從三體智能革命談智能制造

2018年11月9日，第31屆中國機床工具行業(yè)發(fā)展論壇暨2019年運營形勢研討會在江蘇太倉召開，研討會上智能研究院研究員、中航工業(yè)集團信息技術中心首席顧問寧振波作了題為“智能制造——從三體智能革命說起”的演講。

以下為演講的內容摘錄，供大家學習交流：

非常感謝。我們講到智能制造一定要思考一個問題，世間萬物只有人有智能，我們就拿人與智能工廠做比對。我們思考，一個人的視覺再發(fā)達，他的大腦薄弱，這個人有智能嗎？答案顯然是否定的。

我們再思考，一個智能工廠按照管理學理論分為決策層、管理層和執(zhí)行層。智能工廠的智能體現在什么地方呢？我個人認為體現在正確的決策管理下建立了自主研發(fā)體系。

執(zhí)行層是什么呢？我們的執(zhí)行層用了再多的機器人，再多的數字化設備，再多的數控設備，包括自動化的物料配送，它仍然是自動化的概念，不是智能的概念。

2017年廣東有一個報告，我主筆寫的，什么報告呢？就是廣東的經濟續(xù)虛向實轉程規(guī)劃。我想告訴大家的是，截止2017年底，廣東省經信委提供的數據，廣東省的所有企業(yè)里面90%以上沒有研發(fā)能力，所以說，慘了吧。

一個智能工廠體現在哪呢？智能制造的核心是制造。制造做不好，通過大量的軟件、大量的機器人就能實現智能了嗎？不能。沒有決策，沒有管理(就沒有智能)。

第二點，我們關于德國工業(yè)4.0曾經打了五年的報告，13年4月份就講了工業(yè)的1.0、2.0、3.0、4.0?，F在我們反觀這個四步，我不知道大家思考沒有，這個四步哪一次工業(yè)革命不是幾十年甚至上百年的歷史？

如果按全球共同的說法，2013年漢諾威博覽會德國推出工業(yè)4.0算是第四次工業(yè)革命開始的話，我們現在才剛剛過了4點。工業(yè)4.0是以智能制造為標志的話，我想告訴大家，全球沒有智能工廠，中國的智能工廠全是假的。

我再講一個數據，工業(yè)4.0有一個評價標準，這個標準是德國科學工程院以及一些大學共同建立的。前些年初，評價了德國紐倫堡西門子小鎮(zhèn)工廠，生產PRC可編址模擬器，4.0是滿分的話，紐倫堡的西門子工廠得分是3.5分；接著又評價了德國博世公司，博世很厲害，沒有博世就沒有德國的汽車工業(yè)，它的得分3.4分；請了同樣的團隊、同樣的評價標準評價了中國的華為，得分是2.7分。前年，新華社記者隨團訪問了紐倫堡，訪問了工廠老板，問他：你們現在3.5了，什么時候能達到4.0滿分呢？(老板)考慮了很長時間回答記者，十五到二十年以后。

所以，2014年我在上海交通大學一個會議上提出，我們現在消化工業(yè)4.0，遠遠沒有到消費工業(yè)4.0。

工信部有一個項目，叫智能船舶項目，這個船舶是重大項目，針對民用船舶的。在大連船廠召開專家工作會，一天的智能船舶發(fā)展路線研討會。我只想說這個研討會的最后的總結：如果把智能制造比喻成一場馬拉松比賽的話，中國智能制造作為一名運動員，我們正在熱身尚未上場。

我去年參加了一個重要的會議，會議上國資委的領導人講：“實體制造業(yè)是中國經濟的壓艙石”。是的，盡管我們的國產機床、飛機制造等都有所落后，但這些事情哪一樣簡單呢？簡單的事情都被別人干完了，我們干的事全是難干的事，需要我們花幾十年甚至幾代人的努力才有可能成功。所以我非常反感把智能制造娛樂化，智能制造不是唱歌、寫書法就能出來的。

在說完這些以后我們來思考一下，未來的產品生產模式是怎樣的？未來的生產方式是單件大批量、多件小批量和單件定制并存。最難解決的是單件定制，單件定制問題解決了，多件小批量和單件大批量都容易了。

以前就有單件定制，比如說英國的勞斯萊斯汽車，它是為英國皇家成員個性化定制的。因為每輛外形不一樣，裝飾不一樣，配置不一樣，所以成本極高。對汽車而言，生產不同的汽車，要用采用不同的模具，僅僅模具就價值上千萬，因此過去的個性化定制成本奇高。

于是人們思考，能不能用軟件的方式來控制數據的自動流動，解決復雜產品的不確定性，這不就是智能制造嗎？但是，軟件定義談何容易？從產品的設計開始，產品設計、產品仿真、工藝設計、工藝仿真、生產過程的全數據化、交付之后的維護維修全都要靠軟件。調整軟件，產品就變了。因此，智能制造是一個非常難的事情。

我們再來看，我們作為用戶方、需求側，未來15年后的先進制造業(yè)是什么？我個人認為十五年后的先進制造業(yè)一定是時空人機一體化。就是生產方式隨時、隨地、不隨人。隨時，就什么時間都可以造，隨地就是，不論是在月球上、火星上，還是水面的艦艇、水下的潛艇上，都能夠隨時制造。當然，不隨人就是不隨個人的技術水平高低影響到產品的質量好壞。所以，基礎就是人、機、物的互聯。

“人”的互聯互通我們已經很清楚了，“機”就是指工業(yè)互聯網。但是很多人理解錯了，工業(yè)互聯網姓工，不姓網。工業(yè)要的是什么？產品、流程，最難的是前端。因此，大家要正確認識，工業(yè)互聯網的要素是生產要素，而不是消費要素。

比如說三一重工是“工”，它生產的挖掘機和工程設備就是生產要素，它就可以納入工業(yè)互聯網的范疇。比如國內的汽車公司生產的汽車就屬于物聯網的范疇，它是消費要素。如果汽車也算工業(yè)互聯網的話，那么華為、中興、小米的手機設備算不算工業(yè)互聯網呢？不算，它是消費要素，不是生產要素。

物聯網最近很熱，但是大家要正確認識。京東的物聯網做的非常好，他們還試圖進入制造業(yè)，但是他們的物流是我們企業(yè)的外部外流，外部物流除了食品發(fā)生霉變過期形態(tài)改變，物料的形態(tài)幾乎不變。但是在企業(yè)的內部就麻煩了，車、銑、刨、磨，物料的形態(tài)時時刻刻在變，所以，物聯網能做企業(yè)的內部物流嗎？做不了。因此，制造業(yè)企業(yè)的內部物流一定是工業(yè)互聯網，不是物聯網。

九月份，我們出了一本書《智能制造術語解讀》，其中講到了CPS。CPS很重要，為什么？因為德國工業(yè)4.0的第一戰(zhàn)略要點建立一個CPS系統，就是虛實、精確預測，如果大家關心CPS的話，可以去網上下載CPS的白皮書，里面有詳實的解讀，其中最重要就是賽博，賽博是個控制機制。

前幾年，南京召開了第一屆世界智能制造大會，AMSE美國機械工程學會的主席、德國工業(yè)4.0之父等人都在在報告中都提到了便宜的傳感器。便宜的傳感器可以被大規(guī)模使用，智能制造從感知開始，要感知數據，不能像中國五千年的文明史里的“好像、大概、差不多”，這是不行的，一定要數據化。傳感器的數據通過網絡來傳遞到后臺，有了這些真實的數據，我們才可以在人的支撐下實現智能化，沒有人的支撐智能還是一片空白。

實際上，CPS的核心是設備和物料的互聯網，我們現在全球的上網人數40億，預測2020年，全球的設備聯網數400億。我們反復說，虛實卻缺一不可，虛就是賽博，實就是PHYSICAL.

大家思考一下，中國的道家文化是“道生一、一生二、二生三、三生萬物”，一個復雜系統必然有三個復雜要素才能構成。歐美認為賽博加PHYSICAL構成一個復雜系統，這在中國不行，兩個要素怎么構成一個復雜系統呢？于是我們思考賽博是怎么來的？它是人創(chuàng)造的。

人創(chuàng)造了電腦，創(chuàng)造了算法和方法。人可以把自己的知識經驗甚至成熟工人的技能轉變?yōu)檐浖湍Ｐ?，人可以將物理實體建模成數字虛體。數字虛體有兩個作用，第一個作用是嵌入式系統，比如工程機械開工的情況就反映了我們經濟發(fā)展的晴雨表。如果我是挖掘機司機，計時工資，我每天上班把挖掘機打開，下班一算八個小時滿了，但是挖掘機是否有負載、是否干過活了其他人并不知道，所以就要加裝傳感器，但是傳感器不要一下子裝一百個、一千個。第一，數據的正確性，裝一個就要保證準確性；第二，在此基礎上根據需求追求采集數據的完整性，不展開了。

這么一來，嵌入式系統帶來一個重要概念，生產型企業(yè)轉型為生產服務型企業(yè)核心是產品的智能化。另外一個系統就是我們平常設計產品用的CPC等軟件，可以把物理模型建成數字虛體。不展開了。

數字化難在哪呢？建模。建模并不簡單。1970年，波音777設計的時候用了800種軟件，2005年，波音787設計的時候用了8000種，現在已經超過了9000種。為什么數字化模型那么重要？當你把一個產品變成軟件和模型了，意味著任何電腦之間構建了一座金橋。電腦可以代替你完成你的工作。當電腦干的多了，人干的少了，我們就走向智能了。

我們來看，復雜的產品有多復雜。傳統的制造業(yè)，機、電、光、流體、熱、核這些系統構成一個龐大的復雜產品，所以不僅僅是機械結構要建模，其他系統也要建模。因此就出現了軟件工程，軟件工程把各專業(yè)知識結合起來，就變成了工業(yè)軟件。智能制造難點在建模，焦點在仿真，大規(guī)模工業(yè)軟件的應用才是走向智能的基礎。

智能制造的起源是從波音777開始的。波音777用了八臺大型IBM計算機，用了3200套工作站用于搞三維的零件設計和裝配設計，用了2萬臺計算機、PC機、800個相互不關聯的軟件，形成了14個相互不關聯的物料表。由于設計效率提升，波音777就成了波音歷史上最掙錢的飛機。當然，大量的軟件使用帶來了天量的數據。

過去，我們設計、制造、實驗是串行的，現在我們是在賽博空間中完成整個產品的設計、工藝、制造和實驗，有問題可以就改模型。過去，手工；現在，數字化；未來，智能化。當然，我們還可以把它映射到虛擬實驗中，過去是每天必實驗，今后的實驗是驗證性的實驗。因為有了精準的模型，可以大量進行驗證性的實驗，肯定大幅減少問題的出現。

小結一下，智能制造的本質：軟件化的工業(yè)技術、軟件定義生產體系、生產關系優(yōu)化重構?，F在，軟件定義變了，傳統的思維方式全被推翻了，因此(智能制造)非常難。當然，為了推動智能制造的發(fā)展，中國各方面都在助力制造業(yè)，幫助制造業(yè)轉型升級。我們過去的工業(yè)是落后的，現在我們有機會跟外國人在同一條起跑線上，因此，希望與在座的各位努力奮斗，助力我們的制造業(yè)走向世界。