智能制造的困惑、困难和希望

智能制造相关研究  前瞻产业研究院

 智能制造

一、前言

人工智能时代的来临已经是一种现实,它一方面正在迅速地改变我们的世界,另一方面强迫我们(个人、集体、企业和一切结构)改变。现在我们面临的最大困惑和困难就是我们如何去改变才能不被时代所抛弃?其次,这个难题的困惑之处还在于这个问题对每一种主体都是不同的。

制造业是传统社会的供给主体,在人类社会进入IT时代和互联网世界以后,制造业成为了社会经济活动的基础。一方面必须与互联网紧密结合,以一种应用、消费方式利用和使用互联网,这或许并不太困难,但至关重要的是,制造业如果不使自身发生质的改变,不能把IT和互联网的本质性融入自身,这样的制造业主体就真的会被时代淘汰了。

如果说,对于计算机、IT和网络行业主体来说,主要面对的是硬件与软件如何结合的问题,那么对于传统制造业来说,则是硬件如何软化或半软化的问题。这个问题之所以特别,就在于IT和互联网可以用“虚拟化”的方式实现很多硬件的软化,但制造业的结构和运行主体是非电子的,制造业的主体只能首先通过信息化的中介,实现自身的半软化,然后在这种半软化的体系上构建基于互联网的物联网,以物联网的实体性实现制造业的智能化。

基于这个基本认识,制造业的智能化是一个实现自己脱胎换骨的整体性过程,所以我们需要以一种不同于历史无意识积累的方式,重新认识自电气、电子时代以来,工业社会的知识化、信息化的全过程,才能使工业社会的历史自觉地进入到智能时代。

中国的情况不同于西方社会,西方工业的管理化、知识化、信息化、网络化与整个社会的发展是同步的,从基础到主体、从手工到自动、从上游到下游,从辅助到主干,从传统到先进,在各种不同层次的水平都能实现发展与淘汰的有机结合,我们能看到的天翻地覆的变化是由无数看不见的细胞层面上的进化有机性地完成的。

今天的中国虽然以追赶方式在一些主要应用层面上接近世界先进水平,但基础和主体结构没有经过电子化、信息化的历史阶段,所以整体上不完善,不先进,存在大量的短板甚至空白。如何正确地认识到这一点,并在这种正确的态度上研究我们的问题和困难,务实性地工作,才是最终实现制造业智能化的途径。这篇文章不可能具本地讨论这些问题,只能作大纲式的叙述。

二、知识的信息化过程

从农耕时代到工业时代,再到信息时代的历史,是互联网时代和智能时代的前驱,从个人和机构的兴趣创新、创造、和创业,到商业、消费的兴趣、利益再到资本的力量狂澜,这后面是看不到的整合性动力,几乎每一次产业和经济浪潮都有各种产业的生产方式、生产要素、生产关系的创新、建构和重新组合,存在不同的分工协作方式、产业链关系、消费、价值链条、生产关系、产业格局,产业生态和经济模式在更新换代和再整合,是一个历史本质性的问题,这个本质性是通过中世纪以来人类社会的知识化和信息化过程体现的,因此对于我们来说,重要的不是看到这个现象,或仅仅作为在知识量的累积表达上的变化,而是要认识到,这种本质性变化是建立在知识的信息化本质之上.

此前被人最为认可的“知识”的承载形式是书本,自逻辑形式的符号化以后,符号逻辑的电子化就是现代信息化时代的真正开端。正是在这个基础上,电子电路化是从“知识”由书本形式实现向“信息”转变的关键,从计算机到互联网的所有“虚拟”化都是建立在这个电子化、信息化的物质形态过程上。

但是由于电子制造业的高速发展,人们被消费电子商品吸引住了,并没有太多的注意到后面这个历史性转变。而中国几乎是直接从电子消费产品接受这个转变的,所以既没有从本身实现、也没有认识到这个看不见的过程。

三、信息化与互联网

“网络”是多个主体之间的联络,比如熟知的社会关系网,现在特称的网络是电子化的信息网络,通常在消费意义上使用的互联网就是信息交换、存储、管理的网际网,互联网(Internet)就是网络与网络之间所串连成的超级网络,互联网以通用的多层协议实现相互的连接,既有硬件层次上的计算机、交换机、路由器、服务器等网络设备,也有时刻变换的无数连接链路、节点、终端等。

使用互联网成为信息瞬间发生、发送、传输、使用的信息实现的实体,正是在这个意义上,互联网是信息社会的基础。今天除了一般人看不到的集中外理巨大数据的计算中心、大型数据中心等,每个普通人都离不开电子邮件,移动社备、社交网络、虚拟环境等,在一定程度上,现代社会首先是信息社会。

中国是首先在消费的意义上进入电子、信息社会和互联网时代的,我们还没有来得完成信息化社会的的历史过程,也没有在创造性本质上成为一个互联网社会,就面临进入智能时代的挑战,这要求我们首先认识到这个历史现实,去面对从信息化到网络化再到智能化同时实现整合的复杂性,认识到这种“后发优势”的困难性并不比西方社会逐步实现的历史过程更容易。

四、工业4.0与“智能制造”

作为社会和经济活动基础的传统制造业,一方面继续承担着不可或缺的和不断提高的物质产品的生产任务,另一方面,自身也必然参与到时代的进步过程中,但基本上还是以发展新的产业部门如电气、电子产业为主,一直没有在自身的基础和结构上发生本质性的改变。

虽然在资本市场、企业管理、机器设备、生产技术等方面也发生了巨大的变化,但仍然是外部干预式或工具运用式的改进,制造业本身从生产组织、车间流程、工艺设计、人机关系等主要方面都没有发生本质性的改变。今天面临的整个社会的巨大变化,制造业也不可阻挡自身的改变,这不是个别企业关心的事,甚至不是制造造业这个行业的事,这种形势已经上升为一种国家意识。

与信息革命和互联网的自然性全球格局不同,制造业是一个国家的物质经济基础最重要的构成部分,与一个国家的地理、人口、物流的局域性紧密相关,具有现代国家的自然属性。德国政府最先意识到这一点,率先提出工业4.0,把上世纪后期发生的信息革命融入到物质体系生产过程,成为信息物理系统(Cyber-Physical一System,CPS,即工业四代Industry4.0),这个转变的本质就是传统制造业的当代智能化。工业4.0使德国得到了与美国领先的互联网优势不同的另一种国家先机,这已经在全世界范围内引发了新一轮的工业转型竞赛意识,正在成为一个国家在新的全球格局下的全球竞争战略。

大体上说,“工业4.0”把传统制造业的基本构成智能化、社会化,包括“智能工厂”、“智能生产”、“智能物流”等智能化实体过程,即信息与物理实体的融合和相互转化、相互制约的实时过程,这与互联网上的物理设备和地理位置虚拟化不同,就是说,在物质、信息自身和相互的转化的实时过程中表现和实现的组织、转化、管理过程的“智能性”。比如,在智能制造中所有的加工器具和工件都会有一个电子标签,每个电子标签都对应每个器件自身的数据和相关的时空、变动、运动数据,每一个物理器件状态的变化和过程都有会由传感器转换为电子信号和数据信息,并由电子信号控制相应物理实体的变化和运动。

无论是在办公室中,还是在机床中、工艺链上、车间、仓库或输运中,都随时与有关的电子数据相对应,从计划、设计、组织、生产、分配、输运到最终消费,物理实体与电子信息形影相随,不断地相互制约、转变,这种全过程的一致性是对传统制造中人的全程介入和管理的替代,正是在这个意义上才成为智能制造的本质。

五、从互联网到物联网

“智能制造”不仅是基于互联网,而且在概念和实质上是不同于互联网的。如果说互联网是通过虚拟化实现的基于信息的网络连通和信息处理,主要是人与网络的关系;而智能制造就是物理实体的信息化与信息的物理化的双向实时过程,在这个意义上,也就是“物联网”,也就是Internet of Things,IoT或Internetof Everything,IoE(万物互联),所以与互联网不同,是物理实体通过感知与操作的实时过程实现的互联网,这正是Cyber-PhysicalSystem的意义。

物联网不同于互联网在于网络的联通需要接入到实体结构和过程之中,比如通过网络连接设备的各种各样的嵌入式传感器、设备及系统,不仅包括各种机器间有信号通信,而且延伸包括制造者与消费者的关系,把关系网络变成为实体结构和过程的网络。

在大数据的意义上,物联网同样是物理实体与大数据管理的相互转化、管理控制的实时过程。最具代表性的通用机器公司GE探索在航空发动机上实现的物联网络,就是把发动机大量的实时的数据上传回给GE的云端中心,全世界正在使用的所有发动机就构成一个巨大的动态数据,GE可以撑握这些发动机的实时状态,进行有较的预警控制和维修管理。

因此物联网不仅只是在产品制造中实现物理实体的时空动态网络,更把智能制造延伸到产品消费的社会化过程中。或者说,基于互联网的物联网使智能制造包含了产品消费过程中的智能服务过程,而这一过程把大数据的意义延伸到实体过程中去了。比如产品运营的数据不仅是营运商的管理,而且进一步成为了制造业的大数据,这种数据的跨越整合将使整个社会生产、分配与消费的经济基础发生质的变化,使自上世纪以来的就开始的整个社会的信息化过程表现更加强烈,所以我们能看到,从智能工厂到智能企业到智能城市,这些一浪高一浪的大潮正在滚滚而来。

六、智能制造:基于实体和信息过程的企业与社会网络

互联网与基于互联网的物联网把整个社会、企业、和企业内部从人到信息到实物网络化连接起来,正在展现当代世界一个全新的格局,这个趋势日新月异、无可阻挡,但如何认识到这个局面所有层次并积极、有效地参与其中,则是一个困难的问题。中国政府提出的“互联网+”的概念正是对这一全面趋势的一个回应。因此,仅仅说互联网渗透了21世纪是远不够的,互联网不仅是我们的生活,更高的认识是,这个世界,从人到信息到物理实体都在进行互联网式的联通整合。在这个意义上理解的“物联网”才是“互联网+”的实质性。

对于制造业来说,“互联网+”不仅仅是“互联网+制造业”,而是在基于互联网的物联网意义上实现的包括企业与社会在内的全过程的智能制造,把工业4.0的“智能工厂”、“智能生产”、“智能物流”进一步扩展到“智能消费”、“智能服务”等全过程的智能化中去,只在这些意义上,才能真正地认识到我们所面临的前所未有的形势。

结语

传统制造业向智能制造的转型远不是制造业份内的事,也不是“赶、超世界先进水平”、“后发优势”、“补短板”、“全民创新”等口号所能简单概括的,对当前基本形势认知上的肤浅只能导致浮燥和错失重大机遇。德国工业4.0的推出就经历了产业、企业、知识界和政治家共同且充分的酝酿,并有无数的智力投入和充分理性的资金支持,没有在认知层次上的深入精细的准备,面对这种大形式不会真正成为“国家意识”,只能造成财力、物力和人力和时间上的无法挽回的浪费,如何意识到这个局面并意识清楚地进行从国家层面到全社会的参与努力,才能把机遇和挑战变现为历史的进步。