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【导语】走向智能研究院九位专家花费两年多时间研讨与撰写，于2016年9月出版了“走向智能丛书”首部著作——《三体智能革命》，提出了具有中国特色的构建智能系统的方法论和智能制造理论基础。《三体智能革命》出版后，业界给予了高度评价并得到了中国工程院等权威机构的认可。《机·智：从数字化车间走向智能制造》（简称“《机·智》”）是“走向智能丛书”的第二本，重在把三体智能模型中的基本逻辑用于对智能制造的深入研究。该书认为，唯有机器逐渐智能（即“机·智”），才有智能制造。而“机·智”，不过是“人智”逐渐借助软件载体进入机器，转化为“机·智”的结果。通俗地理解，“人智转机智”的活动，就是智能制造。 2019年1月25日下午，走向智能研究院与机工社华章出版社，在北京白石桥7号咖啡馆，共同举办了2019年的第一场读者见面会和《机·智》研讨学术沙龙。以下是该书第二作者、走向智能研究院执行院长赵敏在沙龙上的发言。应与会者和广大读者的要求，分享给大家。 各位读者朋友好！今天给大家分享的题目，就是我们这本书的名字《机·智：从数字化车间走向智能制造》。重点在于解读“机·智”这两个字。 走向智能研究院出版的“走向智能从书”第一本是《三体智能革命》，第二本是《机·智：从数字化车间走向智能制造》，第三本书也即将在春节后出版。 在《三体智能革命》书中，我们作者最大的贡献，是提出了著名的“三体智能模型”，以东方哲学的视角，来观察和解读西方工业革命的发展。书中提出了“物理实体（第一体），意识人体（第二体），数字虚体（第三体）”这三个“体”，并以其彼此的交汇，来解读我们生存的这个世界。由此而形成了： * 全新的世界观——世界由三种“体”所组成：物理实体，意识人体，数字虚体。三种体是次序出现、相互作用，互动发展的，这种交汇与互动日趋频繁，因此正在快速、颠覆性地改变我们生存的这个世界。 * 全新的方法论——从不同“体”之间的相互作用，可以清晰地看到事物发展的客观规律，由此而指导我们更深入地看待工业体系的转型升级，看待智能制造的发展趋势，并且能够从顶层来指导智能制造的规划与实施。 首先我们来看物理实体与机器的发展。 制造的起点，大概应该从肯尼亚图尔卡纳湖边发现的330万年前人类制造的石器“切割器”工具开始。大约2万多年前，人类已经会制造诸如石斧这样的工具，斧头已经磨制得很光滑，也有了木柄，斧头和木柄被用藤条捆绑在一起，由此而构成了一个精心制作的工具系统。大约2千多年前，希腊人制造了“安蒂基西拉机器（仪器）”，近百个零件已经让机器有了一定的复杂度。在两百年多前人类已经制造出了蒸汽机，形成了第一次工业革命。而在一百年前的第二次工业革命，机器已经发展到了相当成熟、具有细分专业设备的地步，形成了复杂的物理设备系统。我们把所有的没有数字化输入输出的设备以及人造和天然的材料，都称为物理实体。 关于智能的定义，有很多不同的学术流派。在《三体智能革命》书中，我们作者群体经过审慎讨论，将其定义为：智能本质是一切生命系统对自然规律的感应、人智与运用。其实，今天人们所讨论的智能，基本上是对标人类智能。而人类智能，则是伴随着人类大脑的发展，从南方古猿、古老的能人、智人，一直进化到了今天的智人。人类智能源于大脑的进化是一个基本共识。意识人体是对以人为总代表的生物系统的总称。 作为物理设备的机器，没有耳朵，没有眼睛，没有嘴，因此，机器不会看，不会听，不会感知，不会说话，通常我们说这样的物理机器是“聋、哑、傻”的。这也是为什么有些工业企业，把“治聋、治哑”这样看起来很通俗的目标，作为实现智能制造的一个起点。实际上，这已经是很务实的“抓手”。 从工业革命开始，人类一直有一个美好的愿望，即机器如果能像人一样聪明就好了。如果能实现“机器 人脑”，那么机器就一定会是聪明智能的。很可惜，作为物理设备的机器和生物体的人脑，本身没有任何共同之处，地球人都知道，这两种事物是“ ”不到一起去的。 所幸的是，人类在六十多年前发明了电脑。电脑带给了我们一个互联的、广袤的、几乎没有体量限制的数字空间。在这个数字空间中，人们用各种各样的软件，创造出了各式各样的“结果”，如图片、文章、曲线、曲面、三维造型、视频、音频、动画等，我们把这些用软件做出来的、本质上就是0、1（比特数据）按照一定的模式和逻辑组成的结果，都称之为数字虚体。 进入新世纪后，在企业界经常提及的“人、机、物”的传统说法已经发生了巨大的改变。“人、机、物”的说法已经变得相对模糊，例如“机”，到底是物理机器，还是计算机？因此，必须有新的术语和分类来较为精确的定义和描述它们。 因此，“三体智能模型”就派上了用场。物理实体、意识人体、数字虚体的准确定义和相互交汇，打造了今天纷繁复杂的新工业革命。 以一个齿轮为例，齿轮是一个物理实体，有它的分度圆直径、齿宽、齿数、模数、材质等参数。我们甚至不用看齿轮，闭着眼睛摸，也能摸出这是一只齿轮，因为在我们的大脑里，早就建立了齿轮的基本认知，仅凭手感，就能意识到这是齿轮。这就是意识人体中的“认知齿轮”。当然，自从有了电脑软件这个数字化手段之后，我们可以利用CAD软件在屏幕上做出一个数字齿轮，经过渲染之后，看起来和真的齿轮几乎一模一样，这就是数字虚体的齿轮。 因此，人类以前一直期待、但是又无法实现的那个梦想——“机器 人脑”，现在可以用“机器 电脑”的方式来解决了。具体操作的方式就是，把人的智能（人脑中的隐性知识、算法、推理规则等）实现显性化，再把这些显性化的知识写入软件，软件嵌入芯片，芯片嵌入某种硬件（如PLC、工控机、工业电脑等），硬件嵌入物理机器，由此而让人的智能（人智）并转变为机器智能（机智），如此，机器可以替代大部分原本由人从事的工作，让人逐渐脱离开人机交互操作的“系统回路”，实现机器的自主运行。自主运行的机器甚至可以比人在时做得更快、更好。这就是“赛博物理系统（CPS）”的基本原理，也是“机·智”的基本原理，也是智能制造的基本原理。 上述过程，其实就是三体交汇的过程。意识人体中的知识进入了数字虚体，数字虚体与物理实体融合成了“赛博物理系统（CPS）”，于是有了“机·智”，有了智能制造。
其实，世界上所有的智能系统的构建原理，都是如此。全球各种形式和名目的工业革命——如德国的工业4.0、美国的AMP和工业互联网、日本的工业价值链和互联工业、中国的智能制造等，都是三体交汇的结果，都是因为有了越来越多的“机·智”的结果。
我们进一步把“人”细分为人体、人脑、人智。来看一下在历次工业革命中这三部分的参与程度和作用。按照德国人的四次工业革命划分的说法，以人体（生物智能）为主的体力劳动，在第一次和第二次工业革命中都占有最高的比例，彼时工作场景中，工人非常耗费体力，要搬工件，抡大锤，挥铁锹，摇手柄，拧扳手等。到了第三次工业革命时期，自动化设备日益增多，体力劳动的程度已经大大降低了。而以人脑（碳基智能）为主的脑力劳动，在第一次和第二次工业革命中占比不是最高，但是到了第三次工业革命时期的工作场景中，伴随着体力劳动下降，脑力劳动逐渐达到峰值。我预计，在即将到来的第四次工业革命中，在工作场景中，体脑劳动都日趋下降，而由人智转化而来的机智（硅基智能）却呈指数增长，由此而形成强大的“数字生产力”和“知识生产力”，形成中国工程院提出的新一代智能制造范式。
在这个过程中，一个基本的规律是三体闭环，即如图所示的一个闭环：从物理实体→意识人体→数字虚体→物理实体。 从“物理实体→意识人体”，是人类不断认识自然，提炼总结规律的过程； 从“意识人体→数字虚体”，是人类不断思考，把规律模型化、算法化的过程； 从“数字虚体→物理实体”，是人智不断代码化、软件化，以数字虚体形式融入物理机器、为机器赋能的过程，是“机·智”的过程。
与三体交汇闭环相结合的是一种特定的手段——软件定义。 软件是最重要的数字化工具，软件定义是智能化基础中的基础，核心中的核心。结合信息化百人会执委安筱鹏博士在《软件视角中的未来工业》一文中提出的观点与《三体智能革命》一书中的三体智能模型，我在上图中给出了基于三体互动实现软件赋能与使能的逻辑闭环：物理世界运行（映射为人类意识活动）→运行规律化→规律模型化→模型算法化→算法代码化→代码软件化→软件优化物理世界运行（和人类行为）。 因此，智能制造本身的内涵也就很清楚了，本质上就是由“软件定义”而形成的数据自动流动，来优化配置制造资源的一种制造范式。
关于智能制造，有些专家总是讲得很复杂，一大堆先进术语做解读，显得特别高大上，其实受众群体并不是听得很明白。而在我这里，对智能制造的定义可以变得简明通俗，简单说就是五个字：人智变机智。 把人智变机智的制造活动，就是智能制造。
前面我们很多次说到了软件，没有软件特别是工业软件，就没有智能制造。那么软件是什么？工业软件是一种以数据与指令集合对工业知识、经验、控制逻辑等进行固化封装的数字化技术，从而成为在工业领域中建立数据自动流动规则体系、对业务活动具有赋能作用、延伸人类知识与智能的载体和工具。另外更重要的是，今天的软件是闭环的！闭环的软件是新工业革命之魂，是智能制造的基础。闭环的软件与不闭环的软件有什么区别？我会在后面的幻灯片中做详细介绍。 软件的功能就是，读入数据，根据给定的算法计算处理数据，然后输出数据。如果没有软件，其实数据（包括大数据）就没有那么重要了。
软件是一个非常好的数字化工具，也是人智最好的容器。 如果是普通算法的软件，软件读入各种“不确定性数据”，经过软件中的算法（逻辑）的计算，按照“条件语句”的分类，把“不确定性数据”逐渐转换成“确定性数据”。例如，产品数据管理软件传送图纸，”如果是机加图纸，则传送给机加技术人员“，”如果是电气图纸，则传送给电气技术人员“，”如果是机械手运动数据，则传送给机械手“，等等，有条不紊地把数据进行分类处理。所有的“不确定性数据（不知如何发送的文件）”最后都转化成了“确定性数据（全部发送到最恰当的人）”。
软件是算法生长的沃土。如果把普通算法换成人工智能算法，那么软件就成了人工智能软件。例如上图所示，在“阿尔法狗”围棋中使用的蒙特卡洛算法，就是在选择落子的时候，在（每选择一个不同位置落子点就有无穷变化）高度不确定的过程大数据中，通过计算和学习，选择一个最优的落子点（确定性数据）。 如果把下棋的场景换成是自动驾驶汽车，那么道理是一样的。如果对比一下我们一直的使用的“导航软件辅助驾驶汽车”和今天已经逐步进入实用状态的“自动驾驶汽车”，就会发现闭环的软件与不闭环的软件之间的巨大差别。 例如使用手机上的导航软件，它会用图形、文字、声音等信息一致提示驾驶员该走哪条路，什么地方并线或转弯等。但是，所有这些导航软件的图/文/音的提示，都只供驾驶员做为参考，至于是否真的按照导航软件去开车，由驾驶员自己决定。导航软件只是起到一个辅助决策的作用。这样的软件，就是不闭环的软件。过去我们做信息化，所有的辅助类的软件，如计算机辅助设计/工程/加工/工艺/测试等软件，都是这样的软件，它们只提供有关图文信息供人们决策，不会直接发送控制指令到物理设备。 但是闭环的软件则不同。闭环软件一定是要把通过计算而自主决策后的最佳控制指令发送到物理设备的控制器的，由此而精确控制设备的运行。如同自动驾驶汽车，驾驶员虽然还坐在驾驶位置上，两手随时准备接管方向盘，但是在没有出现驾驶危机的情况下，是无需转动方向盘和踩油门刹车的。因为智能的机器已经可以自己判断路况，自己给出最优驾驶决策，自己做出最合理的驾驶动作。
这张表格是《机·智》书中第三章的表3-1，我在这里做了修订，增加的最右边一栏的内容。具体的解读，我已经在前不久写的”你在做几化融合？“的文章中讲过了。将工程院智能制造的三个基本范式简化为”一化融合、两化融合、三化融合“，意在以最通俗形象的语言，让大家了解过去三十多年数字化、网络化、智能化技术的发展与融合。读起来易学易记，说起来朗朗上口。
如果要做智能制造，我们有很多方式可以去做。若论指导性强、设计详细、逻辑严密的，当属德国工业4.0组件参考架构模型，也就是RAMI4.0。当然，我们还有中国的智能制造参考模型，还有美国工业互联网的参考模型等，都可以酌情参考使用。
除了上述“高大上”的解决方案，也有来自小微企业的“小快灵”的智能制造解决方案。大家都知道，轻工行业的制衣厂是典型的劳动密集型企业。在长三角、珠三角地区，有无数这样的企业。 制衣厂车间里除了大量的工人之外，并没有什么“先进设备”，只有缝纫机。深圳昱辰泰克公司在给一家制衣厂做智能制造项目时，一开始感觉没有工作头绪，后来发现缝纫机台板的振动是表征一个工人操作熟练程度的重要信息。于是他们公司开发了工位姿态传感器和无线数据接收设备，并且在成衣制件传输的篮子上使用了RFID芯片，实现了整个制衣过程的“状态感知、实时分析、自主决策、精准执行”，可以自动采集工人工作过程大数据，并基于人工智能算法来自动排产，由此而裁掉了一些不必要的监管岗位，并且明显提高了工人的工作效率，给企业带来了显著的经济效益。 大家想一想，就连劳动密集型、没有什么自动化设备的制衣厂都可以找到做智能制造的技术路径，并且还可以做得很有成果和效益，在你的企业里面，还怕找不到智能制造的“入口”吗？
很多人都曾经问我，说在自己的企业里很不好找到智能制造的“入口”。而我认为无论是在产品生命周期、工厂生命周期，还是在订单生命周期的每一个环节中，都有无数的智能制造“入口”。只要真正弄懂了“机·智”原理，知道一个智能系统的基本判断准则，就很容易去根据企业自己的具体情况，找到构建本企业智能制造系统的起点和具体的技术路径。 最简单的，哪怕是给企业的某些物件加上一个RFID芯片或传感器，做一点LBS（基于位置的服务），都可以改变这些物件的“聋、哑、傻”的状态，让原本的物理系统做到“能听到，能看到，能说话”，由此而实现在软件系统中对这些物件的查询与管理，也算是做了一点智能制造的工作了。
智能制造亦或是工业互联网，定义并不复杂，入口千千万万，企业可以先从数字化车间做起，从设备联网做起，从数据采集做起，从设备维护做起......。无数的入口与起点，必有一款适合你。 【作者简介】 |
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