寧振波：數字化——從三體智能革命說起

06-11

名家專欄 | 寧振波：數字化——從三體智能革命說起（附演講視頻）2016-12-22寧振波工業4俱樂部

導讀：近日，在第九屆全國3D大賽暨3D大會上，走向智能論壇核心專家、《三體智能革命》編委、全國3D大賽技術專家委員會輪值主席，中航工業集團信息技術中心首席顧問寧振波教授做了題為「數字化——從三體智能革命說起」的主旨報告，帶來了一場數字化風暴，受到新華網、中國網、騰訊網、中國青年網、證券之星、物聯中國等眾多主流媒體廣泛報道，引發熱評。本文轉發自中國網、騰訊網等，略有修改，推薦閱讀。

寧振波：數字化——從三體智能革命說起

走向智能論壇核心專家、《三體智能革命》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問寧振波教授在第九屆全國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》的新著作所提出的「三體智能模型」，引起了業界的關注。所謂「三體智能模型」，指的是物理實體、意識人體、數字虛體之間的三體聯接、三體融合，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」第九屆全國3D大賽暨3D大會上，《三體智能革命》作者之一、全國3D大賽技術專家委員會輪值主席，中航工業集團信息技術中心首席顧問寧振波所作的主旨報告為大賽現場帶來了一場數字化風暴。

下為報告整理全文：

數字化是從1991年的波音777開始的。波音777取得了兩個巨大的進步：第一個進步是研製周期，它和傳統的飛機研製相比，僅用了四年半時間就把飛機送上天。而波音767花了12年的時間。

第二個進步在於，1970年，波音747首飛；1994年6月，波音777首飛。而它（波音777）造出的第一架飛機，就比造了24年的第400架波音747質量還要好，這是為什麼呢？因為它採用了全數字化的設計技術。

讓我們來看這組數據，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的零件設計和裝配設計，用了2萬台計算機、PC機、800個相互不關聯的軟體，形成了14個相互不關聯的物料表。這時他們發現了一些問題。

發現的是什麼問題呢？第一，由於採用了那麼多台計算機設計飛機，幾萬人每天在計算機上的工作生成了天量的數據。在此之前，我們的設計是圖紙、工藝文字材料、紙質材料，從波音777開始，全都是數字化的，因此形成了每天的天量數據。以前波音飛機的設計中，所有計算機的文件管理都是典型的樹狀架構的文件管理系統，而複雜的產品是立體形狀的網狀架構。由於數據管理能力不足，出現了很多問題。波音公司因此啟動了一個大的項目DCAC·MRM （簡單地說就是PDM的深入應用項目），花了十年時間，投資十億美金，才完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體，波音777當時在三維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完之後，在用於製造的時候，不得不生成了二維圖紙，工作量極大，很容易出錯。1996年，波音公司與世界16家知名企業合作，推動美國機械工程師協會，花了7年時間，形成了ASME Y14.41標準（數字化產品定義數據實施規程）。簡單地說，這個標準就是MBD（基於模型的定義）標準，再簡單理解，就是在三維模型上可以表達工藝、製造和檢測的所有數據。這麼一來，就使得我們在製造產品過程中，取消藍圖、取消工藝卡片成為可能。

中國航空工業集團公司在2010年之後，研製的所有新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的事情，為中國製造業培養了大量的可用人才。我們講新工業革命的本質，就是智能製造，核心是賽博物理系統（CPS）。我們講的「三體智能革命」、CPS，智能製造的核心是智能，智能是本源，CPS是它的實現形式。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，會分析，自決策，運用知識，學習積累乃至創造知識的能力。

三體智能模型

實際上，中航工業通過多年的努力，集體智慧形成了16個字的智能製造特徵。最後我們《三體智能革命》副主編趙敏教授又加了個學習提升，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系統」。

實際上，CPS的核心就是解決設備和物料的互聯互通，用賽博來控制實體，實體的狀態反饋給賽博。

在這裡，我要簡單描述一下，CPS是一個非常大的系統，比如說講到人類社會，虛擬經濟、銀行、證券、股票、保險是賽博，我們的實體經濟是物理的。我們有社會經濟，虛擬經濟太強了，就容易形成泡沫經濟，僅有虛擬經濟是有問題的。實體經濟過於龐大，虛擬經濟很少也不行，需要虛實相得益彰。

拿我們人體做模型來比較，人的大腦和思想是賽博、是虛擬的；人的身體和人的行為是物理的，虛擬控制實體。產品研製過程也是一樣，賽博控制物理實體，物理實體反饋給賽博。我想講的一個概念是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400億聯網終端的數量。難以想像，當400億的設備、物料連入網時，我們的系統會是什麼系統。

我想來講一講「三體智能革命」的演化路徑。首先，世界是一個物理實體，按照達爾文的進化論，從物理實體演化出了動物，動物的高級形態就是人體。人是有智能的、有意識的，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，比如說創造了計算機，創造了CAD軟體。有意識的人體把物理實體建成數學模型，建成了數字虛體，這個數字虛體既可以指導我們產品的生產，也可以變成一個嵌入式系統，把數字虛體嵌入到物理實體中，這樣物理實體就有智能了。如此看來，數字化的核心是建模，在工程領域建模，就是全國3D大賽要解決的問題，核心是把物理實體在數字虛體中呈現。智能的人類用智能的工具，用數字建模的方法，就可以建成數字虛體。

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接表達，為什麼還用二維圖呢？數字化技術支撐著虛擬硬體，從產品的定義、分析、優化、驗證。這就是說，數字化難點在模型，焦點是模擬。我說這個模型好用不好用，需要通過大量分析計算的驗證。我們為什麼叫模擬呢？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。

傳統製造業的三大技術：設計技術、製造技術和實驗技術。在新工業體系下應該是什麼體系呢？首先，在賽博空間中完成產品的設計、工藝、裝配、製造，最後形成一個完整的產品，在虛擬的試驗環境中來做產品的實驗驗證。賽博空間中解決完所有問題之後，映射到實物生產線中，再映射到實驗過程中。這就是新工業革命的管理體系，核心就是賽博。

再來看中國的工業軟體。什麼是工業軟體：是人的工業知識和經驗的積累和結晶。現在幾乎所有的工業軟體被國外一統天下。我舉三個例子，2005年，西門子決策用35億美金併購了年利潤才1億多美金的UGS公司，2016年11月份，西門子公司花了45億美金購買了搞電子設計、電路模擬的Mentor Graphics公司，它有很多集成電路庫和元器件計算庫，可以做模擬製造實物的樣機模型，這樣一來，機電一體化設計就成為現實。第三例子是製造航空發動機的羅羅公司，從1997年開始，有些航空公司不再購買發動機而是購買該公司的航空發動機飛行小時服務，達到雙贏。羅羅公司收入結構根本性變化的2015年，服務收入(Services Revenue, 52%) 超過了發動機銷售收入(OE Revenue, 48%) ，且繼續保持增長(增速9%)，銷售收入持續下降(降了6%)。

在這裡我想說的是，智能製造有一個重要的概念，就是生產型企業向生產服務型的轉移。在此當中，產品智能化是轉移的必備條件。

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本文轉載自微信公眾號《走向智能論壇》，工業4.0俱樂部推薦閱讀！