隨著德國工業(yè)4.0的提出，智能制造成為制造技術發(fā)展的主攻方向。

中國制造2025和美國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等都從國家的戰(zhàn)略角度明確了智能制造的核心地位，并且相互間技術的交流與標準融合不斷加深。特別是我國從制造大國向制造強國的轉型更加迫切，著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進生產(chǎn)過程智能化，成為實現(xiàn)中國制造2025目標的關鍵，其中十大領域包括數(shù)控機床和機器人，所以面向智能制造的數(shù)控技術成為需要優(yōu)先解決的重要課題。

實現(xiàn)智能制造的核心是信息處理和物理過程的深度融合，傳統(tǒng)制造過程主要是在實體空間依靠生產(chǎn)設備制造產(chǎn)品，設備和過程本身很少或不產(chǎn)生數(shù)據(jù)，即使很少的數(shù)據(jù)信息也處于割裂狀態(tài)，制造效率和自動化程度的提升主要靠物理設備。隨著網(wǎng)絡信息技術的發(fā)展，逐步發(fā)展為通過物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)進行人與人、人與機、機與機的協(xié)同和交互模式，進一步建立物理設備和過程的數(shù)字模型，不斷進行仿真和優(yōu)化，提升生產(chǎn)效率和效益，這是所謂的CPS(CyberPhysicalSystems)信息物理融合系統(tǒng)。面向智能制造的數(shù)控系統(tǒng)必然是以CPS為基礎構建，它不再僅僅是機床設備的控制系統(tǒng)，而是成為工廠甚至整個智慧城市的一個智能節(jié)點。

什么是智能制造目前還沒有統(tǒng)一的認識，相關文獻主要從智能制造具有的特征方面來描述。1988年日本通產(chǎn)省(MITI)提出智能制造系統(tǒng)(intelligentmanufacturingsystem，IMS)的設想，1989年形成國際合作項目正式文件，旨在21世紀全球化的大趨勢下通過國際合作共同研發(fā)新一代制造系統(tǒng)，迎接新世紀全球變化的挑戰(zhàn)。20世紀90年代IMS項目對未來工廠的構思，已經(jīng)大致涵蓋今天智能制造的內涵。

智能制造是一個系統(tǒng)，它不僅僅是智能技術的組合，也不僅僅局限在生產(chǎn)制造的業(yè)務領域，它是以融合了當前新技術，貫穿研發(fā)、制造、客戶服務等的全價值鏈領域。所以數(shù)控系統(tǒng)的智能化不能僅僅從制造環(huán)節(jié)本身考慮，提升其工藝柔性、質量和效率，還要從整個系統(tǒng)的角度考慮。特別是我國數(shù)控系統(tǒng)廠商和研究機構，在傳統(tǒng)制造技術本身落后于優(yōu)良的發(fā)達國家，如何在新模式和理念的引導下實現(xiàn)超越成為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的新路徑。基于互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術的“互聯(lián)網(wǎng)+”恰是技術升級中一個非常重要突破點。如何發(fā)揮國內的互聯(lián)網(wǎng)和制造融合的優(yōu)勢將會成為制造業(yè)轉型升級的重要路徑。

在國內信息物理系統(tǒng)白皮書中提出的構成CPS的四大核心要素，“一硬”(感知和自動控制)、“一軟”(工業(yè)軟件)、“一網(wǎng)”(工業(yè)網(wǎng)絡)、“一平臺”(工業(yè)云和智能服務平臺)，通過狀態(tài)感知、實時分析、科學決策、準確執(zhí)行四個過程解決生產(chǎn)制造、應用服務過程中的復雜性和不確定性問題，提升資源配置效率，實現(xiàn)資源優(yōu)化(圖1)。狀態(tài)感知是通過各種各樣的傳感器感知物質世界的運行狀態(tài);實時分析是通過工業(yè)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信息、知識的轉化;科學決策是通過大數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)異構系統(tǒng)數(shù)據(jù)的流動與知識的分享;準確執(zhí)行是通過控制器、執(zhí)行器等機械硬件實現(xiàn)對決策的反饋響應。

CPS具有明顯的層級特征，小到一個智能部件、一個智能產(chǎn)品，大到整個智能工廠都能構成信息物理系統(tǒng)。信息物理系統(tǒng)建設的過程是從單一部件、單機設備、單一環(huán)節(jié)、單一場景的局部小系統(tǒng)不斷向大系統(tǒng)、巨系統(tǒng)演進的過程。CPS分為單元級、系統(tǒng)級、系統(tǒng)之系統(tǒng)SoS(SystemofSystems)級三個層次。雖然數(shù)控機床可看成由多個具有單元級的主軸單元、進給單元以及冷卻系統(tǒng)等單元組成，但這些單元在系統(tǒng)中不具獨立承擔任務的功能，所以將數(shù)控系統(tǒng)看成單元級CPS更容易理解制造系統(tǒng)及制造生態(tài)系統(tǒng)的三層架構。

在互聯(lián)網(wǎng)技術的推動下，越來越多的新興商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)。其中具代表性的是“分享經(jīng)濟”，它給我們帶來了基于分享模式的新業(yè)態(tài)，例如在汽車、房產(chǎn)等領域出現(xiàn)的APP打車、APP租房等互聯(lián)網(wǎng)的分享應用模式。在制造業(yè)，互聯(lián)網(wǎng)和新經(jīng)濟模式如何落地?如何適應“分享經(jīng)濟”將會成為一個重要的研究內容。

智能手機的出現(xiàn)使得互聯(lián)網(wǎng)相關產(chǎn)業(yè)進入了一個爆發(fā)式的增長，新興商業(yè)模式不斷出現(xiàn)，智能終端在技術上的突破在其中起到了極其重要的作用，所有互聯(lián)網(wǎng)相關的應用和技術都離不開通過智能終端與人建立的鏈接。而在機床行業(yè)中，鏈接人與設備的智能終端正是數(shù)控機床的大腦數(shù)控系統(tǒng)，所以以CPS架構研發(fā)面向智能制造的數(shù)控系統(tǒng)，并以此構建起制造生態(tài)系統(tǒng)是實現(xiàn)智能制造的可行路線。