自工業(yè)革命時代起，制造業(yè)就成為促進生產(chǎn)力進步的重要的力量，它不僅是實現(xiàn)各類創(chuàng)新的重要載體，也是技術(shù)進步、迭代最迅速的產(chǎn)業(yè)。智能制造不僅借助技術(shù)躍遷帶來效率革命，更引發(fā)了生產(chǎn)制造領(lǐng)域內(nèi)，人工智能對人類智能替代所帶來的深遠的范式變革。當(dāng)前，我國已進入高質(zhì)量發(fā)展階段，智能制造既是深入實施制造強國戰(zhàn)略的主攻方向，又是孕育和形成新質(zhì)生產(chǎn)力的重要載體。長遠來看，智能制造不僅能夠引領(lǐng)新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，還將深刻塑造未來的生產(chǎn)生活方式。

一、制造業(yè)的四次生產(chǎn)力飛躍

智能制造是一個多維度的概念，可從技術(shù)、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)等角度對其進行界定。從制造業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展的歷史進程來看，智能制造是在傳統(tǒng)制造發(fā)展基礎(chǔ)上，在技術(shù)革命背景下，在制造業(yè)第四次生產(chǎn)力飛躍過程中，生產(chǎn)力向更高級表現(xiàn)形式的演進成果之一，其本質(zhì)仍然是物質(zhì)生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化。

（一）第一次飛躍——機械動力與工廠制度

制造業(yè)的第一次生產(chǎn)力飛躍，是以蒸汽機為代表的機械動能替代人力、畜力、自然風(fēng)力水力等傳統(tǒng)動能，成為主要的動力來源，制造業(yè)生產(chǎn)不再必然依靠自然力、遵循自然法則來安排生產(chǎn)計劃。隨著制造工廠大量出現(xiàn)，規(guī)模經(jīng)濟、范圍經(jīng)濟出現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)化和分工使生產(chǎn)效率大大提高，工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力得到極大提升。然而，最早的制造工廠主要是生產(chǎn)要素的集中，缺少現(xiàn)代化的管理方法和工具，工廠管理能力不足，第一次生產(chǎn)力飛躍所推動的技術(shù)進步有限。同時，受制于當(dāng)時的交通工具和信息傳播手段，技術(shù)擴散的速度也較為緩慢。

（二）第二次飛躍——電力、流水線與產(chǎn)業(yè)鏈

電力的出現(xiàn)使動力可以分開創(chuàng)造和使用，這是制造業(yè)擺脫動力束縛的又一變革。二者分開不僅使兩個環(huán)節(jié)能夠進行深入分工，使能源供應(yīng)和使用效率進一步提升，還賦予制造業(yè)可以隨時隨地根據(jù)需要使用動力的自由。相較于蒸汽能，電能在輸出功率、使用便捷性和安全性等方面都有巨大的進步，不僅能夠支撐巨型工業(yè)機械進行制造加工，也讓小型工具獲得了機械能，后者推動了流水線的出現(xiàn)和普及，這是制造業(yè)生產(chǎn)模式的一次重大革新。電子通訊技術(shù)的興起和內(nèi)燃機的改進使人類信息傳遞和運送貨物的能力大幅提升，使分散在各個地區(qū)的制造工廠能夠相互關(guān)聯(lián)，進行分工、協(xié)同和產(chǎn)能分配，同時也使在更大范圍、多個工廠間進行生產(chǎn)組織成為可能，產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)體系逐漸出現(xiàn)。技術(shù)進步和生產(chǎn)組織模式創(chuàng)新深化了專業(yè)分工，放大了制造業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)，制造業(yè)的生產(chǎn)力再次得到解放和發(fā)展。但由于當(dāng)時物質(zhì)產(chǎn)品匱乏，因此制造業(yè)生產(chǎn)力的第二次飛躍主要以創(chuàng)造更多的物質(zhì)產(chǎn)品為目標(biāo)，技術(shù)進步和管理創(chuàng)新均以提高生產(chǎn)能力為導(dǎo)向。然而，這種以產(chǎn)能增長作為主要目標(biāo)的生產(chǎn)方式一定程度上造成了對自然資源的過度開采和對生態(tài)環(huán)境的破壞，最終造成了嚴(yán)重的生態(tài)危機。

（三）第三次飛躍——自動機械和全球化

1959年，第一臺工業(yè)機器人在通用汽車公司安裝運行，標(biāo)志著制造業(yè)進入“自動化”革命的新紀(jì)元。近年來，工業(yè)機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用到制造業(yè)的各個細分行業(yè)，以工業(yè)機器人為代表的可自主運轉(zhuǎn)機器設(shè)備提高了制造業(yè)生產(chǎn)效率，進一步發(fā)展了制造業(yè)的生產(chǎn)力。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，出現(xiàn)了以低成本和高效率為重要導(dǎo)向的全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和分工格局調(diào)整，經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展，全球產(chǎn)業(yè)鏈形成，制造業(yè)各環(huán)節(jié)分工進一步深化。自動化和全球化的結(jié)合促使制造業(yè)生產(chǎn)力發(fā)生第三次飛躍，在這一階段，制造業(yè)生產(chǎn)更加注重效率和效益的提高，不計成本的粗放式增長方式被摒棄，集約和節(jié)約的生產(chǎn)方式不斷普及，制造企業(yè)開始重視資源能源的合理使用，并關(guān)注生產(chǎn)過程和產(chǎn)品使用中對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響。然而，由于制造業(yè)歷次生產(chǎn)力的飛躍主要由發(fā)達國家主導(dǎo)，在第三次生產(chǎn)力飛躍和全球化過程中，發(fā)達國家再次主導(dǎo)全球分工和貿(mào)易規(guī)則，利用技術(shù)差、信息差，成為全球化進程的最大受益者。

（四）第四次飛躍——智能化、綠色化、融合化與定制化

在數(shù)字社會、智能社會到來之際，制造業(yè)依然是技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、制度創(chuàng)新的前沿陣地。進入21世紀(jì)，人工智能等新一代數(shù)字信息技術(shù)取得突破性進展，綠色低碳發(fā)展已在全球達成共識，不同產(chǎn)業(yè)的深度融合使得傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)分類邊界逐漸模糊，用戶對個性化產(chǎn)品和服務(wù)的需求愈發(fā)旺盛。在此背景下，制造業(yè)迎來了第四次生產(chǎn)力水平的飛躍，呈現(xiàn)出智能化、綠色化、融合化和定制化的特征。與數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化等概念相比，智能化強調(diào)重新定義機器與人工智能在產(chǎn)業(yè)發(fā)展和企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營中的地位和作用，并重新審視新環(huán)境下人與機器的關(guān)系。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化三者只存在層次上的差異而不存在遞進式的取代關(guān)系。綠色化已成為制造業(yè)發(fā)展的基本原則，全球綠色產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大，推動制造業(yè)向更加可持續(xù)的方向發(fā)展。融合化主要指產(chǎn)業(yè)間深度融合和制造業(yè)服務(wù)化趨勢的增強。在新工業(yè)革命中，制造業(yè)分工不斷深化、價值鏈不斷分解，制造企業(yè)提供服務(wù)的能力顯著增強，制造業(yè)產(chǎn)品中服務(wù)的比重也不斷提高。定制化主要是指低成本、大規(guī)模和強個性化的定制化制造。通過技術(shù)進步、生產(chǎn)制度改進、分工進一步深化以及對用戶需求的精準(zhǔn)把握，制造業(yè)的生產(chǎn)力得到進一步發(fā)展，在新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的推動下，制造業(yè)將再次實現(xiàn)生產(chǎn)力的飛躍。

二、我國智能制造的發(fā)展基礎(chǔ)與現(xiàn)狀

如同每一次制造業(yè)生產(chǎn)力的飛躍都是在特定條件下對上一次生產(chǎn)力的進一步提升，智能制造的發(fā)展也需要強大的工業(yè)和制造業(yè)基礎(chǔ)。近年來，我國在經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)建設(shè)方面取得一系列顯著成就，雖然還存在一些技術(shù)上和制度上的挑戰(zhàn)，但智能制造總體上具備良好的發(fā)展前景。

（一）工業(yè)和制造業(yè)產(chǎn)業(yè)體系完備

我國擁有世界上最為完備的工業(yè)體系，是唯一一個在聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中涵蓋全部工業(yè)大類、中類和小類的國家。經(jīng)過多輪調(diào)整和優(yōu)化，我國輕重工業(yè)的比重基本合理。我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈完整，涵蓋了從上游的采掘業(yè)、中游的原料和產(chǎn)品加工及生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，以及下游的產(chǎn)品服務(wù)和研發(fā)、物流、金融等生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)。我國擁有超大的工業(yè)和制造業(yè)規(guī)模，在全球500多種主要工業(yè)品中，有220多種產(chǎn)量位居世界首位，制造業(yè)規(guī)模約占世界的三分之一，對世界制造業(yè)增長貢獻比重超過30%。完善的工業(yè)體系和龐大的工業(yè)規(guī)模使得我國工業(yè)和制造業(yè)具有強大的韌性，為智能制造的發(fā)展創(chuàng)造了穩(wěn)定的環(huán)境和堅實的基礎(chǔ)。

（二）技術(shù)創(chuàng)新能力處于世界前列

《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》指出，要把科技自立自強作為智能制造發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。目前，我國制造業(yè)技術(shù)的總體研發(fā)能力已比肩發(fā)達國家，且在部分領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先地位。我國科技研發(fā)投入已多年穩(wěn)居世界第二位，PCT專利申請量和R&D經(jīng)費投入均位居世界第一位，技術(shù)研發(fā)體系基本完備，建設(shè)了諸多世界領(lǐng)先的重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，能在多個領(lǐng)域、多個技術(shù)路線上開展基礎(chǔ)性和前沿性的研發(fā)工作。盡管當(dāng)前階段我國在部分技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域仍處于后發(fā)地位，但憑借完整的產(chǎn)業(yè)門類和配套完善的工業(yè)體系，能夠通過改進生產(chǎn)工藝和大規(guī)模生產(chǎn)來彌補研發(fā)劣勢，進而實現(xiàn)技術(shù)趕超。目前，我國在人工智能、移動通訊、量子科技、空天開發(fā)等具有顛覆性潛力的技術(shù)領(lǐng)域中，研發(fā)水平均居于世界前列。創(chuàng)新能力的不斷增強是我國長期堅持獨立自主技術(shù)路線的結(jié)果，也為智能制造的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（三）智能制造要素條件基本齊備

在培育創(chuàng)新能力的同時，發(fā)展智能制造還需要大量的要素投入。雖然我國東部地區(qū)土地資源緊張，但中西部地區(qū)還有土地存量尚待開發(fā)，既可用于建設(shè)智能制造工廠，也可用于承接?xùn)|部地區(qū)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移。我國教育水平在發(fā)展中國家中遙遙領(lǐng)先，培養(yǎng)了全球最龐大的高素質(zhì)產(chǎn)業(yè)工人隊伍，并擁有世界領(lǐng)先的工程師隊伍，為智能制造發(fā)展提供了充足的人才和人力資源。國家出臺《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》、工業(yè)和信息化部等八部門出臺《關(guān)于加快傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導(dǎo)意見》等一系列政策文件，確保國家資源向智能制造傾斜。同時，我國高度重視新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋范圍日益擴大。而我國龐大的人口基數(shù)和大體量的經(jīng)濟基礎(chǔ)，能夠為新技術(shù)、新模式的商業(yè)化提供豐富的應(yīng)用場景和廣闊的市場需求支撐，使我國能夠通過規(guī)?；陌l(fā)展模式實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的快速增長。在本土要素條件基本齊備的同時，我國全球化的能源資源保障能力也不斷增強，可以從多方面為智能制造的發(fā)展提供支持。

三、我國智能制造未來發(fā)展趨勢與策略

先進信息通信技術(shù)、自動化技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成了智能制造的底層技術(shù)。與當(dāng)前制造業(yè)生產(chǎn)模式相比，智能制造具有技術(shù)上的先進性，展現(xiàn)出高度自動化、數(shù)據(jù)驅(qū)動、靈活柔性、互聯(lián)性、智能決策、預(yù)測性維護、高資源產(chǎn)出效率和用戶參與等特征。智能制造在提升制造業(yè)效率和效益的同時，需要著力解決制造業(yè)發(fā)展中存在的各種結(jié)構(gòu)性問題，實現(xiàn)人與機器和諧共生、發(fā)展與環(huán)境有機統(tǒng)一以及供需的精準(zhǔn)匹配。

（一）具身智能引領(lǐng)“無人化”新時代

近年來，工業(yè)機器人在制造業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。在生產(chǎn)方面，大規(guī)模應(yīng)用工業(yè)機器人不僅在總體上降低了生產(chǎn)成本，還顯著提高了生產(chǎn)效率；在就業(yè)方面，工業(yè)機器人對就業(yè)產(chǎn)生了一定的影響，減少了對重復(fù)勞動崗位的需求，同時提高了對高水平勞動力的需求。但工業(yè)機器人無法完全替代人類崗位，原因是工業(yè)機器人在處理模糊任務(wù)和應(yīng)對生產(chǎn)中的突發(fā)狀況的能力較弱。對于一些概念和邏輯模糊的工種和崗位，機器人的判斷能力不及人類精準(zhǔn)，只能扮演輔助性角色。然而，隨著以具身智能為代表的智能技術(shù)逐漸成熟，智能制造的生產(chǎn)模式正在向完全“無人化”的方向演進。

具身智能是人工智能的一個重要分支。根據(jù)中國計算機學(xué)會的定義，具身智能是一種基于物理身體進行感知和與物理世界互動的智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出智能行為和適應(yīng)性。與非具身智能相比，具身智能以現(xiàn)實機器設(shè)備為載體，能更好地適應(yīng)制造業(yè)作為物質(zhì)生產(chǎn)部門的固有屬性。具身智能不僅能通過主動式感知，像人類一樣完成物理任務(wù)，還能感受周圍的世界、對世界進行建模，主動進行學(xué)習(xí)和認知。目前，具身智能的研發(fā)已取得一系列進展，在制造業(yè)的應(yīng)用前景逐漸清晰。

（二）人機融合共創(chuàng)制造業(yè)智能新生態(tài)

當(dāng)數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用于機器人后，人與機器在制造業(yè)中逐漸形成了協(xié)作關(guān)系，這是制造業(yè)中人與機器關(guān)系演進的重要一步。機器數(shù)控化使生產(chǎn)柔性程度大幅提高，通過使用帶有擴展的命令集，單臺機器以及機器之間的模塊化組合能夠快速切換任務(wù)，使得一些先進的工廠在一條流水線上可以同時完成多個型號產(chǎn)品的生產(chǎn)。在安全方面，數(shù)控機床一般采用全封閉設(shè)計，工業(yè)機器人被放置在由圍擋和警戒線環(huán)繞的封閉空間內(nèi)，工人則被嚴(yán)格控制在機器的工作范圍之外。此外，AGV（自動導(dǎo)引運輸車）機器人等移動設(shè)備必須具有避讓工人的功能。通過嚴(yán)格的現(xiàn)場管理和安全規(guī)范，機器引發(fā)的安全事故頻率極低。盡管機器數(shù)控化使制造業(yè)中人與機器的關(guān)系向前邁出了一大步，但人與機器的協(xié)作關(guān)系主要體現(xiàn)在崗位分工以及人機交互和柔性化制造的協(xié)同上，人與機器之間的物理障礙仍然存在。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，使用特定按鍵和編程語言進行人與機器的交互，機器程序的設(shè)定仍然以便于機器識別為準(zhǔn)則。

制造業(yè)正在經(jīng)歷顛覆性數(shù)字化變革，在數(shù)控化的基礎(chǔ)上，機器向智能化、更加柔性和更加安全的方向發(fā)展，人與機器由協(xié)作關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)槿藱C“融合”關(guān)系。人機融合關(guān)系的根本原則是以人為本，機器需要最大限度地配合人的勞動習(xí)慣、最大程度地降低人的體力和腦力勞動強度、完全服從人的指揮和調(diào)度。機器能夠識別并理解人類的自然語言，因此機器操作者不再需要進行復(fù)雜的培訓(xùn)，機器與機器之間通過保留數(shù)字語言進行數(shù)據(jù)傳輸和相互協(xié)同，但人與機器可以在同一空間和平臺上從事生產(chǎn)活動，人機之間的物理隔離和管理制度上的分離逐漸消失。在這種融合關(guān)系中，機器在具有高度柔性化能力的同時，還具備自主的學(xué)習(xí)能力和糾錯能力，人對機器的直接干預(yù)逐漸減少，當(dāng)面臨新的任務(wù)時，機器可以和人類一起學(xué)習(xí)。人機融合能實現(xiàn)人與機器的優(yōu)勢互補，推動超柔性生產(chǎn)的實現(xiàn)，使人在工業(yè)生產(chǎn)中重新回到主導(dǎo)地位，引領(lǐng)可持續(xù)發(fā)展之路。

（三）低碳制造共筑可持續(xù)發(fā)展新未來

綠色低碳已成為全球共識。2015年，我國提出了綠色工廠的五大要求，即生產(chǎn)潔凈化、原料無害化、用地集約化、廢物資源化和能源低碳化。通過區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、政策法規(guī)和市場化手段的調(diào)節(jié)，我國已基本實現(xiàn)五個要求中的前四個。當(dāng)前，我國制造業(yè)碳排放占到整體碳排放量約30%，僅次于電力產(chǎn)業(yè)，因此制造業(yè)必須承擔(dān)起減排責(zé)任。智能制造為實現(xiàn)低碳化、綠色化的制造業(yè)創(chuàng)造了一條增長與環(huán)保兼得的可靠路徑。首先，技術(shù)創(chuàng)新和管理制度創(chuàng)新有助于制造綠色化的實現(xiàn)。技術(shù)進步不斷提高能源轉(zhuǎn)化率和資源利用率，新的供應(yīng)鏈、倉儲和物流體系不斷降低制造環(huán)節(jié)中的損耗。其次，更加綠色的生產(chǎn)技術(shù)和組織方式在各制造業(yè)部門、各產(chǎn)業(yè)鏈和各類產(chǎn)品生產(chǎn)流程的每個環(huán)節(jié)得到廣泛應(yīng)用，使其不再局限于高耗能、高污染行業(yè)，進一步創(chuàng)造了碳減排空間。

智能制造同樣有利于能源的清潔獲取與集約利用。在能源來源方面，通過建設(shè)分布式光伏系統(tǒng)和大規(guī)模的儲能設(shè)備、優(yōu)化用電管理系統(tǒng)和算法等手段，制造業(yè)可以大量使用清潔能源，減少對化石能源發(fā)電的依賴，并帶動電力行業(yè)的能源轉(zhuǎn)型。在能源利用方面，使用高效能設(shè)備代替老舊設(shè)備，一方面提高了單位能源效率，降低操作能耗；另一方面，通過減少不必要的動力輸出，從而節(jié)約能源。在能源管理方面，智能制造通過建立起一套數(shù)字化智能系統(tǒng)，對工廠碳排放進行準(zhǔn)確測算，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化企業(yè)的能源管理。通過傳感器和數(shù)字孿生技術(shù)，智能制造可以系統(tǒng)監(jiān)測關(guān)鍵環(huán)節(jié)的能耗參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)能源漏損點位并進行修補，最大限度地減少能源浪費。

（四）精準(zhǔn)制造構(gòu)建高質(zhì)量發(fā)展新格局

隨著數(shù)字化時代的不斷發(fā)展，制造業(yè)需要向運轉(zhuǎn)更加高效、成本更加節(jié)約、供需更好對接的方向發(fā)展。1953年，日本豐田公司副總裁大野耐一創(chuàng)造了在多品種小批量混合生產(chǎn)需求下實現(xiàn)高質(zhì)量、低成本的生產(chǎn)方式，即準(zhǔn)時生產(chǎn)（Just in time）模式。這一生產(chǎn)方式隨后在全球制造業(yè)中得到推廣和普及，顯著降低了制造業(yè)的生產(chǎn)成本并提高了對市場需求的響應(yīng)速度。在這一生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上，“精準(zhǔn)經(jīng)濟”的概念被提出并得到實踐。精準(zhǔn)經(jīng)濟首先體現(xiàn)在制造業(yè)產(chǎn)品智能化、緊湊化。隨著產(chǎn)品體積縮小，生產(chǎn)的能耗、物耗也相應(yīng)降低，制造業(yè)庫存成本隨之降低。精準(zhǔn)經(jīng)濟還體現(xiàn)在供需匹配上。隨著信息時代海量數(shù)據(jù)資源匯集，供需精準(zhǔn)匹配得以實現(xiàn)，低成本定制和個性化需求得到了普遍滿足。智能制造通過“產(chǎn)銷合一”改善了供需關(guān)系，進一步促進了經(jīng)濟體系的公平和諧。

通過先進的數(shù)字技術(shù)和制度設(shè)計，智能制造使產(chǎn)品制造中各個環(huán)節(jié)、各個方面都實現(xiàn)了高度精準(zhǔn)化，不斷滿足產(chǎn)品在“精確性”和“準(zhǔn)確度”上的要求。通過聯(lián)通數(shù)字世界和現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)獲取，進行超大規(guī)模數(shù)據(jù)分析，采取普遍數(shù)據(jù)驅(qū)動基礎(chǔ)上的發(fā)展模式，智能制造能夠?qū)崿F(xiàn)對經(jīng)濟活動的精準(zhǔn)監(jiān)測，并做出相應(yīng)的精確反應(yīng)。通過采用精準(zhǔn)制造模式，智能制造能夠在較高生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上提升經(jīng)濟效率，有效降低經(jīng)濟運行的物耗能耗，并調(diào)動閑置的資源和生產(chǎn)要素進入市場，從而創(chuàng)造新的經(jīng)濟價值。這種高度精準(zhǔn)的制造模式，不僅使制造業(yè)在響應(yīng)市場需求時更加靈活敏捷，還使得資源配置更加高效，推動了整個經(jīng)濟體系向更加可持續(xù)、更加高效的方向發(fā)展。