新一代智能制造，进一步突出了人的中心地位，是统筹协调“人”、“信息系统”和“物理系统”的综合集成大系统；将使制造业的质量和效率跃升到新的水平，为人民的美好生活奠定更好的物质基础；将使人类从更多体力劳动和大量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工作，人类社会开始真正进入“智能时代”[10-12, 51]。

图7 从“人-物理系统”到新一代“人-信息-物理系统”

总之，制造业从传统制造向新一代智能制造发展的过程是从原来的“人-物理”二元系统向新一代“人-信息-物理”三元系统进化的过程（图7所示）。新一代“人-信息-物理系统”揭示了新一代智能制造的技术机理，能够有效指导新一代智能制造的理论研究和工程实践。

5. 新一代智能制造的系统组成与系统集成

新一代智能制造是一个大系统，主要由智能产品、智能生产及智能服务三大功能系统以及工业智联网和智能制造云两大支撑系统集合而成（如图8所示）。

图8 新一代智能制造的系统集成

新一代智能制造技术是一种核心使能技术，可广泛应用于离散型制造和流程型制造的产品创新、生产创新、服务创新等制造价值链全过程创新与优化。

5.1 智能产品与制造装备

产品和制造装备是智能制造的主体，其中，产品是智能制造的价值载体，制造装备是实施智能制造的前提和基础[58]。

新一代人工智能和新一代智能制造将给产品与制造装备创新带来无限空间，使产品与制造装备产生革命性变化，从"数字一代"整体跃升至"智能一代"。从技术机理看，"智能一代"产品和制造装备也就是具有新一代HCPS特征的、高度智能化、宜人化、高质量、高性价比的产品与制造装备。

设计是产品创新的最重要环节，智能优化设计、智能协同设计、与用户交互的智能定制、基于群体智能的“众创”等都是智能设计的重要内容。研发具有新一代HCPS特征的智能设计系统也是发展新一代智能制造的核心内容之一。

5.2 智能生产

智能生产是新一代智能制造的主线[40, 59, 60]。

智能产线、智能车间、智能工厂是智能生产的主要载体[61-63]。新一代智能制造将解决复杂系统的精确建模、实时优化决策等关键问题，形成自学习、自感知、自适应、自控制的智能产线、智能车间和智能工厂，实现产品制造的高质、柔性、高效、安全与绿色。

5.3 智能服务

以智能服务为核心的产业模式变革是新一代智能制造的主题[64, 65]。

在智能时代，市场、销售、供应、运营维护等产品全生命周期服务，均因物联网、大数据、人工智能等新技术而赋予其全新的内容。

新一代人工智能技术的应用将催生制造业新模式、新业态：一是，从大规模流水线生产转向规模化定制生产；二是，从生产型制造向服务型制造转变，推动服务型制造业与生产型服务业大发展，共同形成大制造新业态。制造业产业模式将实现从以产品为中心向以用户为中心的根本性转变，完成深刻的供给侧结构性改革。

5.4 智能制造云与工业智联网

智能制造云和工业智联网是支撑新一代智能制造的基础[9, 20, 31, 44, 66, 67]。

随着新一代通讯技术、网络技术、云技术和人工智能技术的发展和应用，智能制造云和工业智联网将实现质的飞跃。智能制造云和工业智联网将由智能网络体系、智能平台体系和智能安全体系组成，为新一代智能制造生产力和生产方式变革提供发展的空间和可靠的保障[68]。

5.5 系统集成

新一代智能制造内部和外部均呈现出前所未有的系统“大集成”特征：

一方面是制造系统内部的“大集成”。企业内部设计、生产、销售、服务、管理过程等实现动态智能集成，即纵向集成；企业与企业之间基于工业智联网与智能云平台，实现集成、共享、协作和优化，即横向集成[69-72]。

另一方面是制造系统外部的“大集成”。制造业与金融业、上下游产业的深度融合形成服务型制造业和生产性服务业共同发展的新业态。智能制造与智能城市、智能农业、智能医疗乃至智能社会交融集成，共同形成智能制造“生态大系统”。

新一代智能制造系统大集成具有大开放的显著特征，具有集中与分布、统筹与精准、包容与共享的特性，具有广阔的发展前景。

6. 并行推进、融合发展——中国推进智能制造的技术路线

在西方发达国家，智能制造是一个“串联式”的发展过程，他们是用几十年时间充分发展数字化制造之后，再发展数字化网络化制造，进而迈向更高级的智能制造阶段[16]。在中国，制造业对于智能升级有着极为强烈的需求，近年来技术进步也很快，但是总体而言，中国智能制造的基础非常薄弱，大多数企业，特别是广大中小企业，还没有完成数字化制造转型。面对这样的现实，中国如何推进制造业的技术改造、智能升级？

首先，必须实事求是，中国企业在推进智能升级的过程中要踏踏实实地完成数字化“补课”，夯实智能制造发展的基础；同时，不必走西方发达国家“顺序发展”的路径，努力探索一条智能制造跨越式发展的新路。

近几年，中国制造业界大力推进“互联网+制造”。一方面， 一批数字化制造基础较好的企业成功转型，实现了数字化网络化制造；另一方面， 部分原来还未实现数字化制造的企业，则采用并行推进数字化制造和数字化网络化制造的技术路线，在完成了数字化制造“补课”的同时，成功实现了向数字化网络化制造的跨越。这给我们提供了成功的经验。

中国推进智能制造，应采取“并联式”的发展方式，采用“并行推进、融合发展”的技术路线：并行推进数字化制造、数字化网络化制造、新一代智能制造，以及时充分应用高速发展的先进信息技术和先进制造技术的融合式技术创新，引领和推进中国制造业的智能转型。

未来若干年，考虑到中国智能制造发展的现状，也考虑到新一代智能制造技术还不成熟，中国制造业转型升级的工作重点要放在大规模推广和全面应用“互联网+制造”；同时，在大力普及“互联网+制造”的过程中，要特别重视各种先进技术的融合应用，“以高打低、融合发展”。一方面，使得广大企业都能高质量完成“数字化补课”；另一方面，尽快尽好应用新一代智能制造技术，大大加速制造业转型升级的速度。

再过若干年，在新一代智能制造技术基本成熟之后，中国制造业将进入全面推广应用普及新一代智能制造的新阶段。

我国在推动三个基本范式“融合发展”时，必须制定统一的标准。未来数十年，我国企业在智能升级过程中，将普遍面临多次范式转化和技术升级，必须高度重视制定和实行智能制造的相关标准，为后续发展做好准备，避免企业的低水平重复建设，有利于我国推进智能制造的分阶段实施和不断升级。

在实施“并行推进、融合发展”这一技术路线的过程中，要强调“五个坚持”的方针。

一是坚持“创新引领”。紧紧抓住新一代智能制造带来的历史性机遇，充分利用互联网、大数据、人工智能等先进技术，瞄准高端方向，加快研究、开发、示范、推广和应用新一代智能制造技术，用创新引领和推动制造业生产质量和效率提升，实现中国制造业由大变强。

二是坚持“因企制宜”。推动智能制造，要充分激发企业的内生动力。中国的企业参差不齐，实现智能转型不能搞“一刀切”，各个企业特别是广大中小企业，要结合企业发展实情，充分考虑技术先进性和技术经济性的平衡，实事求是地应用适合自己转型升级的技术路径。

三是坚持“产业升级”。推动智能制造不能仅仅停留在典型、示范、部分制造环节或者部分制造领域，而是要着眼于广大企业、各个行业和整个制造产业，推动中国制造业质量变革、效率变革、动力变革，实现中国制造业全方位的智能化转型升级。

四是坚持建设良好的发展生态。各级政府、科技界、学界、金融界等社会各界要共同营造良好的生态环境，帮助和支持企业特别是广大中小企业的智能升级。营造“大众创业、万众创新”的良好环境；建设“用产学研金政”紧密结合的智能制造技术创新体系；形成从事推广应用各种共性使能技术和提供系统解决方案的新兴企业集群。

推进智能制造成败的关键在于人才，要以人为本，动员各方力量，努力培养一代智能制造优秀人才。

五是坚持开放与协同创新。中国制造业界要不断扩大与世界各国制造业界的交流，实行更高水平的开放。中国的市场是开放的市场，中国的创新体系是开放的创新体系。我们要和世界制造业的同行们共同努力，共同推进新一代智能制造，共同推进新一轮工业革命，使制造业更好地为人类造福。

致谢

感谢路甬祥、潘云鹤、朱高峰、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贡献。

感谢延建林、胡楠、古依莎娜、杨晓迎、徐静、刘默、刘丽辉、韦莎、马原野、张欣等各位同事所作出的贡献。

本研究由中国工程院重大咨询研究项目(2017-ZD-08)资助，特此感谢。

参考文献