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在全球制造業(yè)加速邁向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的背景下，智能制造已成為引領(lǐng)新一輪工業(yè)革命、推動產(chǎn)業(yè)升級和增強國際競爭力的核心路徑。智能制造的本質(zhì)是通過新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合，實現(xiàn)制造過程的柔性化、精細(xì)化與智能化。

一

前言

具身智能作為人工智能與機器人學(xué)交叉發(fā)展的前沿方向，正逐步成為支撐智能制造高階發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)。具身智能的核心在于可以賦予機器系統(tǒng)“感知 ? 決策 ? 執(zhí)行”的閉環(huán)能力，使其能夠基于自身身體結(jié)構(gòu)與環(huán)境交互，實現(xiàn)復(fù)雜任務(wù)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)、協(xié)同操作與靈活應(yīng)變，使制造系統(tǒng)具備更高的靈活性和自主性。不同于傳統(tǒng)人工智能的靜態(tài)推理方式，具身智能強調(diào)智能體與環(huán)境之間的動態(tài)耦合關(guān)系，能夠在非結(jié)構(gòu)化制造場景中展現(xiàn)更高的泛化能力。具身智能的引入，使智能制造從傳統(tǒng)自動化生產(chǎn)邁向更高層次的自主化與智能化制造。當(dāng)前，具身智能在智能裝配、柔性加工、預(yù)測性維護(hù)、無人物流、智能檢測等場景中展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用價值。例如，集成觸覺感知與深度策略學(xué)習(xí)的協(xié)作機器人可以在復(fù)雜產(chǎn)品裝配中實現(xiàn)微米級精度；基于語義理解與多模態(tài)輸入的移動機器人系統(tǒng)可以在動態(tài)倉儲環(huán)境中，實現(xiàn)路徑自主規(guī)劃與任務(wù)協(xié)同；結(jié)合具身建模與預(yù)測診斷的數(shù)字孿生系統(tǒng)可以提前識別設(shè)備異常，從而降低運維成本。隨著應(yīng)用的不斷深入，具身智能在智能制造中的部署仍存在多模態(tài)數(shù)據(jù)融合困難、任務(wù)遷移泛化能力不足、軟硬件協(xié)同不暢、倫理安全機制缺失等技術(shù)與應(yīng)用瓶頸。

鑒于具身智能在制造領(lǐng)域的高度適配性與廣闊發(fā)展前景，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界亟需從系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、典型應(yīng)用拓展等維度，深入開展具身智能與智能制造的耦合研究。本文系統(tǒng)梳理智能制造的發(fā)展演進(jìn)，分析具身智能驅(qū)動的智能制造關(guān)鍵特征與核心能力，總結(jié)當(dāng)前研究與實踐進(jìn)展，構(gòu)建面向復(fù)雜制造場景的具身智能系統(tǒng)架構(gòu)，并探討當(dāng)前應(yīng)用難點與未來發(fā)展趨勢，旨在為構(gòu)建高自主、高靈活、高可信的下一代智能制造體系提供理論參考與技術(shù)支撐。

二

智能制造的技術(shù)演進(jìn)

1.1

｜基于規(guī)則的自動化制造

自動化制造作為智能制造的初級階段，其核心特征是通過預(yù)設(shè)規(guī)則與程序來實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化運行。該階段主要依托可編程邏輯控制器、數(shù)控機床以及監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備，通過程序化控制，實現(xiàn)機械設(shè)備的精確操作，從而有效替代人工完成重復(fù)性、高精度生產(chǎn)任務(wù)。

自動化制造在提升生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低人工成本等方面具有顯著優(yōu)勢，特別是在惡劣工況下仍能保持穩(wěn)定運行。但自動化制造系統(tǒng)仍存在顯著局限性，如自動化系統(tǒng)缺乏足夠的靈活性與適應(yīng)性，難以應(yīng)對復(fù)雜多變的市場需求；自動化系統(tǒng)的運行高度依賴人工預(yù)設(shè)規(guī)則，缺乏自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化能力；自動化系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的利用率較低，未能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的潛在價值。這些局限性在一定程度上制約了自動化制造的進(jìn)一步發(fā)展。

1.2

｜數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)字化智能制造

數(shù)字化智能制造是在自動化制造的基礎(chǔ)上，通過深度融合信息化與數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)制造過程的數(shù)據(jù)驅(qū)動與智能優(yōu)化（見表1）。數(shù)字化智能制造的核心是利用傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算平臺、大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法等先進(jìn)技術(shù)，對制造全流程進(jìn)行實時監(jiān)控、動態(tài)優(yōu)化與精準(zhǔn)預(yù)測，從而顯著提升生產(chǎn)效率、降低能源消耗、減少資源浪費。

表1　智能制造的技術(shù)演進(jìn)

1.3

｜具有智能賦能的智能制造

具身智能制造作為智能制造的高級階段，核心是賦予機器類人化的認(rèn)知能力，使其能夠模擬人類的感知、理解、學(xué)習(xí)與決策過程。基于具身智能的制造系統(tǒng)不僅能夠感知環(huán)境并分析多源數(shù)據(jù)，還能夠執(zhí)行復(fù)雜的認(rèn)知推理與自主決策，從而顯著提升制造系統(tǒng)的智能化水平。

具身智能機器人通過多模態(tài)感知技術(shù)，能夠以類人化的方式完成精細(xì)裝配、質(zhì)量檢測等高精度任務(wù)，從而大幅提高生產(chǎn)效率和自動化水平。具身智能技術(shù)通過多模態(tài)感知與自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，顯著提升了機器對人類指令與環(huán)境變化的理解和響應(yīng)能力，從而推動了人機協(xié)作的深度融合。這種多模態(tài)交互不僅優(yōu)化了機器對自然語言指令的識別與執(zhí)行，還增強了其在復(fù)雜制造場景下的環(huán)境適應(yīng)性與任務(wù)協(xié)同效率，進(jìn)一步提升了制造過程的靈活性與自主性。具身智能與人形機器人、自動化機器人產(chǎn)線的融合發(fā)展，使智能制造從單純數(shù)字化控制向更深層次自主化和適應(yīng)性邁進(jìn)。人形機器人依托具身智能，可以實現(xiàn)對人類行為的精細(xì)模仿與協(xié)作；自動化機器人產(chǎn)線通過融合具身智能技術(shù)，可以增強設(shè)備在復(fù)雜工況下的適應(yīng)性。未來，隨著技術(shù)的不斷突破，具身智能制造將進(jìn)一步深化人機協(xié)作，推動群體智能與分布式制造等更高層次的智能化生產(chǎn)模式發(fā)展，為制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供持續(xù)動力。