新一代人工智能技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，形成了新一代智能制造技術(shù)，成為了新一輪工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力。

3.2 新一代智能制造是新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù)

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，科技創(chuàng)新是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的根本動(dòng)力。第一次工業(yè)革命和第二次工業(yè)革命分別以蒸汽機(jī)和電力的發(fā)明和應(yīng)用為根本動(dòng)力，極大地提高了生產(chǎn)力，人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入了現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)。第三次工業(yè)革命，以計(jì)算、通訊、控制等信息技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用為標(biāo)志，持續(xù)將工業(yè)發(fā)展推向新高度。

新世紀(jì)以來(lái)，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化使得信息的獲取、使用、控制以及共享變得極其快速和普及，進(jìn)而，新一代人工智能突破和應(yīng)用進(jìn)一步提升了制造業(yè)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化的水平，其最本質(zhì)的特征是具備認(rèn)知和學(xué)習(xí)的能力，具備生成知識(shí)和更好地運(yùn)用知識(shí)的能力，這樣就從根本上提高工業(yè)知識(shí)產(chǎn)生和利用的效率，極大地解放人的體力和腦力，使創(chuàng)新的速度大大加快，應(yīng)用的范圍更加泛在，從而推動(dòng)制造業(yè)發(fā)展步入新階段，即數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造——新一代智能制造。如果說(shuō)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造是新一輪工業(yè)革命的開(kāi)始，那么新一代智能制造的突破和廣泛應(yīng)用將推動(dòng)形成新工業(yè)革命的高潮，將重塑制造業(yè)的技術(shù)體系、生產(chǎn)模式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)，并將引領(lǐng)真正意義上的“工業(yè)4.0”，實(shí)現(xiàn)新一輪工業(yè)革命。

3.3 愿景

制造系統(tǒng)將具備越來(lái)越強(qiáng)大的智能，特別是越來(lái)越強(qiáng)大的認(rèn)知和學(xué)習(xí)能力，人的智慧與機(jī)器智能相互啟發(fā)性地增長(zhǎng)，使制造業(yè)的知識(shí)型工作向自主智能化的方向發(fā)生轉(zhuǎn)變，進(jìn)而突破當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展所面臨的瓶頸和困難。

新一代智能制造中，產(chǎn)品呈現(xiàn)高度智能化、宜人化，生產(chǎn)制造過(guò)程呈現(xiàn)高質(zhì)、柔性、高效、綠色等特征，產(chǎn)業(yè)模式發(fā)生革命性的變化，服務(wù)型制造業(yè)與生產(chǎn)型服務(wù)業(yè)大發(fā)展，進(jìn)而共同優(yōu)化集成新型制造大系統(tǒng)，全面重塑制造業(yè)價(jià)值鏈，極大提高制造業(yè)的創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力。

新一代智能制造將給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)革命性變化。人與機(jī)器的分工將產(chǎn)生革命性變化，智能機(jī)器將替代人類(lèi)大量體力勞動(dòng)和相當(dāng)部分的腦力勞動(dòng)，人類(lèi)可更多地從事創(chuàng)造性工作；人類(lèi)工作生活環(huán)境和方式將朝著以人為本的方向邁進(jìn)。同時(shí)，新一代智能制造將有效減少資源與能源的消耗和浪費(fèi)，持續(xù)引領(lǐng)制造業(yè)綠色發(fā)展、和諧發(fā)展。

4. 新一代智能制造的技術(shù)機(jī)理：“人-信息-物理系統(tǒng)”（HCPS）

智能制造涉及智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)以及智能服務(wù)等多個(gè)方面及其優(yōu)化集成。從技術(shù)機(jī)理角度看，這些不同方面盡管存在差異，但本質(zhì)上是一致的，下面以生產(chǎn)過(guò)程為例進(jìn)行分析。

4.1 傳統(tǒng)制造與“人-物理系統(tǒng)”

傳統(tǒng)制造系統(tǒng)包含人和物理系統(tǒng)兩大部分，是完全通過(guò)人對(duì)機(jī)器的操作控制去完成各種工作任務(wù)（如圖2(a)所示）。動(dòng)力革命極大提高了物理系統(tǒng)（機(jī)器）的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，物理系統(tǒng)（機(jī)器）代替了人類(lèi)大量體力勞動(dòng)。傳統(tǒng)制造系統(tǒng)中，要求人完成信息感知、分析決策、操作控制以及認(rèn)知學(xué)習(xí)等多方面任務(wù)，不僅對(duì)人的要求高，勞動(dòng)強(qiáng)度仍然大，而且系統(tǒng)工作效率、質(zhì)量和完成復(fù)雜工作任務(wù)的能力還很有限。傳統(tǒng)制造系統(tǒng)可抽象描述為圖2(b)所示的“人-物理系統(tǒng)”（HPS—Human-Physical Systems）。

4.2 數(shù)字化制造、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造與“人-信息-物理系統(tǒng)”

與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)相比，第一代和第二代智能制造系統(tǒng)發(fā)生的本質(zhì)變化是，在人和物理系統(tǒng)之間增加了信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)可以代替人類(lèi)完成部分腦力勞動(dòng)，人的相當(dāng)部分的感知、分析、決策功能向信息系統(tǒng)復(fù)制遷移，進(jìn)而可以通過(guò)信息系統(tǒng)來(lái)控制物理系統(tǒng)，以代替人類(lèi)完成更多的體力勞動(dòng)，如圖3所示。

圖3 第一代和第二代智能制造系統(tǒng)

第一代和第二代智能制造系統(tǒng)通過(guò)集成人、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的各自優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)的能力尤其是計(jì)算分析、精確控制以及感知能力都得以很大提高。一方面，系統(tǒng)的工作效率、質(zhì)量與穩(wěn)定性均得以顯著提升；另一方面，人的相關(guān)制造經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)轉(zhuǎn)移到信息系統(tǒng)，能夠有效提高人的知識(shí)的傳承和利用效率。制造系統(tǒng)從傳統(tǒng)的“人-物理系統(tǒng)”向 “人-信息-物理系統(tǒng)”（HCPS—Human-Cyber-Physical Systems）的演變可進(jìn)一步用圖4進(jìn)行抽象描述。

信息系統(tǒng)（Cyber system）的引入使得制造系統(tǒng)同時(shí)增加了“人-信息系統(tǒng)”（HCS—Human-Cyber Systems）和“信息-物理系統(tǒng)”（CPS—Cyber-Physical Systems）。其中，“信息-物理系統(tǒng)”（CPS）是非常重要的組成部分。美國(guó)在本世紀(jì)初提出了CPS的理論[54]，德國(guó)將其作為工業(yè)4.0的核心技術(shù)。“信息-物理系統(tǒng)”（CPS）在工程上的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的完美映射和深度融合， “數(shù)字孿生體”（Digital Twin）即是最為基本而關(guān)鍵的技術(shù)，由此，制造系統(tǒng)的性能與效率可大大提高。