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郭朝暉:寧振波新著《智能制造的本質》讀后感

2021/11/13 0:22:50 人評論 次瀏覽 分類:自動化書籍  文章地址:http://www.gsipv.com/servicecentre/4028.html


最近,我國智能制造領域的著名專家寧振波先生新著《智能制造的本質》出版。寧振波先生長期在中航工業從事飛機設計工作,參與了多款飛機的研制,具有豐富的工作經驗。在他的堅持和努力下,我國成功研制成第一架數字化樣機,極大地推進了我國飛機設計技術的發展。


從某種意義上說,數字化樣機是飛機的數字化模型。湊巧的是:在寶鋼工作時,我的主要工作也是研究模型、特別是生產過程的控制模型。離散制造行業的設計模型和流程行業的生產控制模型有所不同。但正是這個原因,這本書給了我很大的啟發,彌補了我知識上的短板,讓我有機會從另一個角度對模型進行較為深入的思考,從而擴大我的視野。


模型最初的概念,是依照實物的形狀和結構,按一定比例制成的物品。很早之前,人們就把這種模型用于工程活動中。建筑師在造房子之前,需要準備長短合適的材料。古代的木匠往往先用做一個小的木頭模型。準備材料時,按一定的比例把模型放大,就知道材料的尺寸了。從這種意義上說,模型是一種知識,是人們獲取信息、承載信息的手段。


我們注意到,模型有一個重要特點:可以方便地提供各種各樣的信息需求。打個比方:建房子的時候,主人想知道能否放入某套家具。這其實就是一個隨機的信息需求。只要有了模型,就可以很容易地給出答案。這樣的一個特點,對設計師特別重要:設計過程可能會遇到各種意外和問題,事先并不確知自己需要什么信息。


模型的作用是獲得信息,但建立模型不一定需要物理模型。


過去曾經有個電影,講的是年輕建筑工人搞技術革新。電影中的老師傅按照先做模型再放大的辦法蓋房子。年輕工人覺得制作模型太麻煩、費時又費力。于是,通過學習數學知識,用幾何方法正確地計算出了實物尺寸,并取得了成功。


這個故事引出了一個新的概念:數學模型。有了數學模型,人們只需要在紙上算一算,就不必制作實物模型了。這樣,獲取信息的成本就更低、效率就更高了。


恩格斯曾經指出,一門學科只有與數學相結合,才能成為真正的科學。20多年前,筆者讀博士時,班里的同學們來自不同領域和專業。但大家卻不約而同地都在搞數學模型。這其實并不奇怪:人類發現的自然科學規律,都是能用數學來描述。仔細想來,這其實是個令人震驚的結論。


隨著計算機技術的發展,人們又發現:原來木頭做的模型,可以搬到計算機里面。人們可以對一臺設備、一架飛機建立整體的三維數字化模型。人類生活在一個三維世界中。世界上每一個實物的物體,都可以用三維模型描述。除了幾何屬性,物質對象還會有其他的物理屬性,如強度、質量、溫度、導電性等等。把這些物理屬性與三維空間的屬性結合在一起,就可以完整地描述人們的設計目標了。


于是,智能化進入了一個新的階段。


從控制論的角度看,智能是信息感知、決策和執行的統一。一般情況下,決策時需要的信息,并不都是決策時獲得的,許多信息需要事先準備好。當模型能夠完整地描述對象的空間和物理特征時,決策所需要的特殊信息,可以隨時計算出來、供決策者參考。


過去的模型用木頭做、寫在紙上,由人來完成計算。信息的載體和處理信息的機構是分開的。所以,機器決策就無法實現。現在,計算所需要的信息都存在計算機中,計算過程也是由計算機來完成。這樣,信息和信息的處理機構就融合起來了。這意味著,人可以從計算過程中脫離出來了,并充分發揮計算機計算能力強、不出錯的優勢。這樣,智能決策就進入了一個新的高度。于是,一個偉大的時代悄悄地開始了,計算機決策就具有了無限的潛力。我們最近所看到的技術進步,正是這個邏輯。


這種潛力的發揮,還需要人們進一步的努力。


工程師在設計飛機、汽車、飛船、火箭、工廠設備時,需要非常復雜的數學計算,花費大量的時間和精力。計算機在計算效率和準確度方面,遠遠超出人的能力。如果這些工作可以讓計算機去做,計算效率將會大大地提高。事實上,人們發明計算機的目的,就是幫助人們完成這種計算。


幾十年前,人類進行這種計算時,需要針對某個特定的問題進行獨立的編程。雖然計算機的運算能力很強、計算速度很快,但編程的過程卻非常耗時、也容易出錯。要解決這個問題,就要有通用的程序。


工業軟件的誕生,恰恰解決了這個問題。把物理對象的模型用標準化的格式統一表示,就可以用通用程序解決各種計算問題了。這樣,人們就不再需要針對每個具體對象編程。這不僅大大提高了效率,也顯著地降低了計算出錯的概率。于是,數字化研發產生了革命性的變化。


若干年前,寧振波先生看到了數字化設計巨大的潛力,全力推進飛機的全數字化設計。那時,他遇到了巨大的困難和阻力,許多人都反對他。但他仍然堅持自己的觀點,直至成功。我曾捫心自問:如果我當年處在他的位置,會如何處理?我很可能會生一頓氣,然后拂手而去了。我想,一定是巨大的責任心,才能支撐他做下去。現在回首再看:如果現在仍然無法用數字化技術設計飛機,我們的研發能力就會落后國外一個時代。我們與國外的競爭,就像用大刀長矛對人家的洋槍洋炮。


當然,智能化的腳步并沒有在設計研發領域止住,而是邁向了更加廣闊的空間。


多年前,專家系統曾經是眾人關注的焦點。但隨著時間的推移,卻逐漸冷寂下去了。筆者曾經非常困惑:導致這種現象的原因何在呢?


后來才意識到:過去的一些系統往往缺乏足夠好的應用場景,淪為屠龍之技。人類面臨的決策問題,往往是需要實時完成的。如果沒有實時信息的驅動,智能化的場景就要少得多;如果需要人類輸入實時數據,效果就會差得多。過去的專家系統往往并不強調聯網,系統不能自動地獲取實時數據,有價值的場景就少得多了。由此觀之,互聯網、物聯網技術的發展,讓智能化的場景極大豐富。同時,借助互聯網,計算機能夠在廣闊的物理空間內促進多方協同、資源共享、知識復用。智能化的價值就大大提升了。


智能化發展到今天,剛剛是個開始,可謂方興未艾。寧振波先生的《智能制造的本質》這本書,不僅能夠促進我們思考過去,更能幫助我們更加清晰地洞悉未來。

作者:郭朝暉(工學博士,教授級高工。企業研發一線工作20年;優也科技信息公司首席科學家;東北大學、上海交大等多所院校兼職教授。國內知名智庫、走向智能研究院的發起人之一。原寶鋼研究院首席研究員)

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    ?2024/3/20 17:51:05