中國人自己的三體智能理論

趙敏+胡虎+寧振波

近來，隨著“智能制造”成為中國制造轉(zhuǎn)型升級的主攻方向，沉寂多年的制造業(yè)開始成為技術(shù)變革與創(chuàng)新的熱點(diǎn)。中國企業(yè)開始以極大的熱情學(xué)習(xí)德、美等工業(yè)強(qiáng)國的創(chuàng)新實(shí)踐。遺憾的是，這股熱潮背后，魚龍混雜、食洋不化成為通病。

智能制造被稱為新世紀(jì)的制造技術(shù)，之所以經(jīng)歷了近三十年的發(fā)展仍未變成現(xiàn)實(shí)，不單因?yàn)橹T多科學(xué)技術(shù)的瓶頸沒有突破，更重要的是，人類對智能現(xiàn)象的本質(zhì)認(rèn)識還不深刻，對一個(gè)理想的智能實(shí)體或智能制造系統(tǒng)如何構(gòu)建、運(yùn)行與優(yōu)化還缺少“統(tǒng)一視圖”。一個(gè)最窘迫的事實(shí)是，工業(yè)界、IT界甚至還沒有就基本智能理論達(dá)成共識。

《三體智能革命》

推薦指數(shù)：★★★★

作者：胡虎、趙敏、寧振波等

出版社：機(jī)械工業(yè)出版社

作者簡介：

胡虎

工業(yè)4.0北京研究會秘書長，工信、智能化領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)和政策專家。

趙敏

中國發(fā)明協(xié)會發(fā)明方法研究分會會長，兩化融合、智能制造與創(chuàng)新方法論專家。

寧振波

中航工業(yè)集團(tuán)信息技術(shù)中心首席顧問，航空與國防領(lǐng)域信息化、智能制造專家。

早期AI理論催生智能制造系統(tǒng)

智能制造的概念起源于上世紀(jì)80年代。日本在1989年提出一種人與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的“智能制造系統(tǒng)（IMS）”，并且于1994年啟動了IMS國際合作研究項(xiàng)目，率先拉開了智能制造的序幕。

早期的“智能制造系統(tǒng)”將人工智能（AI）視為核心技術(shù)，以“智能體（Agent）”為智能載體，其目的是試圖用技術(shù)系統(tǒng)突破人的自然智力的局限，達(dá)到對人腦智力的部分代替、延伸和加強(qiáng)。

人工智能歷史上有三個(gè)學(xué)派：符號主義、聯(lián)結(jié)主義與行為主義。這三派智能理論中，符號主義關(guān)注人腦的抽象思維的特性；聯(lián)結(jié)主義只模仿人的形象思維；行為主義則著眼于人類或人造系統(tǒng)智能行為特性及進(jìn)化過程，它們都從不同的角度致力于推動機(jī)器智能接近人的智能水平。行為主義在工業(yè)界的影響是更大的。

由于人的智能是多功能、多層次、多側(cè)面、全方位的，而三派AI的模型原理本身存在門戶之別，并未走向統(tǒng)一和融合。此外AI在學(xué)習(xí)算法、穩(wěn)定性分析、商業(yè)化應(yīng)用等方面屢屢遭遇技術(shù)的“瓶頸”，始終制約著系統(tǒng)“智能化”水平與智能制造技術(shù)的提升，也導(dǎo)致一度興旺的IMS在其發(fā)源國日本被政府和工業(yè)界放棄。

近年來，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)尤其是深度學(xué)習(xí)技術(shù)的突破，AI熱潮再度興起。最為經(jīng)典的案例是谷歌公司的“阿爾法狗”，僅僅通過一年多的學(xué)習(xí)進(jìn)化，就在最復(fù)雜的博弈游戲——圍棋中迅速戰(zhàn)勝了中日韓頂尖高手。AI的最新進(jìn)展再度讓智能制造燃起新的希望。

CPS等理論助力智能制造新發(fā)展

AI視角下的智能制造系統(tǒng)，主流設(shè)計(jì)思想是分布式多自主體智能系統(tǒng)。異構(gòu) Agent 間的相互合作以及全局協(xié)調(diào)機(jī)制問題在知識不完備、信息不同步等條件下幾乎沒有突破的可能。在AI應(yīng)用技術(shù)方面，近一段時(shí)間，人機(jī)交互等專用AI有了快速進(jìn)展，但通用AI的研發(fā)仍只是夢想，特別是工業(yè)領(lǐng)域，通用AI更是無法完成的使命，聯(lián)網(wǎng)的人工智能完全無法和本地的工業(yè)軟件PK。

時(shí)至今日，AI雖然還是制造智能的一個(gè)重要來源，但智能制造創(chuàng)新發(fā)展的主戰(zhàn)場已經(jīng)發(fā)生遷移。無論是美國的AMP或工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，還是德國的工業(yè)4.0，指導(dǎo)其工業(yè)企業(yè)、信息通信企業(yè)實(shí)施協(xié)同創(chuàng)新的核心理念均來自CPS（賽博物理系統(tǒng)），建立一個(gè)與物理實(shí)體、制造流程、工業(yè)環(huán)境精確映射并可以實(shí)施精準(zhǔn)控制的虛擬制造環(huán)境，成為最重要的技術(shù)突破點(diǎn)，AI及其應(yīng)用退居次要地位。因此，重要的事情說三遍：今天的智能制造，核心理論不是AI，不是AI，不是AI。

我們注意到，在漫長的工業(yè)實(shí)踐中，有三類重要的智能現(xiàn)象：人腦所積淀的知識與經(jīng)驗(yàn)、機(jī)器實(shí)體所固化的知識與技能，以及虛擬的數(shù)字世界所拓展的新的知識與能力，實(shí)質(zhì)上支撐了智能制造的實(shí)現(xiàn)。

其一，人類通過觀察和總結(jié)自然規(guī)律，獲得知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而運(yùn)用知識改造自然。人的智能是制造智能的重要知識源頭，在制造業(yè)走向智能化過程中起著決定性作用。目前在整體智能水平上，人的智力是遙遙領(lǐng)先于人造系統(tǒng)的。人與機(jī)器協(xié)同運(yùn)行可以在整體上獲得較高的系統(tǒng)智能。

其二，依靠產(chǎn)品/設(shè)備、工藝、流程來承載和固化人類的科學(xué)知識與經(jīng)驗(yàn)，將人的隱性知識顯性化、模型化的工業(yè)技術(shù)與系統(tǒng)是制造智能的重要來源。材料、機(jī)器等實(shí)體系統(tǒng)皆載有知識，負(fù)有智能，知識在工業(yè)系統(tǒng)中得以運(yùn)用和流動，工業(yè)自動化程度越高，這種制造智能的應(yīng)用規(guī)模就越大、深度就越甚。與之相對，在農(nóng)業(yè)時(shí)代，手藝則主要依靠師傅和徒弟心口相傳，沒有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物載體。

其三，基于軟件的工業(yè)數(shù)字模型、基于網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)大數(shù)據(jù)與基于算法與數(shù)據(jù)的人工智能成為制造智能的集大成者。產(chǎn)品數(shù)字化、技術(shù)軟件化、知識網(wǎng)絡(luò)化程度越高，制造智能的響應(yīng)越快、越靈活、越有柔性。特別是有了網(wǎng)絡(luò)以后，制造智能的部署就不僅依靠本地機(jī)器內(nèi)嵌的知識系統(tǒng)來操縱，還可以廣泛調(diào)用廣域的分布式智能來交互協(xié)同，這使得單個(gè)制造單元的智能水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過歷史上所有的機(jī)器。

隨著科技的進(jìn)步，這三類智能現(xiàn)象呈現(xiàn)出相互交融、協(xié)作創(chuàng)新的局面，那么它們之間到底有什么內(nèi)在聯(lián)系？在一個(gè)更大的智能制造體系內(nèi)，這些源于不同的學(xué)科與行業(yè)，截然不同的知識和技術(shù)體系，如何才能做到技術(shù)銜接、數(shù)據(jù)流動以及知識重用？

中國人創(chuàng)立的三體智能理論

《三體智能革命》（下稱“《三》書”）中提出的三體智能理論，對前述問題作了系統(tǒng)回答。該理論可以簡潔表述為一個(gè)包容多種智能技術(shù)的模型，在學(xué)術(shù)上提出了原創(chuàng)的理論。

最簡潔的模型：三體世界、三類智能

在《三》書中，按照出現(xiàn)的時(shí)間順序，作者把世界分為三類“體”：物理實(shí)體、意識人體和數(shù)字虛體。其中前“兩體”都很好理解，第三體數(shù)字虛體，是指存在于電腦和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之中的一種用來驅(qū)動軟硬件設(shè)備的高級數(shù)理邏輯系統(tǒng)，源于電腦而實(shí)現(xiàn)，基于軟件而發(fā)展，載于網(wǎng)絡(luò)而增強(qiáng)，由于知識而智能。

三體之間的相互作用關(guān)系，可以用“三體化一智能模型”來表示。

300萬年前，人類祖先智人開始了認(rèn)識自然、學(xué)習(xí)自然、了解并掌握改造自然的規(guī)律的偉大歷史進(jìn)程。人類在創(chuàng)造勞動工具（人造系統(tǒng)）的同時(shí)，也創(chuàng)造積累各種知識，并用這些知識來指導(dǎo)自己更好地創(chuàng)新和優(yōu)化各種人造系統(tǒng)。這是一種兩體作用的、古老的知識發(fā)生學(xué)。

當(dāng)?shù)谌w（數(shù)字虛體）誕生之后，事物開始了本質(zhì)的變化：原來的兩體作用開始向三體作用轉(zhuǎn)變；三體彼此相互作用產(chǎn)生了三個(gè)相互作用界面，而過去只有一個(gè)界面；在第三體的誘發(fā)與促進(jìn)下，CPS開始在智能制造領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。三體彼此交匯，并且趨勢是各自的邊界越來越模糊。

最新鮮的見解：物理、生理與數(shù)字三類系統(tǒng)均發(fā)展出特有的智能技術(shù)

《三》書給出了全新的智能定義：智能本質(zhì)是一切系統(tǒng)對自然規(guī)律的感應(yīng)、認(rèn)知與運(yùn)用。

該書作者提出的系統(tǒng)，包括了三體世界，即自然界和生產(chǎn)中的一切物理實(shí)體、生物界有著充分自由意識的人體、由人基于硬件/軟件/網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所創(chuàng)建的數(shù)字虛體。這是一個(gè)定位層次較高、具有一定的哲學(xué)意味并且具有最大包容度的智能定義，不僅涵括了現(xiàn)有的多種形式的智能內(nèi)涵，而且可以把物理實(shí)體所具有的智能表達(dá)出來，這是非常重要的學(xué)術(shù)拓展。目前尚未見其他人和其他文獻(xiàn)資料給出類似的定義。

三體模型也較好地解釋了上一節(jié)提到的三種智能現(xiàn)象，即科學(xué)效應(yīng)是物理實(shí)體對自然規(guī)律的承載與感應(yīng)，人類知識與經(jīng)驗(yàn)是意識人體對自然規(guī)律的認(rèn)知、歸納與抽象，數(shù)據(jù)分析是對人造系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果（大數(shù)據(jù)）的提煉。

最普適的智能判定標(biāo)尺：“20字箴言”

在《三》書中，作者給出了判斷智能系統(tǒng)特征的“20字箴言”：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升。

以智能理論的三個(gè)學(xué)派來劃分，“20字箴言”的前16個(gè)字屬于行為主義的控制論的范疇，而后4個(gè)字屬于聯(lián)結(jié)主義的仿生學(xué)范疇，而書中獨(dú)創(chuàng)的“數(shù)字虛體”的概念，則是對符號主義的一種發(fā)展與實(shí)踐。

從實(shí)踐看，三體智能理論的三個(gè)智能視角，有利于從總體把握各工業(yè)強(qiáng)國的智能技術(shù)優(yōu)勢與短板。德國的優(yōu)勢在于人類經(jīng)驗(yàn)和工業(yè)OT技術(shù)的規(guī)律性總結(jié)——模型，弱勢在于數(shù)據(jù)分析能力，其實(shí)就是意識人體的智能技術(shù)與物理實(shí)體智能技術(shù)強(qiáng)，而數(shù)字領(lǐng)域的智能技術(shù)成為其主戰(zhàn)場。日本注重精益化制造，對員工與組織的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)細(xì)化到極致，說明其優(yōu)勢在于意識人體的智能技術(shù)，在物理實(shí)體智能與數(shù)字虛體智能方面，都并非超一流水平。而美國制造業(yè)在制造模型與數(shù)據(jù)分析方面都很強(qiáng)，從業(yè)者的經(jīng)驗(yàn)積淀是短板。中國在低成本獲取工業(yè)數(shù)據(jù)分析以及數(shù)字虛體技術(shù)上有一定的優(yōu)勢，在工業(yè)軟件、員工經(jīng)驗(yàn)、物理實(shí)體技術(shù)方面都處于弱勢。