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數字化——從三體智能（néng）革命說（shuō）起

2016-12-26 作（zuò）者：寧振波

走向智能論壇核心專家、《三體智能革（gé）命（mìng）》編委、全國3D大賽技術專家委員會輪值主席，中航工業信息技術中心首席顧（gù）問寧振波教授在第（dì）九屆全國3D大賽暨3D大會上做主旨報告

2016年9月，一本名為《三體智能革命（mìng）》的新著作（zuò）所提出的“三體智能模（mó）型”，引起了業界的關注。所（suǒ）謂“三體智能模型”，指（zhǐ）的是物理實體、意識人體、數字虛體之間的（de）三體聯接、三體融（róng）合，被稱作是科技和產業走向智能的核心原理。

在12月11日舉辦的“3D動力杯”第九（jiǔ）屆全國3D大賽暨3D大會上（shàng），《三體智能革命（mìng）》作者之一、全國3D大賽技術專（zhuān）家委員會輪值主席，中航工業集團信息技術中心首席顧問寧振波所（suǒ）作的主旨（zhǐ）報告為（wéi）大賽現場帶來了一場數（shù）字化風暴。

下為報（bào）告整理全文：

數字化是從1991年的波音777開始的。波音777取得了（le）兩個巨（jù）大的進步：第（dì）一個進（jìn）步是研（yán）製周期，它和傳統的飛機研（yán）製相比，僅用（yòng）了四年半時（shí）間就（jiù）把（bǎ）飛機送上天。而波音767花（huā）了12年的時間。

第二（èr）個進步在於，1970年（nián），波音747首飛；1994年6月（yuè），波音777首飛。而它（波音777）造出的第一架飛機（jī），就比造了24年（nián）的第400架波音747質（zhì）量還要好，這是為什麽呢？因為它采用（yòng）了全數（shù）字（zì）化的設計技術。

讓我們來看這組（zǔ）數據，波音777用了八台大型IBM計算機，用了3200套工作站用於搞三維（wéi）的零件（jiàn）設計和裝配設計，用了2萬台計算機、PC機（jī）、800個相互不關聯的軟件，形成了14個（gè）相互不關聯的物料表。這時他們發現了一些問題。

發現（xiàn）的是（shì）什麽問題呢？第一，由於采用（yòng）了那麽多（duō）台（tái）計算機（jī）設計飛（fēi）機（jī），幾萬人每天在計算機上的（de）工作生成了天量的數據。在此之前，我們的設（shè）計是圖（tú）紙、工藝文字材料、紙質材料（liào），從波音（yīn）777開始（shǐ），全（quán）都是數字化（huà）的（de），因此形成（chéng）了每天的天量數據。以前波音飛機的設（shè）計中，所有計算（suàn）機的文（wén）件管（guǎn）理都是典型的樹狀架構（gòu）的（de）文件管理係統，而複雜的產品是立體形狀的網狀架構（gòu）。由於數據管理能力不足，出現了很多問題。波音公司（sī）因此啟動了一個大的項目DCAC·MRM （簡單（dān）地說就是PDM的（de）深入應用項目），花了十年時間（jiān），投資十（shí）億美金，才完（wán）成了整個飛機產品的三維構形定義和製造資源的管理。

第二，基於當時的三維設計軟件，波音777當時在（zài）三維（wéi）模型上表達不了工藝、製造和檢測的信息。最後產品設計、工藝設計的三維設計（jì）完之後，在用於製造（zào）的時候，不得不生成了（le）二維圖紙，工作量極（jí）大，很容易出錯。1996年，波音公司與世（shì）界16家知名企業合作，推動美國機械工程師協會，花了（le）7年時間，形成了（le）ASME Y14.41標準（數字化產品定義數據實施（shī）規程）。簡單地說，這個標準（zhǔn）就是MBD（基（jī）於（yú）模型的定義）標準，再簡（jiǎn）單理解，就是在三維模型上可以表達工藝、製（zhì）造和檢測的所（suǒ）有數據。這麽一來，就使（shǐ）得（dé）我們在製造產品過程中，取（qǔ）消藍圖（tú）、取消工藝卡片成為（wéi）可能（néng）。

中國航空工業集團公司（sī）在2010年（nián）之後，研製的所有（yǒu）新（xīn）型飛機已經取消了藍圖和工藝卡片。它不是一項革命嗎？從藍圖到三維（wéi）模型就是一項革命。所以，全國3D大賽組委會幹了一件功德無量（liàng）的事情，為中國製造業培養了大量（liàng）的可用（yòng）人才（cái）。我們講新工業（yè）革命的本質，就是智能製造，核心是賽博物（wù）理係統（CPS）。我們講的（de）“三體智能革命”、CPS，智能製造的核（hé）心是智能，智能是本源，CPS是它的實現（xiàn）形式。我想講的是人造智能，它是一種模仿擴展和超越人類智能的能力。它有認知（zhī），會（huì）分析，自決（jué）策，運用知識，學習積累乃至創（chuàng）造知識的（de）能力（lì）。

三體智能模型（xíng）

實際上，中（zhōng）航工業通（tōng）過（guò）多年的努力，集體智慧形成了16個字的智能製造特征。最後我們《三體智能革（gé）命》副主編（biān）趙敏教授又加（jiā）了個學（xué）習提升，我們叫“狀態感知、實時分析、自主決策、精準執行，學習提升的循環迭代的智能係（xì）統”。

實際上，CPS的核（hé）心就是解決設備和物料的互聯互通，用賽博（bó）來控製實體，實（shí）體的（de）狀態反饋給賽博。

在這裏（lǐ），我要簡單描述（shù）一下，CPS是一個（gè）非（fēi）常大的係統，比如（rú）說講到人（rén）類社會，虛擬經濟、銀行、證券、股票、保（bǎo）險是賽（sài）博，我（wǒ）們的實（shí）體經濟是物理（lǐ）的。我們有社會經濟，虛擬經濟太強（qiáng）了，就容易形成泡（pào）沫（mò）經濟，僅有虛擬經濟是有問題的。實體經濟過於龐（páng）大（dà），虛擬經濟很少也不行，需要虛實相（xiàng）得（dé）益彰。

拿我們人體做（zuò）模型來比較，人的大腦和思想是賽博、是虛（xū）擬的；人的身體和人的行為是物理的，虛擬控製實體。產品研製過程也是一樣，賽博控（kòng）製物理（lǐ）實體，物理實體反饋給賽博。我（wǒ）想講的一個概念是40億到400億。現在據粗略的統計，全球上網的人數為40億，據幾（jǐ）大媒體預測。到2020年，我們的物料、設備會接入網，我們所說的工業互聯網，或者叫物聯網，有至少（shǎo）400億聯網終端的數量。難以想象，當（dāng）400億的設備、物料連入網時，我們的係統會是什麽係統。

我想來講一（yī）講“三體智能革命”的（de）演化路徑。首先，世界是一個物理實體，按照達爾文的進化論（lùn），從物理實體演化出了動物，動物的高級形態就是人體。人（rén）是有智能的（de）、有意（yì）識（shí）的，物理實體演化出了意識人體。人有意識、有智能，創造出了智能的工具，比如說創造了計（jì）算機，創造了CAD軟件（jiàn）。有意識的人體把物理（lǐ）實（shí）體建成數學（xué）模型，建成了數字虛體，這個數字（zì）虛體既可以（yǐ）指導我們產品的生產，也可以（yǐ）變成一個嵌入式係統，把數字虛體嵌入到（dào）物理實體中，這樣物理實體就有智能了。如此看來，數（shù）字（zì）化的（de）核心是建模，在工程領域建（jiàn）模，就（jiù）是全（quán）國（guó）3D大賽要（yào）解決的問題，核心是把物理實體在數（shù）字虛體中呈現。智能的人類用（yòng）智能的工具，用數字建（jiàn）模的方法，就（jiù）可以建成數字虛體。

我們來看，實際上人類的思維方式本來是三維，由於沒有辦法表達，第一次工業革命才出現了二維製圖標準。現在我們已經有三維的直（zhí）接表達，為什麽（me）還用二維圖呢？數（shù）字化技術支撐著虛擬硬件，從產品的定義（yì）、分析、優化（huà）、驗證。這就是說，數字化難（nán）點在模型，焦點是仿真。我說這個模型好用不好用，需要通過大量分析計算的驗證。我（wǒ）們為什麽叫仿真呢？關鍵在於模型的精度和實體逼近，如果差異超出設計範圍，就成了造假了。

傳統（tǒng）製造業的三大技術：設計技術、製造技術和實驗技（jì）術。在新工業體係下（xià）應該是（shì）什麽體係呢？首先，在賽博空間中完成產品的設計（jì）、工藝、裝配、製造，最（zuì）後（hòu）形成一個（gè）完整的產品（pǐn），在虛擬的試驗環境中來做（zuò）產品的實驗驗證。賽博空間中解（jiě）決（jué）完所有問題之後，映射到實物（wù）生產線中，再映（yìng）射到實驗（yàn）過程（chéng）中。這就是新工業（yè）革命（mìng）的管理體（tǐ）係，核心就（jiù）是賽博。

再來看中國（guó）的工業軟件。什麽是（shì）工業軟件：是人的工業知識和經驗的積累和結晶。現在幾（jǐ）乎所有的工業軟件（jiàn）被國（guó）外一統天下。我舉三個（gè）例（lì）子，2005年，西門子決策用35億（yì）美金並購了年利潤才1億多美金的UGS公司（sī），2016年11月份，西門子公司花了45億美金購買了搞電子設計、電路仿真的（de）Mentor Graphics公司，它有很多集成電路庫和元器（qì）件計算庫（kù），可以做仿真製造實物的樣機（jī）模型，這（zhè）樣一來，機電一（yī）體化設計（jì）就成為現（xiàn）實（shí）。第三例子是製造航空發動機的羅羅公（gōng）司，從1997年（nián）開始，有些航空公（gōng）司不再購買發動機（jī）而是購買該公司的（de）航空發動機飛行小時服務，達到（dào）雙贏。羅羅公司收入結構根本性（xìng）變化的2015年，服務收入(Services Revenue, 52%) 超過了發動機銷售收入(OE Revenue, 48%) ，且（qiě）繼續保持增長(增（zēng）速（sù）9%)，銷售收入持續下降(降了6%)。

在（zài）這（zhè）裏我想說的是，智能製造（zào）有一個重（chóng）要的概念，就是生產型企（qǐ）業向生產服務型的轉移。在此（cǐ）當中，產品智能化是轉移的必（bì）備條件。

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