【名家】宁振波 | 智能制造——从三体智能革命说起

工业4俱乐部 2022-08-09

导读

2018年11月9日，第31届中国机床工具行业发展论坛暨2019年运营形势研讨会在江苏太仓召开，研讨会上智能研究院研究员、中航工业集团信息技术中心首席顾问宁振波作了题为“智能制造——从三体智能革命说起”的演讲。

以下为演讲的内容摘录，供大家学习交流：

非常感谢。我们讲到智能制造一定要思考一个问题，世间万物只有人有智能，我们就拿人与智能工厂做比对。我们思考，一个人的视觉再发达，他的大脑薄弱，这个人有智能吗？答案显然是否定的。

我们再思考，一个智能工厂按照管理学理论分为决策层、管理层和执行层。智能工厂的智能体现在什么地方呢？我个人认为体现在正确的决策管理下建立了自主研发体系。

执行层是什么呢？我们的执行层用了再多的机器人，再多的数字化设备，再多的数控设备，包括自动化的物料配送，它仍然是自动化的概念，不是智能的概念。

2017年广东有一个报告，我主笔写的，什么报告呢？就是广东的经济续虚向实转程规划。我想告诉大家的是，截止2017年底，广东省经信委提供的数据，广东省的所有企业里面90%以上没有研发能力，所以说，惨了吧。

一个智能工厂体现在哪呢？智能制造的核心是制造。制造做不好，通过大量的软件、大量的机器人就能实现智能了吗？不能。没有决策，没有管理(就没有智能)。

第二点，我们关于德国工业4.0曾经打了五年的报告，13年4月份就讲了工业的1.0、2.0、3.0、4.0。现在我们反观这个四步，我不知道大家思考没有，这个四步哪一次工业革命不是几十年甚至上百年的历史？

如果按全球共同的说法，2013年汉诺威博览会德国推出工业4.0算是第四次工业革命开始的话，我们现在才刚刚过了4点。工业4.0是以智能制造为标志的话，我想告诉大家，全球没有智能工厂，中国的智能工厂全是假的。

我再讲一个数据，工业4.0有一个评价标准，这个标准是德国科学工程院以及一些大学共同建立的。前些年初，评价了德国纽伦堡西门子小镇工厂，生产PRC可编址模拟器，4.0是满分的话，纽伦堡的西门子工厂得分是3.5分；接着又评价了德国博世公司，博世很厉害，没有博世就没有德国的汽车工业，它的得分3.4分；请了同样的团队、同样的评价标准评价了中国的华为，得分是2.7分。前年，新华社记者随团访问了纽伦堡，访问了工厂老板，问他：你们现在3.5了，什么时候能达到4.0满分呢？(老板)考虑了很长时间回答记者，十五到二十年以后。

所以，2014年我在上海交通大学一个会议上提出，我们现在消化工业4.0，远远没有到消费工业4.0。

工信部有一个项目，叫智能船舶项目，这个船舶是重大项目，针对民用船舶的。在大连船厂召开专家工作会，一天的智能船舶发展路线研讨会。我只想说这个研讨会的最后的总结：如果把智能制造比喻成一场马拉松比赛的话，中国智能制造作为一名运动员，我们正在热身尚未上场。

我去年参加了一个重要的会议，会议上国资委的领导人讲：“实体制造业是中国经济的压舱石”。是的，尽管我们的国产机床、飞机制造等都有所落后，但这些事情哪一样简单呢？简单的事情都被别人干完了，我们干的事全是难干的事，需要我们花几十年甚至几代人的努力才有可能成功。所以我非常反感把智能制造娱乐化，智能制造不是唱歌、写书法就能出来的。

在说完这些以后我们来思考一下，未来的产品生产模式是怎样的？未来的生产方式是单件大批量、多件小批量和单件定制并存。最难解决的是单件定制，单件定制问题解决了，多件小批量和单件大批量都容易了。

以前就有单件定制，比如说英国的劳斯莱斯汽车，它是为英国皇家成员个性化定制的。因为每辆外形不一样，装饰不一样，配置不一样，所以成本极高。对汽车而言，生产不同的汽车，要用采用不同的模具，仅仅模具就价值上千万，因此过去的个性化定制成本奇高。

于是人们思考，能不能用软件的方式来控制数据的自动流动，解决复杂产品的不确定性，这不就是智能制造吗？但是，软件定义谈何容易？从产品的设计开始，产品设计、产品仿真、工艺设计、工艺仿真、生产过程的全数据化、交付之后的维护维修全都要靠软件。调整软件，产品就变了。因此，智能制造是一个非常难的事情。

我们再来看，我们作为用户方、需求侧，未来15年后的先进制造业是什么？我个人认为十五年后的先进制造业一定是时空人机一体化。就是生产方式随时、随地、不随人。随时，就什么时间都可以造，随地就是，不论是在月球上、火星上，还是水面的舰艇、水下的潜艇上，都能够随时制造。当然，不随人就是不随个人的技术水平高低影响到产品的质量好坏。所以，基础就是人、机、物的互联。

“人”的互联互通我们已经很清楚了，“机”就是指工业互联网。但是很多人理解错了，工业互联网姓工，不姓网。工业要的是什么？产品、流程，最难的是前端。因此，大家要正确认识，工业互联网的要素是生产要素，而不是消费要素。

比如说三一重工是“工”，它生产的挖掘机和工程设备就是生产要素，它就可以纳入工业互联网的范畴。比如国内的汽车公司生产的汽车就属于物联网的范畴，它是消费要素。如果汽车也算工业互联网的话，那么华为、中兴、小米的手机设备算不算工业互联网呢？不算，它是消费要素，不是生产要素。

物联网最近很热，但是大家要正确认识。京东的物联网做的非常好，他们还试图进入制造业，但是他们的物流是我们企业的外部外流，外部物流除了食品发生霉变过期形态改变，物料的形态几乎不变。但是在企业的内部就麻烦了，车、铣、刨、磨，物料的形态时时刻刻在变，所以，物联网能做企业的内部物流吗？做不了。因此，制造业企业的内部物流一定是工业互联网，不是物联网。

九月份，我们出了一本书《智能制造术语解读》，其中讲到了CPS。CPS很重要，为什么？因为德国工业4.0的第一战略要点建立一个CPS系统，就是虚实、精确预测，如果大家关心CPS的话，可以去网上下载CPS的白皮书，里面有详实的解读，其中最重要就是赛博，赛博是个控制机制。

前几年，南京召开了第一届世界智能制造大会，AMSE美国机械工程学会的主席、德国工业4.0之父等人都在在报告中都提到了便宜的传感器。便宜的传感器可以被大规模使用，智能制造从感知开始，要感知数据，不能像中国五千年的文明史里的“好像、大概、差不多”，这是不行的，一定要数据化。传感器的数据通过网络来传递到后台，有了这些真实的数据，我们才可以在人的支撑下实现智能化，没有人的支撑智能还是一片空白。

实际上，CPS的核心是设备和物料的互联网，我们现在全球的上网人数40亿，预测2020年，全球的设备联网数400亿。我们反复说，虚实却缺一不可，虚就是赛博，实就是PHYSICAL.

大家思考一下，中国的道家文化是“道生一、一生二、二生三、三生万物”，一个复杂系统必然有三个复杂要素才能构成。欧美认为赛博加PHYSICAL构成一个复杂系统，这在中国不行，两个要素怎么构成一个复杂系统呢？于是我们思考赛博是怎么来的？它是人创造的。

人创造了电脑，创造了算法和方法。人可以把自己的知识经验甚至成熟工人的技能转变为软件和模型，人可以将物理实体建模成数字虚体。数字虚体有两个作用，第一个作用是嵌入式系统，比如工程机械开工的情况就反映了我们经济发展的晴雨表。如果我是挖掘机司机，计时工资，我每天上班把挖掘机打开，下班一算八个小时满了，但是挖掘机是否有负载、是否干过活了其他人并不知道，所以就要加装传感器，但是传感器不要一下子装一百个、一千个。第一，数据的正确性，装一个就要保证准确性；第二，在此基础上根据需求追求采集数据的完整性，不展开了。

这么一来，嵌入式系统带来一个重要概念，生产型企业转型为生产服务型企业核心是产品的智能化。另外一个系统就是我们平常设计产品用的CPC等软件，可以把物理模型建成数字虚体。不展开了。

数字化难在哪呢？建模。建模并不简单。1970年，波音777设计的时候用了800种软件，2005年，波音787设计的时候用了8000种，现在已经超过了9000种。为什么数字化模型那么重要？当你把一个产品变成软件和模型了，意味着任何电脑之间构建了一座金桥。电脑可以代替你完成你的工作。当电脑干的多了，人干的少了，我们就走向智能了。

我们来看，复杂的产品有多复杂。传统的制造业，机、电、光、流体、热、核这些系统构成一个庞大的复杂产品，所以不仅仅是机械结构要建模，其他系统也要建模。因此就出现了软件工程，软件工程把各专业知识结合起来，就变成了工业软件。智能制造难点在建模，焦点在仿真，大规模工业软件的应用才是走向智能的基础。

智能制造的起源是从波音777开始的。波音777用了八台大型IBM计算机，用了3200套工作站用于搞三维的零件设计和装配设计，用了2万台计算机、PC机、800个相互不关联的软件，形成了14个相互不关联的物料表。由于设计效率提升，波音777就成了波音历史上最挣钱的飞机。当然，大量的软件使用带来了天量的数据。

过去，我们设计、制造、实验是串行的，现在我们是在赛博空间中完成整个产品的设计、工艺、制造和实验，有问题可以就改模型。过去，手工；现在，数字化；未来，智能化。当然，我们还可以把它映射到虚拟实验中，过去是每天必实验，今后的实验是验证性的实验。因为有了精准的模型，可以大量进行验证性的实验，肯定大幅减少问题的出现。

小结一下，智能制造的本质：软件化的工业技术、软件定义生产体系、生产关系优化重构。现在，软件定义变了，传统的思维方式全被推翻了，因此(智能制造)非常难。当然，为了推动智能制造的发展，中国各方面都在助力制造业，帮助制造业转型升级。我们过去的工业是落后的，现在我们有机会跟外国人在同一条起跑线上，因此，希望与在座的各位努力奋斗，助力我们的制造业走向世界。

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