体架构做了对比，发现了彼此的相同和差异之处，认为中国版智能制造总体架构在智能程度上更胜一筹，这是中国人对智能制造发展的贡献。同时该分析过程亦加深了对二者的认识。
本文针对我国工业企业推进智能制造时面临的困惑，研究了促进相关技术深入应用的方法。通过调研和对比分析发现，企业的困惑本质上是技术的经济性差。推进技术应用的关键是提高技术经济性，而管理落后、质量要求低等问题，往往是制约技术经济性的普遍性原因。要解决技术经济性问题，需要在业务层面制定转型升级的战略目标、面向高质量发展，才能带动技术经济性。将智能制造相关技术用于管理水平的提升、补上企业的短板，也能提高技术经济性。
群体智能（CI）已经在过去的几十年里被广泛研究。最知名的CI 算法就是蚁群算法（ACO），它被用来通过CI 涌现解决复杂的路径搜索问题。最近，DeepMind 发布的AlphaZero 程序，通过从零开始的自我对弈强化学习，在围棋、国际象棋、将棋上都取得了超越人类的成绩。通过在五子棋上试验并实现AlphaZero 系列程序，以及对蒙特卡洛树搜索（MCTS）和ACO 两种算法的分析和比较，AlphaZero 的成功原因被揭示，它不仅是因为深度神经网络和强化学习，而且是因为MCTS算法，该算法实质上是一种CI 涌现算法。在上述研究基础上，本文提出了一个CI 进化理论，并将其作为走向人工通用智能（AGI）的通用框架。该算法融合了深度学习、强化学习和CI 算法的优势，使得单个智能体能够通过CI 涌现进行高效且低成本的进化。此CI 进化理论在智能机器人中有天然的应用。一个云端平台被开发出来帮助智能机器人进化其智能模型。作为这个概念的验证，一个焊接机器人的焊接参数优化智能模型已经在云端平台上实现。
针对人工智能在智能制造领域应用不断深入的趋势，本文基于企业关键绩效指标（KPI）的定义，分析了智能制造的系统实现形式，并进一步讨论了人工智能技术在智能制造中的主要作用；通过梳理人工智能在智能制造中的典型应用场景，从生命周期维度提出了人工智能在智能制造中的应用地图，总结了人工智能在智能制造应用中的共性技术，并以生产环节为例说明了人工智能技术对企业的影响；最后，提出了人工智能在智能制造中的标准体系。
基于市场需求的拉动与人工智能技术的推动，规模定制生产正在悄然兴起。分析人工智能技术对规模定制生产服务模式的发展趋势的影响，以及总结规模定制生产服务模式未来发展需要突破的关键技术，就成为一项重要的研究内容。本文通过家具、家电、服装和汽车行业的案例调研和专家访谈等方法，根据多种市场需求，对多源跨媒体异构数据库建设、基于大数据的设计需求特征挖掘系统、虚拟体验系统及虚拟制造、全流程信息自动采集等多项关键技术的发展趋势进行分析。从顶层设计、企业、人才、金融四个方面为进一步推广融入人工智能技术的规模定制生产服务模式提出对策建议。
实现制造业技术改造智能升级是深化供给侧结构性改革的重要举措，然而我国制造业整体发展水平不均，有效地推动产业基础广泛的转型更迭是现阶段我国产业政策的难点。2013 年以来，浙江省在推进制造业技术改造智能升级方面积累了丰富的工作经验，并在提高制造业产品质量、缓解招工压力、改善投资结构、培育新兴产业等方面取得了显著成果。本文基于对浙江省制造业的实地调研，归纳梳理了浙江省在制造业技术改造智能升级过程中在发挥政府引导、激发企业主观能动性、优化市场供给等方面的主要做法及成效。文章最后为我国全面推进制造业智能化技术改造提供了政策建议。