智能制造与人工智能、自动化
随着人工智能技术的迅速发展,图像、语音识别等技术开始广泛用于生产制造的过程,帮助人类从枯燥、恶劣的工作环境中解放出来,意义重大。故而,有人认为“智能制造就是人工智能在制造业的应用”。但这个观点并不准确、且非常容易对公众产生误导。
人工智能传统上有 3个学派。符号主义又称计算机学派,侧重模拟大脑的逻辑推理功能;联接主义又称人工神经元学派,侧重模拟脑的结构,擅长知识的学习;行为主义又称控制论学派,侧重模拟脑体的协同、追求知行合一。在很多学术场合下,人工智能专指前面两个学派。以深度学习为代表的所谓“新一代人工智能”就是联接学派发展而来。
然而,与智能制造联系最紧密的应是控制论学派。控制论的主要思想可追溯到 20 世纪 40 年代维纳的《控制论》。维纳研究了动物和机器的差别,认为动物区别于机器的一个显著特征是对信息的感知和处理;动物能随时感知外部环境的各种变化而调整自己的行为,而不像多数机器那样只按既定的逻辑顺序执行。这一理论的实质就是主张将感知、决策和执行3个要素统一起来。
维纳的思想随着工具手段的发展促进着理论和实践的进步。“感知”和“决策”本质上是针对信息的,而“执行”最终是针对物质实体的。所以,两者的统一需要将信息和物理联系起来。这种思想在瓦特蒸汽机中就有体现。但是,蒸汽机的感知和计算,是用机械装置这种物理实体实现的。这种实现方法非常巧妙,却不具一般性、难以推广。这种约束直到弱电的出现,信息的感知和计算可以用弱电来实现,并转化成强电来驱动物理实体。于是,依靠“电”这种手段,把信息领域和物理领域联系了起来。控制论就是在这种背景下产生的。控制理论中,经典的模型是用传递函数、状态方程描述的。某种意义上说,这种模型的广泛使用与最初的技术手段有关,控制器往往是用电感、电容等电子元件搭建的。这种模型虽然简单,但应用上还是有局限性的。到了计算机时代,能描述的数学模型大大拓展、具有了一般性。后来,互联网的应用又使得人们对资源的可观、可控能力大大提升,进而把人类带入了智能制造的时代。因此,智能化和自动化的理论一脉相承,但实现手段有极大的改善。
从经济学上看,可观、可控能力的提升,导致资源配置能力的加强、进而导致经济性的改善。具体表现为,传统自动化往往局限于较小空间范围内,而智能制造能够实现跨区域、跨部门乃至跨企业的大尺度控制和优化。例如,上海优也信息科技有限公司在山东某钢厂的工作,实现了煤气产生方、使用方和缓冲方的实时优化调控。技术原理虽然容易理解,但相关设备分布在几平方千米的范围内,离开互联网的支撑,是不具备技术可行性的。所以,ICT基础技术条件的改变是推进自动化走向智能化的关键因素。
相比而言,自动化偏重代替人的体力劳动,而智能化则偏重代替人的脑力劳动,也就是决策。这也是两者的一个重要区别。因此,知识的数字化、模型化、软件化,促进机器的认知和决策能力,是智能制造的关键技术。