制造业+人工智能创新应用发展报告
核心观点/主要发现人工智能为制造业带来机遇：人工智能在制造业的应用将由解决可见问题（如缺陷检测）向解决和避免生产系统中的不可见问题（如工艺优化）进化，实现制造系统生产效率的提升和产品竞争力的突破。同时，人工智能的应用使越来越多的技术商和创业企业成为制造业生态圈的一员，并创造新的生态组织模式。
人工智能制造业应用总体规模：受政策支持、数据环境、算力提升、算法模型优化、商业化应用潜力五大利好因素驱动，中国制造业人工智能应用市场前景广阔，预计未来五年将保持年均40%以上的增长率，并在2025年超过140亿元人民币。
基础层市场：中国人工智能芯片市场将保持年均40%-50%的增长。GPU与FPGA市场已被国外寡头占据，唯专用芯片ASIC尚未被头部企业垄断，成为各方布局的焦点。
技术平台层市场：计算机视觉和机器学习技术带动人工智能在制造业应用市场的增长，预计到2025年，计算机视觉在制造业领域的应用市场将达到55亿元人民币，机器学习的应用市场达为44亿元人民币；人工智能云部署方式快速增长，预计2025年市场规模将达60亿元人民币，占整体人工智能应用市场的43%,为制造企业提供开发新服务和新商业模式的机会。
应用层市场：应用场景角度，预测性维护或将成为人工智能在制造业的杀手级应用；柔性生产、协同制造等新的制造模式推动智能排产应用市场快速增长。行业应用角度，预计到2025年，电子通信/半导体人工智能应用市场的规模将达到41亿元人民币，汽车制造行业紧随其后达37亿元人民币，能源电力行业25亿元人民币，制药行业17亿元，金属及机械制造行业13亿元，其他行业8亿元。
挑战：人工智能制造业应用的挑战主要是芯片技术有待突破、工业数据应用分析能力不足、解决方案无法直击业务痛点、复制性较差，以及制造企业理念和人才掣肘。
政策建议：建议政府与全社会协力从人工智能人才培养、制造业信息化水平、技术标准及关键性技术、技术产业融合等方面推动人工智能应用。
把握智能制造发展的趋势与重点
作者：郧彦辉
智能制造是先进制造技术和新一代信息技术的深度融合，代表着我国制造业高质量发展的主要方向。习近平总书记指出：“要以智能制造为主攻方向推动产业技术变革和优化升级，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变，以‘鼎新’带动‘革故’，以增量带动存量，促进我国产业迈向全球价值链中高端。”
智能制造发展的新趋势
经过多年培育，我国智能制造已经取得长足进展。总体上看，我国智能制造发展从初期的理念普及、试点示范阶段进入试点示范引领、供需两端发力、多方协同推进的新阶段，通过深入推进数字化转型行动、大力实施智能制造工程、开展工业互联网创新发展行动，制造业重点领域的智能化水平不断提升，当前规模以上工业企业关键工序数控化率和数字化研发设计工具普及率分别达到55.7%、75.1%。智能制造成为推动我国制造业高质量发展的强劲动力。
当前，随着人工智能、数字孪生等新一代信息技术的发展，我国智能制造发展呈现出以下三个新趋势。
智能制造的人本化。人本智能制造是智能制造发展的新理念，智能制造的发展开始重点考虑社会的制约因素，智能制造系统设计正在纳入人的因素，人的利益和需求日益成为生产过程的核心。譬如，人机合作设计和人机协作装备的推出，使人从许多机械化生产中解脱出来，人与机器可以发挥各自优势，协作完成各项工作，推动产业模式的变革。
智能制造的多领域集成发展。在早期，智能制造主要侧重于物理系统的感知与集成，随后开始与信息系统进行深度融合，近年来则进一步与社会系统进行融合。在多领域集成发展的过程中，智能制造通过不断融入更多的制造资源、信息资源和社会资源，催生出预测制造、主动制造等数据驱动的制造新模式，使制造模式从单一化走向多元化，制造系统从数字化走向智能化。
企业组织形态发生较大改变。随着智能制造技术的日趋复杂，传统产业链的模式正在被打破，终端客户倾向于选择完整的解决方案。相应地，制造企业的生产组织和管理方式也正在发生重大变革，以客户为中心和数据驱动更为普遍，企业组织架构正在向扁平化、平台化方向转变。
智能制造发展存在的突出问题
我国制造业正在积极适应智能制造发展的新趋势，并且在一些关键领域和技术上抢占了优势地位。但同时也存在着一些突出的问题。
制造业企业智能化水平“参差不齐”，使智能制造的人本化推进缓慢。近年来，我国积极开展智能制造应用试点工作，推进示范项目、推广典型经验。截至2021年底，我国工业互联网的应用已经覆盖45个国民经济大类，工业APP数量突破60万个，建成了700多个数字化车间、智能工厂，培育较大型的工业互联网平台超过150家，连接工业设备超过7800万台（套）。但企业智能化转型尤其是实现人机协同是一项系统工程，当前我国许多企业仍处于工业2.0、工业3.0阶段，对生产设备、业务流程等进行全面更新或者改造升级，对工人进行新技能培训，需要大量的资源投入，但资金等要素短缺严重限制了企业的人本化改造。
智能制造的一些基础性技术存在短板，使多领域集约发展的根基不牢。目前，我国已经掌握了长期制约产业发展的部分智能制造技术，包括机器人技术、感知技术、复杂制造系统、智能信息处理技术等。以智能控制系统、工业机器人、自动化成套生产线为代表的智能制造装备产业体系初步形成。但智能制造的共性技术、关键技术仍存在短板。比如，我国工业软件实力较弱，工业仿真设计软件基本被国外垄断，高档数控机床、智能传感器等对进口的依赖程度较大，很大一部分新材料处于实验室研究阶段无法开展应用转化，等等。
企业生产管理模式智能化转型存在明显的弱项。以客户为中心和数据驱动的企业生产和管理模式需要以新型管理技术人才队伍和全新的行业标准为支撑。从人才队伍来看，我国智能制造人才存在结构式缺口。据人力资源和社会保障部统计，2020年我国智能制造领域的人才需求为750万人，而缺口为300万人；到2025年，人才缺口预计达到450万人。从标准体系来看，我国正在逐步构建智能制造标准体系，已经发布国家标准285项，牵头制定国际标准28项，石化、建材、纺织等14个细分行业构建了智能制造标准体系，但大多行业领域智能制造标准体系仍不健全。长期以来，我国处于全球产业价值链的低端位置，在国际制造标准领域中的话语权和影响力较弱，在国内智能制造标准与国外标准体系对接与互认方面仍然有待加强。
智能制造发展的突破重点
未来一段时期是我国智能制造发展的关键时期。习近平总书记强调：“我们要顺应第四次工业革命发展趋势，共同把握数字化、网络化、智能化发展机遇。”应抢抓这一历史性契机，通过一系列政策创新积极引领我国智能制造进行战略性的重点突破，实现我国制造业的“换道超车”、跨越发展。
筑牢技术底基，夯实智能制造发展核心动力。强化人工智能、认知科学、仿生制造等基础研究，推动制造技术、信息技术在智能制造中深度融合发展。聚焦制造业企业生产全过程，以“揭榜挂帅”方式集中资源，攻克一批共性和关键技术，突破精密加工等先进工艺技术。围绕工业母机、智能传感等关键领域，整合资源力量建设智能制造领域制造业创新中心、技术创新中心、工程研究中心等创新载体。
深化推广人本化的应用，拓展需求侧拉动作用。智能制造技术重在应用，因此，应根据人的特性和需求，打造出可供选择的多元化应用场景，培育推广智能化设计、网络协同制造、大规模个性化定制等新模式新业态。聚焦企业、行业等转型升级需求，打造典型应用场景，推动企业各环节智能化改造，探索有效推广路径，实现智能制造从点到线到面的系统发展。
加快中小企业智能化转型，实现大中小企业融合发展。中小企业是智能制造升级的最大短板，也是最大潜力所在。要完善“政府—平台企业—行业龙头企业—服务机构—中小微企业”多级联动的推进机制，搭建融合发展生态。通过推进“虚拟”产业园和产业集群建设，以信息流推动供应链、产业链上下游企业间的数据贯通、资源共享和业务协同，提升产业链资源优化配置和动态协调水平，带动中小企业智能化升级。
强化支撑体系建设，为智能制造发展提供重要保障。加强标准体系建设，包括加强基础共性、关键技术和行业应用标准制修订和试验验证，积极推广标准的实施和标准应用试点示范。积极参与国际标准合作，参与国际标准的制定。加强数字化人才培养，深化产学研协同发展机制，构建体系化的培养方案，依据行业应用需求，提升教学内容与行业应用契合度，培养出一支规模庞大的智能制造人才队伍。
[责编：王晓秋]智能制造下机械设计制造发展趋势浅析
智能制造下机械设计制造发展趋势浅析时间：2023-04-2621:17:05
摘要：随着我国科学技术的不断进步和创新、互联网技术和大数据的应用与完善，当代社会进入了智能制造的时代，从现有社会中的各行各业的发展情况来看，基本都和智能制造紧密相连。智能制造也被认为是能够帮助我国社会实现重要发展、经济实现稳步增长的一个重要因素。随着各行各业的发展和生产要求，不仅要把传统的生产技术和现代生产技术互相融合，同时也要保证现有智能制造技术保持不断发展。该文将根据智能制造背景下机械设计制造及自动化技术发展趋势展开探究。
关键词：智能制造；机械设计制造；自动化技术；发展；趋势
当前各行各业纷纷进入智能制造的阶段，使我国的机械设计制造和自动化技术水平的不断提升和发展。我国当前的机械设计制造和自动化技术的发展得益于现有智能制造技术的支持。但当前想要在机器制造的领域里发挥其自身的优势，还需要从智能制造出发，寻找智能制造与机械设计制造和自动化技术之间的联系，从而找出优化策略，帮助机械设计制造和自动化技术进一步发展优化，并进行科学规划。
1关于智能制造的基本特征
1.1安全性
智能机械制造的工作环境所需要的技术性较强，涉及的智能机械制造周期较长，所以在具体的设计过程中有较为繁多的细节问题，容易产生隐患和风险。传统的制作模式下，由人工监控来开展智能机械制造工作。但人工无法实现24h时刻紧跟智能机械制造过程的效果，所以在具体的制造过程中，人工监控只能起到一部分的作用，监控的质量也与实际监控人的个人素质有着很大的关系。监控人员的工作素养决定着制造风险出现的可能性，以及风险大小。因此，在智能机械制造过程中，通常会出现一些制造事故，导致制造人员的人身安全受到威胁。但智能化机器设备让机械的设计和制造工作都变得科技化和信息化，可以通过及时监督、远程控制等形式来进行制造工作。将数据传导的方式利用到智能机械制造中，对制造的过程展开良好的监督工作的同时，也可以让制造流程更加科学、安全、有序，减少制造过程中器械障碍或安全事故的发生，大大提高了生产过程中的安全性。
1.2节能降耗
在现有智能机械制造为主流的阶段，机械制造设计的流程都是通过运用自动化技术进行制造的，因此自动化技术可以通过代码等程序或规则来自动支配和运行相关设备进行启动等，让整个制造流程都能够得以良好地管控。同时，在传统的机械制造运营工作的过程中，设备之间的器件可能会产生摩擦，造成磨损，给机械制造企业带来一定的损失[1]。智能化机械制造会让此情况的产生大大降低，因此，使能源的节约得以保障，损耗得到减少。
1.3方便快捷
智能机械制造具有的便捷性更强，制造流程也更加简单，对于智能机械制造来说，很多传统的人为流程逐渐改进成自动控制的方式，所以只需要安排固定的施工人员进行智能机械制造的操作和控制即可。而且部分工作环节或流程中的机械操控，无需安排人员进行管理和监控，便可自行运行，因此现有的智能机械制造让整个流程更加方便快捷。
2智能机械制造的优点
2.1机械生产效率高
从现有的智能机械制造的情况来看，传统的机械制造效率太低，通过改良和科技上的创新，让智能机械制造技术应运而生。在传统的机械制造工作中，主要依靠人力的劳动支持生产，这导致生产效率难以得到提升。随着社会的进步和发展，传统的机械制造的生产效率已经无法满足现有的需要[2]。随着当前社会的发展，人们对于机械制造产品的使用和需求越来越大，所以智能机械制造在机械制造及其自动化中的应用，则能够代替传统的人为制造，使机械生产效率大幅度提升。
2.2失误得到有效降低
对传统的机械制造模式来说，由于较为依赖人工制造的方式，并且机械制造的产品种类也过多，由此一来可能引发的危险操作则会变多[3]。一旦出现工作人员操作失误，没有按照标准的要求来进行，会使整个机械制造生产流程受到影响，也可能出现系统故障的问题，使制造效率大大降低，也可能威胁到施工人员的人身安全。所以，在现有的智能化制造背景下，自动化技术的使用和结合，能够让机械设计制造中的流程通过自动化的形式来实现，让很多危险性较高、隐患较大的环节实现自主操作，无需人为进行，在一定程度上也能够让现有的机械制造环境更加安全、有序、良好，并且智能制造设计不容易受到人为的干扰因素或影响，也能够较快适应当前的生产环境，因此生产准确效率更高，产生的故障效率更低。
3现阶段机械设计制造及其自动化技术的不足
3.1自主创新较少，科技成果转换效果不佳
尽管当前我国经济生产自动化技术已经获得了较为良好的发展局面，但随着科技创新的速度加快，各项技术不断应用和发展，会出现我国现有生产工艺及产品依赖其他国家的情况。我国在机械设计制造方面的自主创新能力尚有欠缺，很多科技成果转换不够全面，使我国现有的机械设计及自动化技术发展受到一定程度的制约。
3.2资源利用效率不高，污染环境
我国社会开放程度的加强，以及经济生产的高速发展，对我国现有的环境和资源造成了很大压力。生产制造企业在生产过程中产生的污染物，极大地影响了周边环境生态和资源。我国部分机械设计与自动化技术是在外资企业的影响下进行发展的，在生产和制造过程中，仅仅考虑了产品的设计以及产品的最终效果和后期使用，并没有考虑生产过程中对环境生态以及资源上的影响，这些因素对我国的生态环境造成了不可逆转的影响。
3.3高端产品仍需增加，信息技术应用不够全面
当前我国机械设计制造与自动化技术存在的一大不足就是高端产品较少，自动化技术应用范围不够广泛、不够全面。在现有全球经济一体化的今天，提升信息化技术在制造业中的应用，是当今所要面临的一个重点问题，而提升高端产品的研制和生产设计制造管理以及服务当前的有效途径。
4智能制造背景下机械设计制造及自动化技术未来发展趋势
4.1控制制造成本，降低资源能源消耗
由于制造业的基本属性和特点，关注制造业未来对于环境污染情况，以及对于资源能源的使用控制情况至关重要。当前的机械设计制造及自动化技术中涉及的产品类型和方向较多，有关的制造流程也比较复杂，因此在此过程中能源和材料的消耗与使用都较为庞大，要想智能机械制造行业向着更新、更高的方向发展的话，必须要重点关注成本问题和资源能源的利用与损耗问题。近年来，我国出台了一系列相关政策，提出了一系列发展理念，对我国的资源能源保护、环境保护提出了更高的要求和指导方针，机械制造行业是能耗很高的一个行业，想要保证自身稳固持久发展，不能以牺牲环境和资源为代价，必须响应当前国家的理念和指导方针以及保护环境等方面的号召，来降低自身有关资源和能源的损耗情况，对生产过程中使用较多的原料等进行重点关注[4]。同时思考在所使用的原材料中，哪些可以进行重复使用、循环使用，把一些能源和资源材料上的利用、可循环利用特性进行加强，使其利用效率达到最高。在企业进行采购方面，要对成本进行大力管控，减少不必要的成本支出和浪费，综合性地保障机械制造企业的持久发展，也要提升现有机械制造行业人员的环保理念和节约资源控制成本的理念，避免由于相关意识薄弱而出现的不良问题。加强机械制造行业中有关污水的处理工作和排放规划工作等，减少其对水资源和土壤方面的污染影响，对无法进行循环利用、无法再次使用的资源和能源要通过部分清洁处理工序后再进行排放。
4.2实现多学科耦合与集成化设计
从现有的机械制造行业来说，所生产的产品应该尽可能地满足人们当前对于现有产品的需求。现阶段，机械制造行业所生产的产品结构越来越复杂，因此有关机械制造及自动化技术不能够单单依靠现有的科学技术或产品设计，要将现有的产品设计进行多元化的发展与提升，通过机械、电气、通信、控制等多个学科的耦合，实现机械设计与自动化技术的多样化丰富发展。通过多学科进行耦合，让未来的机械设计制造及自动化技术的发展对人工的需求和依赖越来越少，也可以通过计算机网络技术的运用，提升产品功能的仿真效果，不断地更迭、完善、创新现有的设计技术，让产品的功能能够不断丰富和完善。
4.3实现模块化与网络化的良好融合
对机械设计制造中有关的机械设计模式来说，通过模块化和网络化的互相融合，能够使其统筹更多的资源，将现有的生产任务分配得更加合理，也可以进行更为科学的整合工作，并取得良好效果，进而实现机械设计制造及其自动化水准的提升。可以根据设计团队的技能以及对产品具体功能的要求，进行任务拆解和分配，让产品的设计变得模块化。还可以与工程作业同时进行，来提升现有的设计效率和工作进程，让产品的设计质量大幅度得到提升，通过网络化的结合、依靠，让个模块化的功能结构设计实现互相连接，让各生产工作小组之间的信息互享、资源互通能够得以保障，也能够保证彼此间的及时沟通交流，从而使整个产品的生产工作落实得更好，使机械设计和自动化水平得以提高。
4.4实现清洁生产
从未来发展的角度考虑，机械制造行业应当在生产过程中注重环境保护和节能减排，使机械生产制造产品的能源消耗尽可能减少，例如：对生产工作所选择的原材料，首要选择清洁能源、环保原料来进行使用。随着当前智能制造时代的快速发展，各行各业也在对机械设计制造及其自动化技术进行研究，对于如何实现高效并且清洁生产这一问题的关注在逐渐提升，并且很多行业都在试图找寻优化现有制造生产流程的方式[5]。应该针对现有的机械设计制造及其自动化技术，探究出实现清洁生产的方式方案，优化现有的产品，进行数据加工工艺、设计鉴定和评价编制设计任务书等各个流程。在制造效率不断提高的今天，保证制造流程在没有缩减的情况下能够良好实现清洁生产的目的。
4.5实现电子化图纸的运用
对机械设计制造及其自动化技术来说，产品生产图纸是极为重要的一环，良好、精密、完善、科学的设计图纸才能够保证后续产品设计和制造工作的有序展开。但传统的制造模式下，采用较多的是纸质版的产品图纸，容易受到撕毁、浸湿等方面的影响，使相关工作环节受到影响。随着智能制造时代的到来以及互联网信息技术等智能化技术的运用，应该逐渐转变现有的图纸形式，使用电子化图纸来进行产品的设计与考虑工作，可以让机械制造产业中涉及的产品图纸，在今后通过电子化、智能化图纸的转变，让传统纸质图纸难以保存的弊端得到改善，可以减少纸质图纸的破损、丢失或损失的问题[6]。同时，实现电子化图纸也可以让图纸的携带和传递更加高效方便。一旦发现一些有关产品设计上的修正方案或改进方案，可以通过电子化图纸，进行更加方便快捷的修改工作，使产品设计工作中的相关环节更加便捷、高效，更加智能化、信息化。通过电子化图纸的使用，让未来产品设计图纸的保存工作更加方便，节省一定的空间，实现统一化、信息化的图纸管理，还能够便于进行查看工作。在保证自身信息网络以及平台的安全下，电子图纸具有的安全性、便捷性等都是纸质图纸难以比拟的。
5结语
当前，智能制造背景下的机械设计制造及其自动化技术的发展仍有较多的发展空间，需要相关行业与人员加以重视，严格按照我国现有的指导方针与政策理念，调整现有机械设计制造的发展趋势，让现有的企业生产和经济效益都能够越来越好。
参考文献
[1]王慧娇.基于微服务架构和SaaS模式的机械制造服务平台的设计与实现[D].呼和浩特:内蒙古大学,2021.
[2]曹登峰.探讨机械设计制造及自动化优势与发展前景[J].智能城市,2019,5(11):176-177.
[3]华瑶.多元化分析视角下机械设计制造及自动化应用[J].内燃机与配件,2021，11(17):173-174.
[4]王智.鑫凯机械制造公司生产车间设施布局精益化设计研究[D].兰州:兰州理工大学,2019.
[5]徐斌.新时期机械设计制造及自动化专业特色分析[J].冶金与材料,2022(1):141-142.
[6]欧振议.机械设计制造的数字化与智能化发展研究[J].中国设备工程,2022(4):26-27.
作者:李洋单位:沈阳市汽车工程学校