注重工业智能 构建智能系统

    一、智能系统的定义与识别

    实现智能制造，需要构建和识别各式各样的智能系统。符合以下特征的任何一个级别的人造系统，可以认为是智能系统。

    类比于人脑的认知能力，《三体智能革命》作者们对人造系统的智能特征做了提取，将智能系统分成三类：

初级智能系统具备三个基本特征：状态感知、自主决策、即刻执行，即前面提到的有感知，自决策，善动作。其决策依据通常依靠科学效应来实现（例如利用光敏传感器自动开启和调光的智能路灯，数控车床防撞刀装置等），由工业智能实现，无需嵌入计算系统；
恒定智能系统具备四个基本特征：状态感知、实时分析、自主决策、精准执行。这类系统效率极高，自主工作，但是智能水平在构建时预先设定，难以改动（例如具有感知衣料特性并自动决定洗衣策略的智能洗衣机）。这样的系统必须嵌入计算内核，嵌入软件和知识，以工业智能为主，在自主决策环节引入少量人工智能；
开放智能系统具备五个基本特征：状态感知、实时分析、自主决策、精准执行、学习提升。具备这五个特征的人造系统是高度智能、有一定认知能力的系统，具备了自我改善、学习提升的持续发展能力（例如具有深度学习能力、可借助网络共享知识，并自主更新和优化程序的智能机器人）。这样的系统具备强大的计算能力，需要使用人工智能技术或认知计算技术，可以实现对大数据的分析与处理，能不断应用、积累和创造知识。

    由此可知，构建智能系统，尤其是数量巨大的初级智能系统，并非首先用到人工智能，而是首先用到由长期的工业技术积累所形成的工业智能和其它智能技术。

    二、工业智能

    工业智能主要是依靠丰富的科学效应在工程技术领域的应用来实现的。

    1、科学效应与工程技术

    科学效应是几何效应、物理效应、化学效应、生物效应的统称。效应来源于科学研究与发现，但是在工业领域获得了极为广泛的应用。如果仔细分解一个机器设备，其中每一个关键子功能都是由科学效应实现的，例如洗衣机靠离心力脱水甩干，空调靠相变制冷。

    科学效应是工程技术的实现依据和解决技术问题的根本，用好一个效应可以获得几十项发明专利。发明家爱迪生的1023项专利里只用到了23个效应；飞机设计大师图波列夫的1001项专利里只用到了35个效应。

    科学效应：效应物质在外部物质属性输入作用影响下所形成的属性输出，输入和输出形成了特定的因果现象。例如，离心力、相变、热膨胀、双金属结构、形变、电场、磁场、电磁场、电致伸缩、磁致伸缩、电致变色、磁流体、压电效应、传导、对流、辐射、毛细管、衍射、电解、爆炸、磁热效应、超导、多普勒效应、马格努斯效应、珀耳贴效应、韦森堡效应等（了解更多的效应，可参阅作者今年1月出版的《TRIZ进阶及实战》一书）。

    2、以物理效应构建的智能系统

    在工业革命的早期，人类就利用科学效应来实现各种功能，以增强对机器的自动控制。先来看一个第一次工业革命时期的蒸汽机转速调节器（如图1），当蒸汽机转速增加时，离心力导致飞球升高带动气阀开口减小，蒸汽机转速随之降低；反之，蒸汽机转速降低时，飞球下降使得气阀开口变大、蒸汽机的转速便随之提升。依靠这样的机制，蒸汽机转速就能自动保持基本恒定。离心力这个物理效应在这里起到了关键作用。

图1 蒸汽机的转速调节器（控制系统）

    这个结果是符合初级智能系统的基本定义的。实际上这个控制系统的状态感知是由飞球来承担的，飞球转动时离心力所形成的向上的分力，克服了重力。重力与离心力博弈的结果形成了自动决策，实时反映在飞球的高低变化上，通过连杆机构实现了对阀门的实时调节（即刻执行）。这样的自动化调节机构完全替代了过去由人来做的调节工作，遂人愿，全自动。

    案例不同，原理相通——自动识别工人的手是否在冲床下方的自动检测设备，让机器轧手成为了历史，而其工作原理，不过是一个红外成像传感器；酒店或仓库的防火自动喷淋装置，其工作原理是一个盛有酒精的细玻璃管，感知到高温可以自动炸裂；飞机上的自动除冰装置，是通过激光扫描翼面来检测结冰情况，并自动启动加热装置来除冰。从过去到现在，类似的例子数不胜数。