智能制造技术的特征精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇智能制造技术的特征，期待它们能激发您的灵感。

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关键词：机械制造；智能化技术；发展趋势；机械产业；机械化 文献标识码：A

中图分类号：TH16 文章编号：1009-2374（2016）31-0058-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.31.030

20世纪50年代，我国在机械化产业方面开始了发展，随着时代的进步，机械制造产业愈来愈重要，对我国的整体经济水平的发展有着带动作用。在机械制造技术的应用过程中，就能促进整体的机械产业发展水平的提高，尤其是在近些年的智能化技术的应用下，从机械制造的效率以及时间和质量等诸多方面都有着进步。通过从理论层面对机械制造技术发展和智能化技术发展趋势进行探究，对实际应用起到积极促进作用。

1 我国机械制造智能技术的特征体现和发展现状分析

1.1 我国的机械制造智能技术的特征体现分析

我国的机械制造产业的发展比较迅速，在机械制造智能化的系统发展逐步完善。从这一智能系统的特征来看，有着其虚拟性，在制造的设备方面对不同来源的企业和车间等，其在物理位置上是能够分步的。从逻辑层面来说，能组成共同逻辑制造单元。另外，在机械制造智能系统的自治性特征上比较突出，这一特征的体现主要在生产管理层面表现得比较突出，这一系统的自比较强，能够使突发事件在处理能力上得到有效加强，从而实现自动调整等。还有是在动态性的特征上表现得也比较突出，能结合不同物理资源和外部环境进行逻辑制造单元的科学化配置。

机械制造智能技术是不断发展和完善的系统。在智能化系统的发展中，是从传统制造技术上进行逐渐发展的，也是机械制造技术的最新发展阶段，对传统机械制造产业以及新技术的成果等都有着吸收和应用，能结合自身的发展加以调整，形成新的技术群，在这样的技术发展促进下使得机械制造智能化的作用能够充分呈现出来。不仅如此，机械制造智能技术也是系统化的工程和全球化的技术，在这些特征方面都有着鲜明的呈现。

1.2 我国的机械制造智能技术的发展现状分析

从当前的机械制造系统的发展情况来看，数字化技术是比较重要的技术，这一技术的应用有着高效性、高精度的特征，在数字技术的支持下，能促进机械制造产业的进一步发展。在现阶段的发展条件下，对制造产业智能化以及集成化发展产生影响的就是数控技术，这一技术使得机械制造的智能化目标得以有效实现。自我国改革开放以来，在机械化的技术产业发展上已经有了很大程度的进步，机械制造的水平以及产品质量方面也不断的提高，在机械制造产品方面也有着我国自主研发新的产品。虽然在一些方面我国的机械制造得到了很大程度的进步，但还有诸多方面存在着缺陷问题，有待完善加强。

在信息化时代背景下，在新技术以及理念的融入下，机械制造技术得到了进一步发展。在计算机的智能化应用下，机械制造产业良好发展。基于我国在机械制造的管理方面比较落后以及在管理的体制上和生产模式上的发展相对比较缓慢，这在很大程度上都会影响我国的机械制造产业的进一步发展。我国的机械制造总体上还处在低水平的发展阶段，在创新能力以及自主开发能力层面还相对比较薄弱，在制造技术上以及技改力度上还不是很充足。

实际的发展中，传统的机械制造管理模式中，我国仍处在初期的阶段，通过经验来进行管理，也是以人为的管理方式为主。在制造设计的工艺方面，我国在CAD/CAM的技术层面向中小制造企业进行普及发展，但从整体上来看还有很大的进步空间。为此就要能结合我国的机械制造技术的发展现状，采取针对性的发展措施来对机械制造智能化的发展进行促进。

2 机械制造技术的地位体现和影响因素分析

2.1 机械制造技术的地位体现分析

机械制造技术在我国的经济发展中占有重要的地位。机械制造行业是比较大的发展行业，尤其是在我国的经济发展过程中，发挥着重要的作用。机械制造行业在农业和工业发展时期扮演着重要角色，到了当前的社会经济发展背景下，对机械制造的需求不仅没有降低，反而有了增加。一些国家将机械制造产业的发展作为对国家综合实力衡量的重要标准，可见机械制造产业对国家发展的重要性。我国在农业以及机械制造和工业发展的需求上都是大国，尤其是在机械制造产业的发展中，对农业的发展也有着很大的带动作用，同时也能对工业化的正常发展有着积极的促进作用。从这些方面就能够看出，机械制造技术在经济社会中的作用和地位。

2.2 机械制造技术发展的影响因素分析

对机械制造技术的发展产生影响的因素比较多，要对各个因素加以详细分析，然后找到针对性的解决方法，这样才能有利于实际问题的解决。受到传统发展观念的影响，就会给机械制造的进一步发展带来相应的影响。我国的机械技术在发展中，对机械的理解不全面，只是局限在传统工艺层面。还有就是对结构比较重视，但是对控制却没有充分重视，没有将机电一体化作为机械工业对象的本质特征。在认识层面，把传统机械制造产业和高技术进行分化看待，这一错误的观点认识也不利于机械制造产业的良好发展。

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智能控制的性能特征智能控制的技术有如下的几项特点：第一，智能控制技术的核心是通过高层的控制，也就是组织级；第二，智能控制的机器具有非线性等特征；第三，智能控制还具有结构转变的特点；第四，智能控制器具有整体自寻优的特点；第五，智能控制系统应该要能满足多种多样的高性能的要求；第六，智能控制还是一门与相关边缘学科复杂融合的学科类型；第七，智能控制是一门新兴的研究领域技术。

在二十世纪九十年代后期，机电一体化技术开始向智能控制方向发展，同时也开启了机电一体化技术发展的新篇章。在未来的发展过程中，机电技术一体化的发展方向主要就是智能控制技术。正因为如此，机电一体化系统的发展水平就主要由智能控制技术优劣来决定。

在机械制造过程中智能控制的应用机械制造技术是机电一体化系统中重要的组成成分。在当前，发展最先进的机械制造技术就是把智能控制的技术和计算机辅助技术进行有效的结合，共同向智能机械的制造技术方向发展。发展的最终发展就是运用先进的计算机技术取代机械的脑力劳动，从而模拟人类制造机械的行为活动。另外，智能控制技术还利用神经网络系统计算的技术对机械制造的活动动态化的模拟，再通过传感器的融合技术将收集的信息进行处理，然后控制和修改系统中的参数数据。机械制造中智能控制的应用领域有：机械制造系统智能的监测和监控、机械故障的智能诊断、智能学习和智能传感器等。

数控领域中应用的智能控制伴随着现代化科学技术的发展，我国机电一体化技术的发展对数控技术的要求越来越高。不仅需要模拟、延伸、拓展等新型的智能功能，而且还要求数控技术实现智能的编程和监控、建立智能数据库等技术。

机器人领域中应用的智能控制在动力体系中，机器人往往具有非线性、时变性和强耦合等特征。这些特征正好适合在智能控制技术方面运用。目前机器人在智能控制中的主要应用主要表现在：第一，控制机器人手臂动作和活动的智能控制；第二，智能控制机器人在多种传感器中的信息融合以及机器人视觉处理方面的活动；第三，控制机器人的行走轨迹和路径；第四，对由专家控制的机器人运动进行跟踪、监测和定位控制活动的研究。

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关键词： 计算机辅助工艺设计；单元；特征技术；三维

中图分类号：TB4文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）07-0028-01

0引言

计算机辅助工艺过程设计（简称CAPP）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。当前科学技术飞速发展，产品更新换代频繁，多品种、小批量的生产模式已占主导地位，传统的工艺设计方法已不能适应造业的需要。基于三维模型的产品建模与分析技术越来越引起企业重视，针对系列产品或新产品的基于3D的参数化工艺设计模型，可以对零部件进行快速准确的工艺设计，如定位、装夹规划、工序图生成、NC程序生成、工装设计等，是柔性制造环境下CAPP的发展趋势。

1技术现状

在设计方法上，CAPP经历了检索式、派生式、创成式以及混合式系统，相比较而言，混合式CAPP系统较为实用。20世纪50年代人工智能AI的发展促进了智能式CAPP的发展。围绕知识库和推理机组织的专家系统是智能式CAPP的核心[1]。随着先进制造技术的发展，人们对CAPP系统也有了新的认识，其发展呈现出集成化、系统化、智能化、标准化等特点。

2柔性参数化三维CAPP系统功能与建模

柔性制造模式下参数化三维CAPP所包括的四个功能：装夹规划；工序规划；尺寸链计算和工艺模型评价[2]，与传统CAPP相比柔性参数化三维CAPP在功能上具有以下特点：

2.1 工序规划功能日益突出强大产品的拓扑结构确定后，改变几何参数时，相对应的装夹方案变化较小，而工序规划中的内容则变化较大。工序规划中的数控编程技术（刀具选择、路径规划、切削参数的选取）成为主要工作内容，编程质量直接影响着制造周期和成本。

2.2 特征技术成为柔性制造模式下实现CAPP的重要途径多品种小批量制造环境下，使得传统CAPP技术难以实现快捷统一的装夹规划，而传统的CAPP技术又着重于检索和派生技术，内容集中在工序图的生成，无法为企业提供实用的推理和决策功能，成为制造过程中的瓶颈。特征技术的出现为实现CAPP技术的柔性化提供可能，特征被分为总体特征、制造特征、主特征和载体特征，通过特征分类与设计特征自动识别技术，以及设计特征到工艺特征的映射技术[3]，实现基于特征的柔性CAPP技术。

3柔性参数化三维CAPP系统结构与特点

柔性制造模式下CAPP系统以商品化CAD/CAM环境为开发平台，建立了集成的零件工艺信息模型和丰富的制造特征库，综合利用各种工艺设计方法。采用XML技术实现对制造资源、工艺数据和工艺知识的描述，并采用面向对象的思想设计数据库以方便管理,完善地实现数据、知识的动态更新。

3.1 基于特征技术的信息集成在三维CAD平台上提供三维标准件库、设计特征库，在产品的几何层与零件层增加特征层，将几何形状特征和设计约束特征通过特征映射成工艺特征，基于特征加工知识进行辅助工艺决策，再经过基于特征的数控编程技术实现快速制造。同时建立三维的工艺装备库，并生成三维工序简图，不仅实现可视化装夹规划，而且实现自动化工序规划。

3.2 基于知识描述的智能工艺设计在知识表达上可采用面向对象的方法，混合式知识表达模型，以及各种模糊知识的表示。在推理方面，人工智能中的神经网络的发展对于知识自学习和联想记忆有很大进展，不精确推理也有所应用。在系统结构方面，出现知识系统，分布式系统，多层次系统等。在决策方法上，基于Agent的智能决策技术，分级规划的决策方法等，从强调工艺决策的自动化转变到注重工艺基本数据结构及基本设计功能，开发重点从注重工艺过程的自动生成，转向整个产品工艺设计的辅助工具。

3.3 工艺设计过程管理标准化每个制造企业的生产技术和产品类型是不同的，在应用CAPP的过程会产生各自特点的制造资源、流程控制、工艺数据和报表，但是其工艺设计过程则是相似的，可分为任务分配、工艺设计、工艺签审和工艺归档四个阶段[4]，用户类型也可分为工艺设计员、工艺组长、译审员、质保员、车间主任和系统管理员等，签审路线也是明确的，便于在PDM中实施角色和流程的规范管理。

4总结

随着国际市场的开放和一体化，先进制造模式是制造企业创造效益的新途径，在多品种小批量的制造环境下，柔性参数化三维CAPP系统是适应产品多样化的新技术途径，有助于制造业发挥先进制造模式的技术优势，也代表了CAPP系统发展的趋势。

参考文献：

[1]刘艳斌，赵海兵.基于3D-CAPP技术及其发展研究[J].机械制造，2006年09期：14-16.

[2]章万国，蔡力钢.基于三维的定量化CAPP及其关键技术研究[J].中国机械工程，2003年22期：1926-1929.

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现阶段我国的农业发展比较迅速，在新技术的支持下，对农业机械的应用促进了生产力水平提高。在面对新的发展环境下，智能CAD技术应用在农业机械设计当中，就能为农业机械设计的优化提供技术支持。本文主要就农业机械设计的特征以及智能CAD技术应用的重要性加以分析，然后结合实际对农业机械设计中智能CAD技术的应用问题和具体应用详细探究。

关键词：

智能CAD技术；农业机械；设计应用

智能CAD技术作为新型应用技术，在当前农业机械设计当中起着重要作用，通过智能CAD技术应用能优化机械设计的环节，促进设计质量提高。通过从理论层面对农业机械设计中智能CAD技术的应用研究分析，就能从理论上位实际设计发展提供理论支持，保障机械设计的效率质量提高。

1农业机械设计的特征及智能CAD技术应用重要性

1.1农业机械设计的特征分析

农业机械设计过程中，传统的设计方法已经不能满足现阶段设计需求，机械设计的类型上比较多，型号也多样化。如对播种机械的设计方面，就有着精密播种机以及有条播机和穴播机等。根据机械工作原理的不同也能分成不同的种类，有气力式播种机以及机械式播种机。农业机械的功能结构相对比较稳定，在结构复杂程度上比较小[1]。农业机械试验方面会受到季节性的影响，所以在进行机械设计开发的周期就相应比较长。

1.2农业机械设计中智能CAD技术应用重要性

随着现阶段我国的农业改革的全面实施，在农业机械设计层面也要充分注重技术水平的提高，将智能CAD技术应用在机械设计当中就显得比较重要。传统的农业机械设计中，还存在着一些不足之处，在计算机技术的广泛应用下，对虚拟现实技术的应用，就减少了产品试行制作时间，在成本上也能大幅降低。智能CAD技术的应用对手工设计管理的方式有着改变，在数据资料发送产品概念应用下，对机械产品的设计效率也能有效提高，对机械设计的规范性得到了保证。

2农业机械设计中智能CAD技术的应用问题和具体应用

2.1农业机械设计中智能CAD技术应用问题

农业机械设计中对智能CAD技术的应用还存在着诸多问题有待解决，这些问题影响了机械设计的效率，有的应用人员仅仅是将智能CAD技术作为绘图工具，没有充分发挥其自身的价值。机械设计中对专业性计算机辅助设计软件的应用还比较少，软件的标准化以及正确的应用没有实现[2]。对机械设计当中计算和需要的数据查找工作没有加强，这就必然会影响机械设计的质量。再者，农业机械设计过程中，在智能CAD技术的网络化以及数据集成技术的应用还需要进一步优化。当前集成制造系统主要是诸多集成形式达到计算机辅助设计以及加工等目标，机械设计企业间的沟通不强，在资源方面不能有效达到共享。没有将智能CAD技术的网络资源共享的目标得以实现，这就会影响技术的作用发挥。对智能CAD技术的应用缺少长远的规划。智能CAD技术的应用过程中，在工作规范化层面没有加强重视。我国在机械设计的标准规范化层面和国际的创新改革步伐没有及时跟上，在智能CAD技术的信息交流以及设计标准上还存在着诸多问题有待解决，对这一技术的应用时，没有充分重视智能CAD技术的自身特性。这些问题的存在就必然会影响智能CAD技术的应用水平提高。

2.2农业机械设计中智能CAD技术具体应用

智能CAD技术在农业机械设计中多方面都能发挥积极作用，将智能CAD技术在农业机械模具当中进行应用就比较关键。农业机械设备生产中，机械模具是重要生产设施，也是机械设备零件生产的重要模具，所以模具的设计的精密性要能保证。采取传统的设计方式，就比较容易出现人为失误，造成设计上的差错[3]。通过智能CAD技术的应用，对模具设计的精确性就可有效保证。不仅能进行二维图形的设计，也能进行三维设计，从而保障了设计的精确，在外观设计效果比较突出。农业机械设计中对底盘的设计，也需要对智能CAD技术进行应用。底盘设计师机械中的重要组成，对机械产品质量有着决定性作用。实际设计过程中，从总体上通过模块化设计，注重模块间的联系以及数据的交换。智能CAD技术就能通过三维空间的布置，对零部件的位置加以明确化，从而构建整车坐标系和各部件的坐标。通过坐标点方法对总成装配目标加以实现。设计之后就要实施检查，对农业机械的动力性以及操纵稳定性等，都是比较重要的检查内容。在智能CAD技术的应用下，就能提高底盘设计的质量。机械设计中车身的设计方面应用智能CAD技术，也有助于满足实际设计要求。农业机械零部件设计后，需要对零部件实施组装，通过和机械的功能要求相结合，对机械的外观结构的美观性以及实用性要能加以呈现。其中机械机身的设计有着严格要求，在智能CAD技术的支持下，在PDM集成技术基础上就能将零部件进行组织起来，在合成设计的目标上就能得以实现[4]。应用中就涵盖着用户群体以及应用群体和系统环境处理等结合内容。智能CAD技术在数据处理能力上比较强，能满足实际工作的需求。机械设计中对各零部件的设计工作中，由于工作量比较大，对智能CAD技术的需求也比较大。零部件的设计要通过模型参数的建立，以表格的方式进行数据存储，智能CAD技术的应用就能完成这一目标。零部件的模型构建过程中，IBM以及DB2系统对零部件能参数化，对外部变量也有着促进作用[5]。在，智能化CAD的技术科学应用下，就能在零部件的设计质量上得以保证。

3结论

综上所述，加强农业机械设计的科学性，就要应用新的技术，在智能CAD技术的应用已经愈来愈广泛，这就能促进农业机械设计领域的大发展。通过从理论上对农业机械设计的研究分析，提出技术应用的问题以及具体的应用内容，希望同在这些理论的支持下，对实际机械设计可持续发展起到一定促进作用。

作者：刘欢 单位：邵阳学院

参考文献

[1]王丽敏,计小辈.模具设计制造中CAD/CAE/CAM技术的应用研究[J].现代制造技术与装备,2015(04).

[2]张海渠,张树杰.模具设计中最优布置问题的计算机解析方法[J].金属成形工艺,2014(02).

[3]杨洪旗.模具设计与CAD技术[J].计算机辅助设计与制造,2015(04).

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关键词：人工智能；控制；专家；监控

中图分类号：TP29 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2010）029(C)-0208-01

一、智能控制在各行各业的应用

1、工业过程中的智能控制

生产过程的智能控制主要包括两个方面：局部级和全局级。局部级的智能控制是指将智能引入工艺过程中的某一单元进行控制器设计，例如智能PID控制器、专家控制器、神经元网络控制器等。研究热点是智能PID控制器，因为其在参数的整定和在线自适应调整方面具有明显的优势，且可用于控制一些非线性的复杂对象。

2、机械制造中的智能控制

在现代先进制造系统中，需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况，人工智能技术为解决这一难题提供了有效的解决方案。智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业，它利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模，利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。

3、电力电子学研究领域中的智能控制

电力系统中发电机、变压器、电动机等电机电器设备的设计、生产、运行、控制是一个复杂的过程，国内外的电气工作者将人工智能技术引入到电气设备的优化设计、故障诊断及控制中，取得了良好的控制效果。遗传算法是一种先进的优化算法，采用此方法来对电器设备的设计进行优化，可以降低成本，缩短计算时间，提高产品设计的效率和质量。

二、生活中的智能监控开发实例

智能监控归纳起来，无外乎以下两个层面：一是从图像中获得更多的信息，实现系统的预警功能；一是系统具有更高的友好性和可操作性，适应日益增大的系统规模。两者的实质都是要改变传统视频监控系统对图像信息的处理方式。确实图像识别技术在安防系统中应用前景是非常广阔的，安防系统智能化的一个主要方向。目前，它们的应用主要有两种方式：

1、验证：是把当事人的身份与正在发生的行为联系在一起，确认其合法性。这是安全防范系统的典型应用，把人的生物特征视作一把钥匙或一张卡。验证系统因可对特征的输入加以更多的控制，系统的可靠性和稳定性好，也相对成熟，已广泛地应用于出入管理系统中。它的基本工作方式是把特征输入装置读取的特征与系统存储的有限量的特征样本（这些样本代表了一定的授权）进行比对，来确定请求合法性。通常系统的存储样本的数量不是很多，现场特征输入的条件又可以加以控制，所以，系统的识别率很高（误识率和误拒率很低）。由于生物特征来自人自身，不需要进行同一认证，具有极高的安全性，因此、适用于高安全性要求的场所。

2、识别：对输入特征与存储在数据库中的大量的参考进行比对，来确定目标的身份。这样的系统首先要建立一个海量的基础样本数据库，如各城市人口的指纹库等。对于人脸等生物特征，要求输入的环境与建库的环境具有足够的相关性，以保证输入特征与样本特征的可比性。所以，建立一个稍加控制的环境，以排除或限制影响特征采集不真实（失真、不完整、伪装）的各种因素是系统应用的必要条件。如边防检查系统设立专门的人员通道来采集出入境人员的面部特征；机场安检信息系统在验征台处摄取旅客的面部图像。

三、智能监控关键技术

实现智能监控，各厂家提出了不同的技术方案，但关键点都集中于图像内容分析技术。这是正确的方向，可以说图像内容分析技术的发展过程就是智能监控的发展过程。智能监控的实现必须有图像内容分析技术的突破作为支撑。智能监控技术的发展过程或图像内容分析技术的研究可分为以下几个阶段：

1、将（运动）目标从视频图像中分离出来。这是体现图像技术的优势，实现目标探测的前题。传统的视频（运动）探测其实是亮度探测，并没有发挥图像技术的特点。确定图像中是否有探测目标（人、物等），并将目标从背景图像中分离出来是图像内容分析的首要任务，进而对目标分类、统计、关联。判断图像中有无目标、目标的复合或离散是图像过滤的基础。

2、对目标进行行为分析，判定其运动的方向、方式，并能发现和告警异常的行为；产生目标的运动轨迹，并能进行目标的自动跟踪。实现运动目标的跟踪是很难的事，它要求系统能分析、预测目标的运动轨迹，并能实时地作出修正。同时，由于运动过程与伺服机构间传递函数的非线性，伺服系统也是很复杂的。

3、在复杂环境下实现目标的分离、行为分析和运动跟踪，特别是实现多目标的跟踪。

上述两点目前已有产品和应用，但基本上在简单环境下，针对少数目标的情况。在复杂环境（既通常的视频监控环境）下实现这些功能，是图像内容分析技术具有真正应用价值的关键。同时、解决多个图像的综合分析，图像间目标的关联，目标跟踪的连续。这都是市场迫切需要，目前还没有解决的问题。

这个过程是逐步发展、与时俱进的，没有终极的结果。实现智能监控的目标，要经过不断的技术积累，特别是核心技术的突破，它需要一个过程，不可能一蹴而就，认为监控技术智能化已经实现的观点是不确切的。

作者单位：湖北省咸宁职业技术学院网络中心

参考文献：

[1]王建国,丁祖军.《智能控制》课程教学改革探讨《科技信息》,2009年第36期.

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【关键词】3C电装 智能制造 现代CAPP系统

CAPP是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP的支撑技术是信息建模技术、工艺设计自动化和产品数据交换标准。随着MID产品设计技术的发展及多品种小批量生产的要求，特别是CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展，传统的工艺设计方法已远远不能满足要求，基于于这种背景下，本文通过对现代CAPP技术体系的探讨，构建智能工艺设计模型。

1 CAPP发展历程

从20世纪80年代以来，国内外在CAPP技术的研究与系统的开发上已投入大量的资金与力量，在智能化决策及与其它应用系统的集成化方面提出了许多技术方案，并已开发出为数众多的CAPP系统。当前CAPP发展和应用的主流是采用结构化数据，工艺管理易于实现，能够保证产品工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成，实现了工艺设计与工艺管理一体化、工艺信息的数字化和集成化，体现了企业信息化技术及现代先进制思想。

2 CAPP功能模块

基于魍CAPP系统，本文定义工艺智能开发模型基本功能体系为：

（1）工艺智能设计与管理，基础产品工艺数据管理及开发；

（2）工艺协同设计，实现基于知识的跨平台的多工艺部门/人员的协同工艺设计；

（3）工艺智能管理功能，与企业信息化系统深度集成，对工艺过程各项数据进行针对性挖掘；

（4）工艺知识库工程，建立工艺知识大数据库，运用先进算法进行设计智能优化与调整；

（5）制造资源管理功能；

（6）智慧决策，提供可视化决策分析系统，便于管理层统部署协调；

（7）系统管理功能，基本权限分配。

3 系统技术路线

3.1 智能传感技术

智能无线传感网络具有快速部署、自组织成网、较强的抗毁和协同工作能力等优点，能够实时地感知和采集网络监测区域内的环境或监测对象的相关信息，并对信息进行协作处理和网络传送。

3.2 云计算技术

由云端系统实现软硬件资源和信息共享，利用互联技术提升信息存储、加工、共享和分配的效率。

3.3 大数据处理技术

基于智能传感系统，将工厂所有生产数据，包括产品数据、生命价值数据、以及工艺数据进行结构化深度挖掘，以此指导智能生产经营活动。

3.4 物联网技术

是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。通过物联网技术的应用，智能制造系统的设计可以更加开放地考虑智能制造系统内部之间及其与外部环境的沟通和协作。

4 工艺编码信息系统

编码信息系统作为智能工艺设计模型一个非常重要的环节，为工艺人员提供交互式的特征库，基本设计原理是通过建立“工艺模型”，快速实现工艺产品的几何设计制图。“工艺模型”具备三层架构分别是：

（1）加工面特征库，定义加工面的基本特征信息；

（2）非加工面特征库，定义非加工面的轮廓信息；

（3）零件总体特征库，涵盖了知识库累积的共性基本特性。

本模型采用了多个子模型相互引用的方式，将零件的形状信息和加工要求信息完整而有机地结合起来。形成零件编码系统的基础。

5 智能工艺设计模型系统分析

5.1 工具化和工程化

智能工艺设计系统强调工具化和工程化，以此提高企业的通用性。将整体系统分解为多个相对独立的工具进行开发，面向制造和管理环境做系统二次开发，并将各专项子系统集成在一个统一平台上。

5.2 集成化和网络化

智能工艺设计系统实现CAD/CAPP/CAM的全面集成，设计数据双向信息交换与传送；实现与生产计划、调度系统的有效集成；建立与质量控制系统的内在联系。

5.3 知识化和智能化

基于复合智能系统、专家系统、人工神经网络技术和模糊推理技术的发展和应用，智能设计系统可以进行各种层次的自学习和自适应，具有一定的智能性。

5.4 柔性化和规范化

现代CAPP系统以交互式设计为基础，体现柔性设计；以工艺知识库为核心，向产品实现工艺设计与管理的柔性化。

5.5 交互式和渐进式

现代CAPP智能工艺设计面向工艺设计人员提供基于工艺知识和判断的交互式输入输出界面，同时为企业管理层提供可视化管理平台，本系统是渐进式地推进智能制造的发展进程。

6 结束语

本文回顾CAPP的发展历程，提出基于传统系统的7大功能模块体系。分析了编码信息系统的重要作用，同时指出现代CAPP智能工艺设计系统应朝工具化、工程化、集成化、网络化、知识化、智能化、柔性化、规范化、交互式和渐进式等方面进一步发展，以使企业信息化建设的基础打得更坚实、更牢靠。

参考文献

[1]李美芳.CAE技术及其发展趋势[J].制造业信息化，2005（04）.

[2]许建新，孔宪光等.知识基综合智能化工艺设计技术研究[J].西北工业大学学报，2002，20（01）：132-136.

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一、关于机电一体化的概述

1.1 机电一体化的含义

所谓机电一体化，又称机械电子学，是指将电工电子技术、信息技术、接口技术、机械技术、微电子技术、传感器技术、信号变换技术等多支技术进行有机地结合，并综合应用到实际生产生活中去的一项综合性的技术。

1.2 机电一体化的基本内容与组成要素及原则

机电一体化的基本内容包括以下几个方面：一是机械技术，二是计算机与信息技术，三是系统技术，四是自动控制技术，五是传感检测技术，六是伺服传动技术。机电一体化的组成要素包括：一是结构组成要素；二是运动组成要素；三是感知组成要素；四是职能组成要素。机电一体化的四大原则包括：一是结构耦合；二是运动传递；三是信息控制；四是能量转换。

二、关于智能控制

2.1 智能控制的含义

所谓智能控制，就是指在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术，是用计算机模拟人类智能的一个重要领域，主要面向比传统控制更为复杂、多样的控制任务和控制目的，为当今社会的发展带来了更为广泛的适应空间，解决了传统控制无法实现的复杂系统的控制。传统的控制只是智能控制中的一个组成部分，是智能控制最底层的阶段。智能控制是由多个学科相互交叉所形成的学科，它的理论基础包括信息论、自动控制论、运筹学及人工智能等内容。

2.2 智能控制的特征

智能控制具有以下特征：一是智能控制的核心在高层控制，即组织级；二是智能控制器具有非线性特性；三是智能控制具有变结构特点；四是智能控制器具有总体自寻优特性；五是智能控制系统应能满足多样性目标的高性能要求；六是智能控制是一门边缘交叉学科；七是智能控制是一个新兴的研究领域。

2.3 智能控制的类型

一是集成或者混合（复合）控制；二是分级递阶控制系统；三是专家控制系统（Expert System）；四是人工神经网络控制系统；五是学习控制系统；六是进化计算与遗传算法；七是组合智能控制方法等。

2.4 智能控制发展的趋势

智能控制系统具有极强的学习功能、组织功能及适应性功能，其在机电一体化方面的广泛应用是当前智能控制的一大发展趋势。遗传算法、专家系统及神经网络是应用在机电一体化系统中的最常见的四种技术，它们之间存在着相互依存、相辅相成的关系。近年来，智能控制技术在国内外已有了较大的发展，己进入工程化，实用化的阶段。但作为一门新兴的理论技术，它还处在一个发展时期。然而，随着人工智能技术，计算机技术的迅速发展，智能控制必将迎来它的发展新时期。

三、智能控制在机电一体化系统中的应用

从20世纪90年代后期，机电一体化技术向智能控制发展，开辟了机电一体化技术发展的新篇章。机电一体化的未来发展必将是以智能化作为主要方向，智能控制的优劣直接决定机电一体化系统的整体水平。

3.1 智能控制在机械制造过程中的应用

机械制造是机电一体化系统中的重要组成部分，当前最先进的机械制造技术就是将智能

控制技术与计算机辅助技术有机结合，向智能机械制造技术的方向发展。其最终目标是利用先进的计算机技术取代一部分脑力劳动，从而模拟人类制造机械的活动。同时，智能控制技术利用神经网络系统计算的方法对机械制造的现状进行动态地模拟，通过传感器融合技术将采集的信息进行预处理，从而修改控制模式中的参数数据。智能控制在机械制造中的应用领域包括：机械故障智能诊断、机械制造系统的智能监控与检测、智能传感器及智能学习等。

3.2 智能控制在数控领域中的应用

随着科学技术的发展，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，不仅需要完成很多的智能功能，还需要扩展、模拟、延伸等新的智能功能，从而使得数控技术可以实现智能编程、智能监控、建立智能数据库等目标，运用智能控制技术可以实现这些目标。比如说，利用专家系统可以数控领域中难以确定算法与结构不明确的一些问题进行综合处理，再运用推理规则将数控现场的一些数控故障信息进行推理，从而获得维修数控机械的一些指导性建议。

3.3 智能控制在机器人领域中的应用

机器人所具有非线性、强耦合、时变性的特征主要体现在动力系统中，在控制参数的系统中机器人具有多任务及多边变性的特征，这些特征适合智能控制技术的应用。当前智能控制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：一是机器人手臂姿态及动作的智能控制；二是机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制；三是机器人在行走路径与行走轨迹跟踪方面的智能控制；四是通过专家控制系统对机器人的运动环境进行定位、监测、建模及规划控制等方面的探究。

3.4 智能控制在建筑工程中的应用

智能控制在建筑工程中的应用主要表现在以下几个方面：一是智能控制在建筑物照明系统中的应用，它主要通过通信与计算机控制的联网，对每一个时段的照明系统进行控制，主要表现在对照明时间、照明系统的节能、照明逻辑方面的智能控制；二是对建筑物内的空调进行智能控制，通过比例积分调节器闭环的方式对空调在夏季与冬季使用时的模式进行设置，可以智能地调节空调的风阀，在确保建筑内空气质量的同时，减少能量的浪费。

3.5 智能控制在机电一体化中的效果

机电一体化是推动工业现代化的重要技术。“智能化”作为当代科技的趋势所在，因此智能控制在机电一体化中的作用不可估量，智能控制应用于机电一体化中有以下几点作用：优化效能：多数数控系统运用的是模块化设计的思路和方式，有着较为广阔的功能涉及面，裁剪性也非常好。如果是群控系统，对于相同的群控系统完全可以借助各种操作流程，进而保证系统的调整能够符合相关标准和要求；提高精度：精度 对于数控机床而言是衡量机电一体化制造技术的重要指标，直接影响着产品加工成品率的高低。与旧的设备相比，智能数控系统融合了高速CPU芯片、多CPU控制系统、RISC芯片与交流数字伺服系统，促使机床的精度得以大大的提高；程序控制：操作程序是系统运行的主要指令，根据加工产品的尺寸、精度来编制操作程序才能使产品加工后达到智能效果；改进加工：智能控制方式的运用可以缩短加工时间、优化操作流程。实现了复合加工的效果，数控机床通过智能控制满足了多轴、多控制加工的需要，可以有效地减少人工操作次数，加工程序得到了优化和改进。

参考文献

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[关键字]机电一体化；技术；应用

机电一体化技术发展状况

1、1机电一体化技术的智能化发展

智能化功能是机电一体化技术赋予产品的终极开发目标，人工神经网络、专家系统等智能技术已广泛应用于众多领域并取得了显著成果，丰富了智能化机电一体化产品，其多样性技术主体包括逻辑模糊控制技术、专家系统、智能工程与人工神经网络技术系统等。其中逻辑模糊控制技术属于人工智能范畴，基于对人们思维方式的模仿进行不精确信息的展示。目前，该系统在各个应用服务领域得到了广泛应用，例如列车启停系统中应用该技术便会有效消除惯性作用，令人们在乘车途中始终保持稳定运行状态而不至于产生前仰后合不稳现象。专家系统则是针对不解问题的软件智能系统，其丰富知识经验通过计算机技术形成了可被处理或接受的符号形式，基于专家推理与控制方式策略，在该领域聚集后便可突破仅能由专家解决的系列问题，进而上升至专家水平。诚然，该专家系统具有基于智能化的一定局限性，现行局部领域中去取得了成功应用效果，例如融入专家加工系统于数控机床中便可显著提升其系统智能化水平。人工神经网络技术系统具有较高非线性复杂性、自适应力、高容错能力、自我组织与计算能力，可实现基于模拟或数字形式的并行处理，并较为接近神经网络进行工作。该技术系统广泛适用于需同时对多方条件因素进行模糊不精确的信息处理。当前该技术在聚类、分类语音及音素识别中获得了可喜成绩。例如基于人工神经网络的汉语声调识别、识别手写字符、车牌照识别、指纹认证等。随着科技迅猛发展，人工神经网络系统技术还会在视觉与声觉方面实现突破，制造出机电一体化多功能产品。

1、2机电一体化技术的人格化、集成化与绿色化发展

机电一体化对生命机体的模仿、注重与人们活动相关联的产品令其体现出人格化发展特征，基于产品使用的最终对象为人，因此机电一体化技术应主体考虑如何赋予产品人特有的情感性、智能性与人性化，因此其需要在造型、色彩等层面上下功夫，力求产品艺术性，例如家用机器人的诞生便是人机一体化的体现。机电一体化的集成化包含两层含义，不仅代表电子与机械的融合，而是尽最大可能令他类先进技术领域包含于其中，同时引入工程系统技术对机电一体化进行应用开发系统的指导。现代化机电一体化技术系统应集成电学、光学、机械、声学等生物化学多学科技术，深挖其征参量进而正确进行耦合关系处理，由此可见机电一体化系统具有丰富的集成性。绿色化理念是对资源效率及环境影响的综合考虑，其制造目标主体面向产品的制造、设计、运输、包装、使用及报废处理整体生命发展周期，现代机电一体化技术为实现可持续发展需全面激发资源利用率，切实降低对生态环境的不良影响，进而打造优势绿色制造业全面发展模式。

2、机电一体化技术的科学应用

为有效提升机电产品综合优质性能，充分满足制造零件高精度与高效率、形状复杂性、生产低噪声、少阻力、高强度、长寿命等现实需求，产品设计形状、空间构造、刑面等体现了较为复杂特性，因此进一步令机电一体化技术必须向着高性能、系统化、智能化、微型化与轻量化方向发展。其主体应用领域则包含数控机床、集成计算机制造、工业机器人与柔性制造等。

2、1机电一体化在数控机床领域的应用

机电一体化在数控技术及机床中的应用发展令其功能、结构、控制精度与操作实现了迅速提升，具体体现为采用多处理器、多总线构建模块化、总线式与紧凑型结构。在设计层面则凸显了开放性，即令硬件功能模块与体系结构包含了兼容性、层次性、适应性结构标准，较大限度提升了用户综合使用效益。该领域还引入了WOP技术令其凸显智能化发展，系统面向车间多维度加工与编程技术过程提供了动态仿真环境，科学引入了模糊控制与在线诊断等高效智能机制。同时基于模块化思想我们可应用大容量存储器及软件进一步丰富数控功能，强化系统控制效能。为实现多通道、多过程控制，我们可令一台机床在同一时间控制多种机床、多台设备并独立完成多个加工任务，集成检测道具破损、搬运物料与机械手控制于系统服务运行中。基于信息化网络时代我们可充分激发系统网络多级功能，强化系统组合及复杂化创建加工系统综合能力。另外我们还可利用单片机与单板构成控制机，引入专业模板或芯片构建紧凑结构数控装置。

2、2柔性制造与集成计算机制造系统的科学应用

柔性制造是系统的计算机化，我们可主体应用数控机床、计算机、料盘、机器人、自动化仓库与搬运小车构建系统，令其可实时、随机、按量依据装配部门要求基于生产能力范畴进行工件加工制造，较为适用于小型、中型批量、多品种、更改设计频繁变化的零散型批量零件生产。集成计算机制造系统应用实现并非就个分散现有系统进行的简单组合，而应基于全局角度进行最优化的动态性组合，令原有部门界限合理打破，并基于制造进行信息流与物流的控制，实现由产品开发、决策、准备生产、实验产品到经营管理的统筹化结合。就企业层面来讲其集成度提升可令各类生产要素优化配置，并最大化激发各自潜力。

2、3基于机电一体化技术的工业机器人开发应用

基于机电一体化技术的一代机器人具有示教再现特征，即只能依据示教重复开展运动，缺乏对作业对象及周围工作环境的灵活适应性。该领域机器人第二代引入了先进性传感元件，可对其操作对象及作业服务环境进行简单信息的获取，并基于处理计算、分析能力展开一定水平的判断，进行针对相关动作的控制反馈，并凸显了低级水平的智能化。第三代该领域机器人则全面现实了智能化特征，通过引入机电一体化技术我们可令其富含多重感知功能，可自主开展复杂思维逻辑运算、决策与判断，进而独立运行服务与作业环境中，体现了现代化、科技化应用服务价值。

3、结语

机电一体化技术在历经多年的探究完善中逐步构建了较为完整的概念体系，并基于集成电路与计算机技术的大规模迅猛发展令其机电结合形式更为灵活、内容丰富多样并广泛应用于各个领域，取得了可喜成绩。基于其优势功能我们只有深入探寻、创新发展、综合利用，才能全面激发其价值化能效，拓宽高新技术领域，研发出真正高端、适应人们丰富需求的机电一体化产品。

[参考文献]

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关键词：智能制造技术；智能制造系统；机电一体化技术

1 概述

改革开发以来，我国的各项事业也都得到了快速发展，工业生产水平尤其是机械制造水平更是进步显著，正逐渐呈现出从制造自动化向着制造智能化的方向~进的趋势。与传统制造模式不同，智能制造模式中融入了电子、计算机信息等先进科技，是一种具有自适应加工和综合自动化控制等特征的先进生产方式，它的一个显著特点就是将机械技术和信息电子技术进行了结合使用，从而构建出了能够大幅度提升生产能力和效率的先进制造系统，而这就说明了智能制造的实现过程中就必然离不开机电一体化技术。笔者结合自己的工作实践经验，就机电一体化技术在智能制造中的应用进行了一些有意义的探讨，希望对相关工作能够有所借鉴。

2 智能制造的概念及其发展

在当前市场竞争日趋激烈的形势下，机械制造企业都在努力革新自己的生产技术和设备，探寻新的生产方式，而智能制造作为一种更加先进的生产方式，自然就引起了越来越多人的重视。现实中，智能制造一般包含两层含义，一层是实现智能制造过程中所需要用到的各种先进技术，另一层就是指代智能制造系统（如图1所示）。智能制造技术的提出和应用目的就是为了实现智能生产方式，构建智能化的制造系统。可以这么说，在机械制造领域实现智能化制造也是机械制造发展的必然趋势，对提高生产管理能力、生产效率以及企业效益等均具有极其重要的现实意义。

与传统的制造技术不同，智能制造技术融合电子、机械以及计算机信息等技术，即智能制造的实现高度依赖于机电一体化技术。智能制造技术的一个最显著的特点就是可以对制造状态实现智能感知，并对感知到的信息进行自动分析和处理，最后还可以生成决策指令来对整个制造加工和管理环节进行自动控制。显而易见，智能制造技术的功能就是对机械产品的加工制造环节进行自动控制，通过对人工决策过程加以模仿来自动生产控制指令。这样做的一个显著好处就是降低了人为因素可能造成的干扰。如采用智能制造技术来生产机械零件产品就消除了因人工操作失误而造成的废品损失，在解放了大量生产劳动力的同时，也极大幅度地提升了生产效率和产品质量。此外，对于一些劳动强度特别大或者生产过程存在潜在安全隐患的领域，采用智能制造技术来替代人工生产也是实现安全和高效生产的一种最佳选择。总之，智能制造技术不仅可以大幅度提升生产效率，而且可以在很大程度上杜绝人为失误的影响，是当前机械制造技术发展的一种主流趋势。

智能制造系统就是通过运用智能制造技术来构建的一种先进生产系统。与传统生产方式不同，智能制造系统中融入了大量的制造加工状态信息，并通过对这些信息进行智能处理来及时发现当前制造环节中可能存在的问题，这就为生产加工过程的自动化调节和控制提供了依据。此外，智能制造系统还拥有组织、学习以及优化等众多功能，如可以对生产加工过程中用到的各类资源进行灵活配置，对加工制造过程进行合理优化，对加工过程进行模拟仿真以及可视化展示等，而这些也都迎合了制造业的发展潮流。

3 机电一体化技术在智能制造中的应用

当前，机电一体化技术正在逐渐和智能制造技术进行融合，同时两种技术的有机结合也为两者的发展提供了更为广阔的空间。可以这样说，机电一体化技术已经逐渐成为了实现智能制造过程时的一种不可或缺的核心技术。例如当前智能制造系统中所广泛采用的传感器技术就是二者结合使用的典范。在智能制造系统中，需要加装多种型号的智能传感器来对加工制造状态信息进行监测和收集，而这就需要用到机电一体化技术来对信号进行采集。此外，传感器监测到的信息还需要通过信息网络传输给控制系统进行分析，而这也需要用到电子信息技术来构建信息传输网络。总之，在构建智能制造系统的过程中，必不可少地就需要用到机电一体化技术来达到各种信号检测和传输的目的。

事实上，智能制造是在制造自动化高度发展的基础上所诞生的一种新型制造理论，而数控技术就是实现制造自动化的一种关键技术。众所周知，数控技术的实现就离不开机电一体化技术，它对数控系统的要求非常高，不仅涉及到模拟、信息处理等多种技术，还包括对所有数字加工环节的自动优化和管理。目前绝大多数制造企业都应用了数控机床，其数控系统主要采用的是“CPU+总主线”的结构形式，通过在线诊断和模糊智能控制的方式来对整个生产过程进行多通道的管控。

除此之外，一些国内外先进企业构建的无人化生产线和无人工厂也是机电一体化技术和智能制造技术结合应用的典范。在这些生产制造系统中，工业机器人被大量使用，它们和数控机床之间可以通过物联网来实现互连互通，并通过构建基于人工智能的智能控制系统来对所有制造过程进行控制。

4 结束语

总而言之，机电一体化技术作为实现智能制造方式所不可获取的一种关键技术，将其与智能制造技术进行结合应用具有重要意义，必须引起我们高度的重视。此外，智能制造技术和机电一体化技术的结合还会推动二者各自拥有各大的发展空间，这对机械行业的未来发展也将产生巨大的积极作用。

参考文献

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[3]王昌祥.机电一体化技术在智能制造中的应用[J].工业，2014（8）：56

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关键词：高端装备；智能装备；工业设计；设计价值

引言

高端装备是指具有高技术含量、高工艺水平、高经济价值、高附加值的先进工业设施设备，涉及战略性新兴产业和传统产业转型升级发展所需的相关装备。高端装备制造业是以高新技术为引领，处于价值链高端和产业链核心环节，决定着整个产业链综合竞争力的战略性新兴产业，是现代产业体系的脊梁与高地，是推动工业转型升级的引擎。大力推进发展高端装备制造业，是提升我国产业核心竞争力的必然要求，是抢占未来经济和科技发展制高点的战略选择，对于加快转变经济发展方式、实现由制造业大国向强国转变具有重要战略意义。推进高端装备发展离不开工业设计的支撑。目前国内高端装备工业设计研究尚处于起步阶段，急需进行相关设计理论与实践探索。智能装备是高端装备的重要类型之一。所谓智能装备，是指具有感知、分析、推理、决策、控制功能的制造装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合。21世纪是彰显个性化的时代，人们纷纷规避、逃离极其枯燥乏味的生产线工作。在不久的未来，智能装备必将成为工业的主导力量。目前大部分装备产品的功能已经实现，但极度缺乏文化艺术品味。风格单一，沉闷古板，无法给人带来视觉上的冲击与享受，使人感到乏味无趣。这个问题工程师和艺术家都无法解决，必须通过工业设计手段由设计师来解决。需要依靠设计者根据市场需求把艺术文化与审美内涵融入工程技术，即：艺术（创意思维和审美创造）+技术（工程结构与工艺实现）=产品设计创新。

一、我国智能装备工业设计现状分析

中国政府的“十二五”规划提出装备制造业“调整转型、创新升级”战略，并制定了“推进装备制造业由大变强”的目标。作为装备制造业的核心和关键，高端装备制造业被列为战略性新兴产业之一，为产业发展提供了“肥沃土壤”。实施制造强国战略的第一个十年的行动纲领——《中国制造2025》规划的推出，更是使高端装备制造业迎来了历史发展的新机遇。在中国制造业努力从“中国制造”向“中国创造”转变过程中，“中国设计”不可或缺。智能装备作为高端装备的重要代表，其工业设计发展在国内尚处于起步阶段。智能装备制造企业长期重技术轻设计，造成制造技术日趋成熟，但工业设计水平却较为落后。智能装备不同于一般民用产品，其设备造型的可变空间小，对产品机电智能一体化协调性和技术的安全可靠性要求很高。整体来看，智能装备工业设计设计水平远滞后于装备结构与机电系统的设计。近年来，国内已有企业在智能装备工业设计方面展开探索，并取得了一些成功案例。例如：广州市大业产品设计有限公司设计的三宝智能机器人，充分考虑了人机交互，将融合多项高新技术的智能机器人赋予可爱憨厚的形象，使其可融入大众生活环境，更好为人服务；引力工业设计有限公司设计的这款数控机床（如图2），摆脱了传统智能机械装备笨重呆板的外观，富有科技感的配色和对边缘简单而巧妙的修饰，使得整体效果更为美观且给人以智能、安全、前沿的视觉感受；昆明机床研发制造的TK6920B数控落地铣镗床和KHC63卧式加工中心获得IF设计大赛产品设计奖，是中国机床的外观设计获得国际设计大奖认可的代表性案例；中车株机公司于2016年组建轨道交通装备国家级工业设计中心，大胆探索，为我国的轨道交通设备在工业设计方向上投入研发，助力我国轨道交通设备更好地走向世界舞台。以上案例作为智能装备工业设计的可贵探索，为国内智能装备工业设计发展提供了参考。同时也显示出装备制造技术与工业设计的共融将是未来智能装备发展的必然之路。

二、国外智能装备工业设计发展现状与趋势

纵观国际，发达国家的智能装备与工业设计的融合程度较深。智能制造装备的设计已有大量的案例积累，有些国家已形成了自己的设计风格与特色，并集中体现在其主要品牌的代表装备上。美国作为国际智能制造思想的发源地之一，政府高度重视智能制造的发展，将智能装备的发展定位为2l世纪占领世界制造技术领先地位的基石。以通用电气公司为例，通用电气公司(GE—GeneralElectric)是世界上最大的多元化服务性公司。其产品注重系统规划，在进行创新设计的同时，兼顾安全性、操作性、耐用性、效益性、服务性等方面。从而生产出技术前沿且易于被大众所接受的产品。工业设计在此之中起到了不可或缺的作用。其RevolutionCT设备（如图4）是该公司医疗设备中的代表性产品之一。传统医疗设备往往给人“冷冰冰”的距离感，无形中增加了身体有恙的病人心中的不安与紧张。本款设备在外观设计上进行创新，通过木质纹路装饰，整体给人以亲近感而又不失高端气质。GE公司的电气设备在国际上深受好评，除了其前沿的科技研发外，人性化的外观设计也有效提升了企业的品牌价值。日本的智能装备在国际上受到好评，在亚洲更是处于领先地位。具有代表的品牌有东芝、日立、三菱重工、马扎克等。其特点是注重人性化设计，基于对人类行为方式的深入研究。如马扎克数控机床（如图5）不但整体视觉效果大气美观，在细节设计上也充分考虑人机界面设计。使用了易读性更好的大型视窗，工作区充分考虑操作者与机器接近性以便让工件更为容易安装等，以设计手段有效提高了产品生产效率及操作的舒适与安全性。德国也是制造业强国，代表性的装备制造企业有西门子、通快（Trumpf）等机械和电气设备生产商。由西门子和工业设计公司共同设计的数字化乳腺成像平台MammomatInspiration（如图6）于2009年获得了IF和红点两项设计大奖。这套系统是用于乳腺癌早期检测的，除了功能卓越，设计师使用了可自由变换色彩的LED玻璃面板，以便为患者提供营造舒适、放松的氛围。从国外智能装备工业设计研究现状来看，智能装备设计呈现出系统化、人性化、科技化、国际化的发展趋势。

三、智能装备工业设计的价值分析

当前阶段，智能装备的发展往往由工程师主导。主要关注技术的吸收与创新，倡导工程技术的先进性。常常忽略产品的人性化需求、审美特征、文化内涵等要素。特别是我国，高度重视工程领域创新而忽视了工业设计的深度协调研究。忽略了工业产品外观造型设计和人机交互设计对企业品牌形象塑造、提升产品附加值、增强市场竞争力的重要作用。设计创新是产业价值链中具有增值潜力的重要环节之一，是展现国家现代文明程度、创新能力和综合国力的重要标志。随着全球经济变化及市场需求发展，市场主体对各类装备的审美及人性化需求快速提升。需求方已不仅满足于装备功能与技术标准的实现，而对造型设计及人机交互提出了更高要求。具体而言，工业设计可通过装备造型设计、涂装设计、人机交互设计、文化内涵注入、谱系DNA塑造对智能装备进行整体优化与提升。

（一）外观造型优化可凸显智能装备的品质感

外观造型是装备结构与功能的物化体现，优秀的外观造型可凸显智能装备的品质感，从而达到优秀功能与优美形式的统一。在技术相对成熟的智能装备产业中，国内外不同品牌产品的功能、质量等正逐步趋同，产生“同质化”竞争。而通过外观造型优化凸显智能装备的品质感，从而打造差异化产品、提升品牌特性，成为创造品牌价值、制造设计差异、赢得核心市场竞争的重要手段。智能装备外部造型和内部功能结构存在紧密联系:即形式和功能是一种交织融合、不可分割的状态。智能装备的造型设计不是单纯的外包装，而是依附于装备的工程结构、通过协调装备的功能、确定装备产品语意，最终从造型上体现出设计特征，从而凸显并提升装备的品质感。以中科天工智能装备有限公司研发的智能高速机为例，其第一代产品仅是依照工程结构进行了简单包装。方正的外形和单调的配色给人以乏味、沉重的视觉以及心理感受，没有体现出高品质、高科技、高价值的特点。后期改良设计仍然依附于装备的工程结构，并未在整体外形上做出颠覆性的改变。但根据其功能要求（如使用过程中部分内部流程需可视化、装备个别部分需要经常开启维修等），重新对外形细节和配色加以优化。以大方块为主要元素，配合相互呼应的简约把手，采用白色主体和深色可视窗，配以富有科技感的色彩，最终呈现出稳重不沉重、简约不简单的品质感。

（二）涂装设计创新可增强智能装备的视觉魅力

研究表明人所感知的外部信息，有80%通过视觉传达给大脑。产品外观需要满足消费者的情感化审美需求，才能吸引其来体验产品进而购买和使用。虽然高端智能装备的发展重心在于其自动化、智能化等先进的制造和信息技术带来的功能便利。但是用户对于智能装备的需求，除了功能上有“痛点”，视觉体验和心理上也一样有“痛点”。而这却往往被装备制造商所忽视，需要工业设计师通过涂装设计创新来增强智能装备的视觉魅力。这里提到的在智能装备外形上的涂装设计，并非强调花哨的色彩搭配、过多的图案应用或是浮夸的艺术创作。而是结合装备的属性与整体造型契合，理性却不失创新地进行色彩与图案的搭配与运用。SmartEVO（如图7）是获得2015红点奖的一款十分灵活便携的X射线系统。它的涂装与它的结构分布相契合，以黑白相间配合红色图案点缀，产生独具一格的视觉节奏感。对其可观的销量产生了非常积极的影响。

（三）交互设计优化可提升智能装备的操控性

智能装备工业设计并不局限于外观的改良与优化，其交互性和体验性亦不容忽视。一个完整的设计系统应包括对人机界面交互、操控方式、装备维修与保养、操控屏的信息交互的设计等。当前的智能装备交互界面大多由工程技术人员基于功能需求进行界面设计。在设计时往往注重功能与技术却不能兼顾用户体验与使用感受。造成人机交互和操控方式重点不够突出、操作方式不够明朗、反馈不充分等问题。导致用户不能很快形成“思维-动作”链。而设计师恰恰可以通过专业知识进行调研，搭建合理的信息架构，将用户需求以人性化的形式通过交互设计满足，做到“以人为本”。德玛吉数控机床是当今国际智能装备生产领域的代表性品牌，在工业设计方面同样可视为行业佼佼者。其生产的装备除了整体形象美观、典雅、时尚外，交互设计也十分人性化。操作平台和可视窗的高度、角度、大小均符合人机工程学要求。给操作者带来了舒适的使用体验。

（四）文化内涵注入可提升智能装备的文化品位

当前大部分机械产品的文化融入程度很低，这对我国机械产品在国内外的销量产生了直接影响。智能装备是前沿科学、工程技术的成果展现，往往具有科学理性的气质。但是设计师可以用感性的思维洞察其中隐藏的文化内涵，也许并非具体物象，而是一种气魄、韵味、寓意或某种情怀。设计师应将这些人文因素归结为文化艺术、人文理念、民族传统文化或是师法自然的呈现。以设计手法把文化内涵融入冰冷的科技产品，为其注入精神内核，提升智能装备的文化艺术品位，增强其人文内涵。赋予装备感性气质，可使科技产品在传播过程中附加以文化的传扬，这种形式是科技与文化最好的结合，也是“设计价值”的重要体现。北京的Vincross奇弩科技研发的全地形六足机器人HEXA，采用仿生设计手法，模仿蜘蛛的形态。不仅使机器人可以完成诸如爬楼这样的高难度动作，作为在家中使用的智能机器人，这样灵动可爱的造型传递了一种热爱生活的态度以及师法自然的思维。

（五）谱系DNA塑造可提升智能装备的品牌价值

目前大量装备成品的外观较为简单化和直接化。这种普遍性，导致了同类智能装备的品牌特征难以辨别，降低了消费者对产品形象的认知度。因此，需要通过设计手段提高不同企业的智能装备的品牌识别性。每一个企业都有其自己的DNA特点与风格，使其可应用于相关品类的产品，从而形成统一风格的系列化产品。工业设计可先了解相关企业文化、设计理念与智能装备的基本内涵；然后寻找设计创意的文化、艺术、仿生、仿物等理念来源。结合创意来源，挖掘深层理念，使其从产品本身体现出来。以便树立行业品牌形象建设，提升产品附带的品牌价值，从而使品牌的视觉DNA得以延续，增强企业竞争力。中科天工智能装备有限公司的管道探测机器人在使用过程中需要配合操作仪、绕线器及滚轮包装使用。作为系列产品，选择金色、银色、黑色和企业VI中的橘色作为基本色，以折线弧形为主要元素形成系列DNA特点。这样智能装备本身附带了其品牌的特征，在使用过程中形成良好的企业口碑。日积月累将会提高品牌的识别度，提升其品牌价值。

结论与展望

目前我国正从“中国制造”向“中国创造”过渡。在提升创新能力过程中多注重产品的适应性、实用性与创新性，往往忽视产品的美观性与观赏性。导致缺少视觉魅力与消费吸引力。某种程度上降低了装备的品质感。交互设计方面不能把用户的使用体验作为根据，装备不够人性化。由于缺乏自主创新的工业设计，造成智能装备的文化附加值很低。很多智能装备缺乏明确的DNA特征，未能提升品牌价值，形成品牌效应。为应对当下国内外多元化的市场竞争。设计创新、制造品牌差异、追求人性化是在竞争中谋求生存发展的重要手段。工业设计将成能为我国从“中国制造”向“中国创造”迈进的重要支撑力量。

参考文献

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一、第三次工业革命的主要观点和判断

（一）第三次工业革命提出的背景和环境

第一，在国际金融危机的影响和冲击下，主要经济体增速明显下滑，国际贸易保护抬头，全球治理结构深刻调整，世界经济发展的不确定性和不稳定性因素显著增多，正进入一个新的发展周期。

第二，支撑第二次工业革命的石油和其他化石能源正日渐枯竭，那些靠化石燃料驱动的技术已陈旧落后，以化石燃料为基础的整个产业结构也运转乏力。根据经济学家估计，到本世纪中叶，石油资源将会开采殆尽，届时其价格升高将不适于大众化普及应用。

第三，由前两次工业革命所带来的二氧化碳过度排放也使得全球气候变化日渐明显，生态灾难增多，给人类社会的可持续发展带来严峻挑战。

第四，世界各国为应对国际金融危机冲击，纷纷加大科技创新投入，在全球范围内引发了以绿色、低碳、智能为特征的新一轮技术创新浪潮，新一代信息技术、新能源、智能制造、新材料等一些重要领域和前沿方向已经出现革命性突破的先兆。

基于此，美国著名未来学家杰里米·里夫金于1994年首次提出了第三次工业革命的概念，并于2011年出版《第三次工业革命》的专著，迅速引起了国际上的广泛关注。2007年5月，欧盟议会了一份正式文件，宣布第三次工业革命作为欧盟的长期经济愿景和路线图。2011年5月，里夫金教授在巴黎第50届OECD会议上作“第三次工业革命”的专题报告，有34个成员国的首脑参加。至此，关于第三次工业革命的讨论在全球范围内快速扩散。

（二）关于第三次工业革命的主要观点

当前，国内外对于第三次工业革命特征、内涵及影响的主要观点和判断有以下几种：

1、美国未来学家杰里米·里夫金：“新能源+互联网”催生第三次工业革命美国学者里夫金最早提出了第三次工业革命即将来临的观点，他的主要判断如下：

第一，新工业革命的本质在于新通信革命和能源革命的结合。里夫金认为，每一次工业革命都是能源与信息的交汇。第一次工业革命时期（18世纪60年代～19世纪40年代），通信技术发生了革命性变化，从手工印刷到蒸汽机动力印刷，后者可以实现低成本大量印制和传播信息，随后出现公立学校，大量识字劳动力，人们利用新的通信系统去管理以煤炭为基础的新能源系统。第二次工业革命时期（19世纪70年代～20世纪初），通信与能源再度携手，表现为集中的电力、电话以及后来的无线电和电视机，可以管理更复杂的石油管道网、汽车路网，进而为城市文化的兴起提供了可能。因此，历史上新通信技术与新能源系统的结合，往往预示着重大经济转型时代的来临。

第二，第三次工业革命需要五大支柱来支撑。煤炭、石油、天然气等化石能源的不可持续性必将导致第二次工业革命的终结。第三次工业革命就是建立在互联网和新能源相结合基础之上的一次革命。在“新能源+互联网”的支撑下，每个家庭、每个建筑不再是单纯的能源消费者，而是能够参与能源生产，甚至能够输出能源。并将改变由汽车、公交车、卡车、火车等构成的全球运输模式，使之成为由插电式和燃料电池型以可再生能源为动力的运输工具构成的交通运输网。具体来说，第三次工业革命由五大支柱构成，分别是：

1 向可再生能源转型；

2 以建筑为单位的小型电站；

3 扩展到所有基础设施上的能源生产和储存；

4 充电式交通系统从互动式电网中获取电能；

5 能源互联网。

里夫金还认为，这五个支柱如果分别孤立地存在，是毫无意义的，只有互相配合，相互联系，建立起一个集成的基础系统，才有意义。

第三，第三次工业革命将给人类社会带来深刻变革。“新能源+互联网”并不等同于智能电网。因为智能电网仅是电网管理模式上的革新，解决不了化石能源日益稀缺、开发利用低效的根本问题。互联网技术与可再生能源相结合，能够在能源开采、配送、利用上从石油世纪的集中式变为智能化分散式，将全球的电网变成能源共享网络，最终会让我们的商业模式、社会模式乃至地缘政治发生翻天覆地的变化。比如，以化石燃料为基础的第一和第二次工业革命要求大规模的中央集权、自上而下的组织结构；第三次工业革命则是一种以节点组织式的、水平分布式的、网络扩散式的合作型商业实践，原有的纵向权力等级结构正向扁平化方向发展。又如，在第一次和第二次工业革命中，形成了基于石化燃料的地缘政治世界，地球被看作一个容器（资源库），充满着支撑经济活动的各种有用资源；新工业革命发生后，能源体系从石化燃料向分布式的可再生能源的转变，将按照生态思想的方式重新界定国际政治关系。再如，新能源与互联网的结合还带来了分享协作机制，随着3D打印等先进制造技术的日趋成熟，每个人都可以成为生产者，改变了制造、营销、运输、物流和服务。同时，里夫金还认为，前两次工业革命都花了40～50年时间，第三次工业革命应该更快，因为通信系统已经就绪，从上世纪70年末期到现在互联网已经存在、发展很久了；但可再生能源落后了很多。美国卡特总统的时候由于石油禁运才开始谈可再生能源。德国如果按现在的速度发展，会轻松地在2030年左右准备好五大支柱。

2、英国《经济学家》杂志：制造业数字化引领第三次工业革命浪潮今年以来。英国《经济学家》杂志连续刊出了一系列关于“第三次工业革命”的文章，主要观点是：制造业数字化将引领第三次工业革命浪潮。

第一，为什么说新工业革命就是第三次工业革命？《经济学人》的划分标准：第一次工业革命是在18世纪后半叶，以英国纺织机械化为标志的第一次工业革命。我们通常说是蒸汽机，其实蒸汽机最后真正变得工业化是用在纺织机上，然后才引起了一系列的变化。第二次工业革命，是以福特汽车工厂在20世纪初，采用大规模流水线生产为标志。这两次工业革命都改变了社会，改变了历史，也改变了各国的形态。第三次工业革命，就是以3D打印机为标志的工业革命。

第二，制造业数字化将是一场波及全球的产业革命。制造业的数字化进程正从5个方面向前推进：一是更聪明的计算机软件。如，通过虚拟技术，可以在电脑上对产品进行检测并开发新功能，类似的软件同样可以应用于规划厂房的布局和为生产机器编程。二是新材料的出现。如碳纤维已被广泛应用于山地自行车、钓鱼竿、航空器和越来越多的汽车之上。三是更灵巧的机器人。今天的工业机器人，就是像曾经的大型计算机；下一代机器人就如同现在的个人电脑，将非常适用于中小型企业。四是基于网络的制造业服务商。通过互联网，一家欧洲公司可以从另一家位于美国的公司那里获得设计图纸和样品，并在中国找到一家加工企业。五是新的制造方法。如传统制造模式是集中式、追求规模经济的“减式制造”，生产过程中产生了大量的浪费；而3D打印技术可以一层一层地将产品“堆砌”出来，是便于分散化、低成本的“增式制造”，材料没有损失。

第三，“中国制造”的崛起可能被第三次工业革命所终结。新工业革命带来的影响将是颠覆性的，如同纺织厂消灭了手工织布技术，福特“T”轿车让传统手工铁匠下岗。第三次工业革命不仅影响到产品的生产方式，还将影响到产品的生产地点。随着生产成本快速上升和劳动力短缺的出现，传统制造业将大批转移到像越南、孟加拉国、印度这样的国家，而更新更高端的产品，由于有新的数字化制造革命，又会回到发达国家。因此，第三次工业革命对中国这样的制造业大国来说有着相当大的负面影响。

3、中国学者：数字化、智能化

制造成为新工业革命的灵魂国内学者普遍认为，智能软件、新材料、机器人、新制造方法的不断成熟与广泛应用，有力地推动了智能制造技术的快速突破，将产生足以改变人类经济社会进程的巨大力量，第三次工业革命即将到来。主要观点有：

第一，中国科学院院长白春礼：新的工业革命可能使工业生产方式将从大规模生产向个性化生产转变。今年7月，白春礼接受《经济参考报》专访时提出，当前信息、量子、生物等领域发生的一些革命性突破，将深刻改变人类的世界观、认识论和方法论，成为新科技革命和“新工业革命”的科学基础和知识源泉。新的工业革命，可能使生产过程将更关注个性化定制，消费者将在更大程度上参与设计和制造过程，甚至成为生产过程的一个重要环节，生产方式将从大规模生产向个性化生产转变，制造商、供应链的地理格局将发生根本改变。

第二，中国工程院院长周济：数字化、智能化是新工业革命的核心技术。周济认为，“数字化、智能化技术是产品创新和制造技术创新的共性性能技术，它深刻变革了制造业生产模式产业形态，是新工业革命的核心技术。”

第三，国务院发展研究中心冯飞：第三次工业革命的一个特点，就是就地化生产。冯飞提出，第三次工业革命的一个特点，就是就地化生产。比如说数字化制造所带来的便利，贴近消费市场是非常重要的因素，可能会有一些企业回流到市场范围大、市场需求多层次比较突出的一些地区。

第四，中国社科院工经所吕铁：第三次工业革命的主题是制造业“数字化”和“大规模定制”。吕铁认为，第三次工业革命的主题是制造业“数字化”和“大规模定制”。在第三次工业革命浪潮中，终端产品的竞争优势来源不再是同质产品的低价格竞争，而是通过更灵活、更经济的新制造装备生产更具个性化的、更高附加值的产品。

第五，微软公司全球副总裁张亚勤：信息革命支撑起整个能源的分配、生命科学的发展，是新一轮工业革命的灵魂。张亚勤认为，信息革命支撑起整个能源的分配、生命科学的发展，是新一轮工业革命的灵魂。利用信息技术和互联网，将会推动生产制造可以突破时间和空间的限制，进而推动人类社会的生产方式、生活方式和社会管理方式加快向智能化转型。

第六，也有部分学者对第三次工业革命持否定态度。比如，国务院发展研究中心的王俊峰提出，所谓第三次工业革命，应该仅仅是一些学者的提法，技术发展不是单单靠政府的刺激、支持就可以达成的，需要长期的技术积累，有自己的生命周期。又如，北京工商大学的陈及认为，第三次工业革命即将到来的说法是一个噱头。一些高端技术的突破还遥遥无期，无论从目前互联网技术还是从新能源的发展来看，时机都不成熟；只靠一两项技术完不成第三次工业革命。

（三）我们的初步认识

1、第三次工业革命浪潮的到来还需要一个较长的过程，既不可能一蹴而就，也不可能完全替代既有的生产方式和发展模式

首先，第三次工业革命在重点领域技术发展和应用上存在明显局限性。目前，新能源、3D打印、智能制造等引领第三次工业革命的代表领域，受技术、材料、成本、经验、规模经济等因素制约较多，应用范围和应用程度都还较为有限。在现有技术水平、发展模式和竞争格局下，各国都不会完全抛开现有成熟的能源供应体系和使用方式，而采用技术成熟度不高、配套设施不健全，并且没有得到验证过的能源供应和使用模式。同时，受地缘政治、技术突破等因素制约，全球或区域大一统的能源供求格局难以在短时间内形成。根据有关资料，3D打印技术的发明已有10余年历史，最先应用于快速制作概念产品的模型以评估其外形与拟合情况，目前仍因制造速度、材料强度等问题而难以推广。

其次，新一轮工业革命将会是个较长的过程，不可能一蹴而就，也不可能完全替代既有的生产方式和发展模式。历史经验表明，每一项技术从科学原理到技术发明再到广泛应用都需要经历一次较长的转化周期（见表1），每一次工业革命的形成更不会是一蹴而就的。日本早在1989年就提出了智能制造计划，我国在1993年也设立了“智能制造技术基础的研究”重点项目，但时至今日智能制造技术仍不成熟。因此，新一轮工业革命的来临将会需要一个较长的过程，在相当长一个时期内新一轮工业革命催生的新生产方式和发展模式也不可能完全替代既有的生产方式和发展模式。

2、信息网络是第三次工业革命的重要内容，多项关键技术交叉融合成为新一轮工业革命的显著特征。从主要支撑来看，信息网络技术是第三次工业革命的核心。信息网络技术领域正在孕育新一轮的技术革命，新一代信息网络、云计算、物联网、大数据、系统级芯片等新技术、新应用极有可能推动整个工业实现新的飞跃。信息网络对其他产业有极强的渗透作用和倍增作用，会带动互联网、电子商务、文化创意等多个产业强劲增长，创造新的商业模式。信息网络还可以通过与其他产业的融合，催生移动互联网等一些新的产业增长点和数字内容服务等新兴业态。在里夫金构建的以能源互联网为支撑的第三次工业革命中，就是通过信息网络技术与能源技术的深度融合，使太阳能发电、大规模并网发电技术实现突破。信息网络革命是新一轮工业革命的骨架和灵魂，成为推动“第三次工业革命”的关键所在。

从主要特征来看，多个领域的关键技术交叉融合不断催生出新的技术创新成果。信息网络技术、制造技术、能源技术、材料技术的汇聚融合速度越来越快，带来新的技术变革。信息网络技术与制造技术、材料技术的有机结合，使3D打印成为现实，使大规模定制和简单设计成为可能，有望改变传统制造业形态。制造技术与材料技术相互促进，精密加工、机械电子、数控装备等尖端领域不断突破，推动高端装备制造技术的不断发展。高性能碳纤复合材料的新发展，将引发航空工业从设计理念、物流供应链、维修服务到制造的革命性变革。

3、每一次工业革命都将为后发国家成功实现“赶超”打开“机会窗口”，加强技术积累和前瞻部署是把握第三次工业革命历史机遇的重要前提。

从历史经验来看，一些后发国家都是通过及时抓住科技革命和工业革命的机遇，实现了赶超跨越。比如，18世纪的德国，抓住了化学工业发展的机遇，迅速超越了英国。

19世纪末20世纪初的美国，抓住了电气革命的机遇，很快成为世界头号强国。20世纪50年代的日本，抓住了半导体产业发展的机遇，在很短的时间内成为世界经济强国。尽管第三次工业革命目前还存在很多局限性，但技术创新浪潮带来的影响与变革已经不容忽视。发达国家拥有雄厚的技术基础和人才优势，拥有强大的研究开发能力和良好的市场机制，很可能率先在新能源、信息、生物等新兴产业发展方面取得突破，进一步巩固其在全球产业竞争中的主导地位。尽管在部分新兴产业领域技术路线还有多种选择，但这一“机会窗口期”稍纵即逝，如不能抓住机遇实现技术突破，将会陷入新一轮的“低端锁定”。

美国页岩气革命的经验表明，加强技术积累和前瞻部署是实现重大技术突破的重要前提。比如，早在上世纪70年代，美国能源部就组织开展了以泥盆系页岩为重点的页岩气研究。自1981年的第一口钻井到1992年历经10年，美国钻生产井仅99口，开发进程极其缓慢。但在政府的积极部署和各种优惠政策支持下，1999年、2003年、2005年先后攻克重复压裂、水平钻井、水平井分段压裂等一系列标志性新技术，实现了页岩气开发的突飞猛进（见图2）。美国页岩气产量从2005年的194亿立方米，提高到了2011年的1800亿立方米，占美国天然气总产量的34%，迅速转变了美国能源供给的被动局面。

第三次工业革命的五大支柱领域仍然有许多亟待突破的核心技术和关键环节（见表2）。如新能源发电成本较之传统能源在短期内仍不具备优势，适用于能源互联网的储能技术的应用尚处于商业化初期阶段，世界各国智能电网的研究与开发仍处于起步阶段等。可以说，谁能率先在这些领域的核心技术取得突破并产生协同效应，谁就能掌握第三次工业革命的主动权。在迎接新一轮工业革命的过程中，我们一定要瞄准可能发生变革的基础和前沿领域，找准主攻方向，前瞻部署对国家长远发展具有带动作用的战略先导研究、重要基础研究和交叉前沿研究，打通制约技术创新和应用过程中存在的标准、关键共性技术、市场培育和产业支持等瓶颈，为新技术的大规模商用创造条件。

二、第三次工业革命的重要领域

（一）能源互联网

1、能源互联网简介

能源互联网是一种在现有配电网基础上通过先进的电力电子技术和信息技术，融合了大量分布式可再生能源发电装置和分布式储能装置，能够实现能量和信息流动的新型高效电网结构，是新型电力电子技术、信息技术、分布式发电、可再生能源发电技术和储能技术的有机结合。它是以可再生能源发电为基础构建的能源互联网络，通过智能能量管理系统实现实时、高速、双向的电力数据读取和可再生能源的接入和存储，从而进行能源共享。

能源互联网除具备智能电网的自愈性、安全性、高效性、经济型和集成性等特点外，还具有3个自身特点。

一是环境友好。能源互联网的建立是以分布式可再生能源发电的大量应用为基础，以建立智能型绿色电网为目标，具有绿色、环保的特点，也符合当前国家提倡低碳经济的发展需求。

二是实现可再生能源的“即插即用”。传统电力网络主要是面向远端集中式发电，能源互联网可以在电网中实现类似互联网的“即插即用”技术，使电网可以包容多种不同类型发电，尤其是分布式的可再生能源发电。

三是与用户终端的实时交互。在电网运行中，通过智能终端可以实现发电端与用户设备和行为的交互，依托实时的通信构架，既可以对电网运行状态进行精确估计，也可以对负荷、发电端、储能装置等进行实时监控和管理，合理分配电网资源，提高电网的安全性、可靠性和经济性。

2、能源互联网的发展现状

从“能源互联网”的几大支柱看，支撑该领域的关键技术和产业基础参差不齐，都面临着不同程度的制约。

在新能源方面，发电成本不断降低，但暂时仍不足以替代传统发电。彭博新能源财经的数据表明，就现有项目来看，陆上风电的平均发电成本已经跟小水电和大水电十分接近，但是小水电和大水电平均发电成本还是略低于陆上风电。目前美国槽式光热电站度电成本为15-17美分，折合人民币约0.9元左右，美国的报告显示，要在2015年，把这一数字降低到8-11美分，折合人民币0.5元左右，届时才将与传统能源发电成本相当。此外，新能源的上网电价、投资回报率、电量的送出消纳、电费的结算时间都直接影响着新能源的广泛普及。

在能源储存方面，新能源的可存储性显著低于石油、天然气、煤炭等传统能源，适用于能源互联网的储能技术的应用尚处于商业化初期阶段（见表3）。储能技术的定位是功率传输到电量传输，从输电网到能源网转变的核心技术。总体而言，可以引发电力系统的变革的储能技术首先要有一定的规模，达到兆瓦时是一个根本的起点。在这种规模下，还要实现安全运行。此外，其循环寿命和转换效率两个指标最为重要。各种储能技术出现拐点的一个象征性的标志是千瓦时造价达到1500元之内，循环次数达到5000次。预计10年之内，会有某种储能技术能够达到这一指标。

在智能电网方面，世界各国智能电网的研究与开发尚处于起步阶段，大规模应用仍需时日。目前，美日欧均抓紧投资，以便创立并获得对自己有利的智能电网技术标准。但限于智能电网的自愈性、互动化、供电安全等方面的发展还未能满足要求，因此还未能实现能源资源的大范围优化配置。

3、能源互联网技术和应用发展前景

随着能源互联网的支柱性技术逐渐成熟、并相互协同，能源互联网将会使每一处建筑转变成能就地收集可再生能源的微型能量采集器，将氢和其他可储存能源储存在建筑里，利用社会全部的基础设施来储藏间歇性可再生能源，并保证有持久可依赖的环保能源供应。同时，利用网络通信技术把电网转变为智能通用网络，从而让上百万的人可以把周围建筑产生的电能输送到电网中去，在开放的环境中实现与他人的资源共享，其工作原理就像信息在网络上产生和传播一样。此外，还将改变由汽车、公交车、卡车、火车等构成的全球运输和消费模式，使之成为由插电式和燃料电池型以可再生能源为动力的运输工具构成的交通运输网。在全国建立充电站，人们可以在充电站买卖电能。

近期，我国新奥集团提出的“泛能网”，可视为能源互联网的补充和延伸。所谓“泛能网”是指通过能源生产、储运、应用与回收循环四环节能量和信息的耦合，把能源网的能量、物联网的物质、互联网的信息三种“流”融合到一起，形成能量输入和输出跨时域的实时协同的能源管理网络。由于风电与太阳能发电的不稳定性及现有的规模决定其短期内无法支撑起国内庞大的能源需求，因此，传统能源的高效清洁利用和智能供给也是“泛能网”在未来一段时间内的重点解决方案。例如，“泛能网”可以将处于地下的煤加入气化剂实现可控气化，为后续能源产品生产提供低成本的合成气。生成合成气后，再通过气电联产实现发电，将一次能源转化成更为清洁的二次能源。

4、能源互联网带来的变革和影响

一是显著提升能源利用效率。能源互联网拥有储能单元和智能控制平台，从而可以实现能量控制与用户能量需求的实时协同，不同能源通过智能控制平台还可以相互转化，使得能源储运与应用更加智能化，减少不必要的浪费。不但使现有的传统能源得以更加有效的进行调配和供给，也使风电、太阳能发电等目前相对独立的新能源应用得以进行大规模共享。

二是彻底改变能源生产、供应和消费模式。“能源互联网”能够将每一处建筑转变成能就地收集可再生能源的微型能量采集器，让亿万人能够在自己的家中、办公室里和工厂里生产绿色可再生能源，从而改变以往大规模集中生产能源的方式。此外，人们可以将这些能源转化为氢气储存，并用绿色电力为自己的楼房、机器和汽车供电。多余的电力则可以通过一种外部网格式的智能型分布式电力系统与他人分享，就如同人们目前通过网络分享信息一般。

三是推动经济社会向合作和分散关系发展。能源互联网将从能源领域打破长期以来以化石燃料为基础的大规模的寡头垄断、自上而下的组织结构，使社会向合作和分散关系发展。社会的组织模式将趋向扁平化结构，由遍布全国、各大洲乃至全世界的数千个中小型企业组成的网络与国际商业巨头一道共同发挥作用。我们所处的社会将经历深刻的转型，原有的纵向权力等级结构将向扁平化方向发展。同时，买卖双方的对立关系开始被供求双方的合作关系所取代，自利的同时也实现了利益共享。

（二）智能制造

1、智能制造简介

智能制造是以泛在感知、精准控制、智能诊断和人机交互为特征的一种新的制造模式，其基本特点是整个生产线全自动化，生产效率显著提高，极端制造能力增强，加速机器对人的替代。智能制造具有五大特征：

一是自律能力。具有获取信息并以此来决定自身行为的能力，也就是需要智能系统对信息具有一定的分识库来决定自身行为。

二是人机交互能力。人在制造系统中处于核心地位，同时在智能装置的配合下，可以更好地发挥出人的潜能，使人机之间表现出一种平等共事、相辅相成、相互协作的关系。

三是建模与仿真能力。以计算机为基础，融信息处理、智能推理、预测、仿真和多媒体等技术为一体，建立制造资源的几何模型、功能模型、物理模型，拟实制造过程和未来的产品，从感官和视觉上使人获得完全如同真实的感受。

四是可重构与自组织能力。为了适应快速多变的市场环境，系统中各组成单元能够依据工作任务需要，实现制造资源的即插即用和可重构，自行组成一种最佳、自协调的结构。

五是学习能力与自我维护能力。产品制造是在不断发展和变化的，因此在制造过程中所需要的知识也不断地增加，同时在运行过程中不可避免地会出现故障，为了更好地适应社会对产品制造的要求，需要智能制造系统拥有学习能力和自我维护能力。

智能制造的技术体系主要包括制造智能技术、智能制造装备技术、智能制造系统技术、智能制造服务技术（见图3）。

2、智能制造的发展现状

智能制造的发展主要体现在制造智能技术、智能制造装备、智能制造系统和智能制造服务四个方面。在制造智能技术方面，制造活动中的知识、知识发现与推理能力、智能系统结构与结构演化能力都有了显著提升，在生产的关键环节也有一定的应用。但一些关键技术仍存在较大制约，如感知与测控网络技术标准并未统一，基于云计算的分布智能制造体系结构、任务描述及管理技术还处于概念阶段，面对不确定、不精确、非完整制造信息的分布/混合智能推理技术尚未建立等。在智能制造装备方面，高档数控机床、工业机器人、测控装置等制造装备的智能化水平不断提高，对运行状态和环境的实时感知和处理分析能力、自主决策能力、自我诊断和修复能力不断增强。如目前，工业机器人已广泛用于弧焊、点焊、装配、搬运、喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。在汽车制造业领域，日本每万名生产工人占有机器人的数量为1710台，法国为1120台，美国为770。此外，在德国市场，食品行业大力促进了机器人的利用。机器人制造商认为，在药品和化妆品行业和塑料行业，机器人的投资潜力巨大。

在智能制造系统方面，目前，智能制造系统的发展滞后于智能制造装备的发展。由于制造工艺的日益复杂，制造系统日益庞大，资源环境约束愈发严峻等因素的制约，对制造系统的智能化、柔性化、绿色化等方面提出了越来越高的要求。如石化、冶金、建材等连续制造业能源资源消耗大、排放高的问题迫切要求智能制造系统能够进行固体废弃物质能分选、智能化除尘、智能工业清洗及污水处理等功能。

在智能制造服务方面，智能制造服务是制造业服务化的具体体现，环境感知与控制的互联技术、工业产品智能服务技术等分别在物流服务、离散/流程制造等领域已有初步应用，但目前总体正处于起步阶段。在智能制造服务的共性关键技术领域，仍存应用障碍。如制造与服务的智能集成共享与协同技术当前缺乏统一的定义、描述和表达标准，云计算为智能制造服务环境架构的数据安全性难以保障等。

3、智能制造技术和应用发展趋势

智能制造技术的突破及广泛应用正催生智能制造产业。其技术和产业发展呈现四大趋势：

一是建模与仿真使产品设计日趋智能化。建模与仿真通过减少测试和建模支出降低风险，通过简化设计部门和制造部门之间的切换压缩新产品进入市场的时间。

二是以工业机器人为代表的智能制造装备在生产过程中应用日趋广泛。新一代工业机器人会抓取、装运、暂存、拾取零部件以及进行清理打扫等，这些技能让它们可以应用于更广泛的领域。同时，工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。

三是全球供应链管理创新加速。以云计算为代表的新一代信息技术的发展和应用将为智能制造提供一个动态交互、协同操作、异构集成的分布计算平台，进一步促成全球供应链的一体化，世界各地的企业将利用基于互联网的智能管理技术实现生产制造全过程的实施协同，从而缩短了满足客户订单的时间，提升了生产效率，使得全球范围的供应链管理更具效率。

四是智能服务业模式加速形成。企业通过嵌入式软件、无线连接和在线服务的启用整合成新的“智能”服务业模式，制造业与服务业之间的界限日益模糊，融合越来越深入。产品的制造已不再单纯代表工业品本身，而倾向于提供一种“体验”，服务供应商如亚马逊、谷歌等众多公司已纷纷对制造业领域进行整合。

4、智能制造带来的变革和影响

一是推动制造业生产方式的变革。未来的制造将是由信息主导的，并采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理方式的全新的制造业。信息技术将促进设计技术的现代化、加工制造的精密化、快速化、自动化技术的柔性化、智能化。智能制造技术的广泛应用将改变制造业的设计方式、生产方式和管理方式，大幅提高制造系统的柔性化和自动化水平，使生产系统具有更完善的判断与自适应能力。

二是促进工业生产组织形式向网络化和虚拟化转变。智能制造将通过互联网的协同机制，在新的数字化生产技术的促进下，将创造虚拟的产业集群，从而使可以称为社会化生产的新制造方式成为可能，导致工业生产组织形式的改变。跨国企业通过网络将产品价值链分解到不同国家的配套协作企业，产品生产过程由全球范围内多个企业高效、快捷合作完成，企业间以网络方式跨越边界与环境建立紧密联系。

三是加快制造业服务化进程。智能制造使制造业和服务业的关系更加密切。制造企业可以通过在线获取生产所需要的各类智能制造服务，使生产要素的配置成本降到最低。在销售过程中，可以借助智能制造系统使最新产品在短时间内销往全球各地的目标客户。同时，智能制造装备是整合信息系统、配套软件、操作程序以及维护服务等在内的一个完整的服务系统，所提供的服务价值比重远超实体价值的比重。

（三）3D打印

1、3D打印简介

3D打印机诞生于20世纪80年代中期，由美国科学家最早发明。其基本原理是利用特殊的耗材按照由电脑设计的三维立体模型，通过黏结剂的沉积将每层粉末黏结成型，最终打印出3D实体。打印过程可分两步，一是在需要成型的区域喷洒特殊的胶水；二是均匀喷洒粉末，粉末遇到胶水会迅速固化黏结，没有胶水的区域仍保持松散状态，重复这一过程直到实体模型被“打印”成型（见图5）。

起初，3D打印被认为是一种制作一次性样品的方式，目前已能够制造产品零部件乃至最终产品（见表4）。根据有关资料，2009年应用3D打印制造的产品中，16%为最终产品、21%为零部件、23%为模具。

2、3D打印技术的优势和局限性

与传统制造技术相比，3D打印技术具有以下优势：

一是增强产品的空间几何多样性。如无需加工组装，可直接制造弯曲的内部冷却通道、复杂的蜂窝型物体（如图6）。

二是提升制造速度和精准度。3D打印技术减少了将零部件组装为整机的过程，直接制造完整的最终产品，有效降低了生产线上人员分工协作的时间，实现了快速制造。并且可以保证设计者思想的准确实现，提高了制造精准度。

三是简化制造流程。传统制造技术条件下，要改变产品形状必须制作新的铸型，或者调整装备的设置。然而，3D打印技术生产不同形状的产品，只需更换所参照的电子文档。以生产两颗完全不同的假牙为例，3D打印能够只用一台机器、不做任何配置改变，就将两颗假牙连续地生产出来。

四是普遍提高全球各地区制造能力。将相关电子文档发送到全球任何一台3D打印机上（具有适合型号），完全依照电子文档就可以实现产品的自动化制造，这普遍提高了全球各个地区的制造能力。

五是减少物料和能源消耗。3D打印技术不产生边角余料，所使用的原材料量恰好等于最终产品需要的材料量，减少了物料浪费；并且打印制造出最终产品，无需过多的零部件供应环节，减少了各环节生产及运输过程中的能源消耗。

目前，3D打印技术仍具有一定的局限性（见表5）：

一是难以应用于大规模制造。在目前3D打印技术条件下，平均1小时能制造一个边长1.5英寸的立方体。但在传统制造的铸型技术下，只需1分钟就能制造出几个类似体积的物体。制造速度的迟缓制约了其在大规模制造中的应用。

二是产品质量难以保证。目前3D打印的原材料主要是塑料聚合物，这种聚合物不易标准化，而且硬度低于同类工业原料。因此，用这种材料生产出的产品质量很难保证。

三是难于广泛开展产业化实践。在3D打印技术产业化应用的条件下，设计往往是联合完成的，但目前仍缺少相关法律法规界定此状态下的商标、版权、专利等归属。而且当设计出现问题时，相关责任也需要进一步明确。相关法律法规的不健全，使得3D打印技术产业化还难以广泛开展。

3、3D打印技术和应用发展趋势

未来5-10年，随着技术的不断进步及市场需求的扩大，3D打印技术将呈现以下趋势：

一是3D打印速度和效率将不断提升。经过几十年的探索与发展，3D打印技术已能够实现600dpi分辨率，每层厚度只有0.01毫米；较先进的产品可实现每小时25毫米高度的垂直速率。随着开拓并行、多材料制造工艺方法的采用，打印速度和效率有望获得更大提升。

二是3D打印材料更加多样化。随着先进材料的不断发展，将开发出更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及其他方法难以制作的复合材料等，金属材料、直接金属成型技术将会成为今后研究与应用的新兴领域。

三是3D打印机成本大幅下降。当前，3D打印机价格大多在百万美元以上，但随着技术进步、相关知识产权逐渐过期直至实现规模化生产，3D打印机价格有望大幅下降。目前，3DSystems和Autodesk已推出了DIY的1500美元左右的产品，最简单的3D打印机的价格甚至已达到了800美元。

四是3D打印机应用领域更加广泛。目前，3D打印机已开始用来制造汽车、飞机等高科技含量零部件、皮肤、骨骼等活体组织。专家预计，3D打印机在生产应用方面有着巨大的潜力。3D打印技术在珠宝首饰、鞋类、工业设计、建筑、汽车、航天及医疗方面（牙科）都能得到广泛的应用。

五是简单组装生产或直接完整制造将成为3D打印应用的路径。简单组装生产模式下，3D打印技术生产出较少的零部件，然后由传统组装方式制造，这样可以节约成本。

直接完整制造模式下，在离终端用户较近的地方，直接打印制造出完整的最终产品。例如，根据客户需求直接“打印”出几千台不同版本的iPhone后，快速配送至消费者。这要比在中国大规模生产出几亿全相同的iPhone，然后运输到全世界180多个国家成本更低。

4、3D打印技术带来的本质变革一是制造技术迎来重大飞跃。

一是3D打印技术改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式，节省了材料和加工时间，带来了制造工艺的深刻变革。同时，还将推动新材料、智能制造和堆积制造等多项技术实现大的飞跃。

二是工厂化生产转向社会化生产。随着3D打印技术不断成熟，成本不断降低，小型企业甚至是个体都能独立完成制造程序。届时，除必要的实物生产资料和产品外，生产组织中的各环节可被无限细分，创新者转变为制造者的成本迅速降低，从而使生产方式呈现出社会化生产的重要特征。

三是推动世界制造业格局由“中国制造”向各国“本地制造”转移。

四是推动其他科技领域突破发展。利用纳米材料为原料进行3D打印制造的产品可广泛应用于遥感、分离、等离子体光学、催化、纳米电子、生物成像等领域，将有利于加快纳米技术和纳米材料的发展。利用3D打印技术制造人体器官，将与病人自身细胞的内部结构完全一致，这将有助于消除器官移植后的排斥现象，带来重大生物技术革命。

三、第三次工业革命给我国工业发展带来的机遇和挑战

第三次工业革命的到来，在对传统制造业发展模式带来冲击和挑战的同时，也为提升我国产业国际竞争力和国际分工地位提供了有力支撑，必将成为我国加快经济结构调整和发展方式转变的核心驱动力。

（一）带来的机遇

1、为我国加快结构调整和发展方式转变带来重要机遇

第三次工业革命为我国实施扩大内需战略和现代服务业发展带来了重要契机。“大规模定制”是第三次工业革命的一个突出特点，要求充分重视市场需求在未来产业发展中的重要作用。中国将能充分利用我国13亿人口的消费能力和消费层次双“提升”的有利条件，通过“大规模定制”快速开启国内市场需求。此外，工业机器人等新型智能制造装备将在生产环节大量取代劳动力，并且随着制造业服务化的步伐不断加快，制造业的主要就业群体将是为制造业提供服务支持的专业人士，这就使得二、三产业的相对就业结构朝着服务业就业人口比重增长方面发展，从而加速我国产业结构调整和优化。

2、为我国突破资源环境约束创造了有利条件

以能源互联网和智能制造为代表的第三次工业革命有利于实现资源能源高效清洁循环利用、达到环境影响最小化。一方面，第三次工业革命所带来的能源互联网将对能源生产和利用方式产生深刻变革，有助于使我国直接绕过传统能源和资源的束缚。我国拥有世界上最丰富的风力资源，也是世界上太阳能资源最为丰富的国家之一，生物能与地热能的总量也相当可观。根据2009年一项由哈佛大学与清华大学的联合研究表明，只要中国提高补贴并改善能源供给网络，至2030年风力发电就可以满足中国所有的电力需求，从而在解决能源供给问题的同时，迈入更加绿色低碳的经济发展轨道。另一方面，第三次工业革命将引领更少资源消耗、更低环境污染、更大经济效益的先进经济模式，如3D打印、智能制造等技术将根据需求的变化快速做出反应，而无需预备大量库存。产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期，对环境的负面影响最小，资源利用率最高，实现经济效益和社会效益协调优化。

3、为我国工业提升国际分工地位形成新的契机

经过改革开放30多年来的快速发展，我国工业实现了历史性跨越，但我国还不是“工业强国”，其中最主要的差距是自主创新能力不强，在技术方面一直处于跟踪和追赶状态，特别是许多关键核心技术还远远没有掌握。第三次工业革命将掀起以能源互联网、智能制造等为代表的新一轮重大科技创新浪潮，为我国实现跨越式发展带来历史机遇。在新一代信息技术领域，我国拥有华为、中兴等世界级领军企业，第三代移动通信、光通信技术与组网能力也跨入了世界先进行列，云计算、无线网络等技术创新取得明显突破。在新能源领域，我国是世界最大的风力涡轮机生产国和太阳能电池生产国，太阳能电池产量占世界总量的50%。能源互联网、3D打印和智能制造等技术将推进“本地化生产”进程，庞大的市场需求将有望成为我国抓住第三次工业革命重大契机，提升产业核心竞争力和国际分工地位的重要依托。

（二）面临的挑战

1、对劳动密集型产业发展带来较大冲击

未来“厂大人多”的时代将一去不复返，我国劳动密集型产业发展将会受到冲击。

从技术发展来看，生产智能化成为控制成本的重要途径，我国传统劳动密集型产业将不再具有竞争优势。以飞利浦为例，在中国沿海的飞利浦工厂，雇佣数百名工人组装电动刮胡刀，这是典型的传统生产模式。与此相比，飞利浦在荷兰乡间的一座工厂有128具机械手臂，以极灵巧动作组装产品，这些手臂不但运作速度快，还不用休息，每天可连做三班、全年无休。该工厂每班轮值员工只有数十人，约为中国工厂的10%，成本节约优势不言而喻。从消费模式来看，个性化消费必将带来规模化的定制化生产，从而带来全面的消费革新。我国劳动密集型产业所依赖的规模化的产品生产和消费方式必将受到挑战。以苹果iPad为例，一部499美元的苹果iPad仅仅包括33美元的制造成本，在中国的装配成本只有8美元。当前，一些公司正将海外生产线逐步迂回发达国家，这并非仅仅由于中国生产成本的上升，也由企业希望更加贴近市场、更快对需求改变作出反应的因素。如今，很多产品变得越来越复杂，最好的解决之道就是让设计人员和制造人员在同一个地方工作。

2、对我国工业企业的转型发展提出了紧迫要求

新工业革命对工业企业发展模式的影响是全方位的，要求企业必须尽早做好转型准备。从企业内部组织结构看，未来将会出现企业组织网络化和扁平化。企业的外部边界模糊，使得企业组织与外部市场联系在一起，把整个组织的触角伸到了市场的各个角落。企业结构层次将精简化，组织中的等级制度将淡化。对于长期实行科层管理模式的中国企业来说，上述变化将对我国现有工业企业管理模式带来挑战。

从企业外部组织来看，传统以空间集聚、地理集中为特征的产业集群可能逐步向以分散布局、异地协同为特征的虚拟集群演变。未来，借助于发达的信息、通信手段以及网络平台，产业集群的集聚范围、内容和形式会快速变化，传统的地理集群的空间局限正被逐渐突破，并形成网络意义上的集聚。这可能会对地方经济发展带来较大影响。

从支撑企业发展的要素来看，未来劳动力、土地、资本等传统要素在支撑企业发展中的作用会下降，创新要素发挥的作用会越来越大。而我国工业企业原始创新不强问题由来已久，建立企业、区域、国家多级创新体系非常紧迫。

3、对支撑工业发展的制度安排带来挑战

当前，我国工业发展的制度安排与未来新的产业发展要求并不适应。主要表现为以下几点：

第一，知识型员工要求教育制度做出改变。未来知识型员工将成为核心竞争资源。在第三次工业革命中，大部分生产工作将由机器人承担完成，而剩余的劳动力则需要成为机器维护员、软件设计者，通过操纵智能软件管理机器人完成生产任务。这种生产方式下，生产人员要有很高的知识水平和技能，要对客户的需求做出快速响应，还要具有良好的设计能力与创意。目前我国普通教育和职业教育都存在种种弊端，需要加以完善。

第二，社会化生产需要广泛的参与性。我国现有工业化是一种赶超型工业化。政府和国有资本在资源配置中具有主导作用，民间资本很难介入。未来工业生产组织中的各环节将被无限细分，从而使生产方式呈现出社会化生产的重要特征，我国现有生产分配方式如不改变，将会制约生产社会化。

第三，产品数字化需要加大知识产权保护力度。未来各种数字化产品具有容易复制、传输方便和形态多样的特点，这类知识产权涉及的社会关系、权利内容等都更为复杂多样，这对于确定知识产权所有人和有关权属等带来挑战。在这一背景下，对各类侵权行为的确认以及各类知识产品的保护将变得更加困难。我国知识产权保护意识薄弱的现状如不能做出改变，新工业革命在我国就很难成行。

四、下一步工作建议

（一）加强对第三次工业革命重大问题的战略研究

当前，亟需组织一定人力资源，成立相关课题组，加强对重大问题的战略研究。一方面，深入研究第三次工业革命的内涵特征、重点领域及其影响，正确认识第三次工业革命的内涵特征，特别是可能对我国工业发展带来的重大影响和冲击。另一方面，分析研究支撑第三次工业革命的产业基础、技术体系、创新管理、教育制度等基础条件，为迎接第三次工业革命提供理论研究支撑。

（二）跟踪关键领域技术路线和发达国家发展动向

虽然各种前沿技术还不成熟，存在多种技术路线和发展方向，但这恰恰为后来者在某些领域的“弯道超车”创造了条件。要加强对可再生能源、储能、智能电网、新能源汽车、云计算、物联网等重点领域技术发展路线的跟踪研判，理清其中的核心科学问题和关键技术问题及其实现途径，为国家技术创新战略决策提供依据。同时，还要密切关注主要发达国家在新能源、智能制造等领域的重大部署，紧密跟踪其发展动向和创新步伐，避免在新一轮国际竞争中陷入被动。

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通过对制造软件的各个系统、相关的知识工程、机器人视觉、制造工人的相关技能以及人类专家的先进知识进行一定的集成和建模，使得智能机器可以在没有任何人为因素干预的条件下进行小批量生产，这就是制造业智能化技术的主要目的。机械制造的智能化技术能够使得产品在生产效率、产量、制造精度方面得到大量提高，使得生产的过程更加具有现代化，有效降低生产的成本，提高企业的经济效益。

机械制造智能化技术的具体应用实例分析

下面以机械制造智能化技术的具体应用实例———敏捷化智能制造执行系统为例，对智能化技术在机械制造系统中的应用作一详细论述。

制造执行系统英文简称MES，是面向车间生产层次管理的一个实时信息系统，是实现车间敏捷化的一项重要手段。概括起来讲，本系统具有如下特征：（1）虚拟性。制造设备从原则上来说，可以来源于不同的企业、不同的车间，它们在物理位置上可以是分布的，但是从逻辑上来说，可以组成一个共同的逻辑制造单元。（2）动态性。根据不同物理位置的资源，根据动态的外部环境，配置逻辑制造单元。（3）自治性。在生产管理方面，系统要具有很高的自，要具有异常突发事件的处理能力，实现自我调整。

系统的活动流程图如图1所示。由图1可以看出，MES系统使用来自ERP系统计划的工作派遣单和来自车间层的资源状态信息制定短期的制造计划，并分发工作单或加工指令给制造单元或设备进行加工。MES系统则根据这些信息对在制品（WorkinProgress，WIP）进行跟踪、控制加工过程，并根据车间发生的事件做出实时的响应。同时，ERP系统可以查询订单状态、WIP状态和其他性能数据以便做出符合实际的预测和决策。随着制造业智能化技术的不断发展，以及企业需求的不断提升，MES各个层次间的界限更加模糊，以使系统更加平稳高效运行。通过对MES系统的分析，我们发现，整个制造系统很好地利用了智能化信息技术，增加了系统的继承性、动态调节性以及实时响应性等等，很好地体现了系统的职能。

机械制造智能化技术的发展方向

机械制造智能化技术的发展趋势就是生产出质量高、效率高、柔性高、成本低、劳动力消耗低、规格全、品种多的产品。在未来，智能化的操作系统将呈现如下趋向：

近几年以来，自动化技术得到了不断的发展和应用，其生产的效率得到了很大提高，产品的质量不断得到保证。此外，越来越多的先进机械设备能够替代人类去进行危险的工作。在早期，机械制造业系统在很多情况下所针对的是那些比较简单的环境，其存在的主要目的是对调度任务进行有效实施，在规定期限内全面完成任务。而机械制造的自动化、智能化主要是指通过先进的计算机模型对人类智能行为进行模拟，实现人工智能和实时系统的有机结合。以确保其能够具有更现实、更实时的发展领域，更好的朝着智能行为、应用行为的方向进行发展。

所谓柔性主要是指制造系统应该具有一定的能力来应对生产条件所出现的各种变化，它与人员、系统方案、设备密切相关。其中系统方案中的柔性则主要是指对不同零件进行加工的自由程度。人员具有柔性是指企业的操作人员应能够确保加工任务的完成，并且在完成的时间和数量方面具备一定的变换能力。设备具有柔性主要是指在短时期内机床能够对新零件的各种加工能力进行有效适应。机械制造的智能化技术应朝着柔性化的趋势进行发展，在发展的过程中进行模块化的设计，增加功能的覆盖范围，增强其可裁剪性，从而对不同用户的需求进行满足。根据生产流程中出现的不同要求，对信息流和物料流进行有效的动态化调整，使得群控系统效能得到最大化的发挥。

机械制造业的智能化技术应该朝着工艺多轴化、复合化的方向发展，这样做的主要目的是使复合加工的能力不断加强，确保生产工序、生产环节、生产时间得到有效减少。比如，数控机床要想实现智能化的加工，就将工件在1台机床上进行1次装夹，然后通过进行自动换刀、转台、旋转主轴头等方式对多种工序进行完成，实现复合型的加工。

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所谓智能制造，是将物联网、大数据、云计算等新一代信息技术与先进自动化技术、传感技术、控制技术、数字制造技术结合，实现工厂和企业内部、企业之间和产品全生命周期的实时管理和优化的新型制造系统。

智能产品具有监测、控制、优化和自主等四个方面的功能。而智能生产是指以智能制造系统为核心，以智能工厂为载体，通过在工厂和企业内部、企业之间以及产品全生命周期形成以数据互联互通为特征的制造网络，实现生产过程的实时管理和优化。

此次世界智能制造大会抓住智能制造这一世界经济热点，洞察当下全球前沿技术的竞争点，融政产学研为一炉予以共同关注。世界制造业正在经历一场变革、一场进化，生产将变得更加聪明，效率也就更高。此次大宾朋满座，说明企业对智能制造充满渴望，产业发展充满动力。这场大会是科技思维的饕餮盛宴，必将碰撞出大机遇。

智能制造是中国制造业由大转强的核心战略选择，更是中国经济增长变速换挡走向新里程的标志。历经30多年的高速发展，中国在2015年已成为世界制造业第一大国，建成了世界上门类最为齐全的现代制造业体系，中国制造业一直是国家经济发展的重心，一度使中国成为世界工厂的代名词，创造过无数让国人引为荣耀的辉煌。然而，中国制造在发展质量、创新能力、品牌塑造方面，与发达国家相比仍有较大差距，大而不强的问题一直是急需破解的瓶颈，依托资源消耗和人力成本低廉的路径选择越来越艰难，低端的传统优势日趋衰弱，向着东南亚的新一轮国际产业转移凸显中国制造大而不强的尴尬。中国制造亟待在科技创新、智能制造的引领中强筋壮骨，在着力提升生产率的转型中浴火重生，以获得经济中高速增长。

如果说过去3年中国制造在转型中“热身”，试图打开一扇窗户向外瞧，那么这场大会就是一个全新的里程碑――以最先进的智能制造思想武装自己，开辟新的航程。

智能制造给世界带来新活力，给中国带来新发展。瓦特的蒸汽机，在轰鸣声中不但改变了他自己贫病交加的命运，也把整个人类带进了工业社会，解放了生产力，促进了社会进步。乔布斯的“苹果”，一机在手，包揽世界，亿万网民在刷屏中进入移动互联时代，也助燃了信息化火焰燃遍全球。中国也在欢呼声中见证“神九上天，蛟龙入海”的神奇，惊叹中国制造尖端技术的鬼斧神功，制造业的数字化、网络化、智能化为中国经济发展安装了强劲的翅膀。

智能制造为世界经济提供新动能，提高生产率。世界经济不景气，增长下向风险的警报一直未能解除，亟需转变发展方式，期待新动能除旧布新、改天换地。唯有人工智能等科技生产担当此重任，大幅提高生产率，促进经济的发展。依托自然语言处理、计算机视觉、机器学习等这些人工智能核心领域技术的发展，以生态科技、智能机器人、无人车、无人机等为代表的人工智能技术已渐趋成熟。由此撬动的相关产业链也将迎来巨大市场机会，可估商业利益至少在万亿量级。

智能制造将掀起新一轮企业淘汰浪潮。在欧美和日本有成百上千家百年企业，但中国很多企业却做着做着就夭折了，这与企业家的胸怀和眼光有密切关系。企业家要站得高，看得远，转型中高端才能有长久的生命力。这一轮智能制造大潮，让传统企业倍感压力，跟上了，企业就往上走；跟不上，就要趴下去。

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【关键词】机电一体化；智能控制；应用分析

智能控制系统在机电一体化的发展过程中具有重要的核心地位。尽管智能控制技术是近年来才被研发应用的新技术，但其发展速度却是非常快的，目前智能控制系统已经被广泛应用在多个领域，并发挥出良好的功能作用。

1 智能控制的特征

智能化技术在发展过程中所具有的特征主要表现在以下几个方面：第一，对智能控制系统核心的高层控制管理；第二，具有非线性的特点；第三，智能控制系统具有一定的可变性；第四，智能控制系统的整体结构上有着忧特性；第五，智能化技术的系统的应用可以有效的满足当前社会发展的多样性；第六，它是一项综合性的科学项目将许多许可的先进理念都很好的融入其中；第七，它是以计算机技术为基础的。由此可见，智能化系统在实际应用的过程中存在着较强的学习功能和组织功能，它可以将许多先进的学科技术融入到其中从而满足人类社会发展的需求。而将智能控制应用到机电一体化当中，不仅可以有效的提高机电一体技术的应用范围还使得机电一体化机械可以各种先进的科学技术有效的融合在一起进而促进社会经济的发展。

2 智能控制与机电一体化的关系论述

自21世纪的到来，智能化控制技术得到了有效的发展，并且广泛的应用到社会经济发展的过程当中。而将智能控制应用得到机电一体化技术当中，不仅为机电一体化提供了一个广阔的发展空间，还有效的促进了工业化的生产为人类社会工业产业化的发展打下了扎实的基础。目前，我们除了将智能控制技术应用到机电一体化当中还将许多先进的科学理论融入其中，从而形成了许多新思想、新理论为机电一体化技术的发展提供了良好的发展前景。

3 智能控制在机电一体化系统中的应用优势

作为机械工业与微电子工业未来发展的主要方向，机电一体化必将会在以后的机械设备生产中占据主要技术地位，而智能控制系统技术也将会得到更进一步的发展。智能控制系统相较于传统的自动化控制系统来讲，在机电一体化系统中是具有更大的应用优越性的。

3.1 完善机电一体化系统的性能

由于智能控制系统主要是在外部环境和控制器的作用下实现控制作业的，因此其控制指令的形成是直接根按照外部环境的变化趋势来确定调控方案，这就省去了中间模型分析的环节，使机电一体化系统的性能更加快捷高效，工作精度更高，设备性能得到很大完善。

3.2 提高机电一体化的工作效率

采用智能控制技术能够实现机械设备依据操作人员所发出的命令编码自动进入工作状态，继而按照流程顺序完成系统运行，这样就仅仅只需要人力完成第一步指令输入即可，极大的提高了系统的运行效率，避免了因人为因素而引起的失误影响到工作效率。

3.3 增大机电一体化系统的安全可靠性

在机电一体化系统中，智能控制系统可以实现有效的智能控制，从而合理地调控设备中的结构或运行程序，这样就能够在很大程度上确保机电一体化系统的安全可靠。

4 智能控制在机电一体化系统中的主要应用

4.1 机械制造领域中的智能控制应用

机电一体化系统的重要组成部分之一就是机械制造，目前，智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业。把智能控制技术应用于工程机械领域能够提高工程机械各种故障的自我诊断能力，提高了工作效率和工程质量，解决了传统控制力一直无法很好适应多变复杂对象的难题。特别是在一些特殊的情况工况中可以实现无施工人员的智能化、高质量的施工。向智能机械制造技术的方向发展是当前最先进的机械制造技术，其发展的基本原理是模拟人类制造机械的活动，利用先进的计算机技术及其它信息技术工具取代一部分人的脑力劳动。它可对制造过程进行动态环境建模，利用模糊数学、神经网络的方法通过传感器融合技术将进行预处理采集的信息，并采用“Then-If”逆向推理修改控制机构或者选择较好的控制模式和参数。 而对于一些残缺不全的信息而言，它利用模糊集合和模糊关系的特性，可以将一些模糊的信息集合到闭环控制中的外环决策机构来选取相应的控制动作，并利用神经网络的学习功能具有行处理信息的能力，对于残缺不全的信息进行在线的模式识别。在高新科技和信息时代的引领下的背景下，人力操作为主的机电相关机械制造已经不能够适应时代的节奏，未来其主要发展方向就是将智能控制及其相关科学技术与传统的机械理论进行有效的融合。目前，工程机械的智能化主要体现：工程机械单机集成化操作与智能控制技术；工程机械的智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护技术；基于网络的机群集成控制与智能化管理技术，特别是智能型救灾工程机械已成为当前研制热点。

4.2 机器人领域中的智能控制应用

机器人系统是一种复杂、非线性且具有研制不确定性的系统，这些特征适合智能控制技术的应用。机器人智能控制机器人学一直是智能控制的一个重要应用领域，每一种新的控制理论方法都会在机器人控制系统中得到过应用，使得新型智能控制技术渗透到机器人学研究的各个方面，因此，对机器人的控制也成为检验各种控制方法优劣的试金石。当前智能控制技术在机器人领域中的应用主要表现在以下几个方面：通过模糊系统及专家控制系统对机器人轨迹规划的模糊控制策略；机器人在多传感器信息融合与视觉处理方面的智能控制；机器人轨迹规划中的模糊神经网络控制策略；机器人手臂姿态及动作的智能控制；机器人轨迹规划中的遗传算法控制策略。目前，采用模糊控制、人工神经网络、专家系统技术对机器人进行定位、环境建模、检测、控制和规划的研究已经在多个实际应用系统中得到验证。机器人控制系统的主要目的就是通过给定各个关节的驱动力矩，使得机器人的位置、速度等状态变量跟踪给定的理想轨迹。

4.3数控领域中的智能控制应用

随着科学技术与信息技术的发展，智能控制和数控相关领域逐渐融合。由于研究的对象和系统越来越复杂，我国的机电一体化技术的发展对数控技术提出了更高的要求，大量学者、工程技术人员开始尝试应用智能控制理论，在机械加工、模具制造等领域运用数控技术。运用智能控制新兴技术可以让数控技术实现智能编程、监控、建立智能数据库等重要目标。当今数控技术的发展方向主要是开放式数控系统的构建。建立统一的可重构的系统平台，增强数控系统的柔性，借助于数学模型描述和分析的传统控制理论难以解决复杂系统的控制问题，调解变化频繁的需求与封闭控制系统之间的矛盾都是构建开放式数控系统的一些主要目的。

智能控制是机电一体化技术未来很长一段时间发展的主要方向。智能控制技术的发展也是日新月异，如何将其与机电一体化技术以及传统控制理论结合起来，实现机电一体化系统的高度智能化还有很长的距离，需要坚持不懈地探索和研究。

5 结语

总而言之，在机电一体化系统中智能控制已经得到了十分广泛的应用，它不仅有效的提高了社会经济的发展，还改善人们的生活环境。但是由于这项技术在我国经济发展过程中，应用的还不够完善，因此，我们还需要在不断的努力当中对其智能控制技术进行探索从而促进我国社会主义建设。

参考文献：