智能制造：工业转型升级主旋律

　　走向智能研究院执行院长赵敏

　　今年6月30日，中央全面深化改革委员会第十四次会议提出了“以智能制造为主攻方向，加快工业互联网创新发展，加快制造业生产方式和企业形态根本性变革”的《关于深化新一代信息技术与制造业融合发展的指导意见》。这份指导意见重申了智能制造的定位，也强调了加快工业互联网创新发展。

　　智能制造与工业互联网是一个事物的不同方面。智能制造是主攻方向，是中国工业转型升级活动的大主题，工业互联网是智能制造落地的关键基础设施，是新基建的重要建设内容。

　　重塑人机关系

　　对于智能制造，不同的人有着不同的理解和定义。市场上使用的定义有很多种。大多数的智能制造定义，往往是高大上的词汇组合，缺乏通俗的解读，让受众群体听起来云里雾里，干起来不明就里。

　　对智能制造的理解，涉及到人机关系的演变，是一个漫长的历史发展过程。

　　机器是人类创造的一种用于改造世界的劳动工具。从它诞生的那一天起，就是对人的躯干、肢体和生物能量的模仿与延伸。在前两次工业革命时代，从蒸汽机、热机到电机，替代了人的生物能量，用卡钳、老虎钳等专用卡具，替代了人的双手，用机架、箱体、塔吊等，替代了人的躯体等。机器有力量，机器不疲劳，机器很精密，机器可以干人类能干的事情，但更多是干人类所不能干的事情。

　　从工业革命到上个世纪80年代，两百多年来，如果非要用智能不智能这样的词汇来评价机器的话，那么机器一直是不智能的，甚至就是愚蠢的。愚蠢机器的最明显特征是，它不“认识”人，没有视、听、嗅、尝、触这“五觉”感官能力，更没有一个类人的“大脑”去理解人的意图。因此，在过去两百多年中，愚蠢机器伤人的事件时有发生。即使到了今天，很多人以为具有某种“智能”的工业机器人，它们的工作场所仍然必须用围栏或铁丝网隔离开，防止人误入机械臂的工作范围，避免人被打伤。

　　数字化、信息化技术的发展，给机器带来了技术功能优化的契机。自从1969年PLC（可编程逻辑控制器）诞生之后，已经可以用类似计算机编程的方式来控制机器的工作时序、动作以及动作的幅度。因此，德国人将PLC视为第三次工业革命的发端。

　　第三次工业革命的重要标志是数字化、信息化技术的应用。当现代信息与通信技术（诸如传感器、网络、芯片、软件等）不断融入到工业领域，几十年前还处于愚蠢状态的机器，开始逐渐变得聪明（Smart）起来，成为了“智能机器（SmartMachine）”。德国、美国的技术专家用“Smartmanufacturing”来定义智能制造。

　　智能基本原理

　　今天，新一代的信息通信技术越来越发达，技术应用成本和门槛越来越低，人与机器的关系逐渐在发生根本性的变革。过去要完全依赖人来操作、监控的机器，现在逐渐减少了人工的介入。

　　当给机器加上各种传感器来模拟人的感官，感知机器工作场景中的各种关键物理信息，并将其转换成为电脑可以处理的数据；给机器加上芯片和软件来模拟人的大脑，让软件可以根据人类赋予的模型、算法和最佳经验数据来进行思考和推理，机器就逐渐演变成为越来越聪明的智能机器，产品逐渐演变成为智能产品，制造过程乃至整个制造业逐渐演变成为智能制造。

　　智能制造并不是一个高深莫测、难以理解的术语。通俗地说，智能制造就是一个“人智变机智”的过程与相关活动——即把人的智能（简称“人智”）从大脑中的隐性知识提炼成为显性知识，经过格式化、模型化、算法化处理，再把模型化（机理模型、数据分析模型等）的知识写入软件，软件嵌入芯片，芯片嵌入某个数字装置/模块，再把该数字装置/模块嵌入到物理设备中，由此而赋予机器一定的自主能力，让机器具有一定程度的“智能”（简称“机智”），我们将这个过程称之为“赋能”。而这个过程就是先进的信息通信技术与工业要素的相互融合，其融合结果就是在字面上不是那么容易理解的“赛博物理系统（CPS）”。

　　如此，机器在工业软件支撑下具有了一定的人类思考能力，当软件算法越好、芯片算力越强、工业数据越多时，“机智”程度就越高。当“机智”达到一定程度后，就具备了部分或完全替代人体/人脑的功能。当人体/人脑离开了工作场景的系统回路后，机器在无人参与情况下，仍然可以像人在现场时一样自主工作，甚至还可以工作得更好，较好地优化了制造资源的配置。

　　人机关系的变革点，聚焦在工业软件上。

　　工业软件是工业化的顶级产物。它如容器一般盛装了人类工业知识，给制造业带来两大巨变：第一，改变了传统的设计、工艺、生产和运维方式，产品以数字孪生体的方式，随时在赛博空间迭代优化，使制造过程敏捷精准。第二，塑造了物理产品的“五官”和“大脑”，产品在物理空间的行为随场景而自动调整，变得更加聪明。两大巨变融汇，形成智能制造这种新工业模式。

　　五个基本特征

　　笔者梳理了以智能制造为主攻方向的新工业革命内涵，发现其具有明显的技术特征，无论是智能制造、工业4.0、工业互联网，都符合以下五个特征。

　　一是“人智”转“机智”——人类知识不断进入工业软件，知识载体由以碳基知识为主转向以硅基知识为主，数字生产力激增。二是传感器低价普及——传感器为产品增添了“五官”，极大增强了产品和设备的感知能力，物理信息加速数字化。三是软件定义制造——工业软件成为设备和企业的“大脑”，算法/算力急剧增加，软件同时定义了材料/零件/工业系统在赛博空间和物理空间的时空表现和演变规律。四是跨时空控制机器——比特拥抱原子、IT携手OT、赛博融合物理，工业软件给出的数字指令通过各种网络，不限时空地精准操控物理机器设备。五是大范围优化配置制造资源——基于工业互联网，实现大范围、精细化地优化配置制造资源。

　　智能经济兴起

　　在智能制造的驱动与促进下，未来的智能工厂，智能化程度会越来越高，人机关系日趋和谐，人类从体力、脑力上被完全解放出来，机器生产产品，而人则重点生产知识。工作现场的工人会越来越少，黑灯工厂、无人工厂大行其道。所有的物料、机器、作业系统都按照人的意愿自动、智能、高效地工作。

　　由于工业互联网、CPS的深入发展，过去的时空限制都被打破，未来工人可以实现最大程度的劳动自由，地点任意分布，形式轻松自由，无需集中到车间上班，可以不限时空和形式来从事生产、操控机器。

　　由此，一个智能社会已经初步成型，很多困扰今日上班族的问题已经得到解决：任意地点工作而使得上下班高峰期自动消失，房子只有居住价值而与位置无关，知识工作者自由快乐地选择工作，智能产品无处不在，智能经济蓬勃兴起……人类社会将变得更加和谐。

　　小结

　　笔者预测，未来的智能制造，是每一个原子都可以被软件给出的比特数据精准控制的制造。这种控制体现在机器、材料的构成上，比特数据将会恰当地安排和控制每一个原子的位置以及原子之间的相对位置，会精准地控制每一个零件的形状和属性，精准地控制各个零件所在位置，还会精准地控制这些零件之间的相互运动以及耗能等。

　　智能乃基于软件所蕴含的人类智力成果和知识精粹，承载于比特数据；制造乃经济之源，立国之本，作用于物质原子。智能制造所产出的智能产品将遍布社会的各个角落，改变现有的经济属性。从智能制造到智能经济，已经不是一种设想，而是一种被实践证明行之有效的经济发展逻辑。

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