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HPS到HCPS,谈智能制造系统演进-转载

2017年12月7日,在南京举办的“世界智能制造大会”上,中国工程院院长周济发表了题为《关于中国智能制造发展战略的思考》的报告,系统阐述了对我国智能制造发展的看法。周济院士在报告中提到了一种观点,即随着智能制造战略的不断推进,人与物理系统在传统制造过程中的关系是由人与物理系统组成的(HPS)二元系统向人-信息-物理系统(HCPS)这一观点的提出引起了业内专家的普遍思考。

HPS

图 1 传统制造中的人-物理系统系统

周济院长认为,传统制造主要包含人和物理系统两大部分,人通过对机器的控制实现人与机器之间的交互。生产工作由接收人发出的各种指令完成。同时,人们还应接收机器反馈的各种状态信息,以完成相关的感知、分析和决策以及学习认知,从而形成完成人机系统的闭环。在传统的制造过程中,物理系统主要用于替代人类从事大量的体力劳动,减少对人的需求,提高产品质量和生产效率。因此,传统的制造系统是一个人-物理系统(HPS)。

图 2 第一代和第二代智能制造系统

随着信息技术的发展,企业逐独立于人们的感知分析和决策工作,用信息系统代替人们进行分析和决策,通过信息系统与物理系统的集成控制机器,使信息系统能够取代人们完成越来越复杂的体力劳动。这促进了传统人-物理系统向人-信息-物理系统的演变。周院士称这一过程为第一代和第二代智能制造系统。该系统涵盖了美国提出的建议CPS西门子提出的数字双胞胎的理论和概念。

图 3 新一代智能制造系统

目前,随着智能制造战略的不断深化应用,周济院长在第一代和第二代智能制造系统的基础上,进一步深化了新一代智能制造系统。其信息系统发生了重大变化,增加了认知和学习的功能。在上一代信息系统中,只有感知、分析、决策和控制功能。现在增加了一个新的功能,即认知和学习功能。该功能从人开始赋予信息系统自主学习功能,使信息系统不仅具有较强的感知、计算、分析和控制能力,而且具有学习、提高和产生知识的能力。

业界专家普遍认为,在新一代智能制造系统中,人将部分学习型的脑力劳动转移给信息系统,让信息系统具有了"认知能力",人与信息系统的关系发生了根本性的变化。在第一代和第二代智能制造系统中,人与信息系统的关系是"授之以鱼",在新一代智能制造系统中,人与信息系统的关系已经成为"授之以渔"。

作者认为,周济院长在报告中提出HCPS该系统不仅融入了国外提出的系统CPS理念,而且强调了人在智能制造中发挥着核心作用。在智能系统中,只有将人的认知能力赋予机器,整个系统才能智能化。在这个过程中,我们需要经历从大数据到大知识系统的转变,促进数据系统化和知识模型化,使机器具有独立知识学的能力,通过建立模型提高自学能力,甚至促进知识在机器之间的传播。当机器能够自动生产和传播知识时,就能真正实现授之以渔。未来,人类可能会完全脱离生产活动,成为真正的智能创造者。

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