【名家】赵敏 | 你在做“几化融合”？

工业4俱乐部 2022-08-09

The following article is from 英诺维盛公司 Author 赵敏

导读

“一化融合”，是中国目前实际国情中的代表性部分，是工业界企业常态，短期内无法彻底改变。

“两化融合”，既是中国工业转型升级的主线，也是当前业界实施智能制造的主攻方向。

“三化融合”，是今后5-10年的智能制造未来模式，是人工智能逐渐融入赛博空间、写入工业软件的结果。

两化融合这个术语和相关概念提出来已经十几年了。如今，两化融合已经是工信部的“立部之本”，是“中国制造2025”中的主线，是需要长期坚持和发展的重要方向。

但是，在同一个“两化融合”的术语下，其实也有着不同的内涵理解和不同的具体做法。笔者通过长期的观察与思考发现，很多企业、科研院所、咨询机构包括高校等，所言、所行、所写、所强调的“两化融合”，其实有很大的差异，有些根本就不是一回事。

因此，就有必要稍微详细地说一说，他们在做“几化融合”？他们做的“X化融合”，与智能制造是什么关系？与标志着智能制造不同水平（机·智）的三个范式是什么关系？与CPS（赛博物理系统）是什么关系，与工业软件是什么关系？等等。

一、“一化融合”

该词是笔者独创。听起来怪怪的，此前也从来没有人提起过，但是笔者思考良久，认为这样说也算是恰如其分。笔者首次使用该词是在上个月考察某企业工业互联网建设情况时，谈及对当前数字化系统的评价临时讲出来的，尽管该词在脑子里已经冒出来了很长时间。

“一化融合”的现象早就存在，但是在没有对比的情况下，是无法体会出来这样的含义的。所谓“一化融合”，就是从20多年前一直在做的制造业信息化软件的集成。

众所周知，在上个世纪90年代，在很多企业的信息化实施项目中，较为普遍的信息集成内容是CAX软件之间的集成，如CAD与CAE无法共享模型，CAD与CAM无法打通，还有CAX与PDM/PLM软件的集成；难度稍高一点的，是从本世纪初开始的PDM/PLM框架类软件与ERP/OA/CRM等管理软件的集成；再复杂一点的，是把需求管理RM、项目管理PM、产品研发CAX/PLM、企业管理ERP/OA/CRM、制造工艺CAPP、产品维修维护MRO以及企业自己开发的软件等各种信息化软件集成在一起。这种软件集成的难度之大、数据种类之多、耗时费力之繁复，远远超出一般人的想象。而且，集成在其中的某个软件如果有升级了版本，或者打了新的补丁，可能就要重改写某些接口，重新做数据的验证。

所有这类信息化软件项目，不管其具体集成内容是什么，用了什么软件，其最大的共同点就是：只是在多种制造业信息化软件之间做信息集成，通常并不涉及到与机器设备的集成。因此，笔者把这种以IT系统之间的集成为主的模式，称之为“一化融合”。“一化融合”是目前工业界绝大多数企业的信息化项目所从事的内容，即把信息化软件系统中计算出来的各种确定性的计算结果（图、文、表、卡等）数据，显示在电脑屏幕上，为管理者的决策提供有力支持。如图1所示。

图1 软件把不确定性变为确定性的数据-驱动显示器

二、“两化融合”

当企业的老总们本以为让企业上一些信息化软件就是企业的先进发展之路，就是一副可以医治很多企业沉珂的灵丹妙药的时候，时代的指针已经指到了2014年。

德国人在2013年4月发布了《保障德国制造业的未来：关于实施工业4.0战略的建议》的报告；美国人在2012年发布了首份AMP报告《获取先进制造业国内竞争优势》，在2014年10月又发布了《加速美国先进制造业》，即AMP2.0。其他西方国家也纷纷跟进。

在德、美、日等国的不同的工业转型升级计划中，有一个频频出现的关键词——赛博物理系统（CPS, Cyber - Physical Systems），让人耳目一新。CPS是实施工业4.0或智能制造的关键使能技术。

CPS源于美国2006年2月发布的《美国竞争力计划》。2006年，美国国家自然科学基金会海伦·吉尔教授将CPS定义为：“赛博物理系统是在物理、生物和工程系统中，其操作是相互协调的、互相监控的和由计算核心控制着每一个联网的组件，计算被深深嵌入每一个物理成分，甚至可能进入材料，这个计算的核心是一个嵌入式系统，通常需要实时响应，并且一般是分布的。”由此可见，CPS是要把计算内核嵌入物理系统的。

在笔者与其他作者合著的《三体智能革命》中写到：“CPS结构的系统一定是一个智能系统。数字虚体托身于赛博装置（如芯片等）之中而嵌入物理设备。感知+计算+通信+联网+控制，五位一体，软件和算法以认知的形式体现了人的意识和智慧，最终以智能行为方式，实现了对物理实体的精确控制。”

对于CPS，业界要有足够的认识，因为当比特与原子相遇、软件与设备交汇、赛博与物理融合的时候，数字虚体（如软件等）是把不确定性变为确定性的最佳工具。今天的软件已经不仅仅满足于在显示屏上给出各种确定性的计算结果（图、文、表、卡等）数据，而是已经可以将根据计算结果而生成的控制指令数据，直接输入到机器的执行器上，来驱动机器设备的执行器做出各种精准的动作了。也就是说，软件开始“闭环”了！闭环的软件，真正定义了数据自动流动的规则体系，极大地优化了制造资源的配置，加快了系统的反应速度。如图2所示。

图2 软件把不确定性变为确定性的数据-驱动机器设备

这是IT与OT的交汇，这是真正的两化融合。因此，一个企业是否真正实现两化融合的标志，就是要看其信息化系统是否真正与机器设备实现了集成，通过软件计算、推理决策出来的各种数据，是否真正变成了驱动设备精确运转的机器指令。这是最客观的判据和标准。没有以多种形式真正建立和实施CPS的企业，都不能算是真正的两化融合企业。

三、“三化融合”

2017年12月7日，在南京举办的“2017世界智能制造大会”上，中国工程院时任院长周济院士作了题为《关于中国智能制造发展战略的思考》的报告（以下简称“工程院报告”），系统地阐述了对我国发展智能制造的思考，在业界引起了很大的轰动与反响。报告中提出了中国智能制造发展的三个基本范式（以下简称“三范式”），即数字化制造、数字化网络化制造和数字化网络化智能化制造。“三范式”既具有很强的前瞻性、体系性，又具有很强的务实性，对学术界、企业界研究、推进智能制造具有务实的指导意义。

工程院报告认为，数字化制造是智能制造第一种基本范式，可以称之为第一代智能制造，是智能制造的基础。目前，我国大多数企业和广大中小企业没有完成数字化转型，面对这样的基本国情，我国在推进智能制造过程当中必须实事求是，踏踏实实完成数字化补课，进一步夯实智能制造发展基础。数字化制造是智能制造基础，它的内涵不断发展，贯穿于智能制造的三个基本范式和全部发展历程。笔者认为，数字化制造基本上就是前面第一节提到的“一化融合”。

数字化网络化制造是智能制造第二种基本范式，或称之第二代智能制造。工程院认为，今后一个阶段，三年到五年之内，我国推进智能制造的重点是大规模地推广和全面应用数字化网络化制造，即第二代智能制造（第二范式）。如果把第二范式与德国工业4.0中的使能技术CPS加以对比的话，不难看出，该范式对应的就是德国工业4.0中的基于CPS的“Smart Manufacturing”模式的“智巧制造”。而实现“智巧制造”的基本手段，就是前面第二节提到的“两化融合”。

智能制造的第三种基本范式是数字化网络化智能化制造，或叫新一代智能制造。周济院长认为，近年来人工智能加速发展，出现了诸如大数据智能、人机混合增强智能、群体智能、跨媒体智能、自主智能等新一代人工智能技术，这些技术比传统的人工智能技术有了飞跃式的发展，实现了战略性突破，因此先进的制造技术和新一代人工智能技术深度融合，形成了基于新一代人工智能技术的新一代智能制造。其主要特征表现在制造系统具备了学习能力，通过深度学习、增强学习等技术应用于制造领域，知识产生、获取、运用和传承效率发生革命性变化，显著提高创新与服务能力。

新一代智能制造范式实际上是在两化融合的基础上，加入了更多的“新一代人工智能”算法和技术，由此而让智能化的要素逐渐增多，系统的智能程度变得越来越高。这种把工业化的物理系统、信息化的软件系统、智能化的AI算法融为一体的新一代智能制造范式，可以称之为“三化融合”。这种情况下，软件中以新一代人工智能算法（也部分结合传统算法）计算出来的结果，可以实时驱动各种实时设备，如自动驾驶汽车、人机协作机器人等。如图3所示。

图3 软件把不确定性变为确定性的数据-驱动实时设备

四、名词的梳理

“中国制造2025”是中国工业转型升级的纲领性文件。两化融合是主线，智能制造是主攻方向。这是中国制造2025、两化融合、智能制造三者之间的递进关系。

笔者在《机·智》书中指出，德国人的Smart选词偏好、美国人的Intelligent用词情结、中国人的“三范式”递进研究，构成了国际上研究“智能”的三个基本源头。作者把德美中三国对“智能”的描述与定义汇聚到一起，并且与两化融合的内涵进行了详细的分辨和梳理，彼此之间做了一一对应，给出了如下的解读，既试图理顺不同制造范式之间的递进关系，也对智能的程度和内涵做了一定的区分，同时兼顾了两化融合这个“主线”。如表1所示。

表1 不同范式的智能制造中英文术语与内涵对比
范式	英文原文	建议中文翻译	技术内涵	X化融合
第一范式	Digital Manufacturing	智数化制造或智数制造	基于数字化技术	一化融合
第二范式	Smart Manufacturing	智巧化制造或智巧制造	基于CPS技术	两化融合
新一代范式	Intelligent Manufacturing	智能化制造或智能制造	基于新一代人工智能技术	三化融合

从表1可以看出，工程院报告中的“三范式”的表述，确实博采众家所长，对德、美等国的工业发展战略和智能制造参考架构模型进行了最大程度的融会贯通，同时又提出了可以占全球领学术高地的“基于新一代人工智能的新一代智能制造”。经过笔者对比研究，认为三个智能制造基本范式与三个融合恰好一一对应。在“建议中文翻译”上，笔者也把最新的研究内容添加进去，形成了在术语上自成体系、彼此不会混淆的智能制造范式名称：智数制造、智巧制造、智能制造。

五、概念的统一

“一化融合”，是中国目前实际国情中的代表性部分，是工业界企业常态，短期内无法彻底改变。

“两化融合”，既是中国工业转型升级的主线，也是当前业界实施智能制造的主攻方向。因为做好两化融合，就是要做好CPS，就是做好智能制造的使能技术。从“一化融合”进化到“两化融合”，以CPS为基本判据。

“三化融合”，是今后5-10年的智能制造未来模式，是人工智能逐渐融入赛博空间、写入工业软件的结果。目前，人工智能仍然徘徊在主流的工业流程之外，尚未找到大规模应用的突破口。但是，在诸如产品瑕疵检测、机床主轴“心电图”等小范围细分领域，已经开始有了若干应用。三个“IT”（工业技术、信息技术、智能技术）的融会贯通，是“三化融合”的目的。

三个范式的划分，以及与三种融合模式的一一对应，为中国复杂国情下多元化、多场景、多模式的智能制造指明了道路，辨析了使能技术，给出了未来三十年的努力方向。相信笔者提出的新的三范式命名以及与三种融合方式的比对，能够更好地帮助读者理解、消化和记忆智能制造三范式。同时，统一了有关术语内涵，避免了词义混淆，有助于智能制造的良性、健康发展。

你在做“几化融合”？看完此文，相信你已经有了答案。

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◆ 作者简介 ◆

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，中国制造企业双创发展联盟专家委员会委员，中国工业技术软件化（工业APP）联盟专家委员会委员，国家工业信息安全专家咨询委员会委员。参与工信部CPS白皮书、工业互联网平台白皮书、工业互联网APP白皮书的研究与审定工作，参与工程院中国智能制造发展战略研究报告部分研究工作。国内知名智能制造、两化融合及创新方法论专家。

朱铎先：走向智能研究院智能工厂首席专家、北京兰光创新科技有限公司董事长，智能工厂/数字化车间实战型专家。先后在航天第二研究院、PTC公司工作过多年，有二十多年制造业信息化研究与应用经验。指导研发的设备物联网、MES制造执行系统等产品已在航空航天等数百家企业得到成功应用。是“人机网三元战略”、“六维智能工厂”等理论提出者，《三体智能革命》作者之一。兼任中国机电一体化协会MES分会副理事长等职。

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