近十多年来，飞跃发展的AI技术迅速渗透到制造、建筑、交通、医疗、教育、金融、物流、服务等各个领域，并取得了众多的标志性、突破性技术成果。人们满怀期待但又有些惴惴不安，未来人工智能可能会对人类社会发展产生前所未有的巨大影响。
智能制造是上个世纪八十年代人工智能研究的热潮下提出的一个新的制造概念。其实质是将制造技术和计算机技术、信息技术、自动化技术与人工智能的研究成果相结合，逐步实现制造全过程信息与数据的采集和学习从依靠局部的、阶段性的、零散的到全局的、全寿命周期的、系统的模式转变，产品物理系统设计制造过程与全生命周期性能仿真分析、预测、优化和控制从以宏观的理想设计模型到考虑非均匀、非线性宏微观几何与物理特性精确表征的数字孪生模型转变，产品制造与服役过程数据、信息、经验管理和工艺决策从以人为主、人机协同方式向以大数据、大模型、多模态、多层次分布式管理和深度学习基础上的智能化决策转变，产品生产模式从针对大批量生产的数字化、自动化制造向针对全球制造行业的多品种、变批量、定制化生产模式转变。对于全球的制造界来说，这是制造技术发展的一条长期的、但又是必然的道路。
改革开放以来，我们在大力引进国外投资和技术的同时，学术界更是张开双臂拥抱世界。科技人员走出去、请进来，全力学习、吸收国外在科学技术领域的新思想、新理论和新技术，对我国各个领域的科学技术研究和工业技术的发展起到了极为重要的推动作用。在制造科学技术领域，从20世纪80年代开始研究的CAD/CAM/CAPP/CAE/CAT(Computer-Aided Design/Manufacture/Process Planning/Engineering/Testing )等计算机辅助设计制造相关技术和CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)技术、90年代以来的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技术、近十多年以来的智能制造(IM, Intelligent Manufacturing)与数字孪生技术(Digital Tween)等，都在不同时期成了国内制造领域学术界的超常的热门研究话题，国家也通过不同的领域和行业投入了大量的科研经费。这些研究，对促进我国制造科学技术的研究和发展以及人才的培养起到了重要的作用，但是对提升我国制造技术基础水平和整体能力、中高端机电产品在国际上的竞争能力和地位并未达到预期。进一步讲，相比较人财物的投入量，对我国制造业由大到强的提升、对全球制造业具有突破性创新作用的标志性技术或技术群的产出为数还少。尤其是中高端机床、高档汽车、高精度仪表、超大规模集成电路制造设备、高精度测量传感器和仪器等设计制造总体水平在国际上可以说仍然处于二流水平。
目前，人们普遍期待着人工智能将带来这个星球上的第四次工业革命巨大浪潮。那么，我们中国制造界如何置身于其中？能否成为摧枯拉朽的第一涌浪潮的一股洪流？能否涌现出一大批在巨浪端头搏击大潮的弄潮儿？中国是世界人口第一、经济总量第二、制造业从业人口和科技队伍人数最多的制造大国，但不是制造强国。如何将这个“大”字改为“强”字？可以说是制造界同仁们都在思考和探求的问题。也可以说是历史赋予政府机关、研究机构、高等院校、工业企业千百万制造界同仁们和青年学子们不可推卸的重要责任。
要由“大”变“强”，首先要分析清楚我们的制造技术究竟哪里不强？
与欧美制造技术强国相比较，我们主要问题是主流制造技术水平不强。我们这里所说的主流制造技术，是指对国家制造领域科学技术水平和能力起决定性或重大影响的制造技术。主流制造技术领域是近现代工业与科技革命以来人类社会文明进步的支柱。作为一个大国，我们在主流制造技术领域的差距是我们必须提升和加强的短板。克服这个短板，既是我国科技工业和社会经济发展的迫切需求，也是对全球可持续和平发展的重大责任。
例如前面提到过的中高端数控机床、精密超精密制造工艺、高精度仪表、超大规模集成电路制造设备、高精度测量传感器和仪器、设计与分析软件平台、关键基础件和通用件等设计制造技术领域中，我们的产品在精度和性能及其稳定性水平上普遍落后于欧美和日本。这种体现在产品上的落后现象，实际上说明了我们相关的制造科学技术研究和创新的水平存在很大的上升空间。用第一性原理思维方式发问，就是我们的研究是否找到了设计制造过程影响产品性能提升的核心问题？
智能制造技术是主流制造技术与人工智能技术领域的融合和交叉基础上逐步形成的制造技术长远的、全面的发展方向。通俗的讲，智能制造技术是通过机器的大规模精确计算和建模仿真、精准检测和优化控制、大规模分布式精准存储与共享等超人类常规能力与人类几十亿年发展进化的思维文明、上万年发展进化的制造科学技术文明逐步有机结合起来，推动并实现制造科学技术的一次重大跨越。
美、德、日等国由于有雄厚的主流制造技术基础，高端产品质量和性能在国际上处于领先地位。所以，这些国家现阶段将解决多品种、变批量、定制化、市场快速响应、降低生产成本作为主要目标。但同时，他们又普遍将不断开发高附加值产品作为一个重要目标。像德国从工业4.0制订以来的十多年间大力推进智能化车间、生产线、供应链的开发。美国在大力推行数字化检测、机器学习、大数据分析、网络安全、人机协同等技术研发的同时，主流制造技术与人工智能技术的结合始终贯穿于产品研发与生产过程。例如，在我们国内近年来不少学者大力开展生产运行管理过程的“数字孪生技术”研究之际，作为美国先进制造技术引领者之一的NASA却一直在推动“精确表征产品全生命周期物理性能”的数字孪生技术，并将其作为智能制造的核心技术进行深入的研究和规范化的产业技术推进。
所以，与欧美日的发展目标相比，我们必须将面向高性能的智能制造技术作为智能制造技术发展的首要目标。我们这里所说的“高性能”，是一个广义的、相对的概念，是指我们的制造技术研究应始终把产品性能的提升作为最重要的目标，也就是通过设计制造过程中理论和技术的深入持续的探索和创新，使产品性能得到显著的甚至跨越性的提高，达到甚至超越国际先进水平。具体地讲，面向高性能的智能制造就是充分运用计算机技术、信息技术的微观精准定量和高分辨率快速感知、大规模数据高速智能处理和分析能力、人工智能技术的隐性和显性的机器学习、判断、决策和控制能力，与人的宏观、智能、直觉决策能力“智能地”结合起来，用于产品宏微观几何特征与非线性物理性能的精确数字孪生建模表征和分析求解、基于精确数字孪生模型的精度与性能精确预测和关键参数优化、产品设计制造过程乃至全生命周期内运行质量精确监测与控制。进一步讲，只要我们能够较为精准地揭示影响产品精度与性能及其稳定性的科学技术难题和技术瓶颈，大胆地、不拘一格地将人工智能、计算机、数学、物理学、力学、材料科学等最新研究成果与制造技术有机融合，系统规划、选对方向、集中力量、坚持不懈、协同奋斗，相关理论和技术的突破和创新完全是可以实现的，对制造技术的推进和提升、实现高性能的智能制造和由“大”到“强”的战略目标完全是有可能的。这种理念正在逐步被国内制造界科技人员与管理者深入认识和创新推进。
与前沿技术相比较，主流制造技术领域的创新难度更大。其原因在于，主流制造技术是国内外近、现代技术几百年以来研究和开发的重点，总体上已经达到了很高的水平。我们与先进工业国家若干年的差距主要是别人在几百年技术积累中形成的许多制造技术的“know how”（技术诀窍），这些“know how”往往是企业甚至产业赖以生存的“生命线”，也是对外技术封锁的重点。这些核心技术内涵很难在公开的学术期刊或会议文集中看到。这些核心技术的形成主要源于长期的工程技术和经验的积累与提升，同时也是坚持不懈科学技术研究的必然结果。我们要在较短时期内赶上甚至超过别人，单靠技术积累很难实现，时代也不会给我们这样的时间。所以必须在基础研究和技术创新上下大功夫，且需要有走别人没有走过的科学技术途径的勇气和自信。从宏观的策略上讲，须长远规划、找准问题、厘清目标、集思广益、择强而依、持续发展，坚持战略目标与适应科技工业发展瓶颈需求紧密结合、基础研究与技术攻关紧密结合、自主创新与引进吸收紧密结合、国家支持与市场对标检验紧密结合的原则。而将面向性能的智能制造技术作为创新的主要发展方向，迎接这个巨大的挑战也是我们主流制造技术创新发展、赶上甚至超越世界先进水平的一次难得的良机，也具有极大的可行性。
所以，无论是国家层面的基础研究、行业层面的应用基础研究和创新技术研发支持，还是人才政策上的支持方面，我们应该将面向产品精度和性能的智能制造放在首位，可以说，这才是我们实现制造强国的唯一技术途径。
作者注：抛砖引玉，诚邀指正，拙文仅供制造界同仁们规划决策、科学研究、技术创新过程参考。(文/张之敬)
作者简介：
张之敬，北京理工大学机械与车辆学院教授、博士生导师，杭州电子科技大学讲座教授，精密装配 “973”项目首席科学家，微细结构加工技术创新中心专家委员会主任，中机生产工程分会精密装配技术领域主任委员。研究方向包括精密超精密复合加工机床与工艺技术、精密智能装配理论、方法与智能装配系统技术。加工技术研究包括：在国内率先开展精密、超精密微小型机械复合加工机床技术、万能车铣/铣车复合加工机床技术研究，研发已用于生产的各类机床20多台套;精密装配理论和方法研究包括：在国际上率先开展精密装配结合面分布误差建模与评价、精密仪表胶接结构蠕变、基于分布误差建模的螺纹连接应力松弛、非对称不可逆的非线性摩擦以及在此基础上的精密结构稳定性理论、面向精度与性能的精确数字孪生建模理论与计算方法以及在此基础上的多种产品的建模仿真、预测与优化;面向精度与性能的智能装配系统技术研究包括：高精度微/纳米级精度对位检测技术、可重构模块化智能装配系统总体技术、智能控制系统技术、高精度装配机器人技术、纳米级精度检测技术以及在此基础上研制开发的20多台套智能装配系统、具有完全自主知识产权的市场化产品智能控制系统IFACs、具有国际一流力学性能和控制水平的市场化产品智能拧紧工具“力优”系列等。先后承担国家重大基础、国家自然科学基金、国家重大专项、基础科研等 20 多个重大、重点项目;获得了部级1等奖等科技奖 6 项，编写专著教材5部，国家发明专利和国际专利共60多 项，SCI/EI 检索论文 180 多篇，培养硕士、博士研究生和博士后等优秀青年科技人才100多名。
责任编辑：赵娜
