HPS到HCPS，談智能制造系統演進(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(cháng)周濟發(fā)表了題為《關(guān)于中國智能制造發(fā)展戰略的思考》的報告，系統闡述了對我國智能制造發(fā)展的看法。報告中周濟院士提到了一個(gè)觀(guān)點(diǎn)，即隨著(zhù)智能制造戰略的持續推進(jìn)，傳統制造過(guò)程中的人與物理系統之間的關(guān)系正在由人-物理系統(HPS)二元體系向人-信息-物理系統(HCPS)三元體系轉變，該觀(guān)點(diǎn)的提出引發(fā)了業(yè)界專(zhuān)家的普遍思考。

　　圖1傳統制造中“人-物理系統”體系

　　周濟院長(cháng)認為，傳統制造主要包含人和物理系統兩大部分，人通過(guò)對機器的控制實(shí)現人與機器之間的交互。機器通過(guò)接收人下達的各種指令完成生產(chǎn)工作。同時(shí)，人還要接收機器反饋的各種狀態(tài)信息完成相關(guān)的感知、分析決策以及學(xué)習認知等工作，從而使人機系統形成完成的工作閉環(huán)。在傳統制造過(guò)程中，物理系統主要是用來(lái)替代人類(lèi)從事大量的體力勞動(dòng)，降低對人的需求，并提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，傳統制造系統就是一個(gè)人-物理系統(HPS)。

　　圖2第一代和第二代智能制造體系

　　隨著(zhù)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立出來(lái)，用信息系統替代人來(lái)分析和決策，通過(guò)信息系統與物理系統的融合來(lái)實(shí)現對機器的控制，讓信息系統替代人來(lái)完成更多更復雜的體力勞動(dòng)。由此推動(dòng)傳統的人-物理系統向人-信息-物理系統的演變。周院士將這個(gè)過(guò)程稱(chēng)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(mén)子提出的數字雙胞胎的概念。

　　圖3新一代智能制造體系

　　當前，隨著(zhù)智能制造戰略的持續深化應用，周濟院長(cháng)將新一代智能制造系統在第一代和第二代智能制造體系的基礎上做了進(jìn)一步的深化。最本質(zhì)的特征就是它的信息系統發(fā)生重大變化，增加了認知和學(xué)習的功能。在上一代的信息系統當中主要只有感知、分析和決策和控制的功能，現在增加了一個(gè)新的功能，就是認知和學(xué)習功能，這個(gè)功能是從人開(kāi)始賦予信息系統自主學(xué)習功能，讓信息系統不僅具有強大的感知計算分析和控制能力，更加具備了學(xué)習提升和產(chǎn)生知識的能力。

　　業(yè)界專(zhuān)家普遍認為，在新一代智能制造系統中，人將部分學(xué)習型的腦力勞動(dòng)轉移給信息系統，讓信息系統具有了“認知能力”，人和信息系統的關(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中，人和信息系統的關(guān)系是“授之以魚(yú)”，而在新一代智能制造體系當中，人和信息系統的關(guān)系變成了“授之以漁”。

　　筆者認為，周濟院長(cháng)在報告中提出的HCPS體系，不但融入了國外提出的CPS理念，而且強調了人在智能制造中發(fā)揮著(zhù)核心作用。在智能化系統中，只有將人的認知能力賦予機器，才能讓整個(gè)系統具備智能。而在這一過(guò)程中需要經(jīng)歷從大數據向大知識體系轉變，促進(jìn)數據的體系化和知識的模型化，讓機器具備自主知識學(xué)能力，通過(guò)建立模型實(shí)現自我學(xué)習能力的提升，甚至促進(jìn)知識在機器與機器之間傳播。當機器可以自動(dòng)生產(chǎn)和傳播知識之時(shí)，就能真正的實(shí)現“授之以漁”。未來(lái)，人類(lèi)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。