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中德智能制造联盟副理事长
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2016年10月
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智能制造之路：数字化工厂 [:1704014151]
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智能制造之路：数字化工厂 理论篇
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智能制造之路：数字化工厂 [:1704014152]
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第1章 智能制造概述
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智能制造之路：数字化工厂 [:1704014153]
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1.1 智能制造国内外发展与应用状况
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1.1.1 美国智能制造的发展与应用
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1.背景
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20世纪80年代以来，随着经济全球化、国际产业转移及虚拟经济不断深化，美国产业结构发生了深刻的变化，制造业日益衰退，“去工业化”趋势明显。因发展中国家占据廉价劳动力，产业资源丰富等优势，所以部分美国企业将工厂外迁，同时美国加大对房地产、金融等方面的投入，也降低了对制造业的投入。制造业的萎缩导致美国出口产品竞争力下降，净进口规模不断增加，贸易逆差由1980年的190亿美元迅速增加至2008年的6983亿美元。不仅美国低端产品在丧失出口竞争力，高端产品的领先优势也开始动摇，美国高新技术产品在全球市场出口份额所占权重由20世纪末的20%下降至2008年的11%。2008年金融危机爆发后，美国经济遭受重创，美国国内生产总值增长停滞。2009年，金融危机进一步蔓延，美国国内生产总值萎缩2.6%，创下1947年以来的新低。失业率方面，2009年失业率高达9.3%，远高于1990~2008年的平均失业率。此后，在美国政府一系列救助政策的强力干预下，经济下滑势头得以缓解，但失业率一直在8.5%~10%徘徊。
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面对由虚拟经济危机爆发导致的增长乏力、失业率居高不下的困境，美国社会各界深刻认识到实体经济的重要性，美国国内主张发展制造业、改变经济过分依赖金融业的呼声不断高涨。2009年年末，美国提出了重振制造业的经济复活战略，提出了一系列的重振制造业措施。美国政府提出重振制造业战略，不仅是为了尽快摆脱所面临的经济困境，更重要的是要通过发展先进制造业，再次领导全球科学技术的发展，继续保持对全球经济和技术的强大领导力，为经济的繁荣和持久增长打下坚实的基础。
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2.发展历程与支持政策
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美国在2008年金融危机之前就已经提出了先进制造技术（Advanced Manufac-turing Technology，AMT）的理念，也意识到了制造业的重要性，因此在经济危机爆发后美国需要重振制造业。
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20世纪90年代，美国开始了制造业信息化。1993年，美国政府开始实施AMT计划。该计划的目标是研究世界领先的先进制造技术，以满足美国对先进制造技术的需求，提升美国制造业的竞争力。美国国家科学技术委员会（NSTC）在1994年制定了AMT发展战略：支持科研院所、大学与工业界三者联合开发先进制造技术；通过工业服务网络帮助企业快速使用先进制造技术；开发有利于环境保护的制造技术；积极实施与工程设计、制造相关的教育培训计划。1995年11月，美国政府开启为期4年的敏捷制造使能技术战略计划，每年投资3000万美元，3000多家私营企业、16所大学以及多个政府机构参加了此项计划。“下一代制造技术计划”（NGMTI）于2004年4月开启，NGMTI将加速实施具有突破意义的制造技术，最终实现推广国家制造技术投资战略，实现美国国防工业基础的转变，实现国防与反恐的经济可承受的系统快速交付。
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2011年6月，美国确定了智能制造的4个优先行动计划。在搭建工业建模与仿真平台方面，为虚拟工厂和企业创建社区平台（包括网络、软件），开发用于生产决策的下一代软件和计算架构工具箱，将人类因素和决定融入工厂优化软件和用户界面中，为多个行业扩展能源决策工具的可用性。在工业数据采集和管理系统方面，为各个行业建立一致的、有效的数据模型，如数据协议和接口、通信标准等。在业务系统、制造工厂和供应商集成方面，通过仪表板报表、度量、常用的数据架构和语言等优化供应链绩效。在智能制造的教育和培训方面，加强建立智能制造的人才队伍，如培训模块、课程、设计标准、学习者接口。2012年，通用电气提出工业互联网（Industrial Internet）概念，工业互联网是开放、全球化的网络，将机器和先进的传感器、控制和软件应用进行连接，提高生产效率、减少资源消耗。2014年4月3日，IBM、思科、通用电气和AT&T组建工业互联网联盟（Industrial Internet Consortium，IIC）。该联盟采用成员开放制，建立一个打破科技壁垒的团体，以更好地推动现实物理世界和数字世界间大数据的整合。
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美国在2008年金融危机后也相继提出了一系列的重振制造业政策。美国重振制造业的主要政策如表1-1所示。
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表1-1 美国重振制造业的主要政策
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3.总体情况
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美国在智能制造技术的理论和应用研究方面长期处于世界领先地位，人工智能、控制论、物联网等智能技术的基础多数起源于美国。美国在智能产品的研发方面也一直走在全球前列，从早期的数控机床、集成电路、PLC，到如今的智能手机、无人驾驶汽车以及各种先进的传感器，均来自于美国高校的实验室和企业的研发中心。在基础元器件领域，不仅有艾默生、霍尼韦尔这样的工业巨头，更有大量专注于某一领域的优秀小企业。在数控机床方面，拥有MAG、哈挺、哈斯、格里森等一批知名企业，工业机器人也拥有American Robot等知名企业。在工业软件方面，全球大多数研发设计软件、管理软件和生产制造软件的实力企业来自于美国。而美国重返制造业的典型特点是利用现有的先进信息、软件技术来改造现有的制造业，使得美国智能制造技术产业保持全方位、高水平发展。
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美国的IBM、思科、通用电气和AT&T等软件公司也是用工业互联网来改造制造业，如特斯拉电动汽车及谷歌自动驾驶汽车都将像手机/计算机一样成为互联网中的移动终端，用信息化带动制造业的发展，加快调整产品业务发展战略，不断加强跨行业的合作，在发挥各行业自身优势的同时推进制造业向智能化、网络化方面发展。
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1.1.2 欧洲智能制造的发展与应用
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1.背景
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