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從某種意義上說(shuō)，自動(dòng)化、信息化和智能化有著共同的理論基礎(chǔ)，但面臨問(wèn)題的尺度卻不一樣。從尺度的角度，有助于我們認(rèn)識(shí)智能化的發(fā)展方向和技術(shù)特點(diǎn)。

 

1 理解自動(dòng)化

 

20世紀(jì)40年代，控制論之父、美國(guó)數(shù)學(xué)家維納開(kāi)始考慮普通的機(jī)器與人（或動(dòng)物）有什么不同？他的答案是，傳統(tǒng)機(jī)器只能按照既定的邏輯運(yùn)行，而人（或動(dòng)物）則可以根據(jù)外部的變化采取適應(yīng)性的行動(dòng)。所以，要讓機(jī)器代替人的工作，機(jī)器需要有感知信息的能力，并能夠根據(jù)信息進(jìn)行決策，并采取行動(dòng)。也就是要把信息的感知、決策和執(zhí)行過(guò)程統(tǒng)一起來(lái)。按照現(xiàn)在的說(shuō)法，就是要把負(fù)責(zé)信息感知、處理的賽博空間與執(zhí)行指令的物理空間相結(jié)合，這就是控制論的基本思想。

 

這種思想的產(chǎn)生并非偶然，而是基于弱電技術(shù)的支撐。弱電可以用來(lái)表達(dá)和處理信息，并轉(zhuǎn)化成強(qiáng)電驅(qū)動(dòng)物理空間的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)。

 

從某種意義上說(shuō)，機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行時(shí)的工作邏輯，都是人類(lèi)預(yù)先設(shè)定的預(yù)案、在人類(lèi)規(guī)定的“邊界”內(nèi)部執(zhí)行。只有這樣，人類(lèi)才能放心地把工作交給機(jī)器自動(dòng)完成。

 

2 企業(yè)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

 

鋼鐵企業(yè)的自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)早已密不可分了。在鋼鐵企業(yè)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般被分成若干級(jí)別。最常見(jiàn)的做法是分成四個(gè)級(jí)別，分別稱(chēng)為L(zhǎng)1-L4。級(jí)別越高，管理的范圍就越大。L1系統(tǒng)一般針對(duì)閥門(mén)級(jí)，L2系統(tǒng)是設(shè)備級(jí)（如連鑄機(jī)、軋機(jī)），L3系統(tǒng)是車(chē)間級(jí)，L4系統(tǒng)則是公司級(jí)。

 

從某種意義上說(shuō)，這些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用都是促進(jìn)信息感知、決策和執(zhí)行的統(tǒng)一。符合維納的原始思想。但是，只有L1、L2系統(tǒng)被稱(chēng)為控制計(jì)算機(jī)或自動(dòng)化系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)自主決策的比重比較大；而L3、L4則被稱(chēng)為管理計(jì)算機(jī)或信息系統(tǒng)，主要依靠人的決策。決策機(jī)制上發(fā)生了重要的變化，這種變化，本質(zhì)上就是管控尺度變化導(dǎo)致的。一般來(lái)說(shuō)，自動(dòng)化系統(tǒng)適合小尺度系統(tǒng)。

 

前面提到，自動(dòng)控制的運(yùn)行邏輯其實(shí)是人類(lèi)設(shè)定的預(yù)案。原則上講，預(yù)案分為兩種：系統(tǒng)正常時(shí)怎么辦？系統(tǒng)不正常時(shí)怎么辦？其中，系統(tǒng)正常時(shí)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)不正常的情況就要復(fù)雜得多了。這時(shí)，制定預(yù)案的工作就麻煩得多。所以，現(xiàn)實(shí)中針對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的措施往往是遇到故障時(shí)切換到手動(dòng)模式或者停機(jī)，由人類(lèi)來(lái)處理。換句話說(shuō)，自動(dòng)化一般只適合系統(tǒng)本身穩(wěn)定的對(duì)象。對(duì)于“小尺度”系統(tǒng)，“系統(tǒng)正常”是一種常態(tài)，便于制定預(yù)案，便于采用自動(dòng)化技術(shù)。

 

但是，對(duì)于車(chē)間、工廠級(jí)的“大尺度”對(duì)象，系統(tǒng)復(fù)雜程度急劇上升。一個(gè)子系統(tǒng)的問(wèn)題，就可能引發(fā)整個(gè)系統(tǒng)的故障。對(duì)工廠級(jí)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，某臺(tái)設(shè)備故障、生產(chǎn)銜接不上、操作不規(guī)范、質(zhì)量異常等會(huì)常態(tài)化發(fā)生。這些問(wèn)題發(fā)生時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)未必有預(yù)案，往往需要人來(lái)靈活處置。其中，信息系統(tǒng)的一個(gè)作用就是幫助人類(lèi)完成這種決策的。

 

3 感知與認(rèn)知

 

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)管控的范圍變大時(shí)，還會(huì)面臨另外一個(gè)挑戰(zhàn)，就是感知到認(rèn)知的變化。大系統(tǒng)的管理需要較強(qiáng)的認(rèn)知能力，而計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力總體上要弱得多。

 

傳感器一般只能獲得基本的物理量。如溫度、壓力、流量、光線強(qiáng)度、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。這些信息中往往包含著更加深層次的信息。比如，傳感器測(cè)量煙氣的溫度為300℃，其中包含了“煙道堵了、需要清掃”的信息；傳感器測(cè)量帶鋼表面光線的明暗，這些信號(hào)則可能包含了“表面質(zhì)量不良”的信息。從信號(hào)中獲得這類(lèi)深層次信息的過(guò)程，就是從“感知”到“認(rèn)知”的過(guò)程。

 

對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)接收的信號(hào)本身具有明確的物理信息，如溫度、壓力、流量、開(kāi)關(guān)狀態(tài)。但管理一個(gè)車(chē)間、工廠時(shí)，卻需要“認(rèn)知”能力。比如，人們要知道設(shè)備是不是出現(xiàn)故障、操作是不是合規(guī)、物流是不是順暢、質(zhì)量是不是合格，這些都需要認(rèn)知能力。在傳統(tǒng)的技術(shù)水平下，“認(rèn)知”主要是依靠人的能力。如果計(jì)算機(jī)沒(méi)有認(rèn)知能力，也就難以自動(dòng)做出決策。這樣，決策工作也就只能交給人類(lèi)完成。事實(shí)上，信息系統(tǒng)的主要作用，就是幫助人們進(jìn)行決策。

 

我們知道，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)大數(shù)據(jù)是智能化重要的支撐手段。這兩種手段，都有助于提升計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力。

 

同時(shí)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，讓計(jì)算機(jī)的管控范圍增大、處理問(wèn)題的復(fù)雜度也增加。這時(shí)，也需要提升計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力，才能讓互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)。通過(guò)提升認(rèn)知能力，計(jì)算機(jī)可以幫助人們更好地監(jiān)控設(shè)備和生產(chǎn)狀態(tài)、操作的合規(guī)性、質(zhì)量和成本情況等。

 

4 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與人機(jī)融合

 

如前所述，傳統(tǒng)的自動(dòng)化系統(tǒng)和信息化系統(tǒng)是相對(duì)對(duì)立的。兩類(lèi)系統(tǒng)的決策主體不一樣。計(jì)算機(jī)的認(rèn)知能力相對(duì)較差，是計(jì)算機(jī)難以處理大系統(tǒng)問(wèn)題的重要原因。所以，認(rèn)知能力的提升，必然會(huì)推動(dòng)智能化的發(fā)展。

 

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，原本相對(duì)獨(dú)立的自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)能夠更為密切地融合在一起，從而實(shí)現(xiàn)大尺度的決策優(yōu)化。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)提到了三個(gè)要素：智能的機(jī)器、高級(jí)算法和工作中的人。其中，高級(jí)算法的一個(gè)重要作用就是提升機(jī)器的認(rèn)知能力，從而促進(jìn)決策工作的人機(jī)融合。

 

在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代，工廠乃至整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的信息都可能被接入系統(tǒng)，系統(tǒng)的規(guī)模往往會(huì)大于原來(lái)企業(yè)級(jí)的信息系統(tǒng)。所以，傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)一般只處理非實(shí)時(shí)的任務(wù)，實(shí)時(shí)的任務(wù)只能交給控制系統(tǒng)來(lái)處理。但是，有些實(shí)時(shí)發(fā)生的問(wèn)題，會(huì)影響到全局，這時(shí)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就無(wú)法處理了，就會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的損失。

 

要解決這個(gè)矛盾，就需要依靠第三個(gè)要素，即“高級(jí)算法”。人類(lèi)的大腦做不到每秒處理成千上萬(wàn)的數(shù)據(jù)，但機(jī)器能夠做到。在這些數(shù)據(jù)中，正常的信息是不需要麻煩人類(lèi)管理者的。機(jī)器可以幫助人類(lèi)從海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中完成“從感知到認(rèn)知”的任務(wù)，幫助人類(lèi)發(fā)現(xiàn)需要處理的問(wèn)題，再把信息傳遞給人類(lèi)、讓人類(lèi)進(jìn)行決策。這樣，就形成了人機(jī)共同決策、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的決策方式。

 

這種思路在實(shí)踐中是行之有效的。例如，鋼廠的煤氣系統(tǒng)涉及到眾多設(shè)備，而煤氣的生產(chǎn)和使用必須是動(dòng)態(tài)平衡的。由于煤氣平衡涉及到生產(chǎn)的安排，很難實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。而與煤氣相關(guān)的數(shù)據(jù)又太多、變化太快，人類(lèi)的決策往往會(huì)產(chǎn)生失誤。采用上述人機(jī)融合的辦法，就可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

 

5 人機(jī)融合對(duì)現(xiàn)代管理的意義

 

從管理的角度看，人機(jī)融合具有重大意義。通俗地講，計(jì)算機(jī)可以告訴操作工人，他的操作對(duì)公司經(jīng)營(yíng)有什么樣的影響；而管理者也可以洞悉工廠運(yùn)行細(xì)節(jié)，把企業(yè)的管理提升至現(xiàn)代化水平。

 

舉例來(lái)講，鋼廠的發(fā)電機(jī)組往往是用來(lái)消耗富余煤氣的。但是，煤氣總體上富余并不意味著每個(gè)時(shí)刻都富余。如果在煤氣供給不足時(shí)多發(fā)電，對(duì)企業(yè)效益反而不利。利用互聯(lián)網(wǎng)等智能化技術(shù)，電廠的操作工就知道，當(dāng)前多發(fā)電是否對(duì)公司效益有利。從某種意義上說(shuō)，這就是工人參與管理。

 

管理者可以更加有效地了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。大鋼廠有成千上萬(wàn)個(gè)崗位，高管無(wú)法監(jiān)管每一個(gè)崗位的工作是不是合規(guī)。但是，利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字化技術(shù)，高管就有能力管理到細(xì)節(jié)。比如，某臺(tái)設(shè)備異常報(bào)警幾十分鐘，操作工應(yīng)該處置而沒(méi)有反應(yīng)。這時(shí)，計(jì)算機(jī)就可以把信息傳給公司高層。

 

6 對(duì)誤區(qū)的預(yù)防

 

目前，我國(guó)在推進(jìn)智能化的過(guò)程中出現(xiàn)了一些誤區(qū)。比如，過(guò)度迷信機(jī)器學(xué)習(xí)算法，尤其是那些復(fù)雜的算法。這與我國(guó)研究智能化的專(zhuān)家缺乏工廠工作經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析、建模經(jīng)歷有關(guān)。事實(shí)上，數(shù)字化的算法在很大程度上源于專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)分析一般是對(duì)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的精細(xì)化、代碼化。例如，“從感知到認(rèn)知”算法，往往是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一點(diǎn)也不神秘。也就是說(shuō)，針對(duì)特定的場(chǎng)景建立標(biāo)準(zhǔn)，而所謂“從感知到認(rèn)知”的過(guò)程往往就是“判斷是否超標(biāo)”的過(guò)程，出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)提醒管理者和協(xié)同方。換句話說(shuō)，智能化的推進(jìn)也要與傳統(tǒng)上、行之有效的管理方法結(jié)合在一起。

 

智能化是針對(duì)大系統(tǒng)的問(wèn)題。這個(gè)特點(diǎn)還會(huì)影響到系統(tǒng)的建設(shè)和推進(jìn)。一般來(lái)說(shuō)，小系統(tǒng)便于頂層設(shè)計(jì)，大系統(tǒng)難以頂層設(shè)計(jì)。智能化系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)難度就很大。

 

為此，推進(jìn)智能化應(yīng)該采用持續(xù)改進(jìn)的邏輯。也就是說(shuō)，智能化的功能是在應(yīng)用過(guò)程中不斷增加上去、不斷修訂和完善的，而不是一次到位地提出解決方案。這一點(diǎn)與自動(dòng)化、信息化系統(tǒng)建設(shè)是不一樣的。這個(gè)邏輯又會(huì)進(jìn)一步延伸下去，會(huì)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)提出要求、會(huì)對(duì)企業(yè)的人員配置和培訓(xùn)提出要求。

 

日本人提出的工業(yè)價(jià)值鏈參考架構(gòu)（IVRA），就體現(xiàn)了這種思想。按照這個(gè)架構(gòu)，智能化的推進(jìn)過(guò)程，就是通過(guò)PDCA對(duì)資源管理進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。PDCA是現(xiàn)代化企業(yè)所熟知，且行之有效的管理方法，而在數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，計(jì)算機(jī)可以讓PDCA的能力顯著增強(qiáng)，并落實(shí)到每一個(gè)具體的場(chǎng)景和時(shí)間段。