中國這幾年信息化的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)很多概念和熱點，從云計算到物聯(lián)網(wǎng)，智慧城市到大數(shù)據(jù)，到現(xiàn)在的人工智能這一波熱浪。這些熱浪一定要落地下來，為制造業(yè)服務。對于中國人工智能的發(fā)展而言，重要的問題還是要解決中國的制造業(yè)發(fā)展問題。如果制造業(yè)的智能化上不去，中國國民經(jīng)濟的脊梁就不夠堅實。
首先需要理解，什么是智能制造?按照百科定義，智能是指獲取知識和技巧一種能力。而“人工智能”現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一定義。這個概念，早在1952年就由圖靈提了出來?，F(xiàn)在，很多人把人工智能的解釋，句子越來越長，講的越來越復雜，大家都搞不清楚到底什么是人工智能了。其實，人工智能簡單地說，就是人賦予機器的職能。具體地說，就是通過計算機的硬件和軟件，尤其是各種軟件，給機器賦予了智能，讓機器可以感受環(huán)境，意識到環(huán)境的變化，進一步為決策者提供建議，拓展了人的智能，甚至在事前授權的情況下自主做出決定。
如果說智能是指獲取知識和技能的一種能力的話，無可否認的是，正是這些計算機輔助系統(tǒng)和工業(yè)軟件為制造業(yè)帶來了智能。因此，智能制造，簡單地說就是計算機制造，無需加上太多的修飾和太復雜的定義。
電腦比人腦更強大之處，不完全在于其強大的計算能力和存儲量，關鍵是其中運行的軟件。如果沒有軟件，計算機也就是一堆金屬塑料。以此為基礎，可以看看制造業(yè)信息化的發(fā)展，實際上也可以理解智能制造演進的三個階段。
“四化一造”看工業(yè)信息化
制造業(yè)信息化的發(fā)展，主要是圍繞著企業(yè)的業(yè)務運行而展開。首先是企業(yè)內部信息化，見圖1。這包括“四化一再造”，也就是研發(fā)信息化、產品信息化、生產信息化、管理信息化以及業(yè)務流程和組織再造。其中產品信息化，主要是指帶有嵌入式系統(tǒng)的產品，其復雜程度各不相同。理解產品信息化，對理解當下的智能制造，非常重要。
與此同時企業(yè)還有一個上游供應鏈和下游社會關系的問題，上游包括原材料、零部件、裝備和人員招聘等，下游則與銷售、銀行、客戶關系等相關聯(lián)。這些屬于企業(yè)的外部信息化問題。
企業(yè)的內部業(yè)務和外部業(yè)務，構成了企業(yè)信息化基本的內涵。企業(yè)信息化早期就是從數(shù)字化開始的。計算機剛剛發(fā)明的時候，本來是做科學計算的，很快就被用來做業(yè)務處理，提升管理效果。這是一個從下往上發(fā)展的過程，開始是做一些數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如財務管理，包括一些統(tǒng)計報表處理;隨后，逐漸上升到管理層，也就是開發(fā)管理信息系統(tǒng)(MIS)，從財務管理、人事管理，到生產管理，一層層往上走;上升到了決策層和開發(fā)決策信息系統(tǒng)(DSS)。企業(yè)信息化，一開始就是處在數(shù)字化時期。
數(shù)字化起步
然而，利用計算機來改造企業(yè)的生產裝備，實際上比管理信息系統(tǒng)起步還要早。1952年，即商用電子計算機發(fā)明的第二年，美國就有一家公司設計了一套數(shù)控裝置，開發(fā)了第一臺三坐標數(shù)控銑床。盡管這個銑床體積很大，造價也很高，但是開辟了一個數(shù)字控制的新時代。1958年，美國研制出第一臺加工中心。這意味著，計算機改變制造業(yè)的時代，正式拉開了帷幕。隨后，隨著第一個微處理芯片的發(fā)明，各種各樣、數(shù)以億計的嵌入式系統(tǒng)開始嵌入到各種裝備、各種產品當中去。制造業(yè)開始走向以數(shù)字制造技術為核心的計算機控制時代，當時國內叫做機電一體化?！皺C電一體化”這個提法沒有完全點到問題的本質，那就是計算機控制。
可以看到，計算機系統(tǒng)很早就開始賦予各種制造裝備以智能。如果按照前面智能的定義的話，那么智能制造這個問題，可以說很早就被提出來了。在整個信息化對制造業(yè)的改造過程當中，是工業(yè)軟件支撐了企業(yè)數(shù)字化的發(fā)展，扮演了一個非常關鍵的角色。
電視臺有一個關于中國制造業(yè)的討論會，其中，關于“中國制造業(yè)還有什么不能制造?”的問題，提了十個方面，唯獨沒有提到工業(yè)軟件。殊不知，中國制造業(yè)體量世界第一，占世界制造業(yè)的份額20%強，但是，中國的工業(yè)軟件現(xiàn)在90%以上依靠進口，稍微復雜一點的，都不是國產。而且，中國工業(yè)軟件的市場份額，僅占世界工業(yè)軟件市場份額的1.7%。一個20%的制造業(yè)大國只占1.7%的份額，足以說明中國工業(yè)的“體質”太弱?？瓷先?，大家對于這個問題的認識，還是存在著比較大的偏差。
其實早在上世紀70年代，就可以看到數(shù)字化對傳統(tǒng)工業(yè)的改造蓬勃發(fā)展。特別是在1974年，第五代使用微處理芯片和半導體存儲器的計算機數(shù)控裝置研制成功以后，從生產裝備的角度來看，發(fā)展非常迅速。拿數(shù)控機床來講，從一軸到三軸到五軸到七軸，對基于信息化的工業(yè)化產生了革命性的影響。還有各種各樣的計算機輔助系統(tǒng)，從輔助制圖CAD、到計算機輔助工程仿真CAE、到計算機輔助制造CAM等，都對制造業(yè)的現(xiàn)代化產生了深遠的影響，完全改變了人們對現(xiàn)代化的工業(yè)化的認識。
后來，隨著計算機技術的發(fā)展，出現(xiàn)了全三維數(shù)字化和數(shù)字仿真。工業(yè)數(shù)字化向高端方向發(fā)展。企業(yè)從接訂單開始，一直到產品交付，全流程完全依賴計算機軟件的控制和支撐。
網(wǎng)絡化崛起
上個世紀90年代初互聯(lián)網(wǎng)開始在全球普及，企業(yè)的網(wǎng)絡化隨之也快速發(fā)展。在互聯(lián)網(wǎng)沒有普及應用之前，基本上所有的企業(yè)都是采用客戶服務器(C/S)的架構，但客戶服務器只能解決本地域的聯(lián)網(wǎng)問題。互聯(lián)網(wǎng)興起之后，異地可以聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)也很快開始走向網(wǎng)絡化。
除了應用互聯(lián)網(wǎng)之外，企業(yè)的網(wǎng)絡化有兩個主要的方向，一個就是內部網(wǎng)，將企業(yè)內部各個部門和下屬單位所有的信息系統(tǒng)全部連在一個網(wǎng)上，不管這些部門是在北京，還是在印度或墨西哥。這樣極大地提高了企業(yè)內部業(yè)務的運行效率和有效性。當然，只是實現(xiàn)了信息和數(shù)據(jù)的交換，還沒有做到智能化。
另外一個是外部網(wǎng)。企業(yè)的外部聯(lián)系，全部通過互聯(lián)網(wǎng)進行。也就是說，把企業(yè)內部網(wǎng)的一部分向外部合作單位開放，求得橫向打通。比方說生產汽車的，會把生產計劃向上游的座椅工廠開放，后者可以進入企業(yè)內部網(wǎng)絡，了解相關部門的生產進度，以便準確、及時供貨。企業(yè)跟銀行連通之后，只要座椅被汽車制造廠驗收，銀行就會自動打款給上游供應商。這樣，就做到了外部信息系統(tǒng)的一體化。
互聯(lián)網(wǎng)帶來的制造和生產的網(wǎng)絡化，正是基于內部網(wǎng)和外部網(wǎng)實現(xiàn)。這個可以看做是早期的“互聯(lián)網(wǎng)+制造”的核心內涵?？梢哉f“互聯(lián)網(wǎng)+制造”實際上始于上世紀90年代。
制造業(yè)網(wǎng)絡化帶來的重大技術突破，至少表現(xiàn)在以下三個方面。
第一個就是關聯(lián)設計系統(tǒng)。在虛擬設計與制造的環(huán)境下，網(wǎng)絡可以支持成百上千個在線用戶同時進行實時設計，使得一個系統(tǒng)或者一臺裝備的總體、子系統(tǒng)之間的三維設計結果相互關聯(lián)。IBM早期大量發(fā)展計算機輔助設計的一個根本動力，就是數(shù)字化圖紙可以通過網(wǎng)上傳送，可以在全世界任何一個IBM的工廠，生產所設計的零部件。當時，新產品的設計速度加快了16倍，產品更改和更新的速度提高了數(shù)百倍?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”為制造能力的提升開辟了一個難以想象的巨大空間，對企業(yè)來講是一個全新的競爭優(yōu)勢。
第二個是網(wǎng)絡化協(xié)同平臺，網(wǎng)絡化帶來的不僅僅是大家交換信息，而且可以帶來工程人員的協(xié)同工作。一些大的企業(yè)，如波音公司，率先建立了自己非常強大的網(wǎng)絡化協(xié)同平臺。2000年9月以波音、洛克希德?馬丁、雷神、BAE及R&R為代表的美英國防航空巨頭，發(fā)起組建了大名鼎鼎的Exostar，探索國防航空行業(yè)的供應鏈網(wǎng)絡協(xié)同。目前，通過Exostar進行供應鏈管理和協(xié)同的有六大主制造商，涵蓋16000個不同規(guī)模的專業(yè)供應商。隨后，歐洲國防航空行業(yè)的四巨頭，空中客車、達索航空、賽峰和泰雷茲，也跟隨美國競爭對手的腳步，發(fā)起設立了一個屬于歐洲國防航空工業(yè)的網(wǎng)絡化協(xié)同制造平臺BoostAeroSpace，于2011年正式對行業(yè)內客戶提供服務。
第三個是全三維標注技術，任何一個產品只要把三維的圖做出來，零部件的圖紙就可以利用計算機軟件和系統(tǒng)自然而然地分解和生成。這就使得企業(yè)得以形成單一的數(shù)據(jù)源管理。美國國防部和航空航天近幾年非常重視的數(shù)字主線(DigitalThread)，也正是這樣一種技術的發(fā)展和延伸。
然而，不管是關聯(lián)設計也好，網(wǎng)絡化協(xié)同平臺也好，全三維標注也好，背后的根本支撐，其實并不是網(wǎng)絡，而是工業(yè)軟件。這一切，都是依靠各種各樣的工業(yè)軟件來支撐的。今天大家討論的中國還不能生產的工業(yè)產品，可能很重要的原因就是沒有相應的工業(yè)軟件支撐的制造設備。集成電路有很多難以突破的核心技術。其中，集成電路的設計就是重要的一環(huán)。高端集成電路的設計圖紙，人工是畫不出來的，是靠計算機輔助設計軟件畫出來的。沒有先進的這種軟件，就不可能設計出先進的集成電路。如果國外只賣給我們前二代、前三代的設計軟件，那么中國也就只能去設計前二代、前三代的相關產品。工業(yè)軟件的重要性由此可見一斑。
智能化發(fā)展
企業(yè)智能化的發(fā)展，可以回溯到上個世紀六十年代初。通過圖2的制造業(yè)智能化發(fā)展，可以看到制造業(yè)如何從數(shù)字化走到網(wǎng)絡化，再走到智能化。
可以看到制造業(yè)的智能化，實際上跟數(shù)字化基本上是同步的，不過在早期，只是單機、單個裝備而已。像CAE這種非常復雜的軟件，需要把計算、工程知識和人類的經(jīng)驗，都融合在里面。因此工業(yè)軟件并不簡單是軟件，而是一門學問。只有學計算機軟件的工程師，是設計不出先進的工業(yè)軟件的。就智能化而言，從數(shù)據(jù)處理的角度來看，業(yè)務智能(BusinessIntelligence)也是很重要的一個分支。
過去幾十年中國信息化的發(fā)展有兩個不足之處。一個網(wǎng)絡化的內向性問題，很多企業(yè)只做了內部網(wǎng)，幾乎沒有做外部網(wǎng)，這種情況與我們的國情有關。第二個就是業(yè)務智能的使用在中國發(fā)展非常緩慢，這可能是因為“拍腦袋做決策”已經(jīng)成為習慣。
現(xiàn)在炒得比較多的概念就是人工智能，其中熱門的是深度學習和機器學習。這方面的發(fā)展主要是基于兩個條件：超強的計算能力和充沛的大數(shù)據(jù)集?，F(xiàn)在，一方面是計算機的運轉速度很快，存儲量也很大;另外就是很多重要的數(shù)據(jù)可以收集上來處理。如語音識別、圖像識別，都不是今天才搞起來的。早在上世紀60年代初，中科院自動化所就開展了模式識別中的研究。但在當時，數(shù)據(jù)既算不過來，也存不過來。因此，70年代以后人工智能的動靜就不大了。這幾年人工智能又開始熱起來，是因為數(shù)據(jù)量大了，計算機算的快了。當然，人工智能不僅僅是深度學習和機器學習，比方說人腦的模擬等，人工智能比較高級的發(fā)展階段，還將有更大的發(fā)展。
智能化實際上是依托于計算科學，而不僅僅是計算機科學。美國國家總統(tǒng)信息技術委員會在2005年專門就“計算科學”的重要意義給時任總統(tǒng)小布什寫過一個報告，其中講到計算科學是由三個不同的元素組成的：計算機與信息科學、建模與模擬軟件和計算的基礎設施，這三點缺一不可。
在計算科學意義上的智能化，實際上包含四個基本的要素：模型、算法、軟件和數(shù)據(jù)。研究任何一個問題，必須首先要把物理問題的數(shù)學模型構造出來;之后需要有一套模型計算的算法方法，例如各種微分方程和代數(shù)方程的求解;需要形成可以按算法重復執(zhí)行計算的軟件;而在計算的時候，則需要大量的數(shù)據(jù)處理和分析。如果只是做了信息的采集、存儲、處理、檢索和利用，這個不是智能的系統(tǒng)，而只是一個簡單的信息系統(tǒng);即使把它們都連成網(wǎng)絡了，仍然只是一個聯(lián)網(wǎng)的信息系統(tǒng)，而不是一個智能的系統(tǒng)。因此，判定一個系統(tǒng)是否是真正的、智能的系統(tǒng)，一定要從這四個方面去評估。很多地方搞智慧城市、搞智能制造，如果需要仔細推敲其真?zhèn)?，好的衡量的方法，就是利用這把具有四個維度的尺子。
