浅议IC智能控制到IM智能制造

    移动互联网给了智能以时空的自由，物联网让智能以自由的流淌，工业互联网可以携智能服务客户，大数据给了智能以不竭的源头，云计算赋予智能以快速的运算，CPS和Digital Twin得以内嵌智能体，互联网+可以让智能无处不在……。提笔环顾，思绪踌躇：“智”从何而来？

    一、智能特性

    自推理、自学习、自联想、自寻优、自计划、自决策、自感知、自识别、自辨别、自诊断、自预测、自聚焦、自适应、自融合、自组织、自整定、自校正、自稳定、自修复、自协调、自繁衍、自进化等。

    实现智能控制系统需要建模、分析、设计、仿真、运行、验证。采用人工智能，如优化算法、启发程序、专家系统、知识自动化、人工神经网络、数理逻辑、模式识别，包括语义、图像、声音、景象等。

    二、智能控制

    1943年McCulloch 和Pitts首先提出人工神经细胞的M-P模型，1945年，Turing 提出了图灵机模型与机器思维的理论，为研究机器智能提供了理论基础和方法。

    1946年冯.诺依曼原理的计算机问世，为机器模拟人的智能提供了技术工具和物质手段。

    1948年Wiener 出版了《控制论Cybernetics》在自动控制、通信技术、计算机技术与神经生理学、病理学相结合的基础上，研究生物与机器的控制、通信的共同规律与方法，如反馈、适应、控制、滤波等，跨越了工程技术与生物科学之间的鸿沟。

    1951年学者李耀滋在MIT首先提出自寻优控制理论与方法。

    1956年，McCarthy 首先提出了人工智能术语，标志着人工智能的新学科的诞生，Newell、Simon、Shaw研制出启发式具有逻辑理论的机器，成为第一个计算机思维的范例。20世纪60年代的知识工程的专家系统的成功研究开发，为人工智能从理论走向实践应用开辟了新的途径。

    1956年学者钱学森出版总结了自寻优控制理论与方法。1974年Mamdan提出了自组织模糊控制。1984年Astrom提出了专家控制、自适应控制、自校正智能控制。

    1971年学者傅京孙提出智能控制二元论：

    人工智能+自动控制=智能控制

    AI+AC=IC

    1980年学者Saridis提出智能控制三元论：

    人工智能+自动控制+运筹学=智能控制

    AI+AC+OR=IC

    1989年学者张钟俊、蔡自兴提出智能控制四元论：

    人工智能+自动控制+运筹学+系统工程=智能控制

    AI+AC+OR+SE=IC

    自动控制、控制论、人工智能、仿生学、计算科学进展为智能控制的产生与发展提供了科学技术基础。同时，为了适应复杂、多变、不确知、不确定的控制对象与环境条件，解决了传统的控制论与工程实际结合的难题。

    三、智能制造

    笔者在智能控制四元论基础加上工业工程和精益生产，形成智能制造六元论，以适合智能制造控制系统。

    人工智能+自动控制+运筹学+系统工程+工业工程+精益生产=智能制造系统

    AI+AC+OR+SE+IE+LP=IC

    对此某些友人表示异议，意思是这六个要素不在一个层次上，因为某大学的学科不是这样分的。抱歉，笔者认为智能制造系统的实践必须由这六个基础要素形成。不过，还是要向“学院派”致敬。

    四、智能制造应用场景

    智能制造需要六个基础理论:人工智能、自动控制、运筹学、系统工程、工业工程、精益生产，并连接或嵌人、机、物、物理设施，形成CPS或Digital Twin从而达到大制造系统自治的智能优化状态。这里的智能大制造含智能工厂、智能生产、智能物流（供应链）、智能服务。

    通过移动互联网订购个性化定制化的产品，通过智能研发交互平台，智能匹配或重用工程知识进行研发、设计、仿真、验证等，自主模块化选配工艺与物料，CPS内嵌优化算法或人工智能控制制造过程自组合模块化设备工艺规划，按照需要JIT/JIS模块化智能配送喂料，智能调度工厂的人、机、物优化组合，物与物、人与物、物与料、系统之间的连接并对产生的工业大数据包括结构化工艺数据与非结构化客户社交化感知数据，进行海量的云计算，在不同的价值链的位置场景化自学习最优规则选择，对多品种、小批量的订单变化自协调、自稳定，进行数字化映对Digital Twin，虚实结合交错，在最优的时间内交给客户并持续的对客户智能服务。

    这里必须说明，高离散行业的多品种、小批量的订单定制生产是属于最复杂制造，所以，重点强调，并不意味着其它行业或业态智能化不重要。

    五、智能制造的实现

    笔者以为主要有四个步骤：1、精益化。2、数字化。3、自动化。4智能化。精益生产主要偏重消除非增值活动（浪费），而智能化主要偏重对增值活动的柔性化，进一步提升其用户价值。如果对非增值活动进行数字化、自动化、智能化，岂不是更大的浪费。

    所以，先对工厂精益化、供应链精益化、研发模型化、精益化。形成数字化互联企业，用数字连接用户、供应商、员工、设备、物料，使其流程自动化、生产自动化、知识自动化等。再实现智能控制方面：1、优化算法软件+自动化控制。2、人工智能+自动化柔性控制。在机器人应用方面：1、物理机器人。2、软件机器人。3、人形机器人。

    智能制造系统属于复杂系统，是人工智能与大系统理论的结合，属于第三代控制论，不过还在进化，随着物联网、大数据、云计算的技术出现，CPS嵌入式人机物协同控制是智能制造的基础。不过，智能制造控制系统的六元论一个都不能少，否则，实现智能制造系统真是空中楼阁。