第1章 基于人機物協同的智慧工業概述

1.1 智慧工業概述

目前，國際上尚無關于智慧工業（Intelligent Industry）的準確定義，國際上一些專家認為智慧工業是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。智慧工業通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，是先進制造技術與新一代信息技術的深度融合，貫穿于產品制造、服務全生命周期的各個環節，通過相應系統的優化集成，實現制造的數字化、網絡化、智能化，不斷提升企業的產品質量、效益和服務水平。工業和信息化部對智慧工業給出了一個比較全面的描述性定義：智慧工業就是基于新一代信息技術，貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能的先進制造過程、系統與模式的總稱。它具有以智能工廠為載體，以關鍵制造環節智能化為核心，以端到端數據流為基礎、以網絡互聯為支撐等特征，可有效縮短產品研制周期、降低運營成本、提高生產效率、提升產品質量、降低資源和能源消耗。這實際上指出了智慧工業的核心技術、管理要求、主要功能與經濟目標，體現了智慧工業對于我國工業轉型升級與國民經濟持續發展的重要作用。

為深入落實制造強國戰略，推動我國制造業轉型升級，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》在第八章第三節推動制造業優化升級中明確指出“深入實施智能制造和綠色制造工程，發展服務型制造新模式，推動制造業高端化智能化綠色化”以及“建設智能制造示范工廠，完善智能制造標準體系”。為貫徹落實《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》，工業和信息化部組織專家起草了《“十四五”智能制造發展規劃》，并于2021年4月14日印發征求意見稿，以加快推動智慧工業的發展。

智慧工業實施中，通過智能感知智能工廠制造過程中裝備、物流等產生的信息，從而形成制造大數據，發揮計算機強大的存儲能力和計算能力，及時存儲制造大數據，為后續計算、分析提供基礎；當通過制造大數據分析建立的知識圖譜信息不完整，無法為制造過程提供及時、完整的決策、控制和調度時，需發揮人類面對不完整信息的快速決策能力，基于已有信息快速形成制造生產線（簡稱產線）所需的決策控制或者產線重構要求；智能裝備及其孿生系統將依據決策指令準確執行生產要求，并在過程中不斷產生新的制造大數據，為計算機分析和人工決策提供新的基礎。所以，在智能工廠制造過程中，充分利用人的不完全信息決策能力強、計算機的計算能力和存儲能力強、制造裝備的執行力強的特點，構建現代制造企業中人力資源—虛擬信息系統—生產物理系統等人機物協同制造系統，從而解決離散制造和流程工業中復雜多維度人機物協同決策與控制問題，形成基于人機物協同的智慧工業模式，是我國智慧工業發展的必由之路。

因此，為滿足我國智慧工業發展規劃要求，針對基于人機物協同的智慧工業過程所包含的智能感知、大數據分析和知識圖譜、智能決策和控制、智能裝備、智能物流和生產調度、數字孿生、智能產線重構等技術，本書結合作者研究成果和行業先進成果，詳細介紹了各項技術方法以及應用案例。