構建智能系統，尤其是數量巨大的初級智能系統，并非首先用到人工智能，而是首先用到由長(cháng)期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的工業(yè)智能和其它智能技術(shù)。

一、智能系統的定義與識別

實(shí)現智能制造，需要構建和識別各式各樣的智能系統。符合以下特征的任何一個(gè)級別的人造系統，可以認為是智能系統。

類(lèi)比于人腦的認知能力，《三體智能革命》作者們對人造系統的智能特征做了提取，將智能系統分成三類(lèi)：

初級智能系統具備三個(gè)基本特征：狀態(tài)感知、自主決策、即刻執行，即前面提到的有感知，自決策，善動(dòng)作。其決策依據通常依靠科學(xué)效應來(lái)實(shí)現（例如利用光敏傳感器自動(dòng)開(kāi)啟和調光的智能路燈，數控車(chē)床防撞刀裝置等），由工業(yè)智能實(shí)現，無(wú)需嵌入計算系統。

恒定智能系統具備四個(gè)基本特征：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準執行。這類(lèi)系統效率極高，自主工作，但是智能水平在構建時(shí)預先設定，難以改動(dòng)（例如具有感知衣料特性并自動(dòng)決定洗衣策略的智能洗衣機）。這樣的系統必須嵌入計算內核，嵌入軟件和知識，以工業(yè)智能為主，在自主決策環(huán)節引入少量人工智能。

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開(kāi)放智能系統具備五個(gè)基本特征：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準執行、學(xué)習提升。具備這五個(gè)特征的人造系統是高度智能、有一定認知能力的系統，具備了自我改善、學(xué)習提升的持續發(fā)展能力（例如具有深度學(xué)習能力、可借助網(wǎng)絡(luò )共享知識，并自主更新和優(yōu)化程序的智能機器人）。這樣的系統具備強大的計算能力，需要使用人工智能技術(shù)或認知計算技術(shù)，可以實(shí)現對大數據的分析與處理，能不斷應用、積累和創(chuàng )造知識。

由此可知，構建智能系統，尤其是數量巨大的初級智能系統，并非首先用到人工智能，而是首先用到由長(cháng)期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的工業(yè)智能和其它智能技術(shù)。

二、工業(yè)智能

工業(yè)智能主要是依靠豐富的科學(xué)效應在工程技術(shù)領(lǐng)域的應用來(lái)實(shí)現的。

1、科學(xué)效應與工程技術(shù)

科學(xué)效應是幾何效應、物理效應、化學(xué)效應、生物效應的統稱(chēng)。效應來(lái)源于科學(xué)研究與發(fā)現，但是在工業(yè)領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應用。如果仔細分解一個(gè)機器設備，其中每一個(gè)關(guān)鍵子功能都是由科學(xué)效應實(shí)現的，例如洗衣機靠離心力脫水甩干，空調靠相變制冷。

科學(xué)效應是工程技術(shù)的實(shí)現依據和解決技術(shù)問(wèn)題的根本，用好一個(gè)效應可以獲得幾十項發(fā)明專(zhuān)利。發(fā)明家愛(ài)迪生的1023項專(zhuān)利里只用到了23個(gè)效應；飛機設計大師圖波列夫的1001項專(zhuān)利里只用到了35個(gè)效應。

科學(xué)效應：效應物質(zhì)在外部物質(zhì)屬性輸入作用影響下所形成的屬性輸出，輸入和輸出形成了特定的因果現象。例如，離心力、相變、熱膨脹、雙金屬結構、形變、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)、電致伸縮、磁致伸縮、電致變色、磁流體、壓電效應、傳導、對流、輻射、毛細管、衍射、電解、爆炸、磁熱效應、超導、多普勒效應、馬格努斯效應、珀耳貼效應、韋森堡效應等（了解更多的效應，可參閱作者今年1月出版的《TRIZ進(jìn)階及實(shí)戰》一書(shū)）。

2、以物理效應構建的智能系統

在工業(yè)革命的早期，人類(lèi)就利用科學(xué)效應來(lái)實(shí)現各種功能，以增強對機器的自動(dòng)控制。先來(lái)看一個(gè)第一次工業(yè)革命時(shí)期的蒸汽機轉速調節器，當蒸汽機轉速增加時(shí)，離心力導致飛球升高帶動(dòng)氣閥開(kāi)口減小，蒸汽機轉速隨之降低；反之，蒸汽機轉速降低時(shí)，飛球下降使得氣閥開(kāi)口變大、蒸汽機的轉速便隨之提升。依靠這樣的機制，蒸汽機轉速就能自動(dòng)保持基本恒定。離心力這個(gè)物理效應在這里起到了關(guān)鍵作用。

這個(gè)結果是符合初級智能系統的基本定義的。實(shí)際上這個(gè)控制系統的狀態(tài)感知是由飛球來(lái)承擔的，飛球轉動(dòng)時(shí)離心力所形成的向上的分力，克服了重力。重力與離心力博弈的結果形成了自動(dòng)決策，實(shí)時(shí)反映在飛球的高低變化上，通過(guò)連桿機構實(shí)現了對閥門(mén)的實(shí)時(shí)調節（即刻執行）。這樣的自動(dòng)化調節機構完全替代了過(guò)去由人來(lái)做的調節工作，遂人愿，全自動(dòng)。

案例不同，原理相通——自動(dòng)識別工人的手是否在沖床下方的自動(dòng)檢測設備，讓機器軋手成為了歷史，而其工作原理，不過(guò)是一個(gè)紅外成像傳感器；酒店或倉庫的防火自動(dòng)噴淋裝置，其工作原理是一個(gè)盛有酒精的細玻璃管，感知到高溫可以自動(dòng)炸裂；飛機上的自動(dòng)除冰裝置，是通過(guò)激光掃描翼面來(lái)檢測結冰情況，并自動(dòng)啟動(dòng)加熱裝置來(lái)除冰。從過(guò)去到現在，類(lèi)似的例子數不勝數。

3、以生物效應構建的智能系統

借用某些生物效應來(lái)實(shí)現智能系統的案例更為有趣。在電視劇《大染坊》中，主人公陳壽亭把魷魚(yú)爪放入正在加熱的染缸中。如果魷魚(yú)爪很快打卷了，就是到了最合適染布的水溫，他就立即指揮工人把棉布放入染缸。在這里，魷魚(yú)爪的生物效應（遇熱打卷）起到了傳感器的作用。

自2013年以來(lái)，英國警方使用蜜蜂作為傳感器來(lái)緝毒獲得了不錯的效果。蜜蜂的嗅覺(jué)靈敏度高出緝毒犬百倍以上，其特點(diǎn)是聞到了毒品的味道就伸舌頭，舌頭可以被紅外傳感器探測到。于是，利用這個(gè)生物效應，人們把訓練好的蜜蜂無(wú)損地固定在一個(gè)標準的塑料卡件內，每次以6個(gè)蜜蜂為一組，放在一個(gè)箱式探測器之內，然后用來(lái)檢測行李。如果同時(shí)有3個(gè)蜜蜂伸出舌頭，就說(shuō)明行李中藏有毒品。這種技術(shù)明顯地提高了檢測成功率。

4、以工業(yè)軟件構建的智能系統

工業(yè)軟件由編程語(yǔ)言、系統軟件、應用軟件和介于這兩者之間的中間件組成。它們是數字化革命的成果，是信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)相結合的產(chǎn)物。數字化的所有的基本功能，其實(shí)都是由科學(xué)效應來(lái)實(shí)現的，例如電場(chǎng)形成了計算的0和1，磁場(chǎng)形成了存儲的0和1，電磁場(chǎng)形成了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的0和1，等等。因此，軟件不過(guò)是調用低層硬件通過(guò)科學(xué)效應來(lái)執行各種功能的計算機指令的程序集合。

工業(yè)軟件可以分為機械自動(dòng)化、生產(chǎn)自動(dòng)化、企業(yè)信息化等不同的大門(mén)類(lèi)。還可以分為CAX、ERP、PLM、MES、OA、EB等不同用途的軟件，也可以細分為PLC、DCS、PAC/PLMC、SCADA、工控機、嵌入式系統、信息安全、生產(chǎn)安全、工控供應鏈、工業(yè)以太網(wǎng)、現場(chǎng)總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)通訊、低/中/高壓變頻器、運動(dòng)控制、機械傳動(dòng)、電機、電氣連接、工業(yè)機器人、機器視覺(jué)、離散傳感器、分析測試儀表、顯示控制儀表、工業(yè)電源、機箱機柜、低壓電器等專(zhuān)屬用途軟件。

以《三體智能革命》中提到一個(gè)飛機關(guān)聯(lián)設計案例為例，在給定飛機方案的情況下做好了CAD設計建模，形成了數字化樣機。如果飛機在風(fēng)洞試驗中被確認需要做外形的優(yōu)化與調整，就會(huì )遇到很大的麻煩，只要外形一變，內部所有有關(guān)聯(lián)的結構件全部要跟著(zhù)變。但是早期軟件是做不到關(guān)聯(lián)修改的。設計人員只好全部重新所有的相關(guān)結構件，這些重復性的勞動(dòng)讓設計人員苦不堪言。

而關(guān)聯(lián)設計就可以解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)定義飛機設計總體參數及傳遞上下游和各專(zhuān)業(yè)之間接口關(guān)系的骨架模型，實(shí)現設計信息的有效傳遞和控制。飛機外形一變，引發(fā)骨架模型的相應變更，設計軟件基于特定算法，可以自動(dòng)檢測到裝配關(guān)系上不匹配的零部件，并經(jīng)過(guò)分析計算之后，做出自適應的更改，自動(dòng)引導大約60%以上的相關(guān)結構件的自動(dòng)變化，這就是一種典型的智能設計，它體現了“狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準執行”的智能特征。                         

三、工業(yè)智能與智能制造

上述案例表明，很多人造系統中的智能，都是屬于長(cháng)期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的、利用科學(xué)效應來(lái)實(shí)現的工業(yè)智能——系統有明確的狀態(tài)感知和信息輸入與輸出，有著(zhù)自動(dòng)的決策，有著(zhù)快速而靈敏的執行結果。它們可以是機械技術(shù)實(shí)現的，可以是電子技術(shù)實(shí)現的，也可以是生物技術(shù)實(shí)現的，或者是綜合實(shí)現的。

對企業(yè)而言，任何的工具以實(shí)用為根本。在能用電子驅蚊器、噴霧器、紫外滅蚊器等技術(shù)手段來(lái)驅蚊、殺蚊的地方，就不要用高射炮來(lái)打蚊子。工具適用、并且有提升和改進(jìn)的余地，才是最佳選擇。

智能制造的原理其實(shí)并不難懂——網(wǎng)絡(luò )無(wú)所不在、知識在任何場(chǎng)景下以數字化形式調用，用盡可能多的數據流動(dòng)與盡可能少的成本物耗來(lái)滿(mǎn)足個(gè)性化定制的需求。企業(yè)首先要做的，是在充分認識自身發(fā)展水平的基礎上，找到一個(gè)適合企業(yè)自身條件和發(fā)展方向的快速提升的路徑。其次，是讓企業(yè)里的機器設備變得更加柔性，機器上的數據更加有序自由流動(dòng)。

只要機器設備能夠比較“聰明”，如能夠自動(dòng)感知人的存在而不傷人，能夠修改幾行軟件代碼就調整了機器功能，能夠在任務(wù)變動(dòng)的情況下自我調整生產(chǎn)節拍，能夠自動(dòng)識別并剔除缺陷產(chǎn)品，能夠長(cháng)時(shí)間、高質(zhì)量地生產(chǎn)產(chǎn)品等，這樣就能替代一大部分人的體腦工作，就可以釋放巨大的生產(chǎn)力，甚至就可以改變生產(chǎn)關(guān)系。而構建這樣的智能系統，并不一定需要人工智能的介入，基本上可以用工業(yè)智能來(lái)實(shí)現，因此，對于初級智能系統和恒定智能系統的應用是企業(yè)起步的重點(diǎn)。

但即使是初級智能系統，在我國的企業(yè)里也沒(méi)有得到普及應用，很多設備還是啞設備、笨設備，還是會(huì )傷人，還是不自動(dòng)，還是難以調整功能。大力發(fā)展以初級智能系統為核心的工業(yè)智能，是讓設備變得更聰明、讓企業(yè)走向智能制造的初始路徑。

四、人造智能與人工智能

《三體智能革命》中定義：人造智能是人造系統所具有的一種模仿、拓展和超越人類(lèi)智能的能力。

人造智能包含了所有由人開(kāi)發(fā)和建立的人造系統的智能，例如源于信息技術(shù)領(lǐng)域的人工智能、認知計算、黑暗森林、互聯(lián)網(wǎng)大腦等，以及源于制造技術(shù)領(lǐng)域的基于傳感器和自動(dòng)化技術(shù)的工業(yè)智能等。                            

作者已經(jīng)在此前專(zhuān)門(mén)撰文指出，目前市場(chǎng)上流傳的“智能制造里面的智能是人工智能”的說(shuō)法，是不正確和片面的，具有較大的誤導作用。正確的說(shuō)法是：“智能制造里面的智能是人造智能”

人工智能的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了兩起兩落，現在正處于第三次蓬勃興起的大好時(shí)期。目前，過(guò)分夸大和貶低人工智能都是不可取的。人工智能的很多研究成果，已經(jīng)可以期待在數年后真正用于制造業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程。但是在今天，其實(shí)用性還是有一定的問(wèn)題的，需要時(shí)間來(lái)優(yōu)化和成熟。如果能夠有人工智能的技術(shù)立即用于智能制造當然好，但是，如果沒(méi)有馬上能用于智能制造的人工智能技術(shù)，智能制造就不能發(fā)展了嗎？事情當然不是這樣。

其實(shí)，問(wèn)題的實(shí)質(zhì)在于概念的混淆和理解的偏差。因此澄清概念，正確理解智能制造就變得非常重要。

我們今天要實(shí)現的智能制造，是基于人造智能（而并非僅僅是人工智能）的智能制造。其中，源于工業(yè)領(lǐng)域長(cháng)期積累的工業(yè)智能，與源于信息領(lǐng)域的人工智能，是要相互借鑒和融合的。以這兩種智能技術(shù)為主體，兼顧其他智能技術(shù)，才是今后智能制造技術(shù)的主流發(fā)展方向。而如前所述，對于目前普遍處于工業(yè)1.X～2.X水平的中國企業(yè)來(lái)說(shuō)，首先需要的，并不是高大上的人工智能，而是長(cháng)期積累的工業(yè)智能。起步于工業(yè)智能，逐漸融入人工智能，才是更適于中國企業(yè)的智能制造之路。

人工智能走向成熟的市場(chǎng)應用大概還需要5年左右的時(shí)間，這正好是工業(yè)智能大有作為的時(shí)期。

五、小結

智能制造中的智能，是人造智能。人造智能包含了工業(yè)智能、人工智能和其它類(lèi)型的智能。

構建智能系統，應該特別注重應用由長(cháng)期的工業(yè)技術(shù)積累所形成的工業(yè)智能，同時(shí)兼顧人工智能。工業(yè)智能基本都是由科學(xué)效應來(lái)實(shí)現的。

起步于工業(yè)智能，逐漸融入人工智能，是當下比較適用于中國企業(yè)的智能制造路徑。

兩化融合和智能制造，應該首先從對兩種智能的清晰認識開(kāi)始，從兩種智能的融合開(kāi)始。