第1章 基于人机物协同的智慧工业概述

1.1 智慧工业概述

目前，国际上尚无关于智慧工业（Intelligent Industry）的准确定义，国际上一些专家认为智慧工业是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。智慧工业通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，是先进制造技术与新一代信息技术的深度融合，贯穿于产品制造、服务全生命周期的各个环节，通过相应系统的优化集成，实现制造的数字化、网络化、智能化，不断提升企业的产品质量、效益和服务水平。工业和信息化部对智慧工业给出了一个比较全面的描述性定义：智慧工业就是基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。它具有以智能工厂为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑等特征，可有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源和能源消耗。这实际上指出了智慧工业的核心技术、管理要求、主要功能与经济目标，体现了智慧工业对于我国工业转型升级与国民经济持续发展的重要作用。

为深入落实制造强国战略，推动我国制造业转型升级，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》在第八章第三节推动制造业优化升级中明确指出“深入实施智能制造和绿色制造工程，发展服务型制造新模式，推动制造业高端化智能化绿色化”以及“建设智能制造示范工厂，完善智能制造标准体系”。为贯彻落实《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，工业和信息化部组织专家起草了《“十四五”智能制造发展规划》，并于2021年4月14日印发征求意见稿，以加快推动智慧工业的发展。

智慧工业实施中，通过智能感知智能工厂制造过程中装备、物流等产生的信息，从而形成制造大数据，发挥计算机强大的存储能力和计算能力，及时存储制造大数据，为后续计算、分析提供基础；当通过制造大数据分析建立的知识图谱信息不完整，无法为制造过程提供及时、完整的决策、控制和调度时，需发挥人类面对不完整信息的快速决策能力，基于已有信息快速形成制造生产线（简称产线）所需的决策控制或者产线重构要求；智能装备及其孪生系统将依据决策指令准确执行生产要求，并在过程中不断产生新的制造大数据，为计算机分析和人工决策提供新的基础。所以，在智能工厂制造过程中，充分利用人的不完全信息决策能力强、计算机的计算能力和存储能力强、制造装备的执行力强的特点，构建现代制造企业中人力资源—虚拟信息系统—生产物理系统等人机物协同制造系统，从而解决离散制造和流程工业中复杂多维度人机物协同决策与控制问题，形成基于人机物协同的智慧工业模式，是我国智慧工业发展的必由之路。

因此，为满足我国智慧工业发展规划要求，针对基于人机物协同的智慧工业过程所包含的智能感知、大数据分析和知识图谱、智能决策和控制、智能装备、智能物流和生产调度、数字孪生、智能产线重构等技术，本书结合作者研究成果和行业先进成果，详细介绍了各项技术方法以及应用案例。