從物理實體、意識人體到數字虛體 中國人自己的三體智能理論

　　趙敏 胡虎 寧振波

　　（本文刊發于《中國經濟周刊》2017年第8期）

　　近來，隨著“智能制造”成為中國制造轉型升級的主攻方向，沉寂多年的制造業開始成為技術變革與創新的熱點。中國企業開始以極大的熱情學習德、美等工業強國的創新實踐。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的制造技術，之所以經歷了近三十年的發展仍未變成現實，不單因為諸多科學技術的瓶頸沒有突破，更重要的是，人類對智能現象的本質認識還不深刻，對一個理想的智能實體或智能制造系統如何構建、運行與優化還缺少“統一視圖”。一個最窘迫的事實是，工業界、IT界甚至還沒有就基本智能理論達成共識。

　　作者簡介：

　　胡虎

　　工業4.0北京研究會秘書長，工信、智能化領域產業和政策專家。

　　趙敏

　　中國發明協會發明方法研究分會會長，兩化融合、智能制造與創新方法論專家。

　　寧振波

　　中航工業集團信息技術中心首席顧問，航空與國防領域信息化、智能制造專家。

　　早期AI理論催生智能制造系統

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

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

　　人工智能歷史上有三個學派：符號主義、聯結主義與行為主義。這三派智能理論中，符號主義關注人腦的抽象思維的特性；聯結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智能行為特性及進化過程，它們都從不同的角度致力于推動機器智能接近人的智能水平。行為主義在工業界的影響是更大的。

　　由于人的智能是多功能、多層次、多側面、全方位的，而三派AI的模型原理本身存在門戶之別，并未走向統一和融合。此外AI在學習算法、穩定性分析、商業化應用等方面屢屢遭遇技術的“瓶頸”，始終制約著系統“智能化”水平與智能制造技術的提升，也導致一度興旺的IMS在其發源國日本被政府和工業界放棄。

　　近年來，隨著機器學習尤其是深度學習技術的突破，AI熱潮再度興起。最為經典的案例是谷歌公司的“阿爾法狗”，僅僅通過一年多的學習進化，就在最復雜的博弈游戲——圍棋中迅速戰勝了中日韓頂尖高手。AI的最新進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展

　　AI視角下的智能制造系統，主流設計思想是分布式多自主體智能系統。異構 Agent 間的相互合作以及全局協調機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應用技術方面，近一段時間，人機交互等專用AI有了快速進展，但通用AI的研發仍只是夢想，特別是工業領域，通用AI更是無法完成的使命，聯網的人工智能完全無法和本地的工業軟件PK。

　　時至今日，AI雖然還是制造智能的一個重要來源，但智能制造創新發展的主戰場已經發生遷移。無論是美國的AMP或工業互聯網，還是德國的工業4.0，指導其工業企業、信息通信企業實施協同創新的核心理念均來自CPS（賽博物理系統），建立一個與物理實體、制造流程、工業環境精確映射并可以實施精準控制的虛擬制造環境，成為最重要的技術突破點，AI及其應用退居次要地位。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，在漫長的工業實踐中，有三類重要的智能現象：人腦所積淀的知識與經驗、機器實體所固化的知識與技能，以及虛擬的數字世界所拓展的新的知識與能力，實質上支撐了智能制造的實現。

　　其一，人類通過觀察和總結自然規律，獲得知識和經驗，進而運用知識改造自然。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，人的智力是遙遙領先于人造系統的。人與機器協同運行可以在整體上獲得較高的系統智能。

　　其二，依靠產品/設備、工藝、流程來承載和固化人類的科學知識與經驗，將人的隱性知識顯性化、模型化的工業技術與系統是制造智能的重要來源。材料、機器等實體系統皆載有知識，負有智能，知識在工業系統中得以運用和流動，工業自動化程度越高，這種制造智能的應用規模就越大、深度就越甚。與之相對，在農業時代，手藝則主要依靠師傅和徒弟心口相傳，沒有規范、標準的實物載體。

　　其三，基于軟件的工業數字模型、基于網絡的工業大數據與基于算法與數據的人工智能成為制造智能的集大成者。產品數字化、技術軟件化、知識網絡化程度越高，制造智能的響應越快、越靈活、越有柔性。特別是有了網絡以后，制造智能的部署就不僅依靠本地機器內嵌的知識系統來操縱，還可以廣泛調用廣域的分布式智能來交互協同，這使得單個制造單元的智能水平遠遠超過歷史上所有的機器。

　　隨著科技的進步，這三類智能現象呈現出相互交融、協作創新的局面，那么它們之間到底有什么內在聯系？在一個更大的智能制造體系內，這些源于不同的學科與行業，截然不同的知識和技術體系，如何才能做到技術銜接、數據流動以及知識重用？

　　p86

　　中國人創立的三體智能理論

　　《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回答。該理論可以簡潔表述為一個包容多種智能技術的模型，在學術上提出了原創的理論。

　　p87

　　最簡潔的模型：三體世界、三類智能

　　在《三》書中，按照出現的時間順序，作者把世界分為三類“體”：物理實體、意識人體和數字虛體。其中前“兩體”都很好理解，第三體數字虛體，是指存在于電腦和網絡設備之中的一種用來驅動軟硬件設備的高級數理邏輯系統，源于電腦而實現，基于軟件而發展，載于網絡而增強，由于知識而智能。

　　三體之間的相互作用關系，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識自然、學習自然、了解并掌握改造自然的規律的偉大歷史進程。人類在創造勞動工具（人造系統）的同時，也創造積累各種知識，并用這些知識來指導自己更好地創新和優化各種人造系統。這是一種兩體作用的、古老的知識發生學。

　　當第三體（數字虛體）誕生之后，事物開始了本質的變化：原來的兩體作用開始向三體作用轉變；三體彼此相互作用產生了三個相互作用界面，而過去只有一個界面；在第三體的誘發與促進下，CPS開始在智能制造領域發揮重要作用。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、生理與數字三類系統均發展出特有的智能技術

　　《三》書給出了全新的智能定義：智能本質是一切系統對自然規律的感應、認知與運用。

　　該書作者提出的系統，包括了三體世界，即自然界和生產中的一切物理實體、生物界有著充分自由意識的人體、由人基于硬件/軟件/網絡技術所創建的數字虛體。這是一個定位層次較高、具有一定的哲學意味并且具有最大包容度的智能定義，不僅涵括了現有的多種形式的智能內涵，而且可以把物理實體所具有的智能表達出來，這是非常重要的學術拓展。目前尚未見其他人和其他文獻資料給出類似的定義。

　　三體模型也較好地解釋了上一節提到的三種智能現象，即科學效應是物理實體對自然規律的承載與感應，人類知識與經驗是意識人體對自然規律的認知、歸納與抽象，數據分析是對人造系統運行結果（大數據）的提煉。

　　最普適的智能判定標尺：“20字箴言”

　　在《三》書中，作者給出了判斷智能系統特征的“20字箴言”：狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行、學習提升。

　　以智能理論的三個學派來劃分，“20字箴言”的前16個字屬于行為主義的控制論的范疇，而后4個字屬于聯結主義的仿生學范疇，而書中獨創的“數字虛體”的概念，則是對符號主義的一種發展與實踐。

　　從實踐看，三體智能理論的三個智能視角，有利于從總體把握各工業強國的智能技術優勢與短板。德國的優勢在于人類經驗和工業OT技術的規律性總結——模型，弱勢在于數據分析能力，其實就是意識人體的智能技術與物理實體智能技術強，而數字領域的智能技術成為其主戰場。日本注重精益化制造，對員工與組織的實戰經驗細化到極致，說明其優勢在于意識人體的智能技術，在物理實體智能與數字虛體智能方面，都并非超一流水平。而美國制造業在制造模型與數據分析方面都很強，從業者的經驗積淀是短板。中國在低成本獲取工業數據分析以及數字虛體技術上有一定的優勢，在工業軟件、員工經驗、物理實體技術方面都處于弱勢。