谭建荣院士：人机一体化智能系统与智能装备的关键技术与发展趋势
作者：谭建荣，中国工程院院士、国家973项目首席科学家、中国制造2025的主发起人之一、浙江大学求是特聘教授、博士生导师。
我是来自浙江大学从事机械工程学和数字化制造方面的研究，我先讲讲新一代信息技术。我们现在正处于一个新一代信息技术蒸蒸日上的时候，这个信息技术发展得非常快，这个新一代信息技术引领了新一代的智能制造。
我们知道信息技术有几个特征，第一个特征就是从网络技术发展到物联网技术，从虚拟现实技术发展到增强现实技术，从网络计算技术发展到云计算技术，从机器学习技术发展到深度学习技术。在新一代信息技术的引领下，出现了人机互连、混合现实、大数据、人工智能等新兴的技术领域，新兴的信息产业，这些产业带动了制造业的发展，在大数据模式设备虚拟现实等技术的驱动下，对我们制造企业生了深刻的影响，推动实体经济转型升级，有四个技术特别需要我们来关注，包括交通技术、感知技术、学习技术和决策技术。使得我们整个制造业向数字化、智能化、移动化、绿色化方向发展。
我们机械产品装备制造业机械产品也是正从机械化向电气化、向信息化和智能化方向发展。我们企业研发一代产品，销售一个产品，我们就需要一代产品，就需要一代的工艺，一代的工艺就需要一代的装备，一代装备就需要一代的服务。因此企业对产品很关注，就有企业把产品和服务也做成产品，现在很多企业把网络也做成产业。
那么我们要研发一个产品，很多企业在我们这个产学研合作当中都提了产品的需求：新产品、新技术，那么产品需要新一代的设计，没有设计就不会有创新。但是我们现在的制造企业，包括广东在内，加工能力都很强，但是大部分企业都没有自主设计的产品，包括深圳很多企业都是OEM(代加工)，不仅广东,浙江、江苏、山东、沿海各地都这样，就是我们自主品牌的产品比较少。
现在，我们中国企业的产品不少，产能搞得很大，但是核心技术不足，特别是中兴事件。以前我们把华为和中兴作为国家自主创新的典范，现在看来还是有折扣的。一个小小的芯片不卖给中兴，中兴就经营不下去了。当然，现在中美两国政府和高层股东已经解决了这样的一个问题，但是制度创新的问题迟早是不可回避的。我们企业要有一代产品就要有一代的设计，而且一代的设计就需要一代的研究，没有研究就不会有设计，没有设计就掌握不了核心。
我们现在很多领导和企业家也痛苦，过去企业办的好好的，现在企业都很难，为什么困难呢？主要是市场发生了变化，我概括了一下主要有四大变化：
第一个变化是由批量化向定制化转化，过去我们的产品都是批量市场的结构，而现在客户真正的需求定制化；
第二个是由专业化向多品种转变，过去公司制作的产品往往比较单一，一企业主要生产一两个产品，而现在产品要求多品种；
第三个就是更新换代周期短，最典型是手机更新速度很快，半年到一年就要推出很多新产品；
第四点也是最重要的，过去我们都是生产大众化的产品，而我们现在要求市场需求是高端化的产品，客户要高端的产品。
因此，这四个变化让我们制造企业面临新的挑战。在这样的背景下，世界工作对制造业格外的重视，纷纷出台了一些振兴制造业的计划。首先是美国提出了新型制造业国家战略计划，他强调三大优先突破技术，包括金色的感知控制技术，人机一体化智能系统的技术平台和先进材料制造，德国也提出了工业4.0他强调智能工厂智能生产和智能物流。在这样的背景下，中国在中国工程院的建议和推动下，我国国家开始实施中国制造2025，他调数字化制造、网络化制造和智能化制造的三个核心问题。那么，无论是美国的新型制造业国家战略计划还是德国工业4.0还是中国制造2025，都聚焦到了人机一体化智能系统，都把人机一体化智能系统作为一个重点。人机一体化智能系统应该怎么个搞法，大家意见很不统一，叫智者见智，仁者见仁，大家都各有各的看法。我本人经过学习和研究，特别针对企业应用的情况，总结了人机一体化智能系统的两句话，两个要点。
要点第一：人机一体化智能系统是用智能的技术和制造的技术相融合，用智能的技术来解决制造的问题。
展开讲人机一体化智能系统，就是对产品前生命周期中设计加工装备等环节的制造活动进行知识表达与学习，信息感知分析，智能决策与执行，实现制作的完整过程，制造系统与制造装备的知识推理，动态传感和自主决策。换句话说，人机一体化智能系统就是把人工智能技术和设计制造技术有机结合起来，把人工智能技术应用到我们产品设计资料当中来。
因此人机一体化智能系统，我自己觉得有三个核心问题，第一个核心问题是知识库和知识工程。那么知识库和知识工程是人机一体化智能系统最核心的问题，也有很多企业家问我人机一体化智能系统怎么个搞法？从啥地方开始起步？这个人机一体化智能系统怎么搞法呢？第一条件是有知识控制机制，知识是核心，人机一体化智能系统的核心，第二个条件要求知识不能是死的，要动态知识实时感知，知识是关键，所以我们要抓住知识库和知识工程这个关键，而且这个知识不是死的要活的，要动态展示，实时改进，最后我们要应用这些知识进行自主学习，不仅把现有的知识能够总结归纳出来，还能够自主学习新的知识新的技术，最后我们自主决策，能够自主决策。那么哪些知识呢？过去我们制造企业也有很多知识传承，技术传承，那么过去企业知识传承和技术传承的主要模式是什么？是师傅带徒弟。
而现在我们看师傅带徒弟的模式至少有三个问题：第一个问题，现在新材料新工艺很多，很多加工的材料师傅也没遇到过，严格来说，任何个人的知识总是有限，个人的经验总是有限。第二个问题，很多师傅自己操作没问题，但让他教徒弟，这就涉及到知识表达、知识建模、知识共享，这对于大部分师傅来说是个很困难的问题。第三个问题，我们过去旧社会有一句话叫“教会徒弟饿死师傅”，师傅一直比较保守。因此，我们现在搞人机一体化智能系统，就要把千百万师傅宝贵的加工经验、加工知识能够总结出，放到我们知识库里来指导我们的加工；我们要把千百万设计人员的宝贵设计知识总结出、把千百万车间管理人员的管理知识总结出、把千百万销售维护的服务知识能够总结出，放到数据库里来指导我们的加工、设计、制造等各个环节。
那么人机一体化智能系统从它本身来看，可以分四个环节，第一个就智能设计，第二个智能加工，第三个就是智能装备，第四个就是智能服务。过去一段时间到现在，工信部、科技部立了不少人机一体化智能系统的项目，我也参与了很多项目的立项、评审、验收。非常遗憾，这么多项目基本上没有涉及到知识设计，大部分都是过去信息化、数字化的项目，改头换面当成智造项目。 而我们自己搞人机一体化智能系统，我自己觉得第一以实质工程为核心，第二个要以智能设计为前提，没有智能设计就没有智能制造。
我们前面讲我们企业现在最伤脑筋、最要解决的问题，我做什么产品？市场要说明产品？我们大家可以用智能制造技术，也可以用机器人技术，也可以用人工智能技术来在做我们的产品，但是如果说我们原有的产品价格不是太高，为什么？我们原来传统制造业产品价格相对较低，你们用智能制造技术往往可能是“杀鸡用牛刀”，这样对质量提高效率提高会有帮助，但是附加值不高。我们要通过智能设计来提升我们企业产品的附加值，用人机一体化智能系统来做我们智能设计的产品，这个才是真正有价值的事情。
从智能制造的对象看，可大致分为制造对象的智能化，制作的完整过程的自动化和制造工具的智能化，也人机一体化智能系统这样的自动化，就是自动化的产品。智能化的产品，我们正真看到我们现在企业的产品或说装备都经历了机械化、电气化、信息化，而目前都要发展到智能化的产品。但也有人说智能化产品是不是离我们很远，其实是不远，我们大家现在每个人都在用，现在第一个智能化的产品就智能化的手机，我们每个人都用苹果研发的智能手机，我们现在用的手机是属于创新的，我们这个手机是摩托罗拉开发出来的，手机中的最大公司是诺基亚，但是苹果研发智能手机就把两个大佬都颠覆掉了。摩托罗拉也不行了，诺基亚也不行了。过去十年之前，20年以前，我们杭州有三个手机厂，一个是摩托罗拉一个是东方通讯，还有一个是游击师大纲。我们浙江大学包括我在内培养了不少优秀博士生，被他们招聘去了，他们工资很高。宁波有个手机厂叫波导手机，波导手机的广告词是：波导手机是手机中的战斗机，但现在也没办法战斗了，为什么没办法战斗？就是技术的更新，现在大家都用智能手机了，谁还用过去的老式手机？现在我们人人都用智能手机，智能化的产品离我们也并不遥远。
第二个，这次美国这个AI和智能化这个技术潮了，设计了两条狗，是美国的公司和一个大学研发的，是调控的机器人，是美国波士顿大学。波士顿大学在美国就是一般的大学，但是创造新兴事物的能力很强，他搞出这条Big Dog 四脚运输机器人，后来被波士顿动力公司进行产业化。现在它有两个最高记录：第一个最高机器人，它是四条腿的最高机器人，现在还没有打破。第二就是最智能，我们现在要搞人机一体化智能系统，这条狗本身是个智能化的产品，所以它就是智能制造领域两个最高水平。
最近美国就研发了一个达芬奇手术机器人，它突破人眼和人手局限，将微创手术推向极致，对于病人而言，该系统能将手术造成的创伤降到最低，对病人的好处是创伤小、出血少、恢复快，快速缩短术后住院时间，术后存活率和康复率都大大提高。
现在我们要搞机器人，这里有一个统计：2016年中国这个工业机器人卖掉了8万多台，全世界是30万台工业，应该说中国占的比重非常大。但是却有两个70~80%。第一个70~80%，在8万元当中，70~80%是四大家族，四大家族就是就是西门子、发那科、库卡、ABB。其他的还有百分之七十八十，就是20~30%是国产机器的，但是国产机器人70~80%的零部件是从这四大家族购买的，所以这个发那科在机器人领域也有很高的地位，四大家族企业销量他就是最多的，是全世界最大的机器人公司。现在发那科最近开发了一个智能机器人，它现在能够最终靠自学习抓取随机的工件，使它能够有序的堆放它，第一步通过随机的抓取颠覆，开始自我学习。第三个通过长时间的学习，它的正确性正在提高，所以发那科这个智能体系开发出来以后，大家对智能机器人这个概念没有争议了。还有西门子智能燃汽轮机，现在它的精确预计到燃汽轮机何时应该维修，把备件提前运到这个机场，保证了航空发动机和燃气轮机的正常运行。
当然，2016年2月8号阿尔法狗对战韩国九段选手李世石就4:1取胜，2017年AlphaGo对战中国著名棋手柯洁，结果也大获全胜。柯洁发表微博说，和阿尔法狗对战他还学到了很多新知识。换句话说阿尔法狗产生了很多新的知识，那么所以我们这个智能化的产品和时代确实来到了。
那么智能装备有两个含义，第一个含义就是智能技术产品化最明显，我们国内做的好的也有，比如说安徽的科大讯飞语音设备技术，汉语语音识别，语音设备在国际处于领先水平，不仅普通话听得懂，还能够听懂六种方言，六种方言什么含义，科大讯飞语音设备工程就把智能的技术进行产品化。第二个方面就把传统产品做智能化，特别传统的产品，包括装备及产品化，那么智能化的产品和装备有四个部分，结合质感地址，则应自学习和自决策，这个这四个典型特征呢也是以知识工程为核心。
那么私人产品和装备怎么做？我这一些内容是我们工程院一个重要指示，我们现在可以重点搞五个领域的智能产品装备，第一是智能机床装备、第二是智能工程机械、第三是智能动力装备、第四是智能机器人，包括工业机器人服务机器人，第五是智能终端产品，包括手机、智能的电子科技类产品、车载的导航等等。现在智能电子科技类产品应用领域非常大，发展空间非常大，我们广东号称是3C产品之乡，3C企业比较多，当然代加工公司更多一点。
智能装备有哪些关键技术？我总结了三条，第三条就是复杂工况多任务支持与协同技术。第四条就是多机械系统阶级化交互与控制技术。第五条就是大数据驱动故障诊断，深度学习技术，第一个就是数字产生与数据样机建模分析技术。第二是多技术路线与工作方案优化决策机制，第六条是工艺工装协同推送自动装箱系统。第七条产品知识图谱与知识网络构建技术。第八条就是机电云一体化，云平台实时服务。时间关系，我就不一一展开讲了，有兴趣的可以会后和我交流，谢谢大家！
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