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智能制造既要“顶天”也要“立地”——访中国工程院院士吴澄

已有 4853 次阅读 2017-12-19 15:34 |系统分类:论文交流|关键词:学者

文/黄晓艳


       信息技术、人工智能的突飞猛进,为制造业的发展提供了巨大推动力,全球制造业格局正面临重大调整,新一代信息技术与制造业深度融合,正在引发影响深远的产业变革。欧美国家将发展智能制造作为打造国际竞争新优势的核心内容。我国在《中国制造2025》提出了制造强国发展路线图,并把发展智能制造作为主攻方向之一;《新一代人工智能发展规划》明确指出了智能制造是新一代人工智能技术创新应用的一个方面。智能制造成为我国当前和今后一个时期推进工业化信息化深度融合、完成制造大国向制造强国转变的主攻方向和抢占新一轮产业竞争制高点的重要手段。

  在清华大学主楼的院士办公室,中国工程院院士、清华大学自动化系教授吴澄接受了本刊记者的专访,他针对现阶段“智能+”热,对中国智能制造提出了自己的观点。

  智能制造面临着信息环境的大变化

  本刊记者:智能制造非常有前景,也是当下的热点,在很多计划中被提为重点。随着信息技术的进步,人工智能的发展,智能制造的发展现状和发展趋势有了哪些变化?

  吴澄:智能制造不是一个新提法。谈起智能制造,首先应介绍日本在上世纪八十年代所倡导的“智能制造系统IMS”国际合作研究计划。上世纪80年代,智能计算机曾经带来一波人工智能的高潮,智能制造也随之走热。日本出台国际合作项目“智能制造系统IMS”,十分重视知识产权,我们当时考虑的是,“智能制造”离中国企业还比较远,因此并没有积极直接参与其中,而是集中在信息化的建设,重点放在集成上,也就是信息互联互通,以企业效益驱动为主要出发点。日本的IMS后来并没有实现理想效果。从今天来看,其中最重要的是信息环境,包括人工智能的技术和产业化,都属于初级阶段,不足以支持制造的需要。

  信息技术的进步,人工智能的发展,为智能制造的发展提供了巨大的推动力。和80年代中期相比,智能制造的信息环境如计算机的运算速度、芯片线宽、通信和网速一直在快速提升。当时的人工智能,如专家系统、模糊计算、神经网络,都还比较简单,不足以解决复杂的制造问题。如当时的神经网络只有单层或者两层的浅层网络,如今,神经网络已经发展到152层以上的深度学习。在图像识别、机器翻译等方面接近了人类的水平。人工智能还将发生巨大变化,从传统的人工智能—“计算机模拟人脑思维、认知”向智能新形态方向发展,即新一代人工智能:大数据智能、群体智能、跨媒体智能、混合智能和自主无人系统等方向发展。这将为车、机器人等智能制造的发展带来更多的机遇。

  从应用的层面看,20世纪80年代,制造主要关心的是产品设计、加工制造、资源管理等方面;而在今天,制造则已经扩展到全生命周期:包括产品创新设计、加工制造、装配、测试、管理、营销、售后服务、客户关系、仓库物流供应链、报废处理等等。我们可以看到,人们对智能制造的要求是希望利用自动化、数字化、网络化、智能化等先进技术,满足高效率的个性化、定制化的生产与服务,这是一种灵活、高效、智能的制造新模式。我们可以看出,智能制造正面临一个新的快速发展的前景,被人们寄于厚望。这是我要表达的第一个观点,说明我们从以前不积极参与转变到现在赞成的理由。信息环境的巨大变化和制造内涵的扩展是今天智能制造可以取得成功的基础。

  深入了解智能制造的内涵

  本刊记者:现在对智能制造有各种不同的定义。请您给广大读者科普一下,什么是智能制造?或者说我们怎样来认识智能制造的内涵。

  吴澄:对智能制造内涵的深入、准确、全面的理解,有助于在推进实施智能制造的过程中把握主动,避免盲目。

  关于智能制造,一种最简单的说法,即认为智能制造是智能和制造的交集、融合。如果了解传统人工智能的内涵、新一代人工智能的内涵、新一代信息技术的内涵以及制造全生命周期的内涵,则上面的说法可以更具体、深入:智能制造是人工智能技术,特别是新一代智能技术在制造全生命周期中所涉及的理论、方法、技术和应用。

  还有一种说法认为,智能制造是指在制造工业的各个阶段,从智能技术的视角,融合信息、机械、工艺、管理等学科技术,以一种高度柔性与高度集成的方式,支持产品全生命周期的产品(服务)设计、加工、管理、销售到报废处理的全过程,达到制造业智能增长、包容性增长、可持续增长的目标。这几个概念的内涵差别不大,都可以参考。

  从技术角度看,智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能物流、智能装配、智能检测、智能维护、故障诊断、新制造模式等等。

  智能制造既要“顶天”也要“立地”

  本刊记者:如何看待智能制造产业链上下游之间的关系,新老产业之间的划断?您觉得我国智能制造会在哪些领域最先发力?

  吴澄:智能制造覆盖面很广,人工智能的内涵也很广。所以,制造全生命周期中的任何一个环节,采用了人工智能的任何一种具体技术都可以属于智能制造的范围之内。因此智能制造不只是“高、大、上”,制造业包括其它行业,服务行业的各个层面都可以有所作为,这便是“立地”。智能制造就在我们身边。我国在最近二十年的许多信息化成果,如数字化制造、集成制造、网络化制造、虚拟制造、协同制造、现代物流、企业管理信息化等方面,多多少少都会用到智能技术(人工智能1.0),都是有效益的,都是立地的。当然这些方面也为智能制造进一步的发展打下了基础。

  智能制造的发展,特别是基于新一代人工智能的智能制造,或称新一代智能制造,也是“顶天”的。例如:智能感知、认知是智能装备、智能工厂必须的,也是设备健康管理、故障诊断必须的;自然语言理解,人在回路中,知识性工作自动化;群体智能支持众创空间,包括新产品的创新研发;大数据智能改善产品质量、故障诊断、对员工/企业/用户的诚信管理;“无处不在”的高端智能产品;新制造模式,用户参与的设计、高效率、高效益的批量为1的制造等等。我国在这些方面已经有了一些成果和案例,可以向深度和广度进一步发展。

  知识性工作自动化对制造、服务,对社会和全球的影响很大

  本刊记者:知识性工作自动化对经济影响力很大。从现实来看,智能制造在我国工业系统的应用中存在着哪些问题?智能制造这个产业未来的空间将会产生怎样的变化?

  吴澄:值得重视的是知识性工作自动化。这是智能制造、智能服务的重要方向,麦肯锡发表的“到2025年的12项颠覆性技术”中,把“知识性工作自动化”列为第二项。各项技术的潜在经济影响力,最大的是移动互联网,排名第二的就是知识性工作自动化,而且认为是最切实可行的。

  2016年美国白宫发布了两份报告制定美国人工智能的发展路线和策略。12月再次发布报告《人工智能、自动化与经济》,深入考察来理解知识性工作自动化的前景。

  1.智能感知和认知将在制造、工程广泛深入应用。通过安装在装备上的各种新型传感器及其网络,能够远程监控设备的健康状况和运行状况,这是感知。用大数据和机器学习算法,从而可以早期发现设备的异常,位置等定量信息,尽早进行保养和维修,以及“自愈”,这是认知。制造业的各种装备,如高铁、飞机、桥梁、地下管道、石油管道,都需要有传感器,需要感知它的问题,认知它的故障在什么方面,以及运行状况如何。这是多大的范围,多大的市场。未来世界将是一个信息、物理、人的更加深化融合的世界。我国已经开始在高铁和一些地方应用,这对社会来说是非常大的应用。

  2.人机接口技术越来越多取代人的工作。自然语言理解、图像识别、机器学习等成果在工业系统、服务系统运行中已经逐步取代人,技术接近并将很快超过人类水平,应用于社会、经济、工业、生活的范围会越来越广,进入智能自动化已经不远了。

  人类的分工和职业将面临重大调整。国外报道,一个人工智能虚拟助理,可以完成以往500名初级律师的工作。未来有许多职业会被人工智能逐步取代,主要是淘汰落后生产力。深度学习在国内外的关注越来越大,直接影响到设备、装备的智能制造。美国很多公司都开始在人工智能新的芯片当中布局。比如苹果,正在研制专业芯片,加强各种装备当中的人工智能功能,有这些大企业的引领,可以预见其对社会、民生的重大影响。

  3.企业/社会治理将进入“智能化+”。我国经济转型——从“有没有”到“好不好”。

  人总是处在不断的、众多的选择和后果的判断中,即所谓策略与价值,众多的选择判断决定了不同的后果。本质上与下棋是一样的。AlphaGo的价值不只是打败世界冠军围棋手,而在于解决了一个普适性难题。这个技术适用于一切需要“选择”的场合。实际上做任何事情,都涉及到策略及其引起的后果是什么,也就是价值。这类问题是人类社会的普遍性问题,从企业运作的优化到城市治理的顶层决策。

  我国有很多工业系统,但运行并不好,能耗平均水平是世界的2.6倍。我国广大的工业系统、服务系统需要从“有没有”到“好不好”,这个过程就是经济、社会“转型”的过程。“有没有”停留在物理世界,“好不好”深入到智能世界。要解决经济发展当中的质量问题、成本问题、资源问题、民生问题等等诸多问题,只有在人工智能的支持下,通过机器学习、智能预报、智能建模等创新手段去一一解决,这会是一个相当长期的过程。现在我们已经有了一些在钢铁企业、半导体企业的成功应用案例及城市辅助决策的案例。

  突出企业引领,更不要忘了初心

  本刊记者:《中国制造2025》的提出切合当前中国制造业现状和未来发展方向。智能制造企业如何树立和明确目标?如何在众多的新技术中去选择?

  吴澄:智能制造是全球制造业发展趋势,也是我国工业化、信息化深度融合的主攻方向。在推进我国智能制造发展过程中,我们不能过于强调信息技术对传统产业的改造而忽视了传统产业本身的实际基础。

  智能制造是前景,是一个热点,也是支持企业转型升级、建设制造强国战略的一个选项。作为选项,智能制造是为转型升级,为制造强国战略服务的。如何在众多的新技术当中选择,关键一条就是看能不能真正给企业带来效益,能不能给企业的可持续发展带来成果,这是选项的判断标准。

  实现“中国制造2025”,实体企业才是主体,核心还是把制造业从价值链的中低端提升到中高端。任何技术都只是手段,目标决定了企业的选择。智能制造的最终目的是使企业的竞争能力得到提高。企业要以不变应万变,需要找到各自产品的定位,不要盲目去搞智能化,而要根据国家的情况,根据企业的情况,企业要选择走一条合适自己的、对企业有效益的发展和技术路线,这是最重要的事情。

  实施智能制造,突出企业引领,不要忘了初心、忘了目标。所以我建议实施智能制造应该是需求牵引,效益驱动,总体规划,分布设施,重点突破,创新发展。



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