智能制造——软件定义创新工业范式

宁振波：智能制造——软件定义创新工业范式

未来先进制造业模式：

随时、随地、随人

未来十五年先进制造业的模式应该是什么样的?我的理解是随时、随地，不随人的模式。随时，即一年365天每天24小时什么时候都可以制造；随地，指是无论在火星上、月球上、飞船里、珠穆朗玛峰上还是在深海里随地可以制造；不随人，即制造方式不随人的技能和设备的更换而发生变化，这就是我理解的未来制造模式。

制造和生产是两个不同的概念，制造包含了设计、工艺和生产。传统生产方式是单件大批量，现在就是多件小批量，未来个性化的定制会越来越多。个性化的单件制造、生产是非常困难的，尤其是复杂系统的不确定性问题，过去非常难以解决。现在，我们用软件来定义产品，用软件来定义生产过程、生产产品，就是要解决复杂系统的不确定性，这就是我理解的智能制造。今后相当长一段时间内，大批量、小批量、单件订制的生产方式会并存，单件定制解决了，其他就非常简单了。

关于人工智能，我对人工智能的认识首先是要互联，电子计算机是靠电信号互联，我们大脑的细胞是通过蛋白质互联，在这方面人工智能没有质的突破；第二个是新陈代谢，我指的是硬件可更换，软件可升级；第三个人工智能是可进化的，就是算法可以更改优化；第四个人工智能也追求自由，自由的意识。实际上是机器的自动沟通、自动联系，比如说Meta语言就是这样的工具和方法；第五个人工智能追求永生，在这样的条件下我们看一看未来智能制造是应该什么样的。

三体智能——来源于物理实体的经验

德国工业4.0首先要建立一个系统，即赛博物理系统，但是欧美的方法论和思想和我们东方文化不一样。东方的道家文化讲，道生一，一生二，二生三，三生万物。“三”是复杂体里面最简单的描述要素，例如光学的三基色可以构成万花桶，因此也可以说“三”是最简单的复杂体。欧美在谈论CPS时，认为CPS的核心就是解决设备和物料的互联互通，用赛博来控制实体，实体的状态反馈给赛博。赛博本身是一个数字虚拟体，是虚拟的模型。

欧美提到CPS没有考虑赛博是怎么来的，但实际上赛博是人创造的，我们写了一本《三体智能革命》的书，提出了物理实体、意识人体和数字虚体三体化一的三体智能理论。认为世界是一个物理实体，按照达尔文的进化论，从物理实体演化出了植物和动物，动物的高级形态就是人体。人是有智能的、有意识的人体，物理实体演化出了意识人体。

有意识的人体把物理实体建成模型，建成了数字虚体，这个数字虚体既可以指导我们产品的生产，也可以变成一个嵌入式系统，把数字虚体嵌入到物理实体中，这个物理实体就有智能了智能的人类用智能的工具，用数字建模的方法，就可以建成数字虚体。

数字虚体有两个作用。第一个作用就把数字虚体嵌入到物理实体中，物理实体就具有了智能。实际上智能制造有一个重要的概念就是生产型企业转型为生产服务型企业，生产服务型企业的重要标志，就是产品必须智能化，否则难以实现生产服务。第二，有了数字虚体，我们在产品设计、分析工艺和制造过程中先建立数字虚体，也就是我们通常所说建立数字模型，有了数字模型，实物生产、工艺制造就变简单了。因此，可以说有了数字虚体，我们的世界就会光明了。

去年5月17日中国工程院周济院长邀请我们《三体智能革命》主要作者在工程院讨论三体智能理论对中国制造2025和智能制造的支撑。今年4月份，在周济院长主持下的中国智能制造发展战略研究报告中，提出新一代智能制造的基本原理：人-信息-物理系统(HCPS)。

我们过去的生产研制方式基于蓝图，工艺卡片，下一步的生产研制方式就是基于数字定义，典型案例就是波音777的数字化。我们在2005年把飞机的起落架全部数字化，包括机械结构设计、电器系统设计、电子系统设计、控制系统设计、液压系统设计，建成全部虚拟的数字样机，可以考核起落架的功能和性能。

未来我们基于CPS数字定义或者基于CPS智能定义，这就是对于赛博物理系统的展示，我们知道美国SpaceX公司研制的可回收式中型运载火箭猎鹰九号实现顺利回收。现在常规火箭分离靠爆炸螺栓实现分离。之前美国、俄罗斯、中国想用机械弹射式方法完成分离，都做了大量的地面试验，但全部失败。但是马斯克没有做大量地面物理试验，直接用计算机设计仿真方式并最终实现了回收，火箭分离靠机械弹射式实现的。这也从一个侧面说明新一代智能制造的基础是数字化。

数字化制造的基础是什么呢？是几百年上千年以来我们形成大量物理实践的经验，因此虚实精确映射，基础是实体。皮之不存毛将焉附，人类几百年几千年的经验是形成大量实体制造的基础，在这个基础上我们建造大量的虚拟数字虚体，然后才有相互映射的关系。理解这个就可以实现融会贯通虚实之间的关系。

智能制造的本质即软件化的工业基础

智能制造的本质是什么？智能的核心是软件，因此智能制造的本质就是软件化的工业基础，是软件定义的产品，软件定义的生产体系。它们促进生产关系的优化重组，而生产关系的优化和重组就是优化流程，流程是核心。这就会带动生产关系的重大变革，因此我们的生产关系必须优化重构。

关于第四次工业革命，如果大家把2013年4月份德国在汉诺威工业博览会上发布的《实施“工业4.0”战略建议书》作为起点，第四次工业革命或者是智能制造才刚刚开始。一次工业革命需要几十年甚至上百年，用这个标准来判断有没有真正意义上的智能工厂，我认为是没有的。我们要实事求是，自动化不是智能化，这是两件事情。我国90%以上企业还没有实现数字化。因此建议我们多作数字化，探讨智能化，少谈智慧化更好、更务实。

未来我们将面临几个重大的工业变革：第一个是人机分工，人和机器，包括加工的机器和电脑；第二个虚实分工，哪些部分在赛博空间中完成，哪些部分在物理空间中完成；第三个黑白分工，黑代表复合材料，白代表金属等，这个替代是为了绿色发展来考虑的；第四个加减分工，加代表增材制造，减代表传统金属加工；第五个制服分工，即制造业与服务业的分工。

我们老讲生产型企业转型为生产服务型企业，实际上这两方面是需要互相融合的。生产型企业可以转型为生产服务型企业，服务型企业也可以反向走向制造企业。未来这五个分工带来的智能要素是什么？这一点我们搞人工智能的一定要认真考虑。