一起走近智能制造

　　智能制造，隨著工業(yè)4.0、中國制造2025、工業(yè)價值鏈等國家戰(zhàn)略而名聲大振。是中國制造2025的主攻方向。然而，各方對其的理解差異性很大。
　　智能，本質是一切生命系統(tǒng)對自然規(guī)律的感應、認知與運用，由此而優(yōu)化資源的配置。人的智能是各種智能的最高代表。這是人類一種深刻的本質。而各種人造系統(tǒng)（如機器、設備）中凡是具有模仿、拓展甚至超越人類部分智能的能力，都可以稱之為智能系統(tǒng)。諸如智能生產(chǎn)、智能設備、智能產(chǎn)品、智能材料、智能硬件等“智能XX”，都屬于智能系統(tǒng)中的一個子集。

　　智能制造不同于人工智能

　　智能制造的歷史，最早源于機器與人的關系。早期機器的功能表現(xiàn)不能遂人愿，人很難掌控機器的全部狀態(tài)情況。而在機器不智能的時代，只能靠人的智能來彌補，以“人在回路”的方式來解決。
　　早期的“智能制造”是上個世紀90年所形成的“智能制造系統(tǒng)（IMS）”的概念，是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，更簡單地被稱為“專家系統(tǒng)”。這是1980年代末信息領域人工智能（AI）二度興起時的產(chǎn)物。
　　這個定義是基于純AI的，從當時工業(yè)界的角度來看，與制造業(yè)沒有太多的結合點。在那個時候AI界人士所期待的“智能”，是由“智能體（Agent）”（也譯作“智能代理”）來實現(xiàn)的，而智能體的定義，在AI界也一直未能統(tǒng)一。除了名詞上的高度類似，實際上，上個世紀90年代的“智能制造系統(tǒng)”的內涵，與今天“智能制造”的內涵，無論在智能的含義、制造的范疇、資源的集成與分享、數(shù)據(jù)的體量上，都有著明顯的區(qū)別。
　　例如當下普遍談及的“智能”，可以界定為是工業(yè)智能、人工智能以及其他種類的智能的總和，具有普適意義?；谟嬎銠C信息科學產(chǎn)生的人工智能，并不能代表基于工業(yè)技術產(chǎn)生的工業(yè)智能，也不能代表工業(yè)與信息化跨界融合所產(chǎn)生的CPS智能（smart，宜譯作“智巧”）。過去真正在工業(yè)界得到廣泛應用并且百年以來一直在支撐工業(yè)發(fā)展的，是基于科學效應而形成的工業(yè)智能。而今天伴隨工業(yè)4.0興起的CPS智能，將是今后10年工業(yè)智能化的主流智能技術。
　　因此智能制造，其智能含義與早期的人工智能，有一定聯(lián)系，但也有明顯的界限，不能簡單交叉或者等同。人工智能進入制造業(yè)成為主流的智能技術，形成新一代范式的智能制造，還需要較長的時日。

　　智能系統(tǒng)的“二十字箴言”

　　智能制造，離不開對各式各樣的智能系統(tǒng)的構建，從智能產(chǎn)品到智能產(chǎn)線，從智能物流到智能服務，從智能組織到智能企業(yè)。
　　類比于人腦的認知能力和決策過程，智能系統(tǒng)具備五個明顯的步驟：狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行和學習提升。中航工業(yè)集團寧振波等專家群體總結了五大特征前16個字，英諾維盛公司趙敏補充了后4個字，從而形成了一個完整的智能閉環(huán)。該智能閉環(huán)可以作為識別智能系統(tǒng)特征的“二十字箴言”。

圖| 智能系統(tǒng)的五大特征

　　智能制造“20字箴言”最大限度地跨界統(tǒng)合了所有的智能系統(tǒng)，也清晰地劃出了一個較大的范疇，那就是，智能不僅僅是來源于信息領域的人工智能，也包括了來源于工業(yè)領域的工業(yè)智能和其它類型的智能。
　　在“20字箴言”中，除了“狀態(tài)感知”和“精確執(zhí)行”之外，其他步驟都需要有計算功能介入。顯然，這都需要計算內核，需要成熟的賽博技術來實現(xiàn)。因此，讓智能制造落地的一種核心技術，是“CPS（賽博物理系統(tǒng)）”。
　　實現(xiàn)CPS的基本邏輯是，把知識和算法嵌入軟件，把軟件嵌入硬件，把硬件嵌入物理系統(tǒng)，由此而組成形式多樣但邏輯一致的CPS系統(tǒng)。智能具有豐富的內涵和多途徑的實現(xiàn)方式，而CPS則是把人的經(jīng)過檢驗的知識、算法和規(guī)則等，以數(shù)字化知識的形式應用在制造領域中的一種重要的技術使能體系。

　　智能制造的核心要素

　　毫無疑問，數(shù)字化是智能制造的基礎。沒有數(shù)字化，就沒有基于賽博的恒定智能系統(tǒng)和具有學習能力的開放智能系統(tǒng)。沒有各種數(shù)字化的基礎設施的配套，CPS中的數(shù)字世界是無法正常發(fā)揮其智能“使能”的作用的。
　　所謂數(shù)字設備，是各種數(shù)字化軟件、硬件、網(wǎng)絡等設備的統(tǒng)稱。在工業(yè)界對數(shù)字化的較大范圍的應用，起始于早期的計算機輔助設計CAD和制造CAM等。數(shù)字化為產(chǎn)品定義與修改提供了強大的研發(fā)手段，例如，波音公司用4年半打造的波音777比花費了24年建造的波音747要好很多，數(shù)字化研發(fā)手段是關鍵設施，數(shù)字孿生是必經(jīng)階段。
　　數(shù)字化一切可以數(shù)字化的事物。無論是研發(fā)手段的數(shù)字化，服務模式的數(shù)字化，還是產(chǎn)品本身的數(shù)字化。
　　與此幾乎同時登場的是網(wǎng)絡化：網(wǎng)聯(lián)一切可以聯(lián)接的事物。數(shù)字化和網(wǎng)絡化相互輝映，實現(xiàn)網(wǎng)絡的泛在，打造了一個良好的數(shù)字化基礎設施架構。下一步順理成章的是，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自由、暢通、有序的流動。
　　然而，智能制造仍然需要更加復雜的因素來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的解放和流動。
　　這就是智能制造的第三個特征：按需供給的泛在知識。數(shù)據(jù)是知識的載體，但是并不是所有的數(shù)據(jù)都具備知識的價值。只有借助軟件中的知識，才能實現(xiàn)數(shù)字世界的重新組合。而且在未來，除了人產(chǎn)生知識之外，賽博空間中的智能系統(tǒng)也可以自動產(chǎn)生知識，大數(shù)據(jù)分析也可以產(chǎn)生知識，這就是麥肯錫公司定義的知識工作自動化的未來場景，也即《三體智能革命》中描述的“大知識”時代。知識無處不在，隨時指導人在合適的時間、恰當?shù)牡攸c，以正確的方式來做正確的事情，讓所有的物理實體都精確可控。泛在的知識如同水、燃氣和電一樣，將成為維持智能社會運行的基本要素之一。

　　智能制造重塑生產(chǎn)關系

　　在數(shù)字化、網(wǎng)絡化、知識化實現(xiàn)之后，自組織化將對傳統(tǒng)的企業(yè)形式帶來深刻而持久的、不可逆轉的沖擊，打破工業(yè)革命以來近三百年不變的企業(yè)邊界和組織形式。生產(chǎn)關系的變革將引發(fā)工業(yè)領域的新工業(yè)革命。
　　自組織化背后的支撐邏輯是“社交化”和“圈子”。而其核心是由于移動互聯(lián)的社交網(wǎng)絡，使得人與人之間的關系正在數(shù)字化，而非模擬化。正如消失了的電話黃頁，人與人的關系正在用各種賬號進行連接。人與人的交互，已經(jīng)事實上變成了數(shù)字ID和數(shù)字ID的交互。這就是人際關系的數(shù)字化特征。這意味著，人們接觸這個世界的渠道，已經(jīng)從一個以實體和物質為基礎的視角，轉變成以數(shù)字信息和知識為基礎的視角。
　　人們在交換知識的過程中，就產(chǎn)生了大量的碎片化的知識和碎片化的思想交換，其中經(jīng)常會觸發(fā)一些在封閉環(huán)境中無法產(chǎn)生的真知灼見與創(chuàng)新知識。對于中國制造而言，這是一股推動智能制造發(fā)展的重要知識源泉。而這種全新源泉的潛力尚處于爆發(fā)的前夜。未來這些知識遷移到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP是遲早的事情。

　　很多未來的工作模式今天已經(jīng)可以預見：如人們可以自由分散工作，徹底改變了工廠的管理模式乃至城市社區(qū)的管理模式；機器儀器等設備的所有權和使用權可以完全分離，以加工能力或測量能力的方式對外開放，人們可以購買機器時，開放使用；人們可以根據(jù)自己的興趣愛好加入線上/線下的圈子，以自組織的形式工作，在美國，現(xiàn)在大約34%的工作者是自由職業(yè)者，總數(shù)達5300萬人。他們已經(jīng)不屬于任何企業(yè)，只屬于自己感興趣的若干職業(yè)“圈子”。

　　智能制造帶來的深刻變化

　　智能制造需要解決兩大不確定性問題：一是要充分滿足客戶日益增長的充滿不確定性的個性化需求；二是產(chǎn)品本身的復雜性，如企業(yè)內部管理、外部供應鏈協(xié)同，生產(chǎn)過程、使用過程充滿了高度不確定性。
　　而數(shù)字化、網(wǎng)絡化、知識化和自組織化，作為智能制造的重要內核，將促使制造業(yè)實現(xiàn)深刻的變化：
　　☆ 數(shù)字化提高了產(chǎn)品或機器在功能上的柔性；
　　☆ 網(wǎng)絡化瓦解了時間和空間上的限制，同時所帶來的信息對稱消滅了多數(shù)中間環(huán)節(jié)；
　　☆ 知識化使得工業(yè)技術體系得以從人延展到機器，讓設備與人類知識在數(shù)字世界中達到完美統(tǒng)一；
　　☆ 而自組織化則打破了原有的僵化的企業(yè)邊界，大幅度削平了知識的高墻壁壘，降低了知識的遷移難度，從而為靈活的組織和群體智慧提供了全新的管理支撐。
　　這一切最終指向了智能化，用盡可能多的數(shù)據(jù)流動與盡可能少的成本物耗來滿足個性化定制的需求，從而奠定智能制造的輝煌之果。

　　小結

　　掌握以下幾個知識點，即可知智能制造的基本要義：

　　智能機理：狀態(tài)感知-實時分析-自主決策-精準執(zhí)行-學習提升
　　操作對象：數(shù)據(jù)（信息與知識的數(shù)字化載體）
　　使能：軟件中的算法、規(guī)則與知識，形成“軟件定義”
　　本質：數(shù)據(jù)自動流動，并因自動流動而形成知識泛在
　　目的：消除復雜系統(tǒng)的不確定性
　　約束：給定時空下的工作場景
　　價值：優(yōu)化配置制造資源，價值最大化