HPS到HCPS，談智能制造系統(tǒng)演進(jìn)

　　2017年12月7日，在南京舉辦的“世界智能制造大會(huì)”上，中國工程院院長周濟(jì)發(fā)表了題為《關(guān)于中國智能制造發(fā)展戰(zhàn)略的思考》的報(bào)告，系統(tǒng)闡述了對(duì)我國智能制造發(fā)展的看法。報(bào)告中周濟(jì)院士提到了一個(gè)觀點(diǎn)，即隨著智能制造戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，傳統(tǒng)制造過程中的人與物理系統(tǒng)之間的關(guān)系正在由人-物理系統(tǒng)(HPS)二元體系向人-信息-物理系統(tǒng)(HCPS)三元體系轉(zhuǎn)變，該觀點(diǎn)的提出引發(fā)了業(yè)界專家的普遍思考。

　　圖1傳統(tǒng)制造中“人-物理系統(tǒng)”體系

　　周濟(jì)院長認(rèn)為，傳統(tǒng)制造主要包含人和物理系統(tǒng)兩大部分，人通過對(duì)機(jī)器的控制實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的交互。機(jī)器通過接收人下達(dá)的各種指令完成生產(chǎn)工作。同時(shí)，人還要接收機(jī)器反饋的各種狀態(tài)信息完成相關(guān)的感知、分析決策以及學(xué)習(xí)認(rèn)知等工作，從而使人機(jī)系統(tǒng)形成完成的工作閉環(huán)。在傳統(tǒng)制造過程中，物理系統(tǒng)主要是用來替代人類從事大量的體力勞動(dòng)，降低對(duì)人的需求，并提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，傳統(tǒng)制造系統(tǒng)就是一個(gè)人-物理系統(tǒng)(HPS)。

　　圖2第一代和第二代智能制造體系

　　隨著信息化的發(fā)展，企業(yè)逐漸將人從事的感知分析和決策工作中獨(dú)立出來，用信息系統(tǒng)替代人來分析和決策，通過信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的融合來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器的控制，讓信息系統(tǒng)替代人來完成更多更復(fù)雜的體力勞動(dòng)。由此推動(dòng)傳統(tǒng)的人-物理系統(tǒng)向人-信息-物理系統(tǒng)的演變。周院士將這個(gè)過程稱為第一代和第二代智能制造體系。這個(gè)體系涵蓋了美國提出的CPS理論和西門子提出的數(shù)字雙胞胎的概念。

　　圖3新一代智能制造體系

　　當(dāng)前，隨著智能制造戰(zhàn)略的持續(xù)深化應(yīng)用，周濟(jì)院長將新一代智能制造系統(tǒng)在第一代和第二代智能制造體系的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的深化。最本質(zhì)的特征就是它的信息系統(tǒng)發(fā)生重大變化，增加了認(rèn)知和學(xué)習(xí)的功能。在上一代的信息系統(tǒng)當(dāng)中主要只有感知、分析和決策和控制的功能，現(xiàn)在增加了一個(gè)新的功能，就是認(rèn)知和學(xué)習(xí)功能，這個(gè)功能是從人開始賦予信息系統(tǒng)自主學(xué)習(xí)功能，讓信息系統(tǒng)不僅具有強(qiáng)大的感知計(jì)算分析和控制能力，更加具備了學(xué)習(xí)提升和產(chǎn)生知識(shí)的能力。

　　業(yè)界專家普遍認(rèn)為，在新一代智能制造系統(tǒng)中，人將部分學(xué)習(xí)型的腦力勞動(dòng)轉(zhuǎn)移給信息系統(tǒng)，讓信息系統(tǒng)具有了“認(rèn)知能力”，人和信息系統(tǒng)的關(guān)系發(fā)生了根本性的變化。在老第一代和第二代智能制造體系的當(dāng)中，人和信息系統(tǒng)的關(guān)系是“授之以魚”，而在新一代智能制造體系當(dāng)中，人和信息系統(tǒng)的關(guān)系變成了“授之以漁”。

　　筆者認(rèn)為，周濟(jì)院長在報(bào)告中提出的HCPS體系，不但融入了國外提出的CPS理念，而且強(qiáng)調(diào)了人在智能制造中發(fā)揮著核心作用。在智能化系統(tǒng)中，只有將人的認(rèn)知能力賦予機(jī)器，才能讓整個(gè)系統(tǒng)具備智能。而在這一過程中需要經(jīng)歷從大數(shù)據(jù)向大知識(shí)體系轉(zhuǎn)變，促進(jìn)數(shù)據(jù)的體系化和知識(shí)的模型化，讓機(jī)器具備自主知識(shí)學(xué)能力，通過建立模型實(shí)現(xiàn)自我學(xué)習(xí)能力的提升，甚至促進(jìn)知識(shí)在機(jī)器與機(jī)器之間傳播。當(dāng)機(jī)器可以自動(dòng)生產(chǎn)和傳播知識(shí)之時(shí)，就能真正的實(shí)現(xiàn)“授之以漁”。未來，人類或許可以完全脫離生產(chǎn)活動(dòng)，成為真正的智能創(chuàng)造者。