智能系統(tǒng)的定義與識別：人造智能與人工智能資料下載

構(gòu)建智能系統(tǒng)，尤其是數(shù)量巨大的初級智能系統(tǒng)，并非首先用到人工智能，而是首先用到由長期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的工業(yè)智能和其它智能技術(shù)。 1 智能系統(tǒng)的定義與識別 實現(xiàn)智能制造，需要構(gòu)建和識別各式各樣的智能系統(tǒng)。符合以下特征的任何一個級別的人造系統(tǒng)，可以認為是智能系統(tǒng)。 類比于人腦的認知能力，《三體智能革命》作者們對人造系統(tǒng)的智能特征做了提取，將智能系統(tǒng)分成三類： 初級智能系統(tǒng)具備三個基本特征：狀態(tài)感知、自主決策、即刻執(zhí)行，即前面提到的有感知，自決策，善動作。其決策依據(jù)通常依靠科學效應來實現(xiàn)(例如利用光敏傳感器自動開啟和調(diào)光的智能路燈，數(shù)控車床防撞刀裝置等)，由工業(yè)智能實現(xiàn)，無需嵌入計算系統(tǒng); 恒定智能系統(tǒng)具備四個基本特征：狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行。這類系統(tǒng)效率極高，自主工作，但是智能水平在構(gòu)建時預先設(shè)定，難以改動(例如具有感知衣料特性并自動決定洗衣策略的智能洗衣機)。這樣的系統(tǒng)必須嵌入計算內(nèi)核，嵌入軟件和知識，以工業(yè)智能為主，在自主決策環(huán)節(jié)引入少量人工智能； 開放智能系統(tǒng)具備五個基本特征：狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行、學習提升。具備這五個特征的人造系統(tǒng)是高度智能、有一定認知能力的系統(tǒng)，具備了自我改善、學習提升的持續(xù)發(fā)展能力(例如具有深度學習能力、可借助網(wǎng)絡(luò)共享知識，并自主更新和優(yōu)化程序的智能機器人)。這樣的系統(tǒng)具備強大的計算能力，需要使用人工智能技術(shù)或認知計算技術(shù)，可以實現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的分析與處理，能不斷應用、積累和創(chuàng)造知識。 由此可知，構(gòu)建智能系統(tǒng)，尤其是數(shù)量巨大的初級智能系統(tǒng)，并非首先用到人工智能，而是首先用到由長期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的工業(yè)智能和其它智能技術(shù)。 2 工業(yè)智能 工業(yè)智能主要是依靠豐富的科學效應在工程技術(shù)領(lǐng)域的應用來實現(xiàn)的。 2.1 科學效應與工程技術(shù) 科學效應是幾何效應、物理效應、化學效應、生物效應的統(tǒng)稱。效應來源于科學研究與發(fā)現(xiàn)，但是在工業(yè)領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應用。如果仔細分解一個機器設(shè)備，其中每一個關(guān)鍵子??能都是由科學效應實現(xiàn)的，例如洗衣機靠離心力脫水甩干，空調(diào)靠相變制冷。 科學效應是工程技術(shù)的實現(xiàn)依據(jù)和解決技術(shù)問題的根本，用好一個效應可以獲得幾十項發(fā)明專利。發(fā)明家愛迪生的1023項專利里只用到了23個效應;飛機設(shè)計大師圖波列夫的1001項專利里只用到了35個效應。 科學效應：效應物質(zhì)在外部物質(zhì)屬性輸入作用影響下所形成的屬性輸出，輸入和輸出形成了特定的因果現(xiàn)象。例如，離心力、相變、熱膨脹、雙金屬結(jié)構(gòu)、形變、電場、磁場、電磁場、電致伸縮、磁致伸縮、電致變色、磁流體、壓電效應、傳導、對流、輻射、毛細管、衍射、電解、爆炸、磁熱效應、超導、多普勒效應、馬格努斯效應、珀耳貼效應、韋森堡效應等(了解更多的效應，可參閱作者今年1月出版的《TRIZ進階及實戰(zhàn)》一書)。 2.2 以物理效應構(gòu)建的智能系統(tǒng) 在工業(yè)革命的早期，人類就利用科學效應來實現(xiàn)各種功能，以增強對機器的自動控制。先來看一個第一次工業(yè)革命時期的蒸汽機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，當蒸汽機轉(zhuǎn)速增加時，離心力導致飛球升高帶動氣閥開口減小，蒸汽機轉(zhuǎn)速隨之降低;反之，蒸汽機轉(zhuǎn)速降低時，飛球下降使得氣閥開口變大、蒸汽機的轉(zhuǎn)速便隨之提升。依靠這樣的機制，蒸汽機轉(zhuǎn)速就能自動保持基本恒定。離心力這個物理效應在這里起到了關(guān)鍵作用。 這個結(jié)果是符合初級智能系統(tǒng)的基本定義的。實際上這個控制系統(tǒng)的狀態(tài)感知是由飛球來承擔的，飛球轉(zhuǎn)動時離心力所形成的向上的分力，克服了重力。重力與離心力博弈的結(jié)果形成了自動決策，實時反映在飛球的高低變化上，通過連桿機構(gòu)實現(xiàn)了對閥門的實時調(diào)節(jié)(即刻執(zhí)行)。這樣的自動化調(diào)節(jié)機構(gòu)完全替代了過去由人來做的調(diào)節(jié)工作，遂人愿，全自動。 案例不同，原理相通——自動識別工人的手是否在沖床下方的自動檢測設(shè)備，讓機器軋手成為了歷史，而其工作原理，不過是一個紅外成像傳感器;酒店或倉庫的防火自動噴淋裝置，其工作原理是一個盛有酒精的細玻璃管，感知到高溫可以自動炸裂;飛機上的自動除冰裝置，是通過激光掃描翼面來檢測結(jié)冰情況，并自動啟動加熱裝置來除冰。從過去到現(xiàn)在，類似的例子數(shù)不勝數(shù)。 2.3 以生物效應構(gòu)建的智能系統(tǒng) 借用某些生物效應來實現(xiàn)智能系統(tǒng)的案例更為有趣。在電視劇《大染坊》中，主人公陳壽亭把魷魚爪放入正在加熱的染缸中。如果魷魚爪很快打卷了，就是到了最合適染布的水溫，他就立即指揮工人把棉布放入染缸。在這里，魷魚爪的生物效應(遇熱打卷)起到了傳感器的作用。 自2013年以來，英國警方使用蜜蜂作為傳感器來緝毒獲得了不錯的效果。蜜蜂的嗅覺靈敏度高出緝毒犬百倍以上，其特點是聞到了毒品的味道就伸舌頭，舌頭可以被紅外傳感器探測到。于是，利用這個生物效應，人們把訓練好的蜜蜂無損地固定在一個標準的塑料卡件內(nèi)，每次以6個蜜蜂為一組，放在一個箱式探測器之內(nèi)，然后用來檢測行李。如果同時有3個蜜蜂伸出舌頭，就說明行李中藏有毒品。這種技術(shù)明顯地提高了檢測成功率。 2.4 以工業(yè)軟件構(gòu)建的智能系統(tǒng) 工業(yè)軟件由編程語言、系統(tǒng)軟件、應用軟件和介于這兩者之間的中間件組成。它們是數(shù)字化革命的成果，是信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)字化的所有的基本功能，其實都是由科學效應來實現(xiàn)的，例如電場形成了計算的0和1，磁場形成了存儲的0和1，電磁場形成了無線網(wǎng)絡(luò)的0和1，等等。因此，軟件不過是調(diào)用低層硬件通過科學效應來執(zhí)行各種功能的計算機指令的程序集合。 工業(yè)軟件可以分為機械自動化、生產(chǎn)自動化、企業(yè)信息化等不同的大門類。還可以分為CAX、ERP、PLM、MES、OA、EB等不同用途的軟件，也可以細分為PLC、DCS、PAC/PLMC、SCADA、工控機、嵌入式系統(tǒng)、信息安全、生產(chǎn)安全、工控供應鏈、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、無線通訊、低/中/高壓變頻器、運動控制、機械傳動、電機、電氣連接、工業(yè)機器人、機器視覺、離散傳感器、分析測試儀表、顯示控制儀表、工業(yè)電源、機箱機柜、低壓電器等專屬用途軟件。 以《三體智能革命》中提到一個飛機關(guān)聯(lián)設(shè)計案例為例，在給定飛機方案的情況下做好了CAD設(shè)計建模，形成了數(shù)字化樣機。如果飛機在風洞試驗中被確認需要做外形的優(yōu)化與調(diào)整，就會遇到很大的麻煩，只要外形一變，內(nèi)部所有有關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)件全部要跟著變。但是早期軟件是做不到關(guān)聯(lián)修改的。設(shè)計人員只好全部重新所有的相關(guān)結(jié)構(gòu)件，這些重復性的勞動讓設(shè)計人員苦不堪言。 而關(guān)聯(lián)設(shè)計就可以解決這個問題。通過定義飛機設(shè)計總體參數(shù)及傳遞上下游和各專業(yè)之間接口關(guān)系的骨架模型，實現(xiàn)設(shè)計信息的有效傳遞和控制。飛機外形一變，引發(fā)骨架模型的相應變更，設(shè)計軟件基于特定算法，可以自動檢測到裝配關(guān)系上不匹配的零部件，并經(jīng)過分析計算之后，做出自適應的更改，自動引導大約60%以上的相關(guān)結(jié)構(gòu)件的自動變化，這就是一種典型的智能設(shè)計，它體現(xiàn)了“狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行”的智能特征。 3 工業(yè)智能與智能制造 上述案例表明，很多人造系統(tǒng)中的智能，都是屬于長期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的、利用科學效應來實現(xiàn)的工業(yè)智能——系統(tǒng)有明確的狀態(tài)感知和信息輸入與輸出，有著自動的決策，有著快速而靈敏的執(zhí)行結(jié)果。它們可以是機械技術(shù)實現(xiàn)的，可以是電子技術(shù)實現(xiàn)的，也可以是生物技術(shù)實現(xiàn)的，或者是綜合實現(xiàn)的。 對企業(yè)而言，任何的工具以實用為根本。在能用電子驅(qū)蚊器、噴霧器、紫外滅蚊器等技術(shù)手段來驅(qū)蚊、殺蚊的地方，就不要用高射炮來打蚊子。工具適用、并且有提升和改進的余地，才是最佳選擇。 智能制造的原理其實并不難懂——網(wǎng)絡(luò)無所不在、知識在任何場景下以數(shù)字化形式調(diào)用，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。企業(yè)首先要做的，是在充分認識自身發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，找到一個適合企業(yè)自身條件和發(fā)展方向的快速提升的路徑。其次，是讓企業(yè)里的機器設(shè)備變得更加柔性，機器上的數(shù)據(jù)更加有序自由流動。 只要機器設(shè)備能夠比較“聰明”，如能夠自動感知人的存在而不傷人，能夠修改幾行軟件代碼就調(diào)整了機器功能，能夠在任務(wù)變動的情況下自我調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍，能夠自動識別并剔除缺陷產(chǎn)品，能夠長時間、高質(zhì)量地生產(chǎn)產(chǎn)品等，這樣就能替代一大部分人的體腦工作，就可以釋放巨大的生產(chǎn)力，甚至就可以改變生產(chǎn)關(guān)系。而構(gòu)建這樣的智能系統(tǒng)，并不一定需要人工智能的介入，基本上可以用工業(yè)智能來實現(xiàn)，因此，對于初級智能系統(tǒng)和恒定智能系統(tǒng)的應用是企業(yè)起步的重點。 但即使是初級智能系統(tǒng)，在我國的企業(yè)里也沒有得到普及應用，很多設(shè)備還是啞設(shè)備、笨設(shè)備，還是會傷人，還是不自動，還是難以調(diào)整功能。大力發(fā)展以初級智能系統(tǒng)為核心的工業(yè)智能，是讓設(shè)備變得更聰明、讓企業(yè)走向智能制造的初始路徑。 4 人造智能與人工智能 《三體智能革命》中定義：人造智能是人造系統(tǒng)所具有的一種模仿、拓展和超越人類智能的能力。 人造智能包含了所有由人開發(fā)和建立的人造系統(tǒng)的智能，例如源于信息技術(shù)領(lǐng)域的人工智能、認知計算、黑暗森林、互聯(lián)網(wǎng)大腦等，以及源于制造技術(shù)領(lǐng)域的基于傳感器和自動化技術(shù)的工業(yè)智能等。 作者已經(jīng)在此前專門撰文指出，目前市場上流傳的“智能制造里面的智能是人工智能”的說法，是不正確和片面的，具有較大的誤導作用。正確的說法是：“智能制造里面的智能是人造智能” 人工智能的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩起兩落，現(xiàn)在正處于第三次蓬勃興起的大好時期。目前，過分夸大和貶低人工智能都是不可取的。人工智能的很多研究成果，已經(jīng)可以期待在數(shù)年后真正用于制造業(yè)的生產(chǎn)過程。但是在今天，其實用性還是有一定的問題的，需要時間來優(yōu)化和成熟。如果能夠有人工智能的技術(shù)立即用于智能制造當然好，但是，如果沒有馬上能用于智能制造的人工智能技術(shù)，智能制造就不能發(fā)展了嗎?事情當然不是這樣。 其實，問題的實質(zhì)在于概念的混淆和理解的偏差。因此澄清概念，正確理解智能制造就變得非常重要。 我們今天要實現(xiàn)的智能制造，是基于人造智能(而并非僅僅是人工智能)的智能制造。其中，源于工業(yè)領(lǐng)域長期積累的工業(yè)智能，與源于信息領(lǐng)域的人工智能，是要相互借鑒和融合的。以這兩種智能技術(shù)為主體，兼顧其他智能技術(shù)，才是今后智能制造技術(shù)的主流發(fā)展方向。而如前所述，對于目前普遍處于工業(yè)1.X～2.X水平的中國企業(yè)來說，首先需要的，并不是高大上的人工智能，而是長期積累的工業(yè)智能。起步于工業(yè)智能，逐漸融入人工智能，才是更適于中國企業(yè)的智能制造之路。 人工智能走向成熟的市場應用大概還需要5年左右的時間，這正好是工業(yè)智能大有作為的時期。 5 小結(jié)