數字制造VS智能制造2014年2月，美國國防部牽頭成立了“數字制造與設計創新機構”（下簡稱“數字制造”，Digital Manufacturing）。2014年12月，美國能源部也宣布牽頭籌建“清潔能源制造創新機構之智能制造”（下簡稱“智能制造”，Smart Manufacturing）。數字制造和智能制造兩個機構將不可避免地研究各類智能制造技術，那么兩個機構如何分工，各自研究領域的主要區別在哪里？美國先進制造國家項目辦公室（AMNPO）從幾個方面給出了答案。一、機構的目標數字制造機構：在整個供應鏈中利用增強的、可互操作的信息技術系統，全面改進產品的設計和制造過程。專注：將來自于設計、生產和產品使用中的數據進行綜合并加以運用，減少制造周期和成本；將制造過程全數字化，加強產品全壽命周期的建模與先進分析工具，提升產品性能、工藝效率和企業績效。各個工業部門實現全方位成本降低。智能制造機構：從實時能量管理、能源生產率和過程能量效率的角度，降低制造成本。機構將建立一個由互聯數據驅動的工藝平臺，平臺將使用創新的建模與仿真手段和先進的傳感與控制技術。專注：在整個生產運行中將效率信息實時集成，重點是將能量和材料使用降到最低；特別面向能量密集型的制造部門。美國提出的“智能制造”概念二、機構開發的核心技術數字制造機構：通過基于計算機的集成系統（由仿真、三維可視化、分析學和各類協同工具組成），將設計、制造、保障和報廢系統的要求進行連接，完善成熟整條“數字線”。在實施設計時，綜合利用智能傳感器、控制器和軟件來提升保障性，同時考慮系統的安全性。對于傳感器來說，機構主要研究使用現有傳感器來優化產品和工藝操作，并為未來傳感器的開發提供需求輸入。美國空軍提出的“數字線”概念智能制造機構：用于高能效制造工藝的耐用傳感器、控制和性能優化算法、高逼真度建模與仿真技術，用于技術集成的開源平臺集成所有制造過程中的清潔能源和高能效應用、能量優化的控制與決策支持、原料和運行資源。“智能制造”特別關注以一種環保和優化生產率的方式，降低選定制造工藝的能耗。對于傳感器來說，機構尋求開發新的傳感器，用新的方式監測工廠的能量使用以及現有傳感器的使用。三、機構的交付成果數字制造機構：前沿數字化技術減少制造的時間和成本，增強美國本土供應鏈的能力，縮短產品上市周期，降低國防部以及民用系統的采辦成本。機構將開發并驗證數字制造技術，在關鍵的制造業中部署這些技術并使之商業化。智能制造機構：傳感器能夠在高溫高壓環境中工作，控制系統使用來自這些傳感器的數據，計算模型模擬傳感器和控制系統的運行，開放式平臺驗證這些技術的集成如何提升能效。技術目標可包括：將一款用于過程監測的耐用傳感器商業化，對選定的制造工藝，在5年內驗證25%的能量成本降低；并且計劃在10年內達到至多50%的能量成本降低。機構總目標是減少壽命周期能源使用，增加能源生產率，提振地區經濟、就業以及本土生產，保障美國制造的競爭力。表1 兩個機構對比表數字制造智能制造聯邦資助l 國防部l 能源部目標：產品設計和制造工藝實時控制l 跨供應鏈、可互操作的信息技術系統l 互聯數據驅動的工藝平臺使用創新的建模與仿真手段和先進的傳感與控制技術l 強調能量密集型工藝的優化關鍵受益點l 成本的節省l 更快的上市周期l 成本的節省l 高能量效率和能量循環利用節省成本的關注領域l 更加精確的設計、構建、自動驗證和修正過程l 優化能量使用，生產成本減少1020%適用工業l 所有制造業l 能源密集型制造部門，如：化學生產，太陽能電池制造，鋼鐵核心技術和工藝領域l 集成IT系統的智能機床l 機-機通信（跨平臺和企業）l 計算機仿真，三維模型，基于模型的企業，可互操作的系統l 先進材料和工藝的設計l 分析學l 基于先進硬件和軟件平臺的先進傳感、儀器、監測、控制和工藝優化技術l 建模與仿真技術詳細描述l 將信息技術和數字制造與設計概念從實驗室環境或原型轉化為標準的商業實踐l 建立“數字線”標準，允許所有制造商在供應鏈中向上下游傳遞設計和工藝信息l 高溫高壓環境中的耐用傳感器l 控制和性能優化算法l 高能效制造工藝的高逼真度建模與仿真l 跨工廠和企業的對能量、生產率和成本的實時控制賽博安全的重點l 系統l 設備四、延伸閱讀一數字制造與設計創新機構由國防部監管，因此其技術方向環和研發內容更加貼合離散制造業的智能制造需求（盡管寶潔和陶氏化學也是創始成員）。2015年1月，數字制造與設計創新機構發布了戰略投資計劃，設定了先進制造企業（AME）、智能機器（IM）、先進分析（AA）這三個投資方向以及賽博物理安全和開源平臺這兩項重點任務。先進制造企業：先進制造企業由減少復雜系統生產成本與周期的敏捷制造策略以及綜合能力所組成。從產品、工藝和系統全壽命周期角度講，先進制造企業包含的技術和方法支持了它們的高質量、低成本、快速設計與實現。該領域目前重點關注基于模型的企業（MBE）數據與基礎結構。投資方向包括：在“數字線”中進行系統設計；智能工廠的可視化和實時優化；供應網絡的端到端數據同步；數字結構的全系統集成；完整化的基于模型的定義（MBD）；縮小中小企業在數字制造上的差距等6個。今明兩年，該機構將重點進行智能工廠的可視化和實時優化、在數字線中進行系統設計這2個方向的項目研究。智能機器：智能機器由高度集成的功能軟件和/或硬件實體組成，如感知、計算、通信、診斷與維護、任務執行等功能。智能機器領域的核心目標是開發一個開放架構的、即插即用以及用戶友好的軟硬件平臺，實現智能機器的功能與下一代數字制造系統在機床、企業和供應鏈層級的無縫集成。該領域目前重點關注用于外形自適應加工的即插即用工具集。投資方向包括：智能機床的通信標準；智能機床的賽博安全；面向賽博物理制造的運行系統；智能加工的工具包等4個。今明兩年，該機構將重點進行智能機床的通信標準、面向賽博物理制造的運行系統這2個方向的項目研究。智能機器原理圖先進分析：先進分析能力由功能描述、性能分析、預測性建模與仿真以及與系統交互相關的方法、工具、技術和算法組成。先進分析的核心能力是預知結果，關鍵能力還包括提高生產率的先進分析學、建模與仿真、設備和系統診斷、設計優化、智能聯網等。該領域目前關注集成測量的設計與制造綜合模型。投資方向包括：面向生產波動補償的敏捷制造；工廠增強現實和可穿戴計算（如數字眼鏡）；虛擬指導下的認證等3個。今明兩年，該領域將重點進行工廠增強現實和可穿戴計算、虛擬指導下的認證這2個方向的項目研究。賽博物理安全：賽博物理安全將滿足工業界和國家對于制造環境中的安全、信任以及知識產權保護的需求。賽博物理系統必須在維持系統正常運行的同時動態地安裝安全補丁，解決新的安全漏洞，為此，需要為網絡安全架構中內置的開放數據結構開發新的標準和方法。該任務目前關注協同制造環境下管理信息資產的安全、可信賴的基礎設施。今明兩年，任務的重點是進行工廠賽博安全基礎設施評估，開發評估制造企業賽博安全弱點的工具，為保護工廠數據提供支持。開源平臺：一個開源軟件平臺能夠實現數據聚合、分析和相應行動。為此，機構將致力于建立一個“數字制造公用平臺”，協助促進以上三個核心技術領域的成熟與集成。五、延伸閱讀二智能制造機構由能源部監管，因此其技術方向環和研發內容更加貼合流程制造業的智能制造需求，與美國“智能制造領導力聯盟”（SMLC）所倡導的理念更加符合（盡管通用動力和通用汽車等也是其核心成員）。SMLC是一個致力于構建一個開放共享的智能制造平臺，突破“智能制造系統”開發與部署難題的非盈利組織，由美國能源部、美國國家標準與技術研究院（NIST）、國家科學基金（NSF）等部門主要支持。聯盟的目標是構建一個基于云的、開放式架構的軟件平臺，集成了現有的和未來的工廠級數據、仿真和系統，并策劃業務的實時行動。在這個智能制造平臺上，智能制造系統實時地將制造智能數據集成到整個工廠和供應鏈，包括設計、工程、計劃和生產。集成智能制造系統需要實現面向多層數據管理與建模的生產運營中所有層級的實時動態界面連接。多層數據管理SMLC是為數不多的給出了“智能制造”定義的，而且提出了若干關鍵技術，包括：聯網的傳感器，數據互用性，多尺度動態建模與仿真，智能自動化，可擴展的多層級賽博安全。SMLC組織制訂的“智能流程制造”路線圖和“智能制造企業（聯盟）”行動計劃就圍繞這些關鍵技術，確定了集成的發展路線。五個連續路徑實現智能制造智能制造的企業場景中，統一的模型集成到全部運行中，對象和過程都體現了分布式智能，企業范圍內形成自感知、自優化的系統，以及可共用信息和能力的系統，建立任何操作和運行的影響都可預測的工業。實現智能制造要分五步走：一，將數據轉化為知識，關注建模標準、數字化環境與信息基礎設施；二，將知識轉化為模型，關注智能化的工藝建模、仿真、分析與優化；三，將模型轉化為關鍵工廠資產，關注工廠級的智能工藝實施與智能制造管理；四，關鍵工廠資產的全球化，關注企業（聯盟）級的智能制造；五，建立關鍵績效指標，關注面向智能制造的教育與技能。四個行動計劃打造智能制造企業智能制造企業（聯盟