寧振波 | 《智能製造的本質》：從0到1論智造_風聞

    以40年從事複雜產品研製的經歷、思考和實踐，希望可以繼續和所有中國工業製造業的同仁們一起身體力行，共同推動中國工業和製造業的數字化轉型和發展。    工業和製造業是國家命脈。智能製造是國際公認的實現工業體系轉型升級的新一代工業技術，能夠從根本上提升我國複雜產品的創新能力和科研水平。

    過去很長一段時間裏，許多人錯誤地認為智能製造就是自動化的生產方式，認為機器人換人、無人工廠、黑燈工廠就是智能製造的“代表”。這是對智能製造非常片面的認知。機器人換人，解決的是生產現場的手工勞動問題；無人工廠、黑燈工廠解決的是生產線的人工控制問題；自動化系統可以替代人完成繁重的體力勞動，甚至輔助人完成一些簡單的腦力勞動，但終究無法替代人做出最終的決策。所以，機器人換人、黑燈工廠、無人倉儲和物流等，都只是在工作現場實現了無人化，並不是智能製造。    那麼，何謂智能製造？我最近出版的新書《智能製造的本質》一書中多次提到：“造”僅僅是生產的概念，“制”則含有系統的思想，包含制度、方法、標準和規範。“製造”包含了產品策劃、概念設計、方案設計、產品設計、試製試驗、批生產、產品交付及交付後的運營、維護維修以及管理和決策等重要環節和複雜管理體系。因此，機器人換人、黑燈工廠都只是在執行“造”的部分，不能稱之為“製造”，更不是“智能製造”。

    智能製造顧名思義就是為傳統的製造賦予智能，這裏的智能是指“人工智能”。通俗的講，人工智能就是將人類的知識、經驗、方法等驗證無誤的內容編譯成軟件，將原來由人執行的任務轉為由計算機來執行的過程。也就是説把人的知識轉化成計算機的知識，計算機支持軟件運行，生成模型，完成工業產品的研發設計、工藝設計、生產過程管理、批生產交付、運行維護、大修維修以及複雜的管理體系等。   

    “工業強則國家強”是人類的共識。第一次工業革命發生在18世紀60年代的英國，人類從農耕文明進入工業文明，從手工業時代轉向高度機械化的“蒸汽時代”。隨着機器的大量使用和工廠的出現，亞當·斯密在《國富論》中第一次提出了勞動分工的觀點，勞動分工使得1+1>2成為可能，極大提升了勞動效率的同時，現代管理體系也在最早的工廠管理中應運而生。勞動分工使得勞動者提高了對專項工作的熟練程度，使得新技術和新發明的應用成為可能。1840年前後，英國的資本主義工廠基本取代了傳統手工工場，工業革命基本完成，英國成為世界上第一個工業國家。    以電力的廣泛應用和內燃機的創新使用為核心的第二次工業革命也成稱為電氣革命。1931年，丹麥物理學家法拉第發現了電磁感應現象，為發電機和電動機的誕生及一切有線電器設備的創新奠定了科學基礎；1866年，德國西門子研製發電機成功，電力取代蒸汽作為動力成為新能源，隨後以煤氣、汽油、柴油為燃料的內燃機問世，工作效率遠高於蒸汽機，解決了交通工具的動力問題，推動了石油開採和石油化工工業的發展，1870年全世界共計生產石油約80萬噸，而1900年石油產量猛增到2000萬噸。    

    19世紀70年代，美國人貝爾發明了電話；1888年德國物理學家赫茲發現了電磁波，為無線通信奠定了科學基礎；19世紀90年代意大利人馬可尼試驗無線電報並取得了成功。以上技術都為迅速傳遞信息提供了方便，世界各國經濟、政治和文化層面的聯繫進一步加強。第二次工業革命期間出現的新興工業如電力工業、化學工業、石油工業和汽車工業等，都要求實行大規模集中化生產，使企業的規模進一步擴大，勞動生產率和人民生活水平得到飛速提升。    電原本是作為動力使用的，在發展過程中，逐漸分離出弱電和強電，電子學也從弱電領域由此誕生，隨着電子學的發展，人類發明了模擬電路和數字電路，數字電路的發展最終催生了計算機科學，計算機科學的發展又分離出了軟件工程。從某種意義上來講，第三次工業革命，甚至第四次工業革命都是以電的發明為基礎的。    

    第三次工業革命也稱科技革命，引領我們邁入數字化時代，以電子計算機技術、原子能、空間技術和生物工程技術的發明和應用為主要標誌，各類工業軟件也在這一時期如雨後春筍般紛紛湧現。在電子計算機技術、計算機軟件技術的不斷推動下，雲計算、大數據、移動互聯網、物聯網、人工智能等新興技術應運而生，也引領了我們的社會悄然進入智能時代。智能製造就是通過集成知識工程、製造軟件系統、機器人視覺和機器控制對技術工人的技能和專家知識進行建模，使智能機器人可在沒有人工干預的情況下進行小批量生產。隨着製造業的需求不斷提升，工業軟件的功能也在不斷迭代。從最初的計算機輔助繪圖到計算機輔助設計、從二維平面設計到基於MBD模型的三維立體設計，在C919大型客機的研製過程中，就已經實現了全數字樣機設計，並且生產製造部門已經開始基於MBD模型進行後續的生產製造和裝配試驗，實現了無圖化產品研製。完成MBD之後，還有基於模型的仿真（Model Based Simulation)、基於模型的企業（Model Based Enterprise）以及基於模型的系統工程（Model Based Systems Engineering）。未來，諸如飛機等複雜產品的研製，將會邁入“以綜合模型為基礎，以數字孿生為驅動”的新型研發模式。這些內容均在《智能製造的本質》一書中有詳細的解讀。

     綜上，智能製造的本質就是在前三次工業革命打下的堅實基礎上，積累了大量有關產品研製的設計知識、工藝知識、生產知識、設備維修知識、管理和決策知識等，而且這些知識經過反覆驗證被證明是成熟的，人們通過高水平數字化技術的大規模應用，把這些知識轉變成工業軟件和數字化的產品模型，這些軟件和模型在計算機上的執行，實現了對數字產品和物理產品更好的控制，對製造資源更優化的配置，逐步實現產品本身的智能化、產品系統結構定義的數字化、產品研製生產過程的數字化，以及龐大的零部件供應鏈的網絡化，形成了全新的產業形態。

    在《智能製造的本質》一書，我把智能製造的本質簡單歸納為三句話：第一，軟件化的工業技術；第二，軟件定義的生產關係；第三，生產關係的優化和重構。    我們中華民族在歷史上從未和工業革命如此之近，第四次工業革命給了我們絕佳的機會，中國第一次可以和發達國家幾乎在同一條起跑線上起跑，《智能製造的本質》一書凝結了我本人40年從事複雜產品研製的經歷、思考和實踐，希望可以繼續和所有中國工業製造業的同仁們一起身體力行，共同推動中國工業和製造業的數字化轉型和發展。以書為介，交流探討。