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未來先進制造業(yè)模式：隨時、隨地、不隨人

未來十五年先進制造業(yè)的模式應該是什么樣的?我的理解是隨時、隨地，不隨人的模式。隨時，即一年365天每天24小時什么時候都可以制造;隨地，指是無論在火星上、月球上、飛船里、珠穆朗瑪峰上還是在深海里隨地可以制造;不隨人，即制造方式不隨人的技能和設備的更換而發(fā)生變化，這就是我理解的未來制造模式。

制造和生產(chǎn)是兩個不同的概念，制造包含了設計、工藝和生產(chǎn)。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式是單件大批量，現(xiàn)在就是多件小批量，未來個性化的定制會越來越多。個性化的單件制造、生產(chǎn)是非常困難的，尤其是復雜系統(tǒng)的不確定性問題，過去非常難以解決?，F(xiàn)在，我們用軟件來定義產(chǎn)品，用軟件來定義生產(chǎn)過程、生產(chǎn)產(chǎn)品，就是要解決復雜系統(tǒng)的不確定性，這就是我理解的智能制造。今后相當長一段時間內(nèi)，大批量、小批量、單件訂制的生產(chǎn)方式會并存，單件定制解決了，其他就非常簡單了。

關于人工智能，我對人工智能的認識首先是要互聯(lián)，電子計算機是靠電信號互聯(lián)，我們大腦的細胞是通過蛋白質(zhì)互聯(lián)，在這方面人工智能沒有質(zhì)的突破;第二個是新陳代謝，我指的是硬件可更換，軟件可升級;第三個人工智能是可進化的，就是算法可以更改優(yōu)化;第四個人工智能也追求自由，自由的意識。實際上是機器的自動溝通、自動聯(lián)系，比如說Meta語言就是這樣的工具和方法;第五個人工智能追求永生，在這樣的條件下我們看一看未來智能制造是應該什么樣的。

三體智能——來源于物理實體的經(jīng)驗

德國工業(yè)4.0首先要建立一個系統(tǒng)，即賽博物理系統(tǒng)，但是歐美的方法論和思想和我們東方文化不一樣。東方的道家文化講，道生一，一生二，二生三，三生萬物。“三”是復雜體里面最簡單的描述要素，例如光學的三基色可以構(gòu)成萬花桶，因此也可以說“三”是最簡單的復雜體。歐美在談論CPS時，認為CPS的核心就是解決設備和物料的互聯(lián)互通，用賽博來控制實體，實體的狀態(tài)反饋給賽博。賽博本身是一個數(shù)字虛擬體，是虛擬的模型。

歐美提到CPS沒有考慮賽博是怎么來的，但實際上賽博是人創(chuàng)造的，我們寫了一本《三體智能革命》的書，提出了物理實體、意識人體和數(shù)字虛體三體化一的三體智能理論。認為世界是一個物理實體，按照達爾文的進化論，從物理實體演化出了植物和動物，動物的高級形態(tài)就是人體。人是有智能的、有意識的人體，物理實體演化出了意識人體。

有意識的人體把物理實體建成模型，建成了數(shù)字虛體，這個數(shù)字虛體既可以指導我們產(chǎn)品的生產(chǎn)，也可以變成一個嵌入式系統(tǒng)，把數(shù)字虛體嵌入到物理實體中，這個物理實體就有智能了智能的人類用智能的工具，用數(shù)字建模的方法，就可以建成數(shù)字虛體。

數(shù)字虛體有兩個作用。第一個作用就把數(shù)字虛體嵌入到物理實體中，物理實體就具有了智能。實際上智能制造有一個重要的概念就是生產(chǎn)型企業(yè)轉(zhuǎn)型為生產(chǎn)服務型企業(yè)，生產(chǎn)服務型企業(yè)的重要標志，就是產(chǎn)品必須智能化，否則難以實現(xiàn)生產(chǎn)服務。第二，有了數(shù)字虛體，我們在產(chǎn)品設計、分析工藝和制造過程中先建立數(shù)字虛體，也就是我們通常所說建立數(shù)字模型，有了數(shù)字模型，實物生產(chǎn)、工藝制造就變簡單了。因此，可以說有了數(shù)字虛體，我們的世界就會光明了。

去年5月17日中國工程院周濟院長邀請我們《三體智能革命》主要作者在工程院討論三體智能理論對中國制造2025和智能制造的支撐。今年4月份，在周濟院長主持下的中國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略研究報告中，提出新一代智能制造的基本原理：人-信息-物理系統(tǒng)(HCPS)。

我們過去的生產(chǎn)研制方式基于藍圖，工藝卡片，下一步的生產(chǎn)研制方式就是基于數(shù)字定義，典型案例就是波音777的數(shù)字化。我們在2005年把飛機的起落架全部數(shù)字化，包括機械結(jié)構(gòu)設計、電器系統(tǒng)設計、電子系統(tǒng)設計、控制系統(tǒng)設計、液壓系統(tǒng)設計，建成全部虛擬的數(shù)字樣機，可以考核起落架的功能和性能。

未來我們基于CPS數(shù)字定義或者基于CPS智能定義，這就是對于賽博物理系統(tǒng)的展示，我們知道美國SpaceX公司研制的可回收式中型運載火箭獵鷹九號實現(xiàn)順利回收。現(xiàn)在常規(guī)火箭分離靠爆炸螺栓實現(xiàn)分離。之前美國、俄羅斯、中國想用機械彈射式方法完成分離，都做了大量的地面試驗，但全部失敗。但是馬斯克沒有做大量地面物理試驗，直接用計算機設計仿真方式并最終實現(xiàn)了回收，火箭分離靠機械彈射式實現(xiàn)的。這也從一個側(cè)面說明新一代智能制造的基礎是數(shù)字化。

數(shù)字化制造的基礎是什么呢?是幾百年上千年以來我們形成大量物理實踐的經(jīng)驗，因此虛實精確映射，基礎是實體。皮之不存毛將焉附，人類幾百年幾千年的經(jīng)驗是形成大量實體制造的基礎，在這個基礎上我們建造大量的虛擬數(shù)字虛體，然后才有相互映射的關系。理解這個就可以實現(xiàn)融會貫通虛實之間的關系。

智能制造的本質(zhì)即軟件化的工業(yè)基礎

智能制造的本質(zhì)是什么?智能的核心是軟件，因此智能制造的本質(zhì)就是軟件化的工業(yè)基礎，是軟件定義的產(chǎn)品，軟件定義的生產(chǎn)體系。它們促進生產(chǎn)關系的優(yōu)化重組，而生產(chǎn)關系的優(yōu)化和重組就是優(yōu)化流程，流程是核心。這就會帶動生產(chǎn)關系的重大變革，因此我們的生產(chǎn)關系必須優(yōu)化重構(gòu)。

關于第四次工業(yè)革命，如果大家把2013年4月份德國在漢諾威工業(yè)博覽會上發(fā)布的《實施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略建議書》作為起點，第四次工業(yè)革命或者是智能制造才剛剛開始。一次工業(yè)革命需要幾十年甚至上百年，用這個標準來判斷有沒有真正意義上的智能工廠，我認為是沒有的。我們要實事求是，自動化不是智能化，這是兩件事情。我國90%以上企業(yè)還沒有實現(xiàn)數(shù)字化。因此建議我們多作數(shù)字化，探討智能化，少談智慧化更好、更務實。

未來我們將面臨幾個重大的工業(yè)變革：第一個是人機分工，人和機器，包括加工的機器和電腦;第二個虛實分工，哪些部分在賽博空間中完成，哪些部分在物理空間中完成;第三個黑白分工，黑代表復合材料，白代表金屬等，這個替代是為了綠色發(fā)展來考慮的;第四個加減分工，加代表增材制造，減代表傳統(tǒng)金屬加工;第五個制服分工，即制造業(yè)與服務業(yè)的分工。

我們老講生產(chǎn)型企業(yè)轉(zhuǎn)型為生產(chǎn)服務型企業(yè)，實際上這兩方面是需要互相融合的。生產(chǎn)型企業(yè)可以轉(zhuǎn)型為生產(chǎn)服務型企業(yè)，服務型企業(yè)也可以反向走向制造企業(yè)。未來這五個分工帶來的智能要素是什么?這一點我們搞人工智能的一定要認真考慮。