中國(guó)服裝智能制造聯(lián)盟專家組副組長(zhǎng)
東華大學(xué)教授 聞力生
由于2016年以來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的普及、傳感網(wǎng)的滲透、大數(shù)據(jù)技術(shù)的涌現(xiàn)、智能制造發(fā)展的需求、信息社區(qū)的崛起，以及數(shù)據(jù)和信息在人類社會(huì)、物理空間和信息空間之間的交叉融合與相互作用，當(dāng)今傳統(tǒng)的人工智能發(fā)展所處信息環(huán)境和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)已經(jīng)發(fā)生了深刻變化，人工智能的目標(biāo)和理念正面臨重要調(diào)整，傳統(tǒng)的人工智能已進(jìn)入一個(gè)新的階段，其科學(xué)基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)載體面臨新的突破，現(xiàn)在的人工智能可以認(rèn)為是人工智能2.0，就是現(xiàn)在人們常說的新一代人工智能。也因?yàn)橛辛诵乱淮斯ぶ悄埽ê笪慕y(tǒng)一稱“新一代AI”）也就有了新一代智能制造（后文統(tǒng)一稱“新一代IM”）。
認(rèn)識(shí)新一代AI及其特征
我們過去定義人工智能（Artificial Intelligence，AI）是這么說的：人工智能是研究開發(fā)能夠模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能從1950年著名的圖靈試驗(yàn)算起，到現(xiàn)在已經(jīng)有近70多年的歷史。這70多年的發(fā)展可以分為三個(gè)階段,見圖一。從人工智能誕生以來的60多年，即從1956年美國(guó)達(dá)特茅斯學(xué)院召開會(huì)議給出人工智能定義到2006年這60年為人工智能萌發(fā)期；2006年至2016年十年的時(shí)間由于深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展帶來人工智能爆發(fā)期；在2016年以后則稱為進(jìn)入新一代AI發(fā)展期。
圖一 新一代AI的發(fā)展
新一代AI是如何從傳統(tǒng)人工智能中脫穎而出的呢？我個(gè)人認(rèn)為這個(gè)分界點(diǎn)可以定在2016年，大家都知道，2016年人類的著名圍棋高手被一個(gè)機(jī)器打敗，當(dāng)然這個(gè)機(jī)器不是一般機(jī)器，而是具有人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)支撐的智能機(jī)器。
近年來，人工智能特別是深度學(xué)習(xí)有了很大發(fā)展：主要體現(xiàn)在Transformer 模型及其變種被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，包括語言、語音、圖像等模型；人工智能各個(gè)子領(lǐng)域的不同主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)和應(yīng)用問題上，使用的模型和算法趨于相同；基于大數(shù)據(jù)的模型預(yù)訓(xùn)練或自監(jiān)督學(xué)習(xí)被廣泛使用，成為各個(gè)領(lǐng)域?qū)W習(xí)和推理的基礎(chǔ)；深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)的是類推推理，雖然在邏輯推理表現(xiàn)較差，但也有了較大發(fā)展；深度學(xué)習(xí)技術(shù)還被推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，典型的是科學(xué)智能（AI for Science），即用深度學(xué)習(xí)技術(shù)解決物理、化學(xué)、生物、醫(yī)藥學(xué)等新問題上。但深度學(xué)習(xí)在實(shí)際應(yīng)用中的可信賴問題、深度學(xué)習(xí)的可解釋性、公平性等問題尚未很好解決；深度學(xué)習(xí)和類推推理往往只能針對(duì)具體的任務(wù)進(jìn)行，而不像人腦那樣擁有通用的學(xué)習(xí)和推理能力，相比人腦的學(xué)習(xí)和推理能力還相差甚遠(yuǎn)；深度學(xué)習(xí)依然需要依賴于大模型、大數(shù)據(jù)和大算力，數(shù)據(jù)效率和能源效率要比人低得多。
從上可見，傳統(tǒng)的深度學(xué)習(xí)已經(jīng)明顯遇到了問題和困難，有需要研究和開發(fā)新一代人工智能的智能計(jì)算技術(shù)，腦啟發(fā)計(jì)算（brain-inspired computing）就是重要的探索方向，這里說的腦啟發(fā)計(jì)算，可以理解為常說的知識(shí)計(jì)算和認(rèn)知推理，腦啟發(fā)計(jì)算并不是簡(jiǎn)單地模仿人腦，而是根據(jù)計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)參考人腦的機(jī)制，構(gòu)建機(jī)器的學(xué)習(xí)和推理智能系統(tǒng)。新一代AI主要是從人腦計(jì)算得到啟發(fā)的，腦啟發(fā)計(jì)算是指以現(xiàn)在的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等為主體，在其基礎(chǔ)上（主要在功能層面）借鑒人腦的計(jì)算機(jī)制，構(gòu)成的全新的智能計(jì)算模式。
2017年7月國(guó)務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，從規(guī)劃中我們弄懂了：新一代AI和以往的人工智能的區(qū)別、人工智能可不是一個(gè)可以簡(jiǎn)單理解的機(jī)器人、人工智能經(jīng)過60多年的演進(jìn)，特別是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級(jí)計(jì)算、傳感網(wǎng)、腦科學(xué)等新理論新技術(shù)的引領(lǐng)下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展強(qiáng)烈需求的驅(qū)動(dòng)下，人工智能出現(xiàn)了一些新特點(diǎn)。明確了新一代AI發(fā)展“三步走”目標(biāo)： 到2020年人工智能總體技術(shù)和應(yīng)用與世界先進(jìn)水平同步；到2025年人工智能基礎(chǔ)理論實(shí)現(xiàn)重大突破、技術(shù)與應(yīng)用部分達(dá)到世界領(lǐng)先水平；到2030年人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。
了解了上面一些問題后，從目前看來，Stuart Russell與Peter Norvig在《人工智能：一種現(xiàn)代的方法》一書中的定義最為準(zhǔn)確：人工智能是有關(guān)“智能主體（Intelligent agent）的研究與設(shè)計(jì)”的學(xué)問，而“智能主體”是指一個(gè)可以觀察周遭環(huán)境并做出行動(dòng)以達(dá)致目標(biāo)的系統(tǒng)。這個(gè)定義既強(qiáng)調(diào)了人工智能可以根據(jù)環(huán)境感知做出主動(dòng)反應(yīng)，又強(qiáng)調(diào)人工智能所做出的反應(yīng)必須達(dá)成目標(biāo)，同時(shí)沒有給人造成“人工智能是對(duì)人類思維方式或人類總結(jié)的思維法則的模仿”的那種傳統(tǒng)定義。由此可以認(rèn)定新一代AI可這樣定義：基于重大變化的信息新環(huán)境和發(fā)展新目標(biāo)的人工智能。新的信息環(huán)境包括互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端、網(wǎng)絡(luò)社區(qū)、傳感器網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)。新的目標(biāo)是指智能城市、智能經(jīng)濟(jì)、智能制造、智能醫(yī)療、智能家居、智能駕駛等從宏觀到微觀的社會(huì)需求。可望升級(jí)的新技術(shù)有：大數(shù)據(jù)智能、群體智能、跨媒體智能、混合增強(qiáng)智能和自主智能系統(tǒng)（智能無人系統(tǒng)）等。
新一代AI有5大分支:大數(shù)據(jù)智能、跨媒體智能、智能無人系統(tǒng)、群體智能、混合增強(qiáng)智能。大數(shù)據(jù)智能相比于以前的大數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)無需人類干預(yù)教導(dǎo)；跨媒體智能從處理單一的視覺、聽覺、文字等，邁向跨媒體認(rèn)知、學(xué)習(xí)和推理的新階段；智能無人系統(tǒng)則是從自動(dòng)化轉(zhuǎn)向智能化，從機(jī)器人轉(zhuǎn)向更加廣闊的智能自主系統(tǒng)；群體智能是從聚焦研究“個(gè)體智能”走向基于聯(lián)網(wǎng)的群體智能；混合增強(qiáng)智能是走向混合型增強(qiáng)智能的新計(jì)算形態(tài)。
新一代AI和傳統(tǒng)人工智能相比較具有以下特征：傳統(tǒng)人工智能是計(jì)算機(jī)智能，屬于封閉性人工智能。新一代AI應(yīng)是開放性人工智能；傳統(tǒng)人工智能僅僅依靠的是算力、算法和數(shù)據(jù)，新一代AI是靠交互學(xué)習(xí)和記憶；傳統(tǒng)人工智能解決的都是確定性問題，新一代AI要解決的是不確定性問題。
認(rèn)識(shí)新一代IM及其特征
我們通常所說數(shù)字化制造是智能制造第一種基本范式，可以稱之為第一代智能制造，是智能制造的基礎(chǔ)。數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造，是智能制造第二種基本范式，也可稱之為“互聯(lián)網(wǎng)+制造”或第二代智能制造，德國(guó)工業(yè)4.0和美國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)完善地闡述了數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造范式，我們則認(rèn)為 “新一代AI技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)的深度融合，形成了新一代智能制造（IM）技術(shù)，成為了新一輪工業(yè)革命的核心驅(qū)動(dòng)力。”如果說數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造是新一輪工業(yè)革命的開始，那么新一代智能制造的突破和廣泛應(yīng)用將推動(dòng)形成這次工業(yè)革命的高潮，引領(lǐng)真正意義上的工業(yè)4.0，實(shí)現(xiàn)第四次工業(yè)革命。
隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能制造正加速向新一代智能制造邁進(jìn)。新一代IM的信息系統(tǒng)通過新一代AI技術(shù)賦予信息系統(tǒng)強(qiáng)大的“智能”，使其不僅具有更加強(qiáng)大的感知、決策與控制的能力，更是具有了學(xué)習(xí)認(rèn)知、產(chǎn)生知識(shí)的能力，從而極大提高處理制造系統(tǒng)復(fù)雜性、不確定問題的能力，在新一代IM的驅(qū)動(dòng)下制造知識(shí)的產(chǎn)生、利用、傳承和效率均會(huì)發(fā)生革命性變化 。
新一代IM是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合，其核心是新一代AI技術(shù)與制造技術(shù)的深度融合。將新一代AI技術(shù)與制造領(lǐng)域知識(shí)和技術(shù)進(jìn)行深度融合，使人的智慧與機(jī)器智能的各自優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，相互啟發(fā)式地增長(zhǎng)成為新一代IM，用于解決制造系統(tǒng)價(jià)值維、組織維和制造全流程及其集成的問題。
新一代智能制造〔IM〕生產(chǎn)模式是在制造空間實(shí)現(xiàn)人機(jī)共融，見圖二。由新一代人工智能技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)與人共同形成的智能制造決策層；由人、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與無線服務(wù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通形成制造執(zhí)行層；由人、機(jī)器人技術(shù)和智能制造機(jī)器共同形成的智能制造的執(zhí)行層。
圖二 新一代IM空間（來源 網(wǎng)絡(luò)）
新一代IM最本質(zhì)的特征是其信息系統(tǒng)增加了基于新一代AI認(rèn)知和學(xué)習(xí)的功能，使原來的信息系統(tǒng)增加了跨媒體智能，這樣信息系統(tǒng)不僅具有強(qiáng)大感知、計(jì)算分析與控制能力，更具有學(xué)習(xí)提升、產(chǎn)生知識(shí)的能力。在這一階段，新一代AI技術(shù)將使“人-信息-物理系統(tǒng)”發(fā)生質(zhì)的變化，形成了新一代“人-信息-物理系統(tǒng)”。所以新一代IM進(jìn)一步突出了人的中心地位，是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)人、信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的綜合集成大系統(tǒng)，見圖三。
圖三 新一代IM（人-信息-物理系統(tǒng)）
（來源 工程院）
有新一代AI才有新一代IM
建立在新一代AI基礎(chǔ)上的新一代IM是一個(gè)大系統(tǒng)，主要由智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、智能服務(wù)三大功能系統(tǒng)以及智能制造云和工業(yè)智聯(lián)網(wǎng)兩大支撐系統(tǒng)集合而成，它貫穿于產(chǎn)品、制造、服務(wù)全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過相應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化集成，實(shí)現(xiàn)制造的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化，不斷提升企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、效益、服務(wù)水平，推動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新、綠色、協(xié)調(diào)、開放、共享發(fā)展。新一代IM核心是通過物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，將人、物、設(shè)備普遍互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、物流設(shè)備、工具共享協(xié)作，以創(chuàng)造更加柔性的生產(chǎn)；新一代IM模式的本質(zhì)是數(shù)字化虛擬模型和實(shí)體生產(chǎn)的相互滲透，以實(shí)現(xiàn)物理世界和虛擬世界的互聯(lián)互通。
2022年6月24日，世界智能制造大會(huì)在天津正式開幕。我國(guó)周濟(jì)院士作為專家代表進(jìn)行演講，他說今后十五年，正是智能制造作為新一輪工業(yè)革命核心技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，因?yàn)橛辛诵乱淮鶤I才有新一片IM。通過今后十五年的努力，我們一定能夠在2035年實(shí)現(xiàn)基于新一代AI人工智能下的新一代IM，見圖四。
圖四 新一代智能制造
從人工智能技術(shù)發(fā)展進(jìn)程來看，要實(shí)現(xiàn)新一代IM也是要分階段進(jìn)行的。第一階段我們要實(shí)現(xiàn)的智能制造是具有計(jì)算機(jī)智能的智能制造；第二階段我們要實(shí)現(xiàn)的智能制造是具有感知智能的智能制造；第三階段我們要實(shí)現(xiàn)的智能制造是具有認(rèn)知智能與自治特征的智能制造，也就是這樣的制造不僅具有更加強(qiáng)大的感知、決策與控制的能力，更是具有了學(xué)習(xí)認(rèn)知、產(chǎn)生知識(shí)的能力，從而達(dá)到自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)的新一代IM。
中國(guó)服裝智能制造聯(lián)盟專家組副組長(zhǎng)
東華大學(xué)教授 聞力生
2023年元月5日于上海
