構(gòu)建智能系統(tǒng)，尤其是數(shù)量巨大的初級(jí)智能系統(tǒng)，并非首先用到人工智能，而是首先用到由長(zhǎng)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(shí)別 實(shí)現(xiàn)智能制造，需要構(gòu)建和識(shí)別各式各樣的智能系統(tǒng)。符合以下特征的任何一個(gè)級(jí)別的人造系統(tǒng)，可以認(rèn)為是智能系統(tǒng)。 類比于人腦的認(rèn)知能力，《三體智能革命》作者們對(duì)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(jí)智能系統(tǒng)具備三個(gè)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(dòng)作。其決策依據(jù)通常依靠科學(xué)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如利用光敏傳感器自動(dòng)開(kāi)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(shí)現(xiàn)，無(wú)需嵌入計(jì)算系統(tǒng); 恒定智能系統(tǒng)具備四個(gè)基本特征：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)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(shí)預(yù)先設(shè)定，難以改動(dòng)(例如具有感知衣料特性并自動(dòng)決定洗衣策略的智能洗衣機(jī))。這樣的系統(tǒng)必須嵌入計(jì)算內(nèi)核，嵌入軟件和知識(shí)，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(kāi)放智能系統(tǒng)具備五個(gè)基本特征：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升。具備這五個(gè)特征的人造系統(tǒng)是高度智能、有一定認(rèn)知能力的系統(tǒng)，具備了自我改善、學(xué)習(xí)提升的持續(xù)發(fā)展能力(例如具有深度學(xué)習(xí)能力、可借助網(wǎng)絡(luò)共享知識(shí)，并自主更新和優(yōu)化程序的智能機(jī)器人)。這樣的系統(tǒng)具備強(qiáng)大的計(jì)算能力，需要使用人工智能技術(shù)或認(rèn)知計(jì)算技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大數(shù)據(jù)的分析與處理，能不斷應(yīng)用、積累和創(chuàng)造知識(shí)。 由此可知，構(gòu)建智能系統(tǒng)，尤其是數(shù)量巨大的初級(jí)智能系統(tǒng)，并非首先用到人工智能，而是首先用到由長(zhǎng)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(xué)效應(yīng)在工程技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2.1 科學(xué)效應(yīng)與工程技術(shù) 科學(xué)效應(yīng)是幾何效應(yīng)、物理效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、生物效應(yīng)的統(tǒng)稱。效應(yīng)來(lái)源于科學(xué)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(yīng)用。如果仔細(xì)分解一個(gè)機(jī)器設(shè)備，其中每一個(gè)關(guān)鍵子??能都是由科學(xué)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，例如洗衣機(jī)靠離心力脫水甩干，空調(diào)靠相變制冷。 科學(xué)效應(yīng)是工程技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依據(jù)和解決技術(shù)問(wèn)題的根本，用好一個(gè)效應(yīng)可以獲得幾十項(xiàng)發(fā)明專利。發(fā)明家愛(ài)迪生的1023項(xiàng)專利里只用到了23個(gè)效應(yīng);飛機(jī)設(shè)計(jì)大師圖波列夫的1001項(xiàng)專利里只用到了35個(gè)效應(yīng)。 科學(xué)效應(yīng)：效應(yīng)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(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、電致伸縮、磁致伸縮、電致變色、磁流體、壓電效應(yīng)、傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射、毛細(xì)管、衍射、電解、爆炸、磁熱效應(yīng)、超導(dǎo)、多普勒效應(yīng)、馬格努斯效應(yīng)、珀耳貼效應(yīng)、韋森堡效應(yīng)等(了解更多的效應(yīng)，可參閱作者今年1月出版的《TRIZ進(jìn)階及實(shí)戰(zhàn)》一書)。 2.2 以物理效應(yīng)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(xué)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能，以增強(qiáng)對(duì)機(jī)器的自動(dòng)控制。先來(lái)看一個(gè)第一次工業(yè)革命時(shí)期的蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，當(dāng)蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，離心力導(dǎo)致飛球升高帶動(dòng)氣閥開(kāi)口減小，蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速隨之降低;反之，蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，飛球下降使得氣閥開(kāi)口變大、蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速便隨之提升。依靠這樣的機(jī)制，蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速就能自動(dòng)保持基本恒定。離心力這個(gè)物理效應(yīng)在這里起到了關(guān)鍵作用。 這個(gè)結(jié)果是符合初級(jí)智能系統(tǒng)的基本定義的。實(shí)際上這個(gè)控制系統(tǒng)的狀態(tài)感知是由飛球來(lái)承擔(dān)的，飛球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)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(dòng)決策，實(shí)時(shí)反映在飛球的高低變化上，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)閥門的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)(即刻執(zhí)行)。這樣的自動(dòng)化調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完全替代了過(guò)去由人來(lái)做的調(diào)節(jié)工作，遂人愿，全自動(dòng)。 案例不同，原理相通——自動(dòng)識(shí)別工人的手是否在沖床下方的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，讓機(jī)器軋手成為了歷史，而其工作原理，不過(guò)是一個(gè)紅外成像傳感器;酒店或倉(cāng)庫(kù)的防火自動(dòng)噴淋裝置，其工作原理是一個(gè)盛有酒精的細(xì)玻璃管，感知到高溫可以自動(dòng)炸裂;飛機(jī)上的自動(dòng)除冰裝置，是通過(guò)激光掃描翼面來(lái)檢測(cè)結(jié)冰情況，并自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置來(lái)除冰。從過(guò)去到現(xiàn)在，類似的例子數(shù)不勝數(shù)。 2.3 以生物效應(yīng)構(gòu)建的智能系統(tǒng) 借用某些生物效應(yīng)來(lái)實(shí)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(yīng)(遇熱打卷)起到了傳感器的作用。 自2013年以來(lái)，英國(guó)警方使用蜜蜂作為傳感器來(lái)緝毒獲得了不錯(cuò)的效果。蜜蜂的嗅覺(jué)靈敏度高出緝毒犬百倍以上，其特點(diǎn)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(cè)到。于是，利用這個(gè)生物效應(yīng)，人們把訓(xùn)練好的蜜蜂無(wú)損地固定在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的塑料卡件內(nèi)，每次以6個(gè)蜜蜂為一組，放在一個(gè)箱式探測(cè)器之內(nèi)，然后用來(lái)檢測(cè)行李。如果同時(shí)有3個(gè)蜜蜂伸出舌頭，就說(shuō)明行李中藏有毒品。這種技術(shù)明顯地提高了檢測(cè)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(yǔ)言、系統(tǒng)軟件、應(yīng)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(shí)都是由科學(xué)效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如電場(chǎng)形成了計(jì)算的0和1，磁場(chǎng)形成了存儲(chǔ)的0和1，電磁場(chǎng)形成了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的0和1，等等。因此，軟件不過(guò)是調(diào)用低層硬件通過(guò)科學(xué)效應(yīng)來(lái)執(zhí)行各種功能的計(jì)算機(jī)指令的程序集合。 工業(yè)軟件可以分為機(jī)械自動(dòng)化、生產(chǎn)自動(dòng)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(xì)分為PLC、DCS、PAC/PLMC、SCADA、工控機(jī)、嵌入式系統(tǒng)、信息安全、生產(chǎn)安全、工控供應(yīng)鏈、工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)總線、無(wú)線通訊、低/中/高壓變頻器、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)械傳動(dòng)、電機(jī)、電氣連接、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器視覺(jué)、離散傳感器、分析測(cè)試儀表、顯示控制儀表、工業(yè)電源、機(jī)箱機(jī)柜、低壓電器等專屬用途軟件。 以《三體智能革命》中提到一個(gè)飛機(jī)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)案例為例，在給定飛機(jī)方案的情況下做好了CAD設(shè)計(jì)建模，形成了數(shù)字化樣機(jī)。如果飛機(jī)在風(fēng)洞試驗(yàn)中被確認(rèn)需要做外形的優(yōu)化與調(diào)整，就會(huì)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(jì)人員只好全部重新所有的相關(guān)結(jié)構(gòu)件，這些重復(fù)性的勞動(dòng)讓設(shè)計(jì)人員苦不堪言。 而關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)就可以解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)定義飛機(jī)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息的有效傳遞和控制。飛機(jī)外形一變，引發(fā)骨架模型的相應(yīng)變更，設(shè)計(jì)軟件基于特定算法，可以自動(dòng)檢測(cè)到裝配關(guān)系上不匹配的零部件，并經(jīng)過(guò)分析計(jì)算之后，做出自適應(yīng)的更改，自動(dòng)引導(dǎo)大約60%以上的相關(guān)結(jié)構(gòu)件的自動(dòng)變化，這就是一種典型的智能設(shè)計(jì)，它體現(xiàn)了“狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)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(zhǎng)期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的、利用科學(xué)效應(yīng)來(lái)實(shí)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(dòng)的決策，有著快速而靈敏的執(zhí)行結(jié)果。它們可以是機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，可以是電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，也可以是生物技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，或者是綜合實(shí)現(xiàn)的。 對(duì)企業(yè)而言，任何的工具以實(shí)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(lái)驅(qū)蚊、殺蚊的地方，就不要用高射炮來(lái)打蚊子。工具適用、并且有提升和改進(jìn)的余地，才是最佳選擇。 智能制造的原理其實(shí)并不難懂——網(wǎng)絡(luò)無(wú)所不在、知識(shí)在任何場(chǎng)景下以數(shù)字化形式調(diào)用，用盡可能多的數(shù)據(jù)流動(dòng)與盡可能少的成本物耗來(lái)滿足個(gè)性化定制的需求。企業(yè)首先要做的，是在充分認(rèn)識(shí)自身發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，找到一個(gè)適合企業(yè)自身?xiàng)l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(jī)器設(shè)備變得更加柔性，機(jī)器上的數(shù)據(jù)更加有序自由流動(dòng)。 只要機(jī)器設(shè)備能夠比較“聰明”，如能夠自動(dòng)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(jī)器功能，能夠在任務(wù)變動(dòng)的情況下自我調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍，能夠自動(dòng)識(shí)別并剔除缺陷產(chǎn)品，能夠長(zhǎng)時(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)于初級(jí)智能系統(tǒng)和恒定智能系統(tǒng)的應(yīng)用是企業(yè)起步的重點(diǎn)。 但即使是初級(jí)智能系統(tǒng)，在我國(guó)的企業(yè)里也沒(méi)有得到普及應(yīng)用，很多設(shè)備還是啞設(shè)備、笨設(shè)備，還是會(huì)傷人，還是不自動(dòng)，還是難以調(diào)整功能。大力發(fā)展以初級(jí)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(kāi)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(rèn)知計(jì)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(dòng)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(chǎng)上流傳的“智能制造里面的智能是人工智能”的說(shuō)法，是不正確和片面的，具有較大的誤導(dǎo)作用。正確的說(shuō)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(shí)期。目前，過(guò)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(guò)程。但是在今天，其實(shí)用性還是有一定的問(wèn)題的，需要時(shí)間來(lái)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(dāng)然好，但是，如果沒(méi)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(dāng)然不是這樣。 其實(shí)，問(wèn)題的實(shí)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(shí)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(zhǎng)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(duì)于目前普遍處于工業(yè)1.X～2.X水平的中國(guó)企業(yè)來(lái)說(shuō)，首先需要的，并不是高大上的人工智能，而是長(zhǎng)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(guó)企業(yè)的智能制造之路。 人工智能走向成熟的市場(chǎng)應(yīng)用大概還需要5年左右的時(shí)間，這正好是工業(yè)智能大有作為的時(shí)期。 5 小結(jié)