【深度解读】对中国工程院智能制造战略的理解
The following article is from 走向智能论坛 Author 郭朝晖赵敏宁振波
小编导读
近日，中国工程院院长周济院士在2017世界智能制造大会上发表了题为《关于中国智能制造发展战略的思考》的报告，系统阐述了对我国发展智能制造的看法，引发了社会上极大的关注和热烈的反响。走向智能研究院的专家团队曾多次受邀参与该报告多个阶段性版本的讨论，受报告鼓舞和启发，走向智能研究院几位专家对此报告的全文开展深入研讨，大家共同认为，周济院长首倡的智能制造三范式非常务实，适合国情，指导意义强，具有很强的系统性、前瞻性、理论性；特别是代表中国学术界原创的“人-信息-物理系统”三元系统论，以独有的东方哲学，大大拓展了智能制造的视角与实现路径。本文属智研院原创，作者郭朝晖、赵敏、宁振波，转载请注明作者和出处。
（小编提醒，回复“思考”即可下载周济院士的报告PPT）
12月7日，中国工程院院长周济院士在南京“世界智能制造大会”上发表了题为《关于中国智能制造发展战略的思考》的报告，系统阐述了对我国发展智能制造的看法，引发了社会上极大的关注和热烈的反响。鉴于“走向智能研究院”的“《三体智能革命》写作组（以下简称‘写作组’）”团队曾多次受邀参与该报告多个阶段性版本的讨论，有些专家提出，希望我们写作组能够给出一些对该报告的解读以及更详细的第三方观点。
以下我们的解读与观点，肯定有些理解不到位的地方，重在抛砖引玉，希望大家多指正。
1、三个阶段的划分问题
图1 智能制造发展的三个范式
智能制造，本无公认定义，也缺乏理论指导，特别是缺乏结合中国国情的智能制造理论的指导。中国的智能制造该怎么搞，一直没有一个系统化的论述和落地路径。周院长报告的理论创新，是将智能制造的发展过程分成了三个阶段，给出了三个范式。如图1所示。
这三个阶段根据不同人群对技术和市场的理解，当然可以有很多种叫法，数字化、网络化、智能化就是其中之一。实际上，这三个阶段不是截然分开的，是你中有我，我中有你的复杂过程。这三个阶段的划分在国内学术界引起了广泛的热议与讨论。赞成和反对的声音都不少，至少说明大家都很关注这三个范式。但重要的不是名称而是内涵，而内涵的背后是技术，更是对技术的需求。
对于数字化阶段的智能制造，几乎都是一致的赞同。而对后两个阶段，争议较多。
在网络化阶段，重点是快速反应，也就是常说的Smart Manufacturing（因为没有确切翻译，暂用英文）。Smart Manufacturing（SM）简单说就是比数字化制造好一点，既非Digital Manufacturing（DM）也非Intelligent Manufacturing（IM），而是介于二者之间。业界的最大共识是，SM笼统地被翻译成了“智能制造”是很不确切的。但是，似乎又找不到一个更贴切的中文术语来对应。本文暂时将其搁置不议。
我们知道，智能制造强调的是快速反应，首先是快速响应市场和用户的新需求，也就是从感知需求到设计、制造、服务的速度要快。“萝卜快了不洗泥”，快速就容易导致各种协同上的问题、让成本上升、质量下降；如果不通过网络来实现更好的协同，就不能解决这个问题。当然，网络协同的前提是数字化，这是毋庸置疑的。其实在上世纪 90 年代, Sun公司（现已经并入Oracle）的首席执行官Scott McNealy 当时就说过“网络就是计算机”这句著名的话。如果仔细去理解它，基本上就等同于网络由计算机等各种数字设备组成，网络就是巨大的计算机等。因此，在谈及网络化时，已经涵盖了数字化的基本概念，无需再重复提及“数字化网络化”。
在网络化的基础上，会逐步走向智能化。一个重要的原因是：当问题复杂到一定程度，人的关注力会成为瓶颈。协同的质量和效率会显著下降。例如，在工业4.0的典型场景下，流水线上可能会生产个性化的产品；设备或物料出现异常时，大量的设备和物料需要立刻重新组织、调度——这时，人的反应速度和脑力就无法适应了，必须由机器来承担感知和决策的作用。这时的智能化就是“雪中送炭”，而不是“锦上添花”。这个时候我们谈及的“人”，就不再是过去的一个“工人”或“职员”意义上的“人”，而是被数字化信息系统武装起来的“人”，或者是被人的智能（人智）武装起来、具备了一定的“机器智能（机智）”的机器。
因此，产品趋于复杂和个性化，设备趋于复杂，数字化信息系统不断融入产品和设备中，而以人的知识为代表的“人智”也源源不断地进入到了数字化信息系统中，进而不断进入到产品和设备中形成“机智”。因此，人、物理系统、信息系统之间的关系必须重新梳理和严格定义。
2、从“三要素”到“三体”与“三元”
很多人都只是泛泛地把人、机、物作为“三个领域”来划分，并且认为这是构成世界的“三要素”。但是，这是笼统、不准确的划分结果。“写作组”在撰写《三体智能革命》一书时，对被广泛提及的人、机、物“三要素”做了认真的思考和更为详细的重新划分。我们认为世界由“物理实体、意识人体、数字虚体”三个“体”构成，也可以称为“第一体、第二体、第三体”，还可以简称为“物体、意体、数体”。
1）物理实体：自然界物质以及基于物理实体材料而构建的人造系统。
泛泛地讲“物”，无法区分是自然界之“物”，还是人造之“物”；
泛泛地讲“机”，无法准确区分是物理实体机器，还是数字化机器。
2）意识人体，人是地球上所有生物体杰出代表，构成社会基本要素
泛泛地讲“人”，无法区分是“人体”、“人脑”还是“人意识”，是具体的“人” 还是抽象的“人”，是个体的“人”还是群体的“人”
3）数字虚体：存在于电脑和网络设备之中的用来驱动软硬件设备的高级数理逻辑系统，是人类智能的承载与延伸。
泛泛地讲“数字世界/空间”，难以体现今日之“客体”、明日之“主体”。未来数体有可能作为一种“主体”来替代人去操作或控制某些客体。
周院长在报告中指出，“‘人-信息-物理系统HCPS’对于‘人-物理系统’最本质进步就是增加一个信息系统，从二元系统进化为三元系统。”
周院长强调，“人把自己的部分感知分析决策的功能，向信息系统复制前移，人就可以通过信息系统来控制物理系统，以代替人类完成更多、更好的体力劳动。在这样一个阶段，制造系统就从‘人-物理系统’演变成为‘人-信息-物理系统’HCPS。”
“三元”就是“三体”，这与写作组的观点高度一致。工程院和写作组从不同的角度诠释了智能制造的发生的根本原因和结果。因为信息物理系统CPS并不仅仅是C和P的S，而是在H的指导下的C和P的S，即HCPS。这是不同于其它国际组织给出的定义的。HCPS是更完整、更符合智能系统基本特征的定义。
3、从“人智”过渡到“机智”
在周院长的报告中写到，“新一代智能制造进一步突出了人的中心地位，是统筹协调人、信息系统和物理系统的综合集成大系统。”所以我们认为HCPS是一个更科学，更能揭示事物本质的系统，是我们东方文明极其具有特色的地方，比CPS更先进一些，因此是一个重大理论创新。为什么？它进一步说明了整个制造发展过程，突出了人的中心地位。
在周院长的报告中，突出强调了人的作用，这与三体智能革命中把人作为三体世界中的“第二体”加以特别强调的观点如出一辙。事实上，不管是哪个范式的智能制造，都必须把人摆在最重要的位置上，因为：
1） 从目的来看，无论是简单产品还是复杂设备，都要服务于人，都要宜人化；
2） 从相互作用关系来看，机器与设备或被人直接操作，或被人的思想间接操作，没有例外，即“人智”逐渐向“机智”过渡。所谓智能制造，后者的比例日益趋多；
3） 发展结果来看，“机智”淘汰掉很多的工作岗位，但是会创作出更多的工作岗位；
4） 从人机合作来看，人越来越将自己的工作聚焦在完善自身，提升人智，创造并沉淀知识。机器以软件封装知识的形式接纳越来越多的人智，变得越来越智能，人与机器形成新的分工与合作模式；
5） 从长远来看，“机智”终将越来越接近“人智”，机器之客体有可能成为未来的主体。
因此，人体可以离开（其实是解放了人体和人脑），但是人智仍然以知识的形式在软件中留下，继续在工作场景中发挥着“人”的作用。因此，无论何时、何地和何种制造范式，都是离不开人的。因此无论如何强调人的作用也不为过。
我们必须旗帜鲜明地提出：人是智能制造的主体！——工程院和智研院在这一点上的认识完全一致。
4、智能的模式问题
在周院长的报告中，提到了“智能制造的三大功能系统”：智能产品、智能生产、智能服务。对于这个问题，有些朋友感到困惑：为什么要按照这种方式进行划分呢？换句话说，为什么不按照其他方式如产品生命周期划分？
在我们看来，这种划分方式最大好处，是体现智能方式的差异。我们用人的智能来比喻这种差异。我们知道，聂卫平下棋是有智能的、巴菲特炒股是有智能的、爱因斯坦做科研是有智能的、李白作诗也是有智能的。这些人对应的“智能”，更多体现为推理、决策等复杂的脑力活动。司机、花匠、环卫工人、护士、秘书的日常工作或许不需要特别复杂高深理论支撑的脑力活动，但仍然是智能活动。这些智能往往体现为脑力和体力的协同、难点在于感知和认知能力。事实上，这些人的工作体现的不仅是智能，还是社会意义和经济价值特别大的智能：如果机器具有了这些智能（机智），可以代替人类从事一些人类不喜欢从事的劳动。
从技术实现上说，这些“智能”的内涵和做法，会有很大的不同。智能制造也会面临类似情况，需要发展出不同的智能技术。我们必须分开理解：
产品或设备所需要的智能，往往是“预料之外”的变化，即当产品内部和外部的变化或异常时，能“自己照顾好自己”。这些变化或者异常事先往往是不标准、甚至是不可知的。例如自动驾驶的汽车，一旦上路，其所面对的工作场景就是不可事先确定的、也是“非标准”的，需要灵活应对；相关智能技术更多地体现在感知、认知方面的知识，需要通过自学习才能获得。这就是“产品”所体现的智能。
生产过程对不确定性的容忍度很低；人类总是通过各种方法减少生产过程的不确定性。智能生产过程所面对的变化，往往是“预料之中”的变化、符合特定“标准”的变化；例如典型的场景是产品对应的生产方式的切换。这时，机器应该严格按照规定和规则进行动作，机器所用的知识往往是人类用代码的方式写入的。无论执行过程如何复杂，都是在人类的严格掌控之下。
而智能服务应该介于两者之间。
5、知识和知识生产问题
周院长在报告中指出：“新一代智能制造系统最本质的特征，是其信息系统增加了认知和学习功能。信息系统不仅具有强大的感知、计算与控制能力，更具有了学习提升、产生知识的能力。”这样，“人和信息系统的关系发生了根本性的变化，从‘授之以鱼’发展到‘授之以渔’。”
我们认为，把“人智”变成“机智”，即给机器赋予知识是走向智能的关键环节；这需要经历一个“从大数据走向大知识”的过程。在这个过程中，大数据提升了“知识生产”的技术可行性，能够让人类或机器更有效地学习知识、提高知识的“质量”。进一步，智能制造促进了知识的数字化、模型化，不仅促进了知识在人与人之间的共享、还促进了人和机器的知识共享（如机器主动推送知识给人），甚至促进了知识在机器与机器之间传播（如机器引导机器），让“知识生产”的经济可行性大大提升。在此基础上，互联网带动的知识分享，则进一步让知识的“经济性”倍增。这样以来，过去很多不具备经济性的“知识生产”开始具备经济性，从而极大地促进知识生产的活动。
我们认为，未来的知识生产会有多种模式。除了传统的、人作为知识生产的主体外，人和机器协同的知识生产、机器自动的知识生产都会逐渐发展起来。当机器可以自动生产知识时，就到了“授之以渔”的目标。当然，即便到那时，自动化的知识生产也只是知识生产的一部分、甚至是一小部分。有创造性的知识发现，还是需要人来发现、人来总结的。我们预计，在技术未来高度发达的智能社会中，人类或许可以脱离一线的物质生产和简单重复性劳动，但却要更多地从事复杂的、具有创造性的“知识生产”， 成为真正的“知识生产者”。
6、小结
三个阶段划分智能制造和HCPS，是周院长报告中的重要理论创新。
用“网络化”智能制造可以描述“数字化网络化”智能制造。
数字化信息系统的产生、发展与融入“人-物理系统”，是实现智能制造的基础。但是人是三元（或三体）系统的主导。因为信息物理系统CPS并不仅仅是C和P的S，而是在H的指导下的C和P的S——道理很简单，在智能制造的任何一个范式中，人智都从未离开，都在以知识的形式在软件中流淌并建立数据流动的规则，都在以数据流动所承载的决策与指令的形式来精确地驱动域控制设备，甚至与人一起合作，共同生产知识。
人是智能制造的主体！
人机共同生产知识的时代，才是真正的智能时代。
（智研院将在后续文章中给出对“智能化”的解读）
（小编提醒，回复“思考”即可下载周济院士的报告PPT）
作者简介：
郭朝晖——走向智能研究院工业大数据首席专家，博士，教授级高工，清华大学访问学者，宝钢中央研究院原首席研究员，《三体智能革命》作者之一。
赵敏——走向智能研究院执行院长，中国发明协会常务理事，发明方法研究分会会长，工信部CPS发展论坛副秘书长，英诺维盛公司总经理。高级工程师。《三体智能革命》作者之一
宁振波——走向智能研究院研究员，中航工业集团信息技术中心首席顾问，《三体智能革命》作者之一
声 明
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