第３１卷第２期 ２０１Ｂ年３月 文章编号：１００２—６６７３（２０１８）０２—００４—０４ 机电产品开笈与 斩 Ｄｅｖｅ｜ｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＶＯ１．３１．ＮＯ．２ Ｍａｒ．－２Ｏ１８ 美国清洁能源智能制造创新中心２０１ ７—２０１ ８技术路线图概述 朱宇宏，聂军刚，袁志勇，吴进军 （中机生产力促进中心，北京１０００４４） 摘 要：２０１７年８月美国清洁能源智能制造创新中心发布２０１７—２０１８年技术路线图，从商业实施、促成技 术、平台建设和人才发展４个战略方向提出近两年美国智能制造发展规划，对我国推进智能制造 工程和创新中心建设有一定的借鉴和启示。 关键词：智能制造；路线图；创新中心 中图分类号：Ｔ一１９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－６６７３．２０１８．０２．００２ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｍａｒｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｒｏａｄｍａｐ ２０１７—－２０１８ ＺＨＵ Ｙｕ－Ｈｏｎｇ，Ｎ１Ｅ Ｊｕｎ—Ｇａｎｇ，ＹＵＡＮＺｈｉ—Ｙｏｎｇ， Ｕ． ｎ—Ｊｕｎ （Ｃｈｉｎａ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ＢｅＯｉｎｇ １０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ Ａｕｇｕｓｔ ２０１７，Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｍａｒｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｒｏａｄｍａｐ ｏｆ ２０１７—２０１８．Ｔｈｅ ｒｏａｄｍａｐ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｎ ｏｆ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｓｍａｒｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｔＷＯ ｙｅａｒｓ ｆｒｏｍ ４ ｓｔｒａｔｅｇｉｃ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ—ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ｓｍａｒｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｗｏｒｋｆｏｒｃｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｃｈｉｎａ ｈｏｗ ｔｏ ａｄｖａｎｃｅ ｓｍａｒｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｃｅｎｔｅｒ，ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｏｍｅ ａｄｖｉｓｅｓ ａｎｄ ｉｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ；ｒｏａｄｍａｐ；ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｃｅｎｔｅｒ ０引言 为从根本上加快传感器、控制器、智能制造平台和仿 真建模技术的开发和应用，让智能制造为美国制造业提 供持续发展的动力，２０１６年６月，美国能源部牵头成立 美国清洁能源智能制造创新中心（ＣＥＳＭＩＩ）．其目的是在 联邦投资：在未来１０年内实现能源生产力提高５０％。 １ ＣＥＳＭｌｌ路线图的指导原则 ＣＥＳＭＩＩ的指导原则：①美国制造企业应当通过智能 制造向客户提供高质量的产品、高效的工艺和便捷的服 务；②通过建立工业互联网体现智能制造的价值；③智能 制造技术和基础设施必须体现最大程度的开放性和协同 全美建立５个区域制造中心。负责各自区域内的技术转 移和人才培养。 ２０１７年８月，ＣＥＳＭＩＩ发布《智能制造路线图（２０１７— ２０１８）》。路线图从商业实施、促成技术、平台建设和人才 发展４个战略方向出发，通过提高能源生产力、经济效 益、创新中心的可持续性和员工能力以增强美国制造业 性；④智能制造的广泛推广需要稳固的网络安全服务；⑤ 各地区和企业应该在如何提高智能制造业务成效方面进 行广泛交流；⑥企业需要明确智能制造的盈利模式；⑦重 点关注高能耗、高能源依赖型的制造工艺，因为其有巨大 的改进空间和再投资潜力；⑧智能制造对于创造就业机 会，建立制造业市场，培养专业人才和维持经济健康平稳 运行均至关重要。 的生产能力、全球竞争力和再投资能力：在未来５年内实 现试点示范企业或者关键工艺流程的能源效率提高 １５％、现有工艺的生产成本降低５０％、生产周期缩短 ５０％，重点行业实现智能制造；在未来６年内形成产品、 ２ ＣＥＳＭｌｌ路线图目标 ＣＥＳＭＩＩ的目标：①为ＣＥＳＭＩＩ中心建立科学的运营机 制，并将ＣＥＳＭＩＩ的研发重点定位于优先满足智能制造工 业需求，包括：获得关于智能制造的客观技术信息；提供 咨询、评估以及基于平台的方式方法；跨行业获取信息并 技术、研发和员工培养的可持续投资组合．直接代替原有 修稿日期：２０１８—０１—０９ 作者简介：朱宇宏（１９８３一），男，工程师。主要研究方向：智能 制造发展研究；昊进军（１９７８一），男，研究员。主要研究方向： 流体传动控制技术研究与智能制造系统集成、装备制造业发 展战略规划研究等。 ４ 研究学习：人才培养；②指导ＣＥＳＭＩＩ项目、跨领域研究、建 立技术知识库以及培养人才；③区域制造中心交叉融合、 ·开发与创新· 发展；④建 缓冲平台，最终形成蜓易于 解和巫深 可复制性支撑决策制定， 使商业行为、员Ｉ＝＝技能与丁业 层次的２０１８－２０２２ ＣＥＳＭＩＩ路线【冬１ 互联网系统相适应：建 Ｉ｛ｊ来验证ＯＴ／ＩＴ系统集成过程 ３ ＣＥＳＭｌｌ路线图总体战略 【ｆ】网络安全和降低网络风险的工具、方法和模型：建立川 于集成（）Ｔ／ＩＴ系统的方法、参考构架、规范标准、安伞 ３．１路线图包含的四大战略 议千¨通Ｊ｝】报告程序：培养 ｊ智能制造传感器驱动系统、数 （１）商业实践 智能制造集成的，’ 泛推』 ，制定清 据管婵及基于机器的数据建模和决策村Ｊ火的人才 晰的智能制造方案，定位和规避商业 险：为智能制造集 （３）路线图，见图１ 、 成和网络安全提供 织策略、应用１ 和 最优实施方案． 鳃鞠盈霞翳疆圈瞄豳豳圈圜圜强疆强ｌ豳一髓疆疆霞墨疆嚣冀强豳■强圈圈■嚣匿强蹬目嘲Ｉ ｌ■冒 ＿＿霜—疆罄誓疆疆霹曩圈啊 （２）促成技术 通过研发合作突破智能 制造关键技术，包括高级传感器、数据分 析１ 具、过程控制技术、仿真建模以及用 于集成安全、稳定干¨易于配置的 能ｚ『ｆ－ｌ０造 露 盅：ｌ 蛹ｎ 套 能制群 造．集挑 啦战ｉ 廿蛙 毒嵩譬蒜 什２艟￡ 制击遗 矧㈨啦 髓１ ㈨铺昧 Ｊ遗 褶能制造雄。啦 过 Ｊ瞬 挂 目 砟 ∞ 系统、平台 、 （３）智能制造平 建立一套统一的 黼霉 毯 － 拦Ｉ｝” 垃查他伽铡川” 衅竹… 能…”鼎制…奠造… Ｉ雌Ｉ 、……畦投－ｒ… 错 顸 ｆ ｝求 ｆ幔ｌ、’Ｈ ｊ生耕期的试糟 商能ｌ，小ｋ制幞造抱』雄ｌｔ＝日¨促啦１进的∞拈 瀚－ｎｆ ｛４小１＊ 段继钾廿督续 能日建制蚌报 造串擞、 断，“持墙 凡☆讦的和发钾 新ＩＪ能肺场制瓣朴能刺盐的竹值ｔ化 摊Ｉ越ｍ的 辑成秆 Ｊ絮川洲棠】场 的 ｝能｜Ｊ 钾能制造平台、市场和生态系统．』｛Ｊ ｒ提 高介业数据和技术再利用效率和成本效 益．维护＿ｒ业互联网系统安全，从ｍｆ降低 智能制造系统部署的时间和成本 （４）人才培养。为ｒ打造一支具何智能 制造技术和实践领域号业知识、富行创造 霪曩 霞 ｆ 御竹琦定 ＊ 塘过 ｆＦ媒Ｊｉ ６ｔ体￣目ｈ办ｌ 纵壮｜¨拽，研蕞－ｌ 挺时商对’ ｕ柙惟能｝ 舒１培制“】＃盐螳扦 ￡能●薄持☆钾制Ｉ柑和能造ｌｆ钾制 Ｊ能遗蛹｛造制 扎雄盐牲啦梁傩求 培喊采打拄ｉＪ的 Ｊ Ｌ难州 认＃帕确 々昔和 水制·和暮牲定 嘲■ｎ斜钾水陡能。 蜘《咄 ｈ制！笮迅ｔ Ｊ制瞌利㈣需Ｉ｛求过 ｌ｝刹 衅 ， 州 性的员 队伍，需要部署一批可定制的、跨 图１商业实践战略路线图Ｉ １ 学科的培训项日 ｎ项目可持续更新 Ｆｉｇ．１ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｒｏａｄｍａｐ【 ３－２四大战略路线图 每条战略路线 郜包括战略¨标、研发组合计划和 ３＿２ｌ２促成技术战略路线图 近期规划路线 ｉ部分，其中研发组合计划是为 解决 （１）战略目标：（Ｄ 制造行业各公二】内加快模块化、 企业无法单独完成的初期研发难题。通过跨地 、跨领 价格低、易于配置、安全、ｌＪ『复制的Ｔ业 联网系统（包括 域、跨专业交叉融合，以促进运霄技术和信息技术（ＯＴ／ 高级传感器、数据分析Ｉ： 、过程控制、仿真建模和计算 ＩＴ）的集成发展。同时通过颜色标ｎｊｊ四大战略之问的协作 平台）的外发、示范羊１】应』｛｛；②升级传感器系统以实现低 父系 价格、 稳定、易于配置、更安全的数据尤线通信；⑧增『Ｊ【Ｉ ３．２＿１商业实践战略路线图 新一代数据分析和模型的成功应用案例；ｌ④为令行业内 （１）战略目标：①通过协同研发实现制造和能效【］标； 的企业和员Ｔ提供先进的控制和分析方法及工具；⑤开 ②及时提高制造业全行业企业的质量、效率和生产力；（ 发用于１ 业互联网系统设计和实现系统可复制性所需的 通过高度灵活和可扩展的制造系统千¨１ 艺流程的应川． Ｉ 具和Ｉ方法 、． 提升业务价值，提高制造业发展的可持续性、能源效牢和 （２）研发组合计划：①各领域通用部分、：形成全系统 安令性；④在制造 业问加快 业 联网系统的部署心 开发、试验、检验和验ｈＦ的能力，将先进汁算技术融入到 川；⑤增加智能制造就业岗位，提高员ｒ智能制造相父技能。 实时操作环境中的验证方法。评估数据、模型标准、本体、 （２）研发组合计划：①总结现有的智能制造技术，许 结构、Ｊ 作流存整个系统Ｉ１１的应川 Ｉ．业互联网系统臆急 埘 前企业０ Ｆ／ＩＴ集成状态（包括企业组织架构、员 情 行为的 系统分析 形成终端到终端、传感器到执行器、 况手＂可投入使用的基础设施情况）进行评估：②研究Ｊ｛：确 数据、传输安全、计算流艟颅测的能力 建逻数据验 干¨ 定Ｉ 业互联网系统通过运营、流程、技术、Ｔ具干¨分析方 模型心川的数据库．以形成验证和量化不确定性的新方 法影响制造技术、商业、基础设施、运衍／劳动力绩效和，卜 法；（ 传感器部分：肝发一种能够在高温环境下使用的传 产力的度量标准；⑧分析行业内的技术需求以及软／硬 感器硬件和软件系统 发一种低成本传感器系统，实现 件、数据、系统配置、应用程序及员ｌ 角色的ｌＩＩ『复制性要 无损愉洲实时能源 产音《和材料性能 设计一种ｌ】丁靠安 求，Ｊ 形成评价标准：利』仃基ｌ丁】：具和共享资源的标准的 全的传感器系统，具存标准的传感器到传感器干¨传感器 ５ ·开发与创新· 案例、试验平台和工业驱动协 蹶 议．建立一个开放的、渐进的流 程．用于定义和构建智能制造平 盎流程 喜 拿 盛莨 姜 ２ 嚣ｌ肝展合盔作 收集和 解相炎标准 ｛定Ｊ … ｝制定项目交｛ｊｃｉ和结束规程，将新技 术融ｉｔ．智能Ｉ１１１造市场．行将自学习 台各项功能及服务：②为智能制 造平台软／硬件组件和应用程 许整智能制造参考架构和环境 定义错能制造方｛ 扦展智能制造方培训 ｊ 入智能｛５ｊ造 序、系统配置和系统基础参数集 成参考架构．以促进工业互联网 系统实现在不同行业不同企业 （勾智能制遗项¨负责人形成用户支持模型｛ 开髓实习制和学徒制．芹选掸柏１８名智能涮造实习生 开发豫于监测和控制的数据驱动自 拄制和分析Ｔ具．自动化程度以提升即插即Ｊ｛ｊ．以及适应即将应用的 复制性 ．的葬法 錾模型和控制互通 藉 ” 诊断 具 １ｉｆ可蜜施性 州刊 郦 磕 定义企业安全交易的要素和评情方法 新技术：③分析现有智能制造 旰发向智能制造平台安全传辅数据的能力 ｒ 智能制造平行无线即插即用项目示范 ＯＴ／ＩＴ系统组件集成的需求；④ 与ｌｒ业物联网 （Ｉｌ ）社区建立 促进橱能制造无线通信的发展：洋估智能制造【厂的光纤通讯需求 扦技在苛刘条件下使用的廉价传感器系统 建立基于Ｔ作流的标准、架构和 联系 ＿ｒ＝：具包。来保证来自不同厂家组 促进产品即捕即，ｒｌｌ功能的 －发 歼发经济的传感器用于能源管理 件的互换性和智能制造Ｔ业互 仆析理有的｛｝Ｉ措行 ｆ ｛可 腱边缘和云计算示范｛｛ 边缘扩腱和 计算 范 ｛ 联网在不同行业不同企业间的 嚣 蓑型和标 ｌ｝ 器ｔ’人啦用分析 的最 开发智能制造参考架构和跨企通用性；⑤外发核心数据模型、 通月ｊ数据 业的 机器学习数据准备自动化 配置方案和方以建立数据 分析现有制造业数 …一… 』 作流 坪估 响美圈能源局高性能制造汁 据模型的缺 算技术的需求 安全能力．数据管理协议和最仕 醴｛ｆ相应的智能制造数据模型 监督和无监督的学刊 方案，用来保证跨企业数据交换 的安全和一致 图２促成技术战略路线图“Ｉ Ｆｉｇ．２ Ｅｎａｂｌｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｒｏａｄｍａｐ… （３）路线图，见图３。 刮控制器的交互界面，以及高频、高速、高容量的无线传 Ｉ ３－２．４人才培养战略路线图 输能力；⑧过程与控制器部分：建立在实时控制过程ｒｆ】提 ｊ （１）战略目标：①使员 能够充分了解智能制造实施 升和维持灵活性的基本方法和经验方法 开发算法、数据 Ｉ 案例、核心技术、方法和平台设施；②通过现代的学习和 驱动自诊断 １ 具稀ｊ嵌拿方法．提高模型和控件间的互操 一 发展模式提高企业领导者、运营者、技术专家、Ｔ程技术 作性；④数据、模型、分析部分：根据特定的目标、建模类 人员的业务水平；③通过将不同领域的课程融人到现有 型和数据结构开发算法、建模和计算工具的选择分类方 培训项目中．用来培养面向未来并具备智能制造新技能 法 通过集成试验验证、不确定性量化方法使数据模型易 和专业知识的人才队伍；④建立一个包括智能制造资源 于组合使用。针对不同的业务目标开发可复制的、实时的 以及先进智能制造技术、协议和专业知识的最佳实施案 数据模型，． 例的网络资源库或知识库；（ 建 紧随业务、技术、组织 （３）路线图．见 ２ 、 行为改变而随时更新的入力资源计划。 ３－２．３智能制造平台战略路线图 （１）战略目标：①建 智能制造 平台的参考架构和规范；②为企业数 据的传输和系统化的提供有利条件： ⑧为现有及未来的Ｏ Ｆ／ＩＴ提供解决 方案，并制定开放、通Ｈ】的标准：④为 不同Ｔ业互联网系统的通用软／硬件 解决方案提供安全框架：⑤为认证及 曩 确研嚣一 形模发类成平需～ 智工鲁求嚣一能作韩—和制所譬Ｉ、 造需的Ｏ蓑督Ｔ 地ｆ试！骑ｔｉ系 ｌｆ平统＇舟 打的法发逢艟和阶数段宣童槲 宴·明的妻逋土簦窀＝开 ｉ案例腱小糟能制造试骑 厶能过研会需去究员求成．的功艘影蚌 响案例智力： 能以和确潜制 造在项收¨益☆ ‘发建船平智：连 能制一接定造！数．餐作市据 每流场建～．和季模解敷度决据路和每更）线打 新季寨用度和Ｉ供钾力 １发ｎ ０１心试能，报布Ｊ、点７１商制托数错’Ｉ的 选’造 能据认扦建制 ｕ一ｉ造横ｒ模衍多活平盘持臆用程序项日和项目驱动的 性式 台动托和架案许构研能发文’ 情件ｌ一誓 裔Ｔ｛５＝譬萱嫠 ．组合应用，配置，一Ｔ 具包，数据，加速 核心软件功能 开发和部署服务建立一个稳定开放 的智能制造市场；（ 牵头开发用于支 撑智能制造的可信技术、组织架构和 商业安全网络实施方案。 黧 确通的对定过案潜性对例在的引满价ｘ堪域值市ｌ 肫场问需 要同的醚项 目智应能用制轼造 件小 ＿ｆ制仓作伙ｆｉ什物芷百造艟撑联１巾 钾艇嘲心 软件蛳肌 序的ｌ能ｊ杂，荫活成制ｒ系 动造统培平窀瑗训台仝蓁素用研 材两户艇支托（糟持包簦 模括型鳙 图３智能制造平台战略路线图Ｉ’Ｉ （２）研发组合汁划：①基于真实 Ｆｉｇ．３ Ｓｍａｒｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒｏａｄｍａｐ… ６ ·开发与创新· 翳 开展员自动化交流 交流和｛ ｝ ｆ 将Ｊｆ发试验平台ｑ￣ｉａｌ对接 １ 完成川于智能制造甲 韧 出培训课程开发以盘撑 ｒ 、 、 ｆＩ圳的史竹需求 』 宣１ 范项日 ｛㈨课程 、以Ｃ ，干ｌＪＥ悔玎翱能制造平台韧ｌＳＭｌｌ战员的爵趟需求ｆ！ ｉ－『培 Ｉ发情况修改培训漾｝ 平白Ⅲ队合作 抖 ４据平舟汗｝ｊ｝ 评估ＣＥＳＭＩＩ成 需要芰于促进 评 ¨Ｉ珩ｍ ｌＪｆ发适Ｈ｛ｊ 智能制造 法沧的 拄术川队合佧．制对智能制 臂能制造技术集成的知识和技 曩 课程．其中包括传感器 控制器 造市场的技术仆发、知醒增长 能 其中包括传感器 拄制嚣、型以及分析ｆ 具 模 痪 一 模型和分析１具等，米芷｛… 赔平台的坪 掌试 修改 和集成新技术进｛ｒ培训谍狴的 … ～ Ｊ｝｛的资源 造 ｝ｌ ＿没 闻 在 域制 一Ｉ 研究院断和雕钉 【 椎＿ＪＪ不啊的培 ￡ 常 簧翕 芝 剁 训Ｉ｛划 情培训的影 … 持造 巾心举办 每个Ｊｔ尊 嫠盔足并进 培训研讨套 … 开发实ｊｊ和合作城｝ｆ．并选择韧 训资源库 ”…’～‘ 用任 耕坩训ｌ 抖 级实习中 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