近来，我国工程院院刊《Engineering》推出最新观念性文章“走向新一代智能制作”，作者周济、李培根、周艳红等，文章指出智能制作是一个不断演进开展的大概念，可概括为三个底子范式：数字化制作、数字化网络化制作、数字化网络化智能化制作——新一代智能制作。新一代智能制作是新一代人工智能技能与先进制作技能的深度交融，是新一轮工业革新的中心驱动力。“人-信息-物理系统”（HCPS）提醒了新一代智能制作的技能机理，可以有用辅导新一代智能制作的理论研讨和工程实践。推动制作业智能转型应采纳“并行推动、交融开展”的技能道路

　　智能制作是一个不断演进开展的大概念，可概括为三个底子范式：数字化制作、数字化网络化制作、数字化网络化智能化制作——新一代智能制作。新一代智能制作是新一代人工智能技能与先进制作技能的深度交融，贯穿于产品规划、制作、服务全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成，不断进步企业的产品质量、效益、服务水平，削减资源能耗，是新一轮工业革新的中心驱动力，是往后数十年制作业转型晋级的首要途径。“人-信息-物理系统”（HCPS）提醒了新一代智能制作的技能机理，可以有用辅导新一代智能制作的理论研讨和工程实践。根据智能制作三个底子范式次序打开、相互交织、迭代晋级的特征，推动制作业智能转型应采纳“并行推动、交融开展”的技能道路。

　　要害词：先进制作，新一代智能制作，人-信息-物理系统，新一代人工智能，底子范式，并行推动，交融开展

　　面对新一轮工业革新，《我国制作2025》明确提出，要以新一代信息技能与制作业深度交融为主线，以推动智能制作为主攻方向[1]。国际各国都在活跃采纳举动，美国提出“先进制作业同伴方案”[2, 3]、德国提出“工业4.0战略方案”[4]、英国提出“工业2050”[5]、法国 提出“新工业法国方案”[6]、日本提出“社会5.0战略”[7]、韩国提出“制作业立异3.0方案”[8]，都将开展智能制作作为本国构建制作业竞赛优势的要害行动。

　　新世纪以来，新一代信息技能呈现爆发式添加，数字化网络化智能化技能在制作业广泛运用，制作系统集成式立异不断开展，构成了新一轮工业革新的首要驱动力。特别是，新一代智能制作作为新一轮工业革新的中心技能，正在引发制作业在开展理念、制作方法等方面严重而深入的革新，正在重塑制作业的开展途径、技能系统以及工业业态，然后推动全球制作业开展步入新阶段[9-13]。

　　广义而论，智能制作是一个大概念[10, 14]，是先进信息技能与先进制作技能的深度交融，贯穿于产品规划、制作、服务等全生命周期的各个环节及相应系统的优化集成，旨在不断进步企业的产品质量、效益、服务水平，削减资源耗费，推动制作业立异、绿色、调和、敞开、同享开展。

　　数十年来，智能制作在实践演化中构成了许多不同的相关范式，包括精益出产、柔性制作、并行工程、灵敏制作、数字化制作、核算机集成制作、网络化制作、云制作、智能化制作等[15-23]，在辅导制作业技能晋级中发挥了活跃作用。但一起，很多的范式不利于构成一致的智能制作技能道路，给企业在推动智能晋级的实践中造成了许多困扰。面对智能制作不断出现的新技能、新理念、新方法，有必要概括总结提炼出底子范式。

　　智能制作的开展伴跟着信息化的前进。全球信息化开展可分为三个阶段：从上世纪中叶到90年代中期，信息化表现为以核算、通讯和操控运用为首要特征的数字化阶段；从上世纪九十年代中期开端，互联网大规模遍及运用，信息化进入了以万物互联为首要特征的网络化阶段；其时，在大数据、云核算、移动互联网、工业互联网集群打破、交融运用的根底上，人工智能完结战略性打破，信息化进入了以新一代人工智能技能为首要特征的智能化阶段[24]。

　　概括智能制作相关范式，结合信息化与制作业在不同阶段的交融特征，可以总结、概括和进步出三个智能制作的底子范式，也便是：数字化制作、数字化网络化制作、数字化网络化智能化制作——新一代智能制作。

　　智能制作的概念最早呈现于上世纪80年代[25]，可是因为其时运用的榜首代人工智能技能还难以处理工程实践问题，因此那一代智能制作主体上是数字化制作。

　　上世纪下半叶以来，跟着制作业关于技能前进的激烈需求，以数字化为首要方法的信息技能广泛运用于制作业，推动制作业发生革新性改动。数字化制作是在数字化技能和制作技能交融的布景下，经过对产品信息、工艺信息和资源信息进行数字化描绘、剖析、决议计划和操控，快速出产出满意用户要求的产品[15, 16, 26, 27]。

　　数字化制作的首要特征表现为：榜首，数字技能在产品中得到遍及运用，构成“数字一代”立异产品；第二，广泛运用数字化规划、建模仿真、数字化配备、信息化办理；第三，完结出产进程的集成优化。

　　需求阐明的是，数字化制作是智能制作的根底，其内涵不断开展，贯穿于智能制作的三个底子范式和悉数开展进程。这儿界说的数字化制作是作为榜首种底子范式的数字化制作，是一种相对狭义的定位。国际上也有若干关于数字化制作的比较广义的界说和理论[28]。

　　数字化网络化制作是智能制作的第二种底子范式,也可称为“互联网+制作”，或第二代智能制作[29]。

　　上世纪末互联网技能开端广泛运用，“互联网+”不断推动互联网和制作业交融开展，网络将人、流程、数据和事物连接起来，经过企业界、企业间的协同和各种社会资源的同享与集成，重塑制作业的价值链，推动制作业从数字化制作向数字化网络化制作改动[17, 30-33]。

　　数字化网络化制作首要特征表现为：榜首，在产品方面，数字技能、网络技能得到遍及运用，产品完结网络连接，规划、研制完结协同与同享。第二，在制作方面，完结横向集成、纵向集成和端到端集成，打通整个制作系统的数据流、信息流。第三，在服务方面，企业与用户经过网络渠道完结联接和交互，企业出产开端从以产品为中心向以用户为中心转型[34]。

　　德国“工业4.0”陈述和美国GE“工业互联网”陈述完整地论述了数字化网络化制作范式，精辟地提出了完结数字化网络化制作的技能道路 新一代智能制作——数字化网络化智能化制作

　　数字化网络化智能化制作是智能制作的第三种底子范式，也可称为新一代智能制作。近年来，在经济社会开展激烈需求以及互联网的遍及、云核算和大数据的出现、物联网的开展等信息环境急速改动的一起驱动下，大数据智能、人机混合增强智能、集体智能、跨媒体智能等新一代人工智能技能加速开展，完结了战略性打破[24, 40, 41]。新一代人工智能技能与先进制作技能深度交融，构成新一代智能制作——数字化网络化智能化制作。新一代智能制作将重塑规划、制作、服务等产品全生命周期的各环节及其集成，催生新技能、新产品、新业态、新方法，深入影响和改动人类的出产结构、出产方法甚至生活方法和思想方法，完结社会出产力的全体跃升。新一代智能制作将给制作业带来革新性的改动，将成为制作业未来开展的中心驱动力。

　　智能制作的三个底子范式表现了智能制作开展的内涵规则：一方面，三个底子范式次序打开，各有本身阶段的特色和要要点处理的问题，表现着先进信息技能与先进制作技能交融开展的阶段性特征；另一方面，三个底子范式在技能上并不是绝然别离的，而是相互交织、迭代晋级，表现着智能制作开展的交融性特征。对我国等新式工业国家而言，应发挥后发优势，采纳三个底子范式“并行推动、交融开展”的技能道路. 新一代智能制作引领和推动新一轮工业革新

　　3.1 开展布景当今国际，各国制作企业遍及面对着进步质量、添加功率、降低成本、快速呼应的激烈需求，还要不断习惯宽广用户不断添加的个性化消费需求，应对资源动力环境束缚进一步加大的应战。可是，现有制作系统和制作水平现已难以满意高端化、个性化、智能化产品和服务增值晋级的需求，制作业的进一步开展面对巨大瓶颈和困难。处理问题，迎接应战，迫切需求制作业的技能立异、智能晋级[14, 41]。

　　新一轮工业革新方兴未已，其底子动力在于新一轮科技革新。新世纪以来，移动互联、超级核算、大数据、云核算、物联网等新一代信息技能一日千里、飞速开展[11, 12, 42-48]，并极端迅速地遍及运用，构成了集体性跨过。这些历史性的技能前进，会集汇聚在新一代人工智能技能的战略性打破，完结了质的腾跃[24]。新一代人工智能呈现出深度学习、跨界协同、人机交融、集体智能等新特征，为人类供应知道杂乱系统的新思想、改造天然和社会的新技能。当然，新一代人工智能技能还在极速开展的进程中，将继续从“弱人工智能”迈向“强人工智能”，不断拓宽人类“脑力”，运用规模将无所不在。新一代人工智能现已成为新一轮科技革新的中心技能，为制作业革新性的工业晋级供应了历史性机会，正在构成推动经济社会开展的巨大引擎。国际各国都把新一代人工智能的开展摆在了最重要的方位[49, 50]。

　　新一代人工智能技能与先进制作技能的深度交融，构成了新一代智能制作技能，成为了新一轮工业革新的中心驱动力。

　　新世纪以来，数字化和网络化使得信息的获取、运用、操控以及同享变得极端快速和遍及，然后，新一代人工智能打破和运用进一步进步了制作业数字化网络化智能化的水平，其最实质的特征是具有认知和学习的才能，具有生成常识和更好地运用常识的才能，这样就从底子上进步工业常识发生和使用的功率，极大地解放人的膂力和脑力，使立异的速度大大加速，运用的规模愈加泛在，然后推动制作业开展步入新阶段，即数字化网络化智能化制作——新一代智能制作。如果说数字化网络化制作是新一轮工业革新的开端，那么新一代智能制作的打破和广泛运用将推动构成新工业革新的高潮，将重塑制作业的技能系统、出产方法、工业形状，并将引领线”，完结新一轮工业革新。

　　新一代智能制作将给人类社会带来革新性改动。人与机器的分工将发生革新性改动，智能机器将替代人类很多膂力劳动和适当部分的脑力劳动，人类可更多地从事创造性作业；人类作业生活环境和方法将朝着以人为本的方向跨进。一起，新一代智能制作将有用削减资源与动力的耗费和糟蹋，继续引领制作业绿色开展、调和开展。

　　传统制作系统包括人和物理系统两大部分，是彻底经过人对机器的操作操控去完结各种作业使命（如图2(a)所示）。动力革新极大进步了物理系统（机器）的出产功率和质量，物理系统（机器）替代了人类很多膂力劳动。传统制作系统中，要求人完结信息感知、剖析决议计划、操作操控以及认知学习等多方面使命，不只对人的要求高，劳动强度依然大，并且系统作业功率、质量和完结杂乱作业使命的才能还很有限。传统制作系统可笼统描绘为图2(b)所示的“人-物理系统”（HPS—Human-Physical Systems）。

　　榜首代和第二代智能制作系统经过集成人、信息系统和物理系统的各自优势，系统的才能尤其是核算剖析、准确操控以及感知才能都得以很大进步。一方面，系统的作业功率、质量与稳定性均得以明显进步；另一方面，人的相关制作经历和常识搬运到信息系统，可以有用进步人的常识的传承和使用功率。制作系统从传统的“人-物理系统”向 “人-信息-物理系统”（HCPS—Human-Cyber-Physical Systems）的演化可进一步用图4进行笼统描绘[11, 52, 53]。

　　信息系统（Cyber system）的引进使得制作系统一起添加了“人-信息系统”（HCS—Human-Cyber Systems）和“信息-物理系统”（CPS—Cyber-Physical Systems）。其间，“信息-物理系统”（CPS）是十分重要的组成部分。美国在本世纪初提出了CPS的理论[54]，德国将其作为工业4.0的中心技能。“信息-物理系统”（CPS）在工程上的运用是完结信息系统和物理系统的完美映射和深度交融， “数字孪生体”（Digital Twin）便是

　　新一代智能制作系统最实质的特征是其信息系统添加了认知和学习的功用，信息系统不只具有强壮的感知、核算剖析与操控才能，更具有了学习进步、发生常识的才能，如图5所示。

　　在这一阶段，新一代人工智能技能将使“人-信息-物理系统”发生质的改动，构成新一代“人-信息-物理系统”（如图6所示）。首要改动在于：榜首，人将部分认知与学习型的脑力劳动搬运给信息系统，因此信息系统具有了“认知和学习”的才能，人和信息系统的联系发生了底子性的改动，即从“授之以鱼”开展到“授之以渔”；第二，经过“人在回路”的混合增强智能，人机深度交融将从实质上进步制作系统处理杂乱性、不确定性问题的才能，极大优化制作系统的功用[52, 57]。

　　新一代智能制作，进一步突出了人的中心位置，是统筹调和“人”、“信息系统”和“物理系统”的概括集成大系统；将使制作业的质量和功率跃升到新的水平，为公民的美好生活奠定更好的物质根底；将使人类从更多膂力劳动和很多脑力劳动中解放出来，使得人类可以从事更有意义的创造性作业，人类社会开端线 从“人-物理系统”到新一代“人-信息-物理系统”

　　总归，制作业从传统制作向新一代智能制作开展的进程是从本来的“人-物理”二元系统向新一代“人-信息-物理”三元系统进化的进程（图7所示）。新一代“人-信息-物理系统”提醒了新一代智能制作的技能机理，可以有用辅导新一代智能制作的理论研讨和工程实践。

　　新一代智能制作是一个大系统，首要由智能产品、智能出产及智能服务三大功用系统以及工业智联网和智能制作云两大支撑系统调集而成（如图8所示）。

　　新一代智能制作技能是一种中心使能技能，可广泛运用于离散型制作和流程型制作的产品立异、出产立异、服务立异等制作价值链全进程立异与优化。5.1 智能产品与制作配备

　　产品和制作配备是智能制作的主体，其间，产品是智能制作的价值载体，制作配备是施行智能制作的条件和根底[58]。

　　新一代人工智能和新一代智能制作将给产品与制作配备立异带来无限空间，使产品与制作配备发生革新性改动，从数字一代全体跃升至智能一代。从技能机理看，智能一代产品和制作配备也便是具有新一代HCPS特征的、高度智能化、宜人化、高质量、高性价比的产品与制作配备。规划是产品立异的最重要环节，智能优化规划、智能协同规划、与用户交互的智能定制、根据集体智能的“众创”等都是智能规划的重要内容。研制具有新一代HCPS特征的智能规划系统也是开展新一代智能制作的中心内容之一。

　　智能产线、智能车间、智能工厂是智能出产的首要载体[61-63]。新一代智能制作将处理杂乱系统的准确建模、实时优化决议计划等要害问题，构成自学习、自感知、自习惯、自操控的智能产线、智能车间和智能工厂，完结产品制作的高质、柔性、高效、安全与绿色。

　　以智能服务为中心的工业方法革新是新一代智能制作的主题[64, 65]。在智能年代，商场、出售、供应、运营保护等产品全生命周期服务，均因物联网、大数据、人工智能等新技能而赋予其全新的内容。

　　新一代人工智能技能的运用将催生制作业新方法、新业态：一是，从大规模流水线出产转向规模化定制出产；二是，从出产型制作向服务型制作改动，推动服务型制作业与出产型服务业大开展，一起构成大制作新业态。制作业工业方法将完结从以产品为中心向以用户为中心的底子性改动，完结深入的供应侧结构性革新。

　　5.4 智能制作云与工业智联网智能制作云和工业智联网是支撑新一代智能制作的根底[9, 20, 31, 44, 66, 67]。

　　跟着新一代通讯技能、网络技能、云技能和人工智能技能的开展和运用，智能制作云和工业智联网将完结质的腾跃。智能制作云和工业智联网将由智能网络系统、智能渠道系统和智能安全系统组成，为新一代智能制作出产力和出产方法革新供应开展的空间和牢靠的保证[68]。

　　新一代智能制作内部和外部均呈现出史无前例的系统“大集成”特征：一方面是制作系统内部的“大集成”。企业界部规划、出产、出售、服务、办理进程等完结动态智能集成，即纵向集成；企业与企业之间根据工业智联网与智能云渠道，完结集成、同享、协作和优化，即横向集成[69-72]。

　　另一方面是制作系统外部的“大集成”。制作业与金融业、上下游工业的深度交融构成服务型制作业和出产性服务业一起开展的新业态。智能制作与智能城市、智能农业、智能医疗甚至智能社会交融集成，一起构成智能制作“生态大系统”。

　　新一代智能制作系统大集成具有大敞开的明显特征，具有会集与散布、统筹与精准、容纳与同享的特性，具有宽广的开展前景。

　　在西方发达国家，智能制作是一个“串联式”的开展进程，他们是用几十年时刻充沛开展数字化制作之后，再开展数字化网络化制作，然后迈向更高档的智能制作阶段[16]。在我国，制作业关于智能晋级有着极为激烈的需求，近年来技能前进也很快，可是整体而言，我国智能制作的根底十分单薄，大多数企业，特别是宽广中小企业，还没有完结数字化制作转型。面对这样的实际，我国怎么推动制作业的技能改造、智能晋级？

　　首要，有必要脚踏实地，我国企业在推动智能晋级的进程中要踏踏实实地完结数字化“补课”，夯实智能制作开展的根底；一起，不用走西方发达国家“次序开展”的途径，尽力探究一条智能制作跨过式开展的新路。

　　近几年，我国制作业界大力推动“互联网+制作”。一方面， 一批数字化制作根底较好的企业成功转型，完结了数字化网络化制作；另一方面， 部分本来还未完结数字化制作的企业，则选用并行推动数字化制作和数字化网络化制作的技能道路，在完结了数字化制作“补课”的一起，成功完结了向数字化网络化制作的跨过。这给咱们供应了成功的经历。

　　我国推动智能制作，应采纳“并联式”的开展方法，选用“并行推动、交融开展”的技能道路：并行推动数字化制作、数字化网络化制作、新一代智能制作，以及时充沛运用高速开展的先进信息技能和先进制作技能的交融式技能立异，引领和推动我国制作业的智能转型。未来若干年，考虑到我国智能制作开展的现状，也考虑到新一代智能制作技能还不老练，我国制作业转型晋级的作业要点要放在大规模推行和全面运用“互联网+制作”；一起，在大力遍及“互联网+制作”的进程中，要特别注重各种先进技能的交融运用，“以高打低、交融开展”。一方面，使得宽广企业都能高质量完结“数字化补课”；另一方面，赶快尽好运用新一代智能制作技能，大大加速制作业转型晋级的速度。再过若干年，在新一代智能制作技能底子老练之后，我国制作业将进入全面推行运用遍及新一代智能制作的新阶段。我国在推动三个底子范式“交融开展”时，有必要拟定一致的规范。未来数十年，我国企业在智能晋级进程中，将遍及面对屡次范式转化和技能晋级，有必要高度注重拟定和施行智能制作的相关规范，为后续开展做好预备，防止企业的低水平重复建造，有利于我国推动智能制作的分阶段施行和不断晋级。

　　在施行“并行推动、交融开展”这一技能道路的进程中，要着重“五个坚持”的政策。

　　一是坚持“立异引领”。紧紧抓住新一代智能制作带来的历史性机会，充沛使用互联网、大数据、人工智能等先进技能，瞄准高端方向，加速研讨、开发、演示、推行和运用新一代智能制作技能，用立异引领和推动制作业出产质量和功率进步，完结我国制作业由大变强。

　　二是坚持“因企制宜”。推动智能制作，要充沛激起企业的内生动力。我国的企业良莠不齐，完结智能转型不能搞“一刀切”，各个企业特别是宽广中小企业，要结合企业开展实情，充沛考虑技能先进性和技能经济性的平衡，脚踏实地地运用合适自己转型晋级的技能途径。

　　三是坚持“工业晋级”。推动智能制作不能只是停留在典型、演示、部分制作环节或许部分制作范畴，而是要着眼于宽广企业、各个职业和整个制作工业，推动我国制作业质量革新、功率革新、动力革新，完结我国制作业全方位的智能化转型晋级。

　　四是坚持建造杰出的开展生态。各级政府、科技界、学界、金融界等社会各界要一起营建杰出的生态环境，协助和支撑企业特别是宽广中小企业的智能晋级。营建“群众创业、万众立异”的杰出环境；建造“用产学研金政”紧密结合的智能制作技能立异系统；构成从事推行运用各种共性使能技能和供应系统处理方案的新式企业集群。

　　推动智能制作胜败的要害在于人才，要以人为本，发动各方力气，尽力培育一代智能制作优秀人才。

　　五是坚持敞开与协同立异。我国制作业界要不断扩大与国际各国制作业界的沟通，施行更高水平的敞开。我国的商场是敞开的商场，我国的立异系统是敞开的立异系统。咱们要和国际制作业的同行们一起尽力，一起推动新一代智能制作，一起推动新一轮工业革新，使制作业更好地为人类谋福。

　　感谢路甬祥、潘云鹤、朱顶峰、吴澄、李伯虎、柳百成、王天然、卢秉恒、谭建荣、杨华勇、李德群、段正澄、蒋庄德、林忠钦、马伟明、丁荣军、高金吉、刘永才、冯培德、柴天佑、孙优贤、袁晴棠、钱峰、屈贤明、邵新宇、董景辰、朱森第、蔡惟慈、张纲、黄群慧、吕薇、余晓晖、宁振波、赵敏、郭朝晖、李义章等各位专家所作出的奉献。

　　感谢延建林、胡楠、古依莎娜、杨晓迎、徐静、刘默、刘丽辉、韦莎、马田野、张欣等各位搭档所作出的奉献。

　　本研讨由我国工程院严重咨询研讨项目(2017-ZD-08)赞助，特此感谢。