從三體智能革命談智能制造

2018年11月9日，第31屆中國(guó)機(jī)床工具行業(yè)發(fā)展論壇暨2019年運(yùn)營(yíng)形勢(shì)研討會(huì)在江蘇太倉(cāng)召開(kāi)，研討會(huì)上智能研究院研究員、中航工業(yè)集團(tuán)信息技術(shù)中心首席顧問(wèn)寧振波作了題為“智能制造——從三體智能革命說(shuō)起”的演講。

以下為演講的內(nèi)容摘錄，供大家學(xué)習(xí)交流：

非常感謝。我們講到智能制造一定要思考一個(gè)問(wèn)題，世間萬(wàn)物只有人有智能，我們就拿人與智能工廠做比對(duì)。我們思考，一個(gè)人的視覺(jué)再發(fā)達(dá)，他的大腦薄弱，這個(gè)人有智能嗎？答案顯然是否定的。

我們?cè)偎伎?，一個(gè)智能工廠按照管理學(xué)理論分為決策層、管理層和執(zhí)行層。智能工廠的智能體現(xiàn)在什么地方呢？我個(gè)人認(rèn)為體現(xiàn)在正確的決策管理下建立了自主研發(fā)體系。

執(zhí)行層是什么呢？我們的執(zhí)行層用了再多的機(jī)器人，再多的數(shù)字化設(shè)備，再多的數(shù)控設(shè)備，包括自動(dòng)化的物料配送，它仍然是自動(dòng)化的概念，不是智能的概念。

2017年廣東有一個(gè)報(bào)告，我主筆寫(xiě)的，什么報(bào)告呢？就是廣東的經(jīng)濟(jì)續(xù)虛向?qū)嵽D(zhuǎn)程規(guī)劃。我想告訴大家的是，截止2017年底，廣東省經(jīng)信委提供的數(shù)據(jù)，廣東省的所有企業(yè)里面90%以上沒(méi)有研發(fā)能力，所以說(shuō)，慘了吧。

一個(gè)智能工廠體現(xiàn)在哪呢？智能制造的核心是制造。制造做不好，通過(guò)大量的軟件、大量的機(jī)器人就能實(shí)現(xiàn)智能了嗎？不能。沒(méi)有決策，沒(méi)有管理(就沒(méi)有智能)。

第二點(diǎn)，我們關(guān)于德國(guó)工業(yè)4.0曾經(jīng)打了五年的報(bào)告，13年4月份就講了工業(yè)的1.0、2.0、3.0、4.0?，F(xiàn)在我們反觀這個(gè)四步，我不知道大家思考沒(méi)有，這個(gè)四步哪一次工業(yè)革命不是幾十年甚至上百年的歷史？

如果按全球共同的說(shuō)法，2013年漢諾威博覽會(huì)德國(guó)推出工業(yè)4.0算是第四次工業(yè)革命開(kāi)始的話，我們現(xiàn)在才剛剛過(guò)了4點(diǎn)。工業(yè)4.0是以智能制造為標(biāo)志的話，我想告訴大家，全球沒(méi)有智能工廠，中國(guó)的智能工廠全是假的。

我再講一個(gè)數(shù)據(jù)，工業(yè)4.0有一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是德國(guó)科學(xué)工程院以及一些大學(xué)共同建立的。前些年初，評(píng)價(jià)了德國(guó)紐倫堡西門(mén)子小鎮(zhèn)工廠，生產(chǎn)PRC可編址模擬器，4.0是滿分的話，紐倫堡的西門(mén)子工廠得分是3.5分；接著又評(píng)價(jià)了德國(guó)博世公司，博世很厲害，沒(méi)有博世就沒(méi)有德國(guó)的汽車工業(yè)，它的得分3.4分；請(qǐng)了同樣的團(tuán)隊(duì)、同樣的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)了中國(guó)的華為，得分是2.7分。前年，新華社記者隨團(tuán)訪問(wèn)了紐倫堡，訪問(wèn)了工廠老板，問(wèn)他：你們現(xiàn)在3.5了，什么時(shí)候能達(dá)到4.0滿分呢？(老板)考慮了很長(zhǎng)時(shí)間回答記者，十五到二十年以后。

所以，2014年我在上海交通大學(xué)一個(gè)會(huì)議上提出，我們現(xiàn)在消化工業(yè)4.0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有到消費(fèi)工業(yè)4.0。

工信部有一個(gè)項(xiàng)目，叫智能船舶項(xiàng)目，這個(gè)船舶是重大項(xiàng)目，針對(duì)民用船舶的。在大連船廠召開(kāi)專家工作會(huì)，一天的智能船舶發(fā)展路線研討會(huì)。我只想說(shuō)這個(gè)研討會(huì)的最后的總結(jié)：如果把智能制造比喻成一場(chǎng)馬拉松比賽的話，中國(guó)智能制造作為一名運(yùn)動(dòng)員，我們正在熱身尚未上場(chǎng)。

我去年參加了一個(gè)重要的會(huì)議，會(huì)議上國(guó)資委的領(lǐng)導(dǎo)人講：“實(shí)體制造業(yè)是中國(guó)經(jīng)濟(jì)的壓艙石”。是的，盡管我們的國(guó)產(chǎn)機(jī)床、飛機(jī)制造等都有所落后，但這些事情哪一樣簡(jiǎn)單呢？簡(jiǎn)單的事情都被別人干完了，我們干的事全是難干的事，需要我們花幾十年甚至幾代人的努力才有可能成功。所以我非常反感把智能制造娛樂(lè)化，智能制造不是唱歌、寫(xiě)書(shū)法就能出來(lái)的。

在說(shuō)完這些以后我們來(lái)思考一下，未來(lái)的產(chǎn)品生產(chǎn)模式是怎樣的？未來(lái)的生產(chǎn)方式是單件大批量、多件小批量和單件定制并存。最難解決的是單件定制，單件定制問(wèn)題解決了，多件小批量和單件大批量都容易了。

以前就有單件定制，比如說(shuō)英國(guó)的勞斯萊斯汽車，它是為英國(guó)皇家成員個(gè)性化定制的。因?yàn)槊枯v外形不一樣，裝飾不一樣，配置不一樣，所以成本極高。對(duì)汽車而言，生產(chǎn)不同的汽車，要用采用不同的模具，僅僅模具就價(jià)值上千萬(wàn)，因此過(guò)去的個(gè)性化定制成本奇高。

于是人們思考，能不能用軟件的方式來(lái)控制數(shù)據(jù)的自動(dòng)流動(dòng)，解決復(fù)雜產(chǎn)品的不確定性，這不就是智能制造嗎？但是，軟件定義談何容易？從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)始，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿真、工藝設(shè)計(jì)、工藝仿真、生產(chǎn)過(guò)程的全數(shù)據(jù)化、交付之后的維護(hù)維修全都要靠軟件。調(diào)整軟件，產(chǎn)品就變了。因此，智能制造是一個(gè)非常難的事情。

我們?cè)賮?lái)看，我們作為用戶方、需求側(cè)，未來(lái)15年后的先進(jìn)制造業(yè)是什么？我個(gè)人認(rèn)為十五年后的先進(jìn)制造業(yè)一定是時(shí)空人機(jī)一體化。就是生產(chǎn)方式隨時(shí)、隨地、不隨人。隨時(shí)，就什么時(shí)間都可以造，隨地就是，不論是在月球上、火星上，還是水面的艦艇、水下的潛艇上，都能夠隨時(shí)制造。當(dāng)然，不隨人就是不隨個(gè)人的技術(shù)水平高低影響到產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。所以，基礎(chǔ)就是人、機(jī)、物的互聯(lián)。

“人”的互聯(lián)互通我們已經(jīng)很清楚了，“機(jī)”就是指工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。但是很多人理解錯(cuò)了，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)姓工，不姓網(wǎng)。工業(yè)要的是什么？產(chǎn)品、流程，最難的是前端。因此，大家要正確認(rèn)識(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的要素是生產(chǎn)要素，而不是消費(fèi)要素。

比如說(shuō)三一重工是“工”，它生產(chǎn)的挖掘機(jī)和工程設(shè)備就是生產(chǎn)要素，它就可以納入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的范疇。比如國(guó)內(nèi)的汽車公司生產(chǎn)的汽車就屬于物聯(lián)網(wǎng)的范疇，它是消費(fèi)要素。如果汽車也算工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的話，那么華為、中興、小米的手機(jī)設(shè)備算不算工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)呢？不算，它是消費(fèi)要素，不是生產(chǎn)要素。

物聯(lián)網(wǎng)最近很熱，但是大家要正確認(rèn)識(shí)。京東的物聯(lián)網(wǎng)做的非常好，他們還試圖進(jìn)入制造業(yè)，但是他們的物流是我們企業(yè)的外部外流，外部物流除了食品發(fā)生霉變過(guò)期形態(tài)改變，物料的形態(tài)幾乎不變。但是在企業(yè)的內(nèi)部就麻煩了，車、銑、刨、磨，物料的形態(tài)時(shí)時(shí)刻刻在變，所以，物聯(lián)網(wǎng)能做企業(yè)的內(nèi)部物流嗎？做不了。因此，制造業(yè)企業(yè)的內(nèi)部物流一定是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，不是物聯(lián)網(wǎng)。

九月份，我們出了一本書(shū)《智能制造術(shù)語(yǔ)解讀》，其中講到了CPS。CPS很重要，為什么？因?yàn)榈聡?guó)工業(yè)4.0的第一戰(zhàn)略要點(diǎn)建立一個(gè)CPS系統(tǒng)，就是虛實(shí)、精確預(yù)測(cè)，如果大家關(guān)心CPS的話，可以去網(wǎng)上下載CPS的白皮書(shū)，里面有詳實(shí)的解讀，其中最重要就是賽博，賽博是個(gè)控制機(jī)制。

前幾年，南京召開(kāi)了第一屆世界智能制造大會(huì)，AMSE美國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)的主席、德國(guó)工業(yè)4.0之父等人都在在報(bào)告中都提到了便宜的傳感器。便宜的傳感器可以被大規(guī)模使用，智能制造從感知開(kāi)始，要感知數(shù)據(jù)，不能像中國(guó)五千年的文明史里的“好像、大概、差不多”，這是不行的，一定要數(shù)據(jù)化。傳感器的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳遞到后臺(tái)，有了這些真實(shí)的數(shù)據(jù)，我們才可以在人的支撐下實(shí)現(xiàn)智能化，沒(méi)有人的支撐智能還是一片空白。

實(shí)際上，CPS的核心是設(shè)備和物料的互聯(lián)網(wǎng)，我們現(xiàn)在全球的上網(wǎng)人數(shù)40億，預(yù)測(cè)2020年，全球的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)400億。我們反復(fù)說(shuō)，虛實(shí)卻缺一不可，虛就是賽博，實(shí)就是PHYSICAL.

大家思考一下，中國(guó)的道家文化是“道生一、一生二、二生三、三生萬(wàn)物”，一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)必然有三個(gè)復(fù)雜要素才能構(gòu)成。歐美認(rèn)為賽博加PHYSICAL構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，這在中國(guó)不行，兩個(gè)要素怎么構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)呢？于是我們思考賽博是怎么來(lái)的？它是人創(chuàng)造的。

人創(chuàng)造了電腦，創(chuàng)造了算法和方法。人可以把自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)甚至成熟工人的技能轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖湍Ｐ?，人可以將物理?shí)體建模成數(shù)字虛體。數(shù)字虛體有兩個(gè)作用，第一個(gè)作用是嵌入式系統(tǒng)，比如工程機(jī)械開(kāi)工的情況就反映了我們經(jīng)濟(jì)發(fā)展的晴雨表。如果我是挖掘機(jī)司機(jī)，計(jì)時(shí)工資，我每天上班把挖掘機(jī)打開(kāi)，下班一算八個(gè)小時(shí)滿了，但是挖掘機(jī)是否有負(fù)載、是否干過(guò)活了其他人并不知道，所以就要加裝傳感器，但是傳感器不要一下子裝一百個(gè)、一千個(gè)。第一，數(shù)據(jù)的正確性，裝一個(gè)就要保證準(zhǔn)確性；第二，在此基礎(chǔ)上根據(jù)需求追求采集數(shù)據(jù)的完整性，不展開(kāi)了。

這么一來(lái)，嵌入式系統(tǒng)帶來(lái)一個(gè)重要概念，生產(chǎn)型企業(yè)轉(zhuǎn)型為生產(chǎn)服務(wù)型企業(yè)核心是產(chǎn)品的智能化。另外一個(gè)系統(tǒng)就是我們平常設(shè)計(jì)產(chǎn)品用的CPC等軟件，可以把物理模型建成數(shù)字虛體。不展開(kāi)了。

數(shù)字化難在哪呢？建模。建模并不簡(jiǎn)單。1970年，波音777設(shè)計(jì)的時(shí)候用了800種軟件，2005年，波音787設(shè)計(jì)的時(shí)候用了8000種，現(xiàn)在已經(jīng)超過(guò)了9000種。為什么數(shù)字化模型那么重要？當(dāng)你把一個(gè)產(chǎn)品變成軟件和模型了，意味著任何電腦之間構(gòu)建了一座金橋。電腦可以代替你完成你的工作。當(dāng)電腦干的多了，人干的少了，我們就走向智能了。

我們來(lái)看，復(fù)雜的產(chǎn)品有多復(fù)雜。傳統(tǒng)的制造業(yè)，機(jī)、電、光、流體、熱、核這些系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)龐大的復(fù)雜產(chǎn)品，所以不僅僅是機(jī)械結(jié)構(gòu)要建模，其他系統(tǒng)也要建模。因此就出現(xiàn)了軟件工程，軟件工程把各專業(yè)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，就變成了工業(yè)軟件。智能制造難點(diǎn)在建模，焦點(diǎn)在仿真，大規(guī)模工業(yè)軟件的應(yīng)用才是走向智能的基礎(chǔ)。

智能制造的起源是從波音777開(kāi)始的。波音777用了八臺(tái)大型IBM計(jì)算機(jī)，用了3200套工作站用于搞三維的零件設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)，用了2萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)、PC機(jī)、800個(gè)相互不關(guān)聯(lián)的軟件，形成了14個(gè)相互不關(guān)聯(lián)的物料表。由于設(shè)計(jì)效率提升，波音777就成了波音歷史上最掙錢(qián)的飛機(jī)。當(dāng)然，大量的軟件使用帶來(lái)了天量的數(shù)據(jù)。

過(guò)去，我們?cè)O(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)是串行的，現(xiàn)在我們是在賽博空間中完成整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、制造和實(shí)驗(yàn)，有問(wèn)題可以就改模型。過(guò)去，手工；現(xiàn)在，數(shù)字化；未來(lái)，智能化。當(dāng)然，我們還可以把它映射到虛擬實(shí)驗(yàn)中，過(guò)去是每天必實(shí)驗(yàn)，今后的實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)。因?yàn)橛辛司珳?zhǔn)的模型，可以大量進(jìn)行驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，肯定大幅減少問(wèn)題的出現(xiàn)。

小結(jié)一下，智能制造的本質(zhì)：軟件化的工業(yè)技術(shù)、軟件定義生產(chǎn)體系、生產(chǎn)關(guān)系優(yōu)化重構(gòu)?，F(xiàn)在，軟件定義變了，傳統(tǒng)的思維方式全被推翻了，因此(智能制造)非常難。當(dāng)然，為了推動(dòng)智能制造的發(fā)展，中國(guó)各方面都在助力制造業(yè)，幫助制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。我們過(guò)去的工業(yè)是落后的，現(xiàn)在我們有機(jī)會(huì)跟外國(guó)人在同一條起跑線上，因此，希望與在座的各位努力奮斗，助力我們的制造業(yè)走向世界。