智能工厂的兴起：人工智能和物联网如何改变制造业运营

探索制造运营如何从基础自动化发展到智能自学系统，并最终打造成熟的智能工厂。

制造业正在经历一场深刻的变革——从传统的自动化向智能、自适应的信息物理系统转型。智能工厂的概念体现了这种转变，机器、传感器和系统能够自主通信和学习。

根据 James 等人（2025 年）的研究，智能工厂整合了人工智能、物联网和先进的控制系统，创造了一个自我感知的生产环境。这些环境通过学习实时数据不断优化运营，远远超越了静态自动化。

人工智能如何帮助工厂做出更快、更好的决策

智能工厂制造中的人工智能可用于：

  • 实时分析以指导生产线决策
  • 使用机器学习进行质量预测
  • 基于需求的自动调度和重新调度
Islam 等人（2025 年）描述了人工智能模型如何与数字供应网络集成，使工厂能够预测需求高峰、管理瓶颈并在无需人工干预的情况下进行调整。

《应用能源》杂志最近的一项研究也强调了人工智能在优化智能工厂能源管理、降低排放和成本方面的作用。

互联的机器和传感器提高了工厂车间的效率

工业物联网 (IIoT) 构成了智能工厂的数字神经系统。通过在每项资产上嵌入传感器，工厂可以：

  • 实时监控机器健康状况
  • 收集精细的生产指标
  • 实现自我调节和设备间通信
Gheorghita 和 Abaza (2025) 展示了车削工序中互联的数控机床如何通过持续的传感器反馈回路提高产量并减少 30% 以上的浪费。

使用数字孪生和预测性维护减少停机时间和成本

数字孪生——物理系统的虚拟副本——使制造商能够：

  • 模拟不同条件下的性能
  • 在故障发生前预测故障点
  • 实施数据驱动的预防性维护
Rajkolhe 和 Bhagwat (2024) 的研究发现，使用数字孪生和基于人工智能的预测性维护的工厂，计划外停机时间减少了高达 40%。

这些虚拟系统越来越多地与人工智能驱动的控制回路联系在一起，使工厂能够主动调整运营。

智能技术支持并提升工厂工人的作用

与人们对工作被取代的担忧相反，智能工厂技术正在通过多种方式提升人类的角色：

  • 人工智能系统帮助技术人员更快地诊断故障
  • 增强现实 (AR) 工具支持培训和装配
  • 协作机器人 (cobot) 减轻身体压力
多项研究强调了以人为本的工业 5.0 原则，即智能界面赋予工人权力，而不是取代工人。

网络安全对于保护智能工厂至关重要

随着智能工厂数据越来越丰富、互联程度越来越高，网络威胁也日益成为关键问题。一旦发生安全漏洞，可能会导致运营瘫痪或数据被盗。

Mitra 等人开展的一项研究探索了用于工业物联网 (IIoT) 的人工智能增强型入侵检测系统，该系统能够在恶意访问之前识别异常。他们的研究强调：

  • 多层防御
  • 人工智能驱动的威胁建模
  • 安全的边缘计算
  • 网络韧性如今已成为任何智能制造实施的基本要求