摘要：本文探討了人工智能技術在制造業(yè)中的應用、關鍵技術與實踐案例。人工智能作為引領新一輪科技革命和產業(yè)變革的戰(zhàn)略性技術，正在全球制造業(yè)領域引發(fā)深刻變革。通過機器學習、工業(yè)大模型、數(shù)字孿生等關鍵技術，人工智能在質量檢測、預測性維護、智能排產等制造業(yè)核心場景中展現(xiàn)出顯著價值。研究表明，人工智能應用能使缺陷檢出率提升30%以上，停機時間減少20%，生產效率提升10-20%。然而，人工智能與制造業(yè)的深度融合仍面臨技術適配、數(shù)據(jù)治理、人才短缺等挑戰(zhàn)。未來，隨著工業(yè)智能體、AI與綠色制造融合等趨勢的發(fā)展，人工智能將進一步推動制造業(yè)向智能化、柔性化和綠色化方向轉型。

1 引言

當前，全球制造業(yè)正面臨前所未有的變革與挑戰(zhàn)。隨著全球化進程的深入和新一輪科技革命的加速演進，制造業(yè)競爭日趨激烈，企業(yè)面臨成本上升、利潤下降的雙重壓力。消費者對個性化、高質量產品的需求不斷增加，傳統(tǒng)制造模式難以快速響應市場變化。作為回應，世界主要發(fā)達國家紛紛將人工智能作為推動制造業(yè)轉型升級的關鍵技術，加速布局智能制造的全球競爭格局。習近平總書記強調，“加快發(fā)展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產業(yè)變革機遇的戰(zhàn)略問題”。

2025年，國務院發(fā)布《關于深化“人工智能+”行動實施的若干意見》，提出了清晰的發(fā)展目標：到2027年，在新一代智能終端、智能體等六大關鍵領域的人工智能應用滲透率將超過70%；到2030年，該比例提升至90%以上；到2035年，中國目標建成繁榮的智能化經濟與社會體系。這些政策導向為人工智能與制造業(yè)的深度融合提供了制度保障和發(fā)展方向。

本文將從關鍵技術、應用場景、面臨挑戰(zhàn)及未來趨勢等方面全面分析人工智能在制造業(yè)中的應用現(xiàn)狀與發(fā)展前景，為相關企業(yè)和政策制定者提供參考依據(jù)。

2 人工智能制造業(yè)的關鍵技術

人工智能制造業(yè)依賴多項核心技術實現(xiàn)智能化轉型，這些技術相互支撐，形成了完整的技術生態(tài)體系。與傳統(tǒng)人工智能相比，通用人工智能具有更強的靈活性、自主學習能力以及跨領域協(xié)同創(chuàng)新能力，它通過技術革新、資源整合、協(xié)同創(chuàng)新和創(chuàng)新環(huán)境塑造四個維度，為制造業(yè)高質量發(fā)展賦能。

表：人工智能制造業(yè)關鍵技術概述

2.1 機器學習技術

機器學習是人工智能制造業(yè)的基礎技術，教導計算機執(zhí)行人類與生俱來的活動：從經驗中學習。機器學習算法使用計算方法直接從數(shù)據(jù)中“學習”信息，而不依賴于預定方程模型，具有極強的自適應性能，并將專家理論和老師傅現(xiàn)場的經驗相結合，在智能制造領域發(fā)揮著重大作用。

機器學習采用兩種類型的技術：監(jiān)督式學習和無監(jiān)督學習。監(jiān)督式學習根據(jù)已知的輸入和輸出訓練模型，讓模型能夠預測未來輸出；無監(jiān)督學習從輸入數(shù)據(jù)中找出隱藏模式或內在結構。在制造業(yè)中，這些技術被廣泛應用于CNC刀具故障預測、模具生產質量波動因素檢驗等多個場景。

2.2 工業(yè)大模型與生成式AI

2023年以來，大模型（如GPT、GLM、盤古等）在工業(yè)領域的應用逐步深化。與傳統(tǒng)AI不同，大模型具備更強的泛化能力、語義理解和多模態(tài)處理能力，極大提升了工業(yè)智能的應用邊界。工業(yè)大模型能夠理解和處理復雜的工業(yè)場景數(shù)據(jù)，提供更準確的決策支持和優(yōu)化方案。

生成式AI在制造業(yè)中也展現(xiàn)出巨大潛力。在產品設計場景，基于生成式人工智能的創(chuàng)成式設計工具，通過模型驅動設計范式突破傳統(tǒng)工程路徑限制，在滿足工業(yè)參數(shù)與約束條件下，快速生成多模態(tài)產品結構方案。

2.3 多模態(tài)融合技術

多模態(tài)智能是2025年工業(yè)升級的核心趨勢。通過整合視覺、語音、文本等多種數(shù)據(jù)源，人工智能系統(tǒng)能夠更全面地理解和處理制造環(huán)境中的復雜情境。例如，用攝像頭采集產品圖像，用麥克風收集設備異常聲響，再通過文本描述自動歸納生產異常。這類多模態(tài)融合能力，使傳統(tǒng)AI難以應對的復雜工業(yè)場景得以有效解決。

2.4 數(shù)字孿生技術

數(shù)字孿生技術通過構建物理實體的虛擬映射，實現(xiàn)制造過程的全面仿真和優(yōu)化。在生產線的虛擬復刻技術使制造商能夠優(yōu)化工作流程、模擬新工藝并訓練AI模型，且不影響實際生產運營。數(shù)字孿生技術能夠大幅降低試錯成本，提高生產系統(tǒng)的可靠性和效率。

3 應用場景與實踐案例

人工智能技術在制造業(yè)的應用場景廣泛，從研發(fā)設計到生產制造，從質量管理到供應鏈優(yōu)化，人工智能正在重塑制造業(yè)的方方面面。根據(jù)物聯(lián)網分析公司（IoT Analytics）的研究，2024年全球工業(yè)人工智能市場規(guī)模達到436億美元，預計到2030年將以23%的復合年增長率增長，規(guī)模達到1539億美元。

表：人工智能在制造業(yè)主要應用場景及效果

3.1 研發(fā)設計場景

在產品研發(fā)設計階段，人工智能技術正帶來革命性變化。生成式設計工具可以通過模型驅動設計范式突破傳統(tǒng)工程路徑限制，在滿足工業(yè)參數(shù)與約束條件下，快速生成多模態(tài)產品結構方案。在驗證測試場景中，通過數(shù)字孿生技術構建的數(shù)字樣機，結合AI技術的機器學習能力，企業(yè)可在虛擬環(huán)境中對制造產品性能進行模擬和測試，快速定位潛在問題，降低中試成本。

以上海某新能源汽車企業(yè)為例，通過引入人工智能設計平臺，將新車型研發(fā)周期從傳統(tǒng)的24個月縮短至12個月，設計成本降低40%，大幅提高了市場響應速度。

3.2 生產制造優(yōu)化

在生產制造環(huán)節(jié)，人工智能技術通過優(yōu)化流程、提升自動化水平和實現(xiàn)柔性生產，顯著提高了制造效率和質量。工信部數(shù)據(jù)顯示，我國已建成3.5萬余家基礎級、7000余家先進級、230余家卓越級智慧工廠。

河南睢縣的一家制鞋企業(yè)展示了人工智能在生產中的應用價值。過去裁剪靠人工，誤差大，毛邊缺口多。如今的智慧沖裁設備誤差小于0.5毫米，面料紋路完美對齊。光是這一步，每天就能節(jié)省10平方米面料。過去，縫合鞋面需近30名工人。如今，智慧化產線讓工人減少一半，電腦針車速度提升到原來的3倍。

3.3 質量檢測與管控

在質量檢測領域，人工智能技術尤其是機器視覺表現(xiàn)出色。根據(jù)IoT Analytics的報告，在48個工業(yè)人工智能應用場景中，自動化光學檢測成為最主要的場景，占比約11%。中國臺灣電子制造企業(yè)和碩（Pegatron）借助英偉達的Omniverse Replicator、Isaac Sim和Metropolis平臺，開發(fā)了自有自動化光學檢測工具PEGA AI。該工具將缺陷檢測準確率提升至99.8%，檢測吞吐量提高了3倍。

在半導體制造領域，人工智能應用顯著縮短了研發(fā)周期、降低了不良率。這些質量提升不僅減少了售后服務成本，更增強了品牌聲譽和市場競爭力。

3.4 供應鏈管理

人工智能技術在供應鏈管理中的應用，使企業(yè)能夠更好地應對市場變化和供應鏈風險。AI技術基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的決策支持系統(tǒng)，通過構建供應商能力評估指標體系（可涵蓋交付準時率、質量合格率、成本彈性系數(shù)等多項關鍵指標），實現(xiàn)供應商動態(tài)分級管理，幫助企業(yè)選擇和匹配表現(xiàn)更佳的供應商。

一家餐飲供應鏈企業(yè)通過大模型分析歷史訂單，使庫存周轉天數(shù)縮短20%。這種供應鏈優(yōu)化不僅降低了庫存成本，還提高了客戶滿意度，實現(xiàn)了供應鏈的精細化管理。

3.5 預測性維護與運維服務

在設備維護領域，預測性維護人工智能工具展現(xiàn)出巨大價值。法國汽車制造商雷諾集團通過部署預測性維護人工智能工具，單年就在能源與維護成本上節(jié)約了2.7億歐元。這種維護方式變被動為主動，避免了意外停機帶來的生產損失和高額維修費用。

在山東一家有40年歷史的紡織廠，過去紗線斷點靠人工對接，質量檢測靠肉眼。如今，光電探測自動識別問題紗線，智能化捻接器精準掐斷，半秒無縫對接。過去，980錠的細紗機停機換錠要二十多人。現(xiàn)在，智能設備可"不停機更換"。全自動生產線雖然初期投入高，但產品質量明顯提升，企業(yè)實現(xiàn)扭虧為盈。

4 面臨的挑戰(zhàn)與對策

盡管人工智能在制造業(yè)中應用前景廣闊，但在實施過程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。需要政府、企業(yè)和社會各方協(xié)同努力，才能推動人工智能與制造業(yè)的深度融合。

4.1 技術門檻與適配性問題

人工智能技術與產業(yè)場景的適配度較低是當前面臨的主要挑戰(zhàn)。近年來，通用大模型發(fā)展迅速，但行業(yè)大模型的研發(fā)相對滯后，傳統(tǒng)產業(yè)細分領域的工藝知識和數(shù)據(jù)特征比較難融入模型訓練。同時，小模型部署成本高，中小企業(yè)受到資金和技術的限制，難以針對特定工序開發(fā)輕量模型。

為應對這一挑戰(zhàn)，應加速行業(yè)大模型研發(fā)，構建通用與行業(yè)小模型的協(xié)同發(fā)展架構，設立中央財政專項基金，鼓勵龍頭企業(yè)與科研機構合作開發(fā)細分行業(yè)的專用大模型，盡快實現(xiàn)對傳統(tǒng)產業(yè)關鍵領域的模型全覆蓋。推廣AIaaS（人工智能即服務）模式，降低中小企業(yè)應用人工智能的門檻。

4.2 投資回報不確定性與成本壓力

人工智能項目實施需要大量前期投入，包括硬件采購、軟件開發(fā)和人才引進等，這對許多企業(yè)尤其是中小企業(yè)構成了較大壓力。媒體報道稱企業(yè)人工智能試點項目失敗率高達95%，這進一步增加了企業(yè)對投資人工智能的顧慮。

應對這一挑戰(zhàn)，需要設立“人工智能+”改造專項基金，資助中小企業(yè)設備更新和模型部署。推廣政府、企業(yè)和銀行三方合作模式，對中小企業(yè)推行"人工智能+"提供低利率貸款并給予利息補貼。同時，建設區(qū)域性"人工智能+"服務平臺，提供免費技術咨詢和測試驗證服務。

4.3 人才短缺與技能差距

人工智能與制造業(yè)融合需要大量既懂制造工藝又懂人工智能技術的復合型人才。從高校人才培養(yǎng)體系來看，人工智能與傳統(tǒng)專業(yè)交叉融合還不夠深入，具備跨領域素養(yǎng)與實踐能力的人才依然缺乏。傳統(tǒng)產業(yè)中部分員工對人工智能技術的熟悉度不夠，增加了適應智能化設備與管理系統(tǒng)操作和維護的難度。

針對人才短缺問題，高校應優(yōu)化“人工智能+傳統(tǒng)產業(yè)”的交叉學科設置，相關專業(yè)增設人工智能課程包，提高復合型人才培養(yǎng)的數(shù)量與質量。開展數(shù)字技能提升行動，確保傳統(tǒng)產業(yè)中的規(guī)模以上企業(yè)工人數(shù)字技能全覆蓋。通過政策創(chuàng)新，吸引全球"AI+制造"領域高端人才來華創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

4.4 數(shù)據(jù)安全與隱私保護

隨著人工智能在制造業(yè)中的深入應用，數(shù)據(jù)安全和隱私保護問題日益凸顯。傳統(tǒng)產業(yè)數(shù)據(jù)分散在設備和系統(tǒng)中，標準和格式不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)安全與共享矛盾較為突出，跨企業(yè)數(shù)據(jù)流通的制度保障機制略顯不足，企業(yè)“不愿共享、不敢共享”的困局尚未有效打破。

為應對這一挑戰(zhàn)，需要明確數(shù)據(jù)資源持有權、數(shù)據(jù)加工使用權、數(shù)據(jù)產品經營權，出臺傳統(tǒng)產業(yè)數(shù)據(jù)分類分級標準。在關鍵領域建設國家級傳統(tǒng)產業(yè)數(shù)據(jù)中心，開放設備參數(shù)、工藝標準等公共數(shù)據(jù)資源。同時，加快制定傳統(tǒng)產業(yè)人工智能應用技術標準，建立智能裝備、數(shù)據(jù)安全等國家標準體系。

5 未來發(fā)展趨勢

人工智能在制造業(yè)中的應用正在不斷深化和擴展，未來幾年將呈現(xiàn)以下幾個重要發(fā)展趨勢：

5.1 工業(yè)智能體的興起

未來，工業(yè)智能體（Industrial AI Agents）將成為智能制造的重要發(fā)展方向。這些智能體能夠自主感知環(huán)境、做出決策并執(zhí)行任務，實現(xiàn)更高水平的自動化。豐田公司提出的"智能工廠"愿景的核心是讓人工智能“賦能人類”：通過讓工人自主開發(fā)機器學習模型、捕捉工程師的設計經驗、實時預警問題等方式，延伸并保留人類專業(yè)知識，保障工人安全并提高生產效率。

5.2 AI與綠色制造的深度融合

人工智能將成為推動制造業(yè)綠色轉型的重要力量。通過優(yōu)化生產工藝、降低能耗和減少廢棄物，AI技術能夠幫助制造業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標。研究顯示，人工智能應用能夠降低能耗15%-20%，減少碳排放20%以上。未來，隨著碳足跡監(jiān)管的加強，AI驅動的綠色制造技術將成為企業(yè)的核心競爭力之一。

5.3 中小型企業(yè)AI應用的普及

目前，人工智能應用主要集中在大型企業(yè)，但隨著技術成熟和成本下降，中小型企業(yè)將越來越多地受益于人工智能技術。“小快輕準”解決方案將幫助中小型企業(yè)以較低成本實現(xiàn)數(shù)字化轉型。政府也將加大對中小型企業(yè)人工智能應用的支持力度，通過建設區(qū)域性“人工智能+”服務平臺，提供免費技術咨詢和測試驗證服務。

5.4 全球協(xié)作與標準共建

人工智能在制造業(yè)中的應用將越來越需要全球協(xié)作和標準統(tǒng)一。目前，我國已牽頭制定多項智能制造國際標準，并與德國、日本等制造業(yè)強國建立了合作機制。未來，隨著人工智能技術的進一步發(fā)展，全球制造業(yè)將形成更加緊密的協(xié)作網絡，共同推動智能制造技術的創(chuàng)新和應用。

6 結論

人工智能與制造業(yè)的深度融合正在重塑全球制造業(yè)格局，推動制造業(yè)向智能化、柔性化和綠色化方向轉型。通過機器學習、工業(yè)大模型、數(shù)字孿生等關鍵技術，人工智能在質量檢測、預測性維護、智能排產等制造業(yè)核心場景中展現(xiàn)出顯著價值，能夠提高生產效率、降低成本和提升產品質量。

然而，人工智能與制造業(yè)的深度融合仍面臨技術適配、數(shù)據(jù)治理、人才短缺等多重挑戰(zhàn)。需要政府、企業(yè)和社會各方協(xié)同努力，從技術創(chuàng)新、資源整合和政策優(yōu)化三個維度構建協(xié)同賦能體系，推動人工智能技術與制造業(yè)深度融合。

未來，隨著工業(yè)智能體、AI與綠色制造融合等趨勢的發(fā)展，人工智能將進一步推動制造業(yè)的轉型升級。中小型企業(yè)將越來越多地受益于人工智能技術，全球制造業(yè)將形成更加緊密的協(xié)作網絡，共同推動智能制造技術的創(chuàng)新和應用。

人工智能與制造業(yè)的深度融合是一場深刻的技術革命和產業(yè)變革，將重塑制造業(yè)的生態(tài)體系和價值分配。只有積極擁抱這一變革，加強技術研發(fā)和人才培養(yǎng)，完善政策體系和標準規(guī)范，才能在這場變革中搶占先機，推動制造業(yè)高質量發(fā)展，實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標。