1.3 国内外智能制造装备发展现状
1.3.1 国外智能制造装备发展现状
在2008年全球金融危机之后，美国、英国等发达国家相继推出“再工业化”的发展战略，将发展重心重新聚焦于制造业。德国、日本则充分发挥其在智能制造装备方面的优势，在相关领域进行技术垄断。韩国也大力发展制造业，希望跻身世界制造强国之列。总体上，世界各国均将智能制造作为制造业转型升级的目标，纷纷做出战略部署，而智能制造装备作为智能制造的核心载体，已成为竞争的焦点。
1．美国提出“再工业化”战略，大力发展智能制造装备
美国将“制造业复兴”和“再工业化”战略作为制造业发展的重要途径[9]，颁布了《重振美国制造业政策框架》《先进制造伙伴计划》《先进制造业国家战略计划》等纲领性文件和一系列战略性措施，并已投入超过20亿美元，研究智能制造及相关的高、精、尖技术，希望通过制造业的转型和升级，在智能制造领域保持美国制造业和制造技术的全球领先地位。在智能制造装备的研发方面，美国也投入了大量经费，并在技术上处于领先地位。实际上，从早期的数控机床、集成电路，到今天的智能传感器、智能生产线，大量的先进技术和制造装备都由美国主导研发。随着全球智能化发展的不断推进，智能技术在制造领域得到了广泛应用，而以智能机床、智能传感器、智能机器人为代表的智能制造装备得到了美国政府的高度重视，并在全球取得了领先。此外，针对智能制造装备的法律保障也得到逐步加强，在2010年8月，美国政府通过了《制造业促进法案》，免除了包括智能机床在内的智能制造装备原材料的进口关税。
2．欧盟推出“数字化欧洲工业”计划，加快工业数字化进程
在全球制造业智能化的发展大趋势下，欧盟也推出了相应的战略计划。欧盟在整合各成员国工业发展需求的基础上，推出了“数字化欧洲工业”计划[10]，旨在通过智能制造，推进欧洲工业的数字化进程。该计划主要依托物联网、大数据与人工智能三项技术，提升欧洲工业的智能化程度，并着重强调了5G通信、云计算、物联网、数据技术和网络安全等五方面的标准化发展，以实现各成员国工业发展间的协同性。欧盟的很多成员国都拥有良好的制造基础，部分成员国还是传统制造强国，在智能机床、智能机器人、智能单元与生产线等智能制造装备方面具备强大的研发实力，同时拥有包括西门子、罗尔罗伊斯、爱立信等在内的众多优秀企业，在智能制造装备的生产与应用方面具备良好的基础。此外，欧盟在推动智能制造发展的同时，还致力于可持续性制造与高绩效制造的研究与应用，综合考虑产品的特性与产量变化，降低制造成本，提高制造效率，增加产能驱动力。可以预见，欧盟将坚定不移地推动智能制造装备的发展。
3．德国推出“工业4.0”计划，建立智能生产系统
2013年，德国正式发布了《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》，并将“工业4.0”作为国家发展战略，希望成为第四次工业革命的领导者，受到各界的广泛关注。“工业4.0”计划是一项全新的制造业升级计划，在智能化技术的支持下，通过工业网络、多功能传感器以及信息集成，将分布式与组合式的工业制造单元模块构建成智能化的工业制造系统，具备丰富的功能与极高的生产柔性。此外，在生产制造设备、零部件、原材料上装载可交互的智能终端，利用物联网实现各终端间的信息交互和实时互动，为机器自主决策奠定基础，并为生产制定个性化方案。“工业4.0”包含三大主题[11]：首先是智能工厂，需要重点研究智能化生产系统的组建与生产过程，以及网络化分布式生产设备的实现；其次是智能生产，涉及生产制造过程中的管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等；最后是智能物流，希望利用智能物流管理系统和网络技术，整合物流资源信息，实现物料信息的快速匹配，改变传统生产制造模式中管理者、机器、物料间的脱节关系，从而提高生产效率。可以看到，智能制造装备在“工业4.0”计划中始终占据核心地位。
4．日本推出“创新工业”计划，重塑制造业竞争力
在西方国家掀起智能化发展浪潮的同时，日本依托其雄厚的制造实力推出了“创新工业”计划，大力发展网络信息技术与人工智能技术，重塑日本制造业的竞争力。通过加快发展智能协同机器人、多功能电子设备、智能机床等智能制造装备，建立先进的无人化智能工厂。2015年，日本发布了《制造业白皮书》，明确了将智能机器人与人工智能技术作为重点发展方向，并强调了其在材料、医疗、能源和关键零部件等领域的应用。同年推出的“机器人新战略”指出将构建世界机器人创新基地，重点研发面向工业应用的智能机器人。可以看到，在智能制造装备方面，日本将以智能机器人为主要突破口，重塑制造业竞争力。
1.3.2 国内智能制造装备发展现状
经过改革开放40年的快速发展，我国的装备制造业体系和相关产业链已逐渐完善，在规模和水平上都有了长足的进步[12]，研发了许多性能优异的产品，已成为国民经济的支柱产业，为工业和国防建设做出了十分重要的贡献。在智能制造方面，国内相关研究开始于20世纪80年代，已取得了一些研究成果，但研究规模一直较小，没有形成完整的研究体系。在2008年全球金融危机之后，世界各国政府开始重新发展制造业，并将智能制造作为主要发展方向，我国政府也出台了相关的政策，大力发展智能制造，包括2012年工业和信息化部发布的《高端装备制造业“十二五”发展规划》[13]，2015年国务院发布的《中国制造2025》[14]，2016年工业和信息化部和财政部联合发布的《智能制造发展规划（2016—2020年）》，这些政策都以制造业转型和升级为核心目标，希望通过发展智能制造，逐步实现制造强国的战略目标，可以看到，我国的智能制造发展政策环境已基本建立。
作为智能制造的核心载体，在国家政策的大力扶持下，我国智能制造装备得到了快速发展，已逐渐形成规模。到2015年，中国智能装备产值已超过1万亿元人民币[15]，体现了巨大的发展潜力，而快速发展的网络信息技术、人工智能技术和先进制造技术为推进智能制造装备的发展提供了良好的条件。与此同时，我国在智能制造装备方面也取得了一些成绩，例如，自主研发的多功能智能传感器、智能数控系统已接近世界先进水平；智能机床、智能机器人、智能生产线等智能制造装备的性能也得到了大幅提升，并逐步形成了完整的智能制造装备产业体系。随着智能制造装备和先进工艺技术在重点行业不断推广，制造企业的生产效率得到大幅提升，同时降低了对人的依赖程度，并优化了资源的配置，推动了可持续发展。此外，通过在代表性制造企业推广智能制造装备和技术，可以逐渐形成一套可推广的应用模式，为深入推进智能制造奠定了基础。
可以看到，我国智能制造装备发展较快，形成了一定的技术基础，在核心技术与重大装备方面有了一定的积累，智能制造装备产业体系已初步形成，并在多个重点领域实现了应用。但作为一个正在培育和成长的新兴产业，我国智能制造装备的发展仍然存在一些问题，包括以下几个方面。
1．缺乏核心技术自主创新能力
我国智能制造装备的整体创新能力不强[16]，发展仍然集中于技术跟踪研究和技术引进消化吸收。由于自身基础研究能力薄弱，对引进技术的消化能力不足，导致智能制造装备的整体技术水平与世界先进水平有较大的差距。此外，创新人才的不足与流失也是造成智能制造装备自主创新能力不足的重要原因。
2．关键零部件仍主要依赖进口
智能制造装备的研发基础薄弱，产业链不完善，导致智能制造装备的关键零部件仍主要依赖进口[17]，例如智能传感器、精密测量装置、机器人关节减速器、高性能伺服电机、液压元件、气动元件与高速精密轴承等。此外，在原材料的加工工艺方面也存在不足，导致国产零部件的性能无法满足智能制造装备的需求。
3．产业规模小、智能化程度低
智能制造装备是人工智能技术与装备先进设计制造技术的深度融合，也是发展智能制造的重要基础与核心载体。但是目前我国智能制造装备产业规模仍旧较小，特别是智能机器人、智能机床、智能生产线等典型产品与美国、德国、日本等发达国家间的差距较大。此外，国内制造企业的自动化程度较低，智能化技术水平不足以支撑智能制造装备的快速发展。
4．骨干企业的核心竞争力不足
我国智能制造装备的发展起步较晚，国内优势企业数量较少，竞争力不足，目前十分缺乏有竞争力的骨干企业，同时，大部分企业集中于单纯的制造生产，在维修改造、备件供应、设备租赁、再制造等方面的增值服务能力较为欠缺。此外，大部分优秀企业目前只能在国内进行竞争，较少进入国际竞争市场。
作为智能制造的核心载体，发展智能制造装备对实现制造业转型升级具有十分重要的意义。本书汇聚了陕西宝鸡机床集团有限公司、四川普什宁江机床有限公司和济南二机床集团有限公司等三家国内智能制造装备骨干企业多年的研发成果，详细论述了典型智能制造装备及系统，包括智能数控车床、智能车削生产线、智能精密卧式加工中心、机床箱体类零件智能制造系统、智能伺服压力机及智能冲压生产线等。希望以本书为契机，加强国内智能制造装备领域各高校与企业间的交流，为推动我国智能制造装备的发展提供基础。