人工智能開啟智能制造新篇章

2016年3月9日－15日，谷歌公司的阿爾法狗（AlphaGo）以4∶1的成績擊敗世界圍棋冠軍李世乭,人工智能引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。2016年12月29日－2017年1月4日，谷歌公司的Master（AlphaGo的升級(jí)版）在30秒快棋網(wǎng)測(cè)中，以60勝0負(fù)1和的戰(zhàn)績，挑戰(zhàn)掃柯潔、古力、聶衛(wèi)平、樸廷桓、井山裕太等數(shù)十位中日韓世界圍棋冠軍與頂級(jí)高手，再次將人工智能推上社會(huì)輿論的風(fēng)口浪尖。

人工智能發(fā)展的春天

2016年，人工智能被普遍視為無人駕駛汽車商業(yè)落地的關(guān)鍵?；谌斯ぶ悄艿囊曈X目標(biāo)識(shí)別、人臉識(shí)別與唇語識(shí)別等在許多國際公開評(píng)測(cè)中達(dá)到或超過人類水平，其中“刷臉支付”“刷臉閘機(jī)”已開始商業(yè)試運(yùn)營。利用人工智能的專業(yè)速記、語音輸入與嵌入式聲控等語音識(shí)別應(yīng)用已經(jīng)開始媲美人類，包括神經(jīng)機(jī)器翻譯在內(nèi)的自然語言處理性能也得到大幅度提升。生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)受到極大關(guān)注。除上述以深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的感知智能獲得突破性進(jìn)展外，發(fā)展通用人工智能與認(rèn)知智能已成為普遍共識(shí)。

從國際科技巨頭對(duì)人工智能的高強(qiáng)度持續(xù)投入到美國、中國、英國等國家級(jí)人工智能戰(zhàn)略的醞釀與發(fā)布，從投資機(jī)構(gòu)推崇的最熱風(fēng)口到媒體的反復(fù)熱炒，從學(xué)術(shù)研究主流方法大規(guī)模轉(zhuǎn)向到民眾的街談巷議與擁躉，人工智能無疑迎來了60年發(fā)展歷程的春天。未來5～10年，人工智能可望獲得大面積的商業(yè)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，極有可能引爆第四次工業(yè)革命。

智能制造是基于人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、（移動(dòng)）互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新一代信息技術(shù)，面向設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等服務(wù)型制造全要素，整合智能感知、智能決策、智能執(zhí)行三個(gè)核心環(huán)節(jié)的先進(jìn)制造過程、系統(tǒng)與商業(yè)模式的總稱，同時(shí)也是人工智能眾多垂直應(yīng)用領(lǐng)域之一。

在金融危機(jī)之后，無論是美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，還是德國的工業(yè)4.0計(jì)劃，均將智能制造列為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，力圖強(qiáng)化高端優(yōu)勢(shì)，重振本土制造業(yè)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)。2015年5月，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，部署全面推進(jìn)實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略。作為中國實(shí)施制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的第一個(gè)10年行動(dòng)綱領(lǐng)，《中國制造2025》將智能制造作為主攻方向之一。智能制造與“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能+”具有密不可分的關(guān)系。2015年12月，工業(yè)和信息化部在貫徹落實(shí)《國務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見》的行動(dòng)計(jì)劃（2015－2018年）中，明確將人工智能列為形成新產(chǎn)業(yè)模式的11個(gè)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。2016年5月，國家發(fā)改委等制定了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》，計(jì)劃到2018年形成千億元級(jí)的人工智能市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模。2017年1月，科技部部長萬鋼在全國科技工作會(huì)議上透露，今年將完成人工智能國家專項(xiàng)規(guī)劃，論證“人工智能2.0”國家重大項(xiàng)目方案。

人工智能是智能制造的本質(zhì)特征

1956年，美國“人工智能之父”約翰?麥卡錫（John McCarhy）等人在美國達(dá)特茅斯學(xué)院召開的首屆夏季研討會(huì)上，正式提出了“人工智能”的概念。會(huì)議將人工智能界定為“研究與設(shè)計(jì)智能體”，并且把智能體定義為“能夠感知環(huán)境，并采取行動(dòng)使成功機(jī)會(huì)最大化的系統(tǒng)”。因此，人工智能主要涉及如下三個(gè)核心環(huán)節(jié)：一是感知智能，即對(duì)人類直覺或感知行為的模擬（皮層枕葉、顳葉和頂葉），如視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺、力覺、滑動(dòng)覺、溫度體感、運(yùn)動(dòng)覺、空間定位能力等，體現(xiàn)了從物理空間到信息空間的轉(zhuǎn)換。二是認(rèn)知智能，即對(duì)人類深思熟慮行為的模擬（皮層前額葉等），包括決策、規(guī)劃、推理、記憶、經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)學(xué)習(xí)等高級(jí)智能行為，全部在信息空間中完成。三是行為控制或?qū)θ祟愋袆?dòng)的模擬（運(yùn)動(dòng)皮層/通路與肌骨系統(tǒng)），如靈巧操作與靈活移動(dòng)等執(zhí)行級(jí)功能的實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)了從信息空間到物理空間的轉(zhuǎn)換。作為一個(gè)典型的信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS），人工智能系統(tǒng)根據(jù)智能程度與反饋的信息粒度及層級(jí)，形成多個(gè)閉環(huán)，不斷進(jìn)行試錯(cuò)、反饋、修正，通過經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)的學(xué)習(xí)獲得性能提升。

智能制造的概念包括了“感知、分析、決策、執(zhí)行與學(xué)習(xí)”五大核心環(huán)節(jié)，涉及“過程、系統(tǒng)、模式”三個(gè)層次的廣義對(duì)象，通過對(duì)機(jī)器、生產(chǎn)線、車間、工廠、企業(yè)乃至全球供應(yīng)鏈等層面的智能化實(shí)現(xiàn)，以效率、質(zhì)量、成本、服務(wù)、能耗和綠色作為綜合指標(biāo)，旨在滿足用戶小批量、個(gè)性化的產(chǎn)品需求，提升制造業(yè)的核心競爭力。因此，智能制造的核心是智能化，具有環(huán)境適應(yīng)性與自主性的人工智能是智能制造的本質(zhì)特征。

信息化（數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化）是智能化的基礎(chǔ)與前提。數(shù)字化導(dǎo)致數(shù)據(jù)化，“互聯(lián)網(wǎng)+”推動(dòng)內(nèi)部總線化和外部網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化兩者相加產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，而大數(shù)據(jù)則是智能制造中感知智能與大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)的直接驅(qū)動(dòng)源，也是產(chǎn)生信息（特征）、知識(shí)、智慧的基石，同時(shí)也成為智能制造中分析、決策、執(zhí)行與知識(shí)學(xué)習(xí)的主要依據(jù)。因此，智能制造的核心共性技術(shù)主要涉及人工智能技術(shù)（感知智能、認(rèn)知智能）、計(jì)算智能技術(shù)（群體智能、進(jìn)化計(jì)算、模糊系統(tǒng)）、機(jī)器人技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、（移動(dòng)）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

人工智能的最大應(yīng)用市場(chǎng)

技術(shù)進(jìn)步與人口紅利或劉易斯拐點(diǎn)的消失，特別是全球化分享經(jīng)濟(jì)浪潮中高科技產(chǎn)品更新?lián)Q代周期的縮短以及用戶需求的多樣性與個(gè)性化，都在促使企業(yè)由傳統(tǒng)的生產(chǎn)型制造模式向具有更多環(huán)境適應(yīng)能力與自主性的服務(wù)型制造模式轉(zhuǎn)變。智能制造集成了技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新和組織方式創(chuàng)新，具有跨界連接網(wǎng)絡(luò)信息空間和實(shí)體物理空間的CPS二元世界特征，需要整合與協(xié)同產(chǎn)品、運(yùn)營、供應(yīng)鏈、價(jià)值鏈、用戶、互聯(lián)網(wǎng)金融等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)、信息與知識(shí)，進(jìn)行生產(chǎn)、組織、管理模式、在線服務(wù)、決策、故障診斷、預(yù)測(cè)型維護(hù)等的智能優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)“以銷定產(chǎn)”“大規(guī)模個(gè)性化定制”等銷售與服務(wù)模式創(chuàng)新。廣義制造系統(tǒng)中生產(chǎn)與服務(wù)對(duì)象的嚴(yán)重不確定性和高度非線性性，以及多目標(biāo)的復(fù)雜任務(wù)要求，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)生產(chǎn)型制造業(yè)的能力與范疇，對(duì)大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的感知智能等提出了迫切的需求。由于生產(chǎn)與服務(wù)要素眾多，大數(shù)據(jù)資源豐富，CPS跨界連接，因此智能制造可望成為人工智能的最大應(yīng)用市場(chǎng)。

與20世紀(jì)60年代和80年代的兩次人工智能熱潮不同，人工智能的第三次偉大復(fù)興，源于大數(shù)據(jù)和超強(qiáng)計(jì)算引擎的時(shí)代進(jìn)步，源于以深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為代表的深度學(xué)習(xí)方法取得的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。目前，大數(shù)據(jù)和人工智能已在計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別等部分細(xì)分領(lǐng)域取得了超過人類水平的性能。在智能制造垂直領(lǐng)域，關(guān)鍵還是如何選定特定應(yīng)用場(chǎng)景或?qū)Υ怪鳖I(lǐng)域進(jìn)行細(xì)分再細(xì)分，然后就是必須重點(diǎn)關(guān)注大數(shù)據(jù)的采集、清洗、標(biāo)簽、管理與利用，以便在“感知、分析、決策、執(zhí)行與學(xué)習(xí)”等各個(gè)核心環(huán)節(jié)中，充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能，推動(dòng)智能機(jī)器人、協(xié)同制造、綠色制造與智能服務(wù)等智能制造應(yīng)用的發(fā)展。

人工智能加速智能制造的未來發(fā)展

以人工智能為主要標(biāo)志的新科技革命浪潮來勢(shì)洶涌，必將有力地助推智能制造的發(fā)展勢(shì)頭。然而，目前的人工智能技術(shù)，真正取得突破的是大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的深度監(jiān)督學(xué)習(xí)和深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)。包括深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的深度監(jiān)督學(xué)習(xí)方法，本質(zhì)上是感知智能或弱人工智能的進(jìn)步。具有類似“舉一反三”能力的通用人工智能與認(rèn)知智能方法的探索與進(jìn)步，可望在大數(shù)據(jù)與大知識(shí)雙重驅(qū)動(dòng)下獲得知識(shí)閱讀與知識(shí)學(xué)習(xí)能力，使智能制造在“過程、系統(tǒng)、模式”三個(gè)層次上，獲得更高水平的態(tài)勢(shì)分析與認(rèn)知決策能力，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的自主性與環(huán)境適應(yīng)性，進(jìn)而加速以人工智能為支撐的未來智能制造發(fā)展方向與發(fā)展模式的探索與創(chuàng)新。